浅议钢铁企业水系统实现节能减排的技术措施

浅议钢铁企业水系统实现节能减排的技术措施　　

金亚飚　　

(上海宝钢工程技术有限公司 上海 201900)　　

摘要：在工业领域中，钢铁企业是用水大户，科学用水是钢铁企业水系统实现节能减排的关键。科学用水最主要的就是合理的控制供水水质和水量，使不同水质的水资源合理的应用于不同的工业水用户，满足生产需求。钢铁企业通过合理的用水方式，实现水量平衡，实现科学用水，以降低吨钢新水耗量和排污量。本文对目前常规的用水方式加以分析，提出了一些建议，可作为实际生产和工程建设的参考。　　

关键词 节能减排；钢铁企业；技术措施；水系统　　

Discussion about the industry water system’s energy conservation and pollution reduction methods in steeling works 　　

Jinyabiao 　　

(SHANGHAI BAOSTEEL ENGINEERING &TECHNOLGY CO.,LTD.　　

　　Shanghai　　   Poster Code: 201900)　　

Abstract In the industrial field, the water consumption of steeling works is large. Scientific water is the key to the industry water system’s energy conservation and pollution reduction of the steeling works. Scientific water is reasonable water quality and quantity to the different users. Reasonable water use and water balance can reduce metric tons of new water consumption and sewage volume. According to the situation of the steeling works, the suggestions and the methods of the reasonable water allocations are discussed. It also can be used for reference in the engineering and daily production. 　　

Keywords energy conservation and pollution reduction; steeling works; technology methods;   water system
　　

1.前言　　

节能减排是整个国家的战略目标，钢铁工业作为重点能耗行业之一，是节能减排的重点。节约工业新水用量，减少工业污水的排放量，是钢铁企业水系统所追求的目标。　　

节能减排不仅要注重对工业污水的处理和回用，更重要的是以合理的用水方式在生产环节中真正实现一水多用、串接用水和节约用水，实现用水和排水之间的平衡。因此，用水方式应是水系统节能减排研究的重点。本文对目前钢铁企业内部常规的用水方式加以分析，提出了一些建议，可作为实际生产和工程的参考。　　

2.所有污废水都是水资源的概念　　

要实现钢铁企业工业水系统的节能减排，首先必须要树立所有污废水资源的概念。在各生产环节中所产生的污水和废水都是水资源，都是可以加以利用的，有些可以直接在另一个生产环节中利用，有些需要进行适当的处理再加以利用。在生产中，只有不合适的用户，没有不合适的水资源。节能减排首先要研究合理的用水方式，为这些所谓的污废水资源寻找合适的用户。　　

3.水量平衡是实现节能减排的重要方式的概念　　

对于钢铁企业的水系统而言，应在满足生产要求的前提下，实现用水和排水之间的平衡。平衡的用水方式既不会有多余的工业污废水被排放，又可以尽量降低新水的需求量。在理论上，工业新水只用于补充因蒸发、风吹、排污、漏损等造成的循环水系统的水量损失，是一种完全理想的状态。虽然在实际应用过程中可能，难以实现，但应当采取各种技术措施，使实际尽量接近理论。　　

4.目前钢铁企业内部常规用水方式的分析及建议　　

用水方式包括确定用水水量、用水水质、用水制度、水力平衡等。按用水水质来分，钢铁企业内主要有工业新水、纯水或软化水、净循环水、纯水或软化水循环水、浊循环水、回用水等几种水质。按用水制度可分为连续用水制度和间断用水制度。现就以下几个问题对目前钢铁企业内部常规用水方式加以分析和探讨。　　

4.1工艺设备循环水用水的水质要求是否过高的问题　　

　4.1.1　情况分析　　

在工程设计阶段，一般由冶金专业设备供货商提出的设备冷却水水质要求，常见的水质指标包括碳酸盐硬度(CaCO₃)、pH、悬浮物、悬浮物中最大粒径、总含盐量、硫酸盐(SO₄^2-计)、氯化物(Cl^-计)、硅酸盐(SiO₂ 计)、总铁、油等。其中，pH、悬浮物、悬浮物中最大粒径、总铁、油等指标通过常规处理手段都较易实现。然而碳酸盐硬度(CaCO₃)、总含盐量等一些水质指标的要求过高(要求供水碳酸盐硬度、总含盐量低)，造成循环水系统的设计浓缩倍数较低，补水量大，吨钢工业新水耗量也大。　　

在实际生产过程中，循环水处理设施一般由能源部或动力厂管理，主工艺单元由相关生产厂管理。能源部、动力厂与炼铁、炼钢、连铸、轧钢等各主工艺单元之间经常因为水质参数的问题发生矛盾。能源部、动力厂以设备或配管的腐蚀和结垢程度来作为水质稳定处理的依据，而主工艺单元通常仍以设备供货方提出的水质要求作为考核指标。　　

　4.1.2　建议　　

根据生产实际情况，控制碳酸盐硬度(CaCO₃)、总含盐量等一些水质指标的主要目的是为了保护设备，减缓腐蚀或结垢，延长设备和配管的使用寿命，而这些完全可以通过投加水质稳定药剂实现。如果直接提高设备用水的含盐量指标，会造成水处理投资加大，工业新水补水量上升，不符合当前社会节能减排的趋势。　　

以连铸浊循环系统二冷喷淋水的碳酸盐硬度指标为例，根据在宝钢股份宝钢分公司实际调查的二冷喷淋水质数据，其数值达到了700~800mg/L，在投加水质稳定药剂后，连铸运行状况很好，喷头堵塞等现象也在控制范围之内。而连铸设备供货商通常会根据传统经验提出碳酸盐硬度不大于300~400mg/L的要求，在目前的《连铸工程设计规范(讨论稿)》中，也提出了碳酸盐硬度不大于450mg/L的要求。　　

因此，建议在确定工艺用水水质要求时，应根据设备和配管的材质、循环水水质、用水制度，结合投加水质稳定药剂因素，与专业药剂水处理厂家共同确定优化水处理加药方案，以确保用户的要求，对于一些诸如含盐量、硬度等指标的量化参照值进行调整，放宽具体的数值要求，而增加一些设备包括中间配管所能承受的腐蚀和结垢的允许值。　　

根据生产实际调整循环冷却水含盐量指标值，可以直接提高循环水系统的浓缩倍数，大幅度降低循环水系统强制排污水量和新水补充水量，对于水系统的节能减排有着积极的意义。　　

4.2以回用水作为浊循环水系统的补充水　　

　4.2.1　情况分析　　

钢铁企业浊循环冷却水系统常用于炼铁、炼钢、连铸、热轧等单元的煤气清洗、火焰切割、喷雾冷却、精炼除尘等。浊循环冷却水系统回水经加药、混凝、沉淀、过滤处理后冷却，不断循环使用。冷却水通过沉淀池构筑物、冷却塔时不断蒸发，循环水中的盐类不断被浓缩，含盐量不断增加。目前，以回用水作为浊循环水系统的补充水是普遍的串接用水方式。　　

实际上，一般的回用水是由工业污水经过常规水处理工艺(如混凝、沉淀、除油、过滤等)处理后制成的，原工业污水中的悬浮物、杂质、油等均得到了有效的去除，但其含盐量并没有降低。因此，以回用水作为浊循环水系统的补充水，虽然弥补了浊循环水系统因蒸发、风吹、排污、漏损等过程中损失的水量，但是会造成浊循环水含盐量的不断上升，加快管道和设备的结垢，同时也增加了水质稳定药剂的费用，因此，以回用水作为浊循环水系统补充水，并不能实现真正的节能减排。^[1]　　

　4.2.2　建议　　

按照节水环保、工业用水串接使用的原则，由于工业净循环水质(主要是含盐量指标)要优于浊循环水，因此应当优先以净循环水强制排污水作为浊循环水系统的补充水；但当净循环强制排污水量不能满足浊循环补充水量要求时，应当直接采用工业新水作为浊循环补充水。　　

4.3事故水塔的应用　　

　4.3.1　情况分析　　

事故水塔是保证生产的重要手段，在事故停水、停电等紧急状况下，起到冷却设备、保护设备的重要作用，目前在各钢铁企业广泛应用。事故水塔的常规做法是，事故水塔与设备冷却供水管道连通，对于密闭式系统，事故水塔同时还以膨胀管与密闭式系统回水管道连通，起到膨胀水箱的作用。　　

目前在国内钢铁企业中，事故水塔的设置有要求事故水塔储存全部事故用水量的，也有采取事故水塔与柴油泵相结合方式的。如事故水塔的容积按储存全部事故水量，安全事故用水全部由水塔承担，安全供水系统相对简单，但事故水塔一般要储存半个小时到40min的事故用水量，事故水塔容积很大，较大的事故水塔通常要储存1000~　2000m³　的水量。事故水塔平时不做使用，造成水塔内水质容易变坏，另外水塔需要定期放空清洗，所耗费的水量也较大。如采用事故水塔和柴油泵相结合的方式，事故水塔一般仅须储存10min的用水量，满足柴油泵最长启动时间即可，但安全供水系统由于有了柴油泵，控制系统相对负责，运行维护成本也上升。采用柴油泵与事故水塔相结合的供水方式，事故水塔容积小，放空清洗所排放的水量也相对较小。　　

　4.3.2　建议　　

从水系统节能减排考虑，另外鉴于国内柴油泵技术的不断发展，柴油泵供水也日趋可靠，对于事故用水量大的设备，应优先选择事故水塔与柴油泵相结合的供水方式。在宝钢等大型钢铁企业中，现已普遍采用事故水塔与柴油泵相结合的安全供水方式。　　

4.4管网系统水力不平衡对用水方式的影响　　

　4.4.1　情况分析　　

钢铁企业是用水大户，炼铁、炼钢、连铸、热轧、制氧等单元均有工业循环冷却水系统。各循环冷却水系统不仅系统复杂、用户多、水量大，而且用户分散，用户位置的高低和用水量的大小也往往不同。在循环水系统调试和正式生产运行过程中，同一循环水系统内各用户之间水量不平衡、水压不匹配的现象时有发生。　　

发生上述问题的原因是，循环水系统内部水力不平衡。水力不平衡通常分为四种情况：①由于设计不合理，将用水压力要求相差悬殊的用户设置在了一个循环水系统中，人为的造成了系统内部的水力不平衡；②由于管网水力计算的不合理，管径选取不当，使同一循环水系统内的不同用户之间的水头损失相差较大，导致的水力不平衡；③工业循环水用户本身的情况可能是在变化的，用水量的变化致使管道性能曲线和工作点不断变动，导致循环水系统的水泵的流量和扬程随之变化，造成了系统水力不平衡，这种情况对于密闭式循环冷却水系统的作用和影响尤为明显；④同一系统内的各用户本身的局限性所造成的不平衡，如距离水泵近或者位置较低的用户供水压力高、相对流量大，距离水泵远或者位置较高的用户供水压力低相对流量小，而工艺设备用户生产所需要的水量、水压是有一定要求的，造成了这种不平衡。　　

由于管网系统的水力不平衡，造成了有的工艺设备用水点的用水量和供水压力要求始终偏小得不到满足，通常采取以下措施来应对：①局部用户前增设新的加压泵场提高水压，如果直接从管网抽水则要求是被抽水的循环水总管管径足够大，不影响附近用户的用水，如果是增设水池，势必增加额外动能，同时也增加了土建的投资；②在整个循环水系统中增加总循环水量和水压。　　

但上述用水方式都只是掩盖水力不平衡并没有真正解决问题。有的工艺设备用水点剩余水头过多，在大量泄水或处于超压状态，只能在管网上增设减压节流措施。这些问题造成了循环水系统内部的混乱，影响生产、浪费水资源和能源，并给日常的维护工作带来了麻烦。^[2]　　

　4.4.2　建议　　

1).加强管网水力平衡设计工作　　

水力平衡设计的任务就是：①要求通过合理的系统划分与归并，使工程内工业循环冷却水系统数量最小化，以节约一次性工程造价和投资；②通过较为准确的水力计算，合理选择循环水管道的管径,避免循环水管网阻力过大或过小；③采取适当的水量、水压调节措施，使同一循环水系统中的不同的用户尽量少受距离水源远近或用户位置高低等外界因素的影响，系统内各用户相互之间的影响也最小化；④通过水源水泵的合理选型，使供水水源尽可能的具备一定的调节能力，符合生产的惯例。通过上述工作，使循环水系统内部各用户用水量和供水水压的要求均能得到满足，且要符合节能、节水的要求。^[2]　　

2).加强管网的水力平衡调试工作　　

所谓管网水力平衡调试工作，就是在所有的循环水处理设施、循环水管路、管路上所有的阀门配件等均已经安装完毕、所有用户点的给回水管道均接通的前提下，运用各种调节措施和调节手段，使循环水管路的实际工况点(包括流量、压力)，按接近原设计要求的状态运行，使循环水系统内部各用户用水量和供水水压的要求均能得到满足。^[3]　　

4.5局部小用户点无法回收　　

　4.5.1　情况分析　　

在钢铁企业内存在着大量的小流量用户，如局部除尘风机或空调的冷却水或冷凝水、泵类的轴封水等，通常单台设备的用量仅2~　3m³　/h。如果采用循环水，将面临由于用户用水量太小，容易因为水力不平衡造成管道内水塞的现象，即用户的管道中虽然充满了水，但是是几乎不流动的。如果采用直流用水，用水水质可以是新水或回用水，单台直排对于总用水量影响较小，但大量诸如此类的设备同时排放，其耗水量就非常客观了，另外从实际角度考虑，如果将这些小用户全部收集用水泵提升后回收，其动力费用与水耗相比，可能动力费用更加昂贵。　　

　4.5.2　建议　　

对于上述情况，对于一些水系统末端的小用户，采用循环水系统确有困难，应采用直流用水以确保设备的正常运行。选用直流用水时，首先建议采用水质较低的水供用户使用，如采用回用水。使用后应收集后集中处理或进入浊循环水系统。　　

5.关于节能减排的一些技术措施的建议　　

5.1关于反渗透浓盐水的应用　　

随着全膜法水处理系统造价和运行成本的日益降低，超滤加二级反渗透工艺，已广泛应用于钢铁企业脱盐水的制取。一级反渗透浓水量较大，溶解氧含量低、硫化氢含量高而且偏酸性，直接排放会对环境产生不利影响，传统的水处理工艺，如混凝、沉淀、过滤、气浮等，都无法有效的解决问题。　　

目前，对于一级反渗透浓水可采取如下处理方法：①将浓水与其它水或废水进行混合后排放；②对反渗透浓水蒸发干燥，将水分回收利用，将固体渣排放收集；③将反渗透浓水回用冲洗多介质过滤器后排放；④增设专门的废水处理装置(如过滤装置)对反渗透浓水进行处理等。　　

将浓盐水做专门处理，其成本太高，将浓盐水直接排放，不符合环保的要求。因此，浓盐水的处理和应用一直是难点所在。对于浓盐水首先应考虑的是利用而非处理，寻找合适的用户而不是探索水处理的工艺。　　

在钢铁企业中，烧结的一次混合和二次混合用水以及渣处理等直流用户或是浇洒地坪都是反渗透浓盐水应用的最佳用户。烧结一次混合和二次混合的用水量一般为每小时十几到几十立方米；高炉炉渣粒化如采用冲渣方式，其吨渣耗水量约为8~　12m³　，如采用泡渣方式，其吨渣耗水量约为1~　1.5m³　；转炉炼钢渣量较大，一般采用浅热泼渣盘工艺，耗水量约为吨渣　1.2m³　。^[4]　　

5.2关于回用水的应用　　

回用水在钢铁企业中常用的方式包括浊循环补充水、浇洒冲洗地坪、冲渣等。在4.2中提到过，回用水不适用于浊循环补充水，而浇洒冲洗地坪、冲渣等可能又消耗不了多少回用水。特别是对于短流程钢厂而言，很可能会造成回用水和工业污废水无法平衡。　　

在这种情况下，将回用水脱盐制取生产用纯水、软化水是较佳选择，将回用水脱盐制取纯水或软化水，即可满足生产要求、降低新水的取用量，又可以有效的消耗掉回用水量，并将在反渗透脱盐过程中产生的反渗透浓盐水用与烧结、炼铁、炼钢等单元的渣处理。　　

6.小结　　

钢铁企业水系统节能减排节省了大量珍贵地表水或地下水资源，降低生产成本，降低吨钢新水耗量，同时又是钢铁企业在其发展过程中作为保护环境和防治污染不可推卸的责任与义务。而节能减排工作是一项复杂的系统工程，需要在整个工厂的建设、生产过程中统筹考虑，需要进行详细的理论分析和实际检验。　　

参考文献　　

[1]金亚飚.钢铁工业污水处理现状和存在的问题.冶金环境保护.2008,(4):22~26　　

[2]金亚飚.钢铁企业工业循环冷却水系统水力平衡设计.给水排水.2008,(3):70~73　　

[3]金亚飚.工业循环冷却水系统管网水力平衡调试.给水排水.2008,(2):119~121　　

[4]金亚飚.潜议钢铁企业反渗透浓水的处置和应用.冶金环境保护.2008,(3):31,32,49　　

作者简介：金亚飚(1975.12- )，男，汉族，籍贯江苏省常熟市，1998年同济大学环境工程学院给水排水工程专业本科毕业，学士学位，高级工程师、注册公用设备工程师、中国水网咨询专家，兼任《环境科学与技术》杂志特约编委、《科技创新导报》杂志特约编委，主要从事钢铁企业给排水设计工作。