连铸浊环水智能化系统节能改造实践

王德开

上海梅山钢铁股份有限公司

0 引言

循环水系统是钢铁企业主要的耗能系统，耗能占比高，绝对量大。作为工业生产的辅助系统，目前大多数企业只关注水泵本身的节能，对控制技术和管理仍比较粗放，仅以满足生产需求为主，节能潜力巨大。在钢铁企业智能制造的背景下，系统信息化、自动化水平的提高，节能模型软件对能源介质的精细控制，可充分挖掘节能潜力，提升企业核心竞争力，实现企业效益最大化。

1 概况

连铸浊环水采用气水喷雾冷却方式，对离开结晶器带液芯铸坯直接进行喷水冷却，以使铸坯完全凝固和铸坯表面温度在拉坯方向均匀下降。该连铸工艺浊环水用户侧设计供水压力P=1.1 MPa，流量Q=980 m3/h。浊环水冷却强度、冷却水量、水压、水温、喷嘴结构和布置、喷嘴与铸坯间的距离等都对铸坯散热有直接影响。由于冷却强度需根据钢种和断面要求确定，因此浊环水的动态配水水量变化较大，通常有强、中、弱冷三种配水方式，且在生产过程中动态调整。由于现有的管理模式使浊环水的供应与使用分属两个不同的工艺段，彼此相对孤立，因而实际生产过程中浊环水需满足炼钢厂连铸车间在最不利工况下需要的最大水量。连铸用户侧设计有泄压阀，正常生产过程中通过泄压阀稳定供水压力。使用后的浊环水经旋流沉淀池沉淀后加压送平流池进一步处理循环使用。本循环水系统包括连铸机浊环水供水泵组、旋流池提升泵组、平流池提升泵组等五个泵组共13台水泵，正常时6～7台水泵运行，改造前平均负荷1 594.75 kW。二连铸浊环水主要耗能设备性能参数见表1。

表1 二连铸浊环水主要耗能设备性能参数表

2 系统节能潜力分析

连铸浊循环水经连铸喷淋后由渣沟汇流至旋流池，通过旋流池提升泵输送至平流池，沉淀后的出水经平流池提升泵加压后至高速过滤器上冷却塔，冷却后供连铸工序喷淋。完成一个循环处理和供应周期的节能潜力主要聚焦在工艺流程自动控制及单体设备效率提升，但存在以下问题：

2.1 浊环水需求波动大

连铸浊环水需求波动大，要求控制精度高，且供水能力满足最不利工况下的最大需求水量。因此，浊环水用户侧总管设计有常开的旁通手动阀泄压，通过阀门开度动态调节旁通水量来稳定浊环水总管压力。但通常旁通水量较大，浪费严重。

2.2 提升泵存在回流问题

旋流池提升泵组因水量平衡需要，回流阀旁通调节及水泵出口阀的开度造成了一定的浪费。

2.3 水泵偏工况运行

由于设计及设备选型需满足最不利工况下的最大需求，且多环节均设置有安全余量，叠加效应导致了实际运行过程中部分水泵偏离高效运行区，造成了一定的浪费。

2.4 系统存在空开情况

目前短时间的计划停机（如浇次间隔）或设备故障临时处理，连铸浊环水系统水泵不停机的规定也造成了一定的浪费。

2.5 系统欠缺监管功能

原设计仅以满足生产需求为主，欠缺经济运行模型、日常运行有效监控手段，有较大改善空间。

3 智能化系统节能解决方案设计

区别于传统的单体设备节能改造，智能化系统节能改造在能源使用实时监测的基础上，结合铸坯品种、规格、生产节奏，通过节能模型软件实现生产集约化按需供水（包括流量、压力、温度等的匹配）和能源介质的减量化供应，并在此基础上采用高效水泵，进一步降低能耗，并通过云管理系统确保节能效益的可持续性。

3.1 连铸浊环水工艺系统节能优化

3.1.1 水泵调速改造

由于供水及循环水中间提升输送环节水量波动较大，为避免损失，将浊环水供水泵组、旋流池提升泵组、平流池提升泵组中任一台泵改造为调速泵。

3.1.2 浊环水二级动态配水调控

建立水处理岗位与连铸中控的通信，开发供水系统节能模型。水泵调速控制为粗调，设定恒压供水，浊环水各支管冷却水量为精调，采用动态配水模型，粗精调共同作用实现了集约化按需供水。此外，通过泵阀一体化控制减少管网系统泄压阀的旁通水量及各支管调节阀的阻损，在满足用水点需求的情况下，降低供水泵组的供水压力及供水流量，从而降低了能耗。

3.1.3 建立连铸控制系统及水处理控制系统的通信

对连铸工艺PLC与浊环水处理PLC进行局部改造，在连铸主线出坯系统中增加通信模块，在水处理系统中增加耦合器模块，建立了主从通信方式。该方式不影响原有程序，且互不干扰，数据有效共享。

3.2 连铸浊环水单体设备节能优化

工艺优化后，确定泵组合理参数，定制高效水泵，使水泵运行在高效区，进一步减少能源消耗。由于工艺优化后循环水需求量减少，使旋流池提升泵组及平流池提升泵组由之前的二用一备调整为一用二备，既节能又提高了系统的安全可靠性，还节约了水泵的检修维护费用。

3.3 云管理系统功能开发

云管理系统是指现场实时数据（工艺运行参数、设备状态、能耗数据等）通过VPN、云技术远程投送，实现统计、分析、优化等功能。

3.3.1 远程动态监控功能

通过扩展功能实现微信平台异常信息的及时推送，包括设备状态、工艺参数、能耗等，为水系统经济、稳定、安全运行提供支撑。

3.3.2 关键数据采集及展示

方便技术人员充分挖掘现场数据价值，对系统进行持续优化，实现节能效益和稳定运行的双赢。

3.3.3 为企业强化能源管理创造条件

能源成本可视化、显性化、预警机制化等管理功能为企业精细化管理提供了支撑，手机客户端远程访问和应用，为管控提供了便捷有效的手段。

4 连铸浊环水智能化系统节能优化效益

直接经济效益：连铸浊环水节能优化改造后，一周内系统平均负荷减少751.8 kW，节电率达47.14%；半年内系统累计运行时间4 388.7 h，平均减少负荷791.5 kW，累计平均节电率49.6%，半年实际节电347.4万kWh。考虑到节能模型投用初期设有较大安全余量，后期通过持续优化，年节电可达700万kWh。

间接经济效益：因自动化程度的提高，减少了岗位员工的工作量，提升了企业效率。另外，系统自适应匹配后，设备冲击开停次数显著减少，延长了设备寿命，减少了维护检修费用。

5 结语

工业循环水系统节能的核心在于通过信息技术与软硬件的结合，实现生产集约化按需供水，减少水系统设备的空转损耗。通过连铸浊环水节能优化改造，提升了系统安全可靠性，取得了明显的经济效益，具有较大的推广价值。