冶金行業循環水處理系統的設計探討和研究

毛紅英

(成都攀成鋼冶金工程技術有限公司,四川成都610081)

冶金行業循環水處理系統的設計探討和研究

毛紅英

(成都攀成鋼冶金工程技術有限公司,四川成都610081)

循環水處理系統設計的合理性、操作性、適應性和可靠性是冶金行業維持正常和高效生產的重要前提,也是環境保護和水污染防治的基本要求。對冶金行業循環水處理系統中的各個系統進行闡述,并對各個系統的設計特點進行了分析,用實例論述了水量平衡在冶金行業循環水處理系統中的重要性。

冶金行業;循環水處理;環境保護;水量平衡

1 引言

在冶金行業中,循環冷卻水具有系統復雜、用戶多、水量大、循環水介質種類多等特點。循環水處理系統如同主工藝生產的生命線,對于正常的生產和維護設備的安全起著至關重要的作用。其中循環冷卻水處理站承擔著工業循環冷卻水水質處理、降溫冷卻的任務,是循環冷卻水系統的核心。目前隨著資源的開發和工業的發展,環境保護問題日益嚴峻,水資源的保護和控制更成為世界性的突出問題,我國的環境保護法和水污染防治法對水資源的保護及污染物排放提出了更高的要求。為此,在擬定循環水系統水量平衡時,就應以充分利用循環水和減少排放為主要指導思想。

2 冶金行業循環水處理系統概述

循環水處理系統的設計對于冶金工業的建設至關重要,它不僅影響冶金企業的用水效果,而且還與經濟效益、環保密切相關。

冶金行業循環水處理系統包括:凈循環水系統、濁循環水系統、除鹽水系統、安全供水系統等等。各個處理系統對水質的要求不同,其中的處理過程亦不同。各循環系統水質指標見表1。

表1 水質指標表

冶金行業循環水總量較大,除某些工藝主要設備如芯棒冷卻等外,通常情況下單臺設備的用水量較小,用水點較多,對供水的安全性要求較高。如果設計考慮不周,可能造成設備損壞,因此設計初期就應該認真分析,嚴格控制各用水點的水量及水壓。

有的設計者由于對冶金工藝設備性能的特點了解不深或不了解,供水管設計的水壓降過大,至后面的設備水壓、水量不足,甚至整個循環管路形成負壓、無水可供的情況。因此設計此類循環系統,應慎重考慮供、排水的壓力及整個系統的水量平衡,并應在進出水管處采取相應的技術措施,以確保系統運行的安全可靠。

3 凈循環水處理系統的設計特點

以某鋼廠熱軋車間為例。凈循環水用戶主要為液壓站、加熱爐及地下油庫、空壓站等,用戶用后的排水為壓力排水,為改善水質部分約30%的回水水量送至車間外凈循環水池上方的全自動反沖洗過濾器過濾后再上冷卻塔,余下的70%水量直接進冷卻塔進行冷卻,冷卻后的水由塔下冷水池集中貯存,再根據各用戶對水量的要求用泵送至各用戶處使用(見圖1)。整個過程中為保證凈循環水水質,凈循環水系統在凈環站泵房內設置一套加藥裝置,向水池內投加防垢劑、防藻劑等水質穩定藥劑,對循環水進行水質穩定處理,藥劑種類及投加量由用戶根據試驗確定。

該系統的設計需要考慮以下特點:(1)收集設計基本資料,各凈循環水用戶對水質、水量的要求;(2)確定凈循環水系統設置、處理方案;(3)由于蒸發、風吹、排污、漏損等原因需要一定的補充水量,考慮補充水的來源,控制補充水水質,合理設置補充水量;(4)整個系統的設置位置要充分考慮,既要方便安裝、檢修又要盡可能地靠近用水量大的用戶,避免管道迂回設置,增大阻力,耗費動力。(5)設備的選型一定要適合項目的用水量,不宜容量過大,造成不必要的損失和浪費。

傳統的工藝流程中,凈循環水直接回凈環熱水池,再設一組泵提升至水池上方冷卻塔冷卻,冷卻后的水流至冷水池貯存,再由泵送至用戶。該工藝多一組上塔泵。假設上塔泵能力為500m3/h,功率為45k Wh,每年生產330天計,則每年多耗電356 400k Wh,每度電以0.5元計,則耗17.82萬元/年。目前使用的凈環水工藝進行改造后,利用余壓直接上塔,可為冶金企業節約可觀的能源成本和經濟成本。

當然根據冶金企業工藝設備的特點,可以選擇不同的凈循環水處理方案。

圖1 凈循環水系統工藝流程圖

4 濁循環水處理系統的設計特點

根據冶金企業工藝設備特點的不同,濁循環水系統的工藝方案選擇也不同。以某鋼廠軋管車間為例,濁循環水用戶主要有穿孔機、軋機、矯直機、定徑機等設備直接冷卻及沖氧化鐵皮,各用戶使用后的水經車間內氧化鐵皮溝收集,流入車間外旋流沉淀池或一次鐵皮沉淀池進行初次沉淀處理,經沉淀后的水一部分由一組泵加壓直接送車間沖氧化鐵皮,另一部分水用泵送水處理站化學除油器進行二次沉淀除油處理。旋流沉淀池中沉淀的粗顆粒利用車間外抓斗抓入渣池,汽車外運。經化學除油器處理后的上清液流入濁循環熱水池,用泵送全自動過濾器過濾后再上冷卻塔冷卻,冷卻后的水流入濁環冷水池,用泵送車間各用戶?；瘜W除油器底部污泥進入污泥調節池,用污泥泵送濃縮池,經濃縮后的污泥再由泥漿泵送至污泥站的板框壓濾機,制成泥餅外運,壓濾水再送回化學除油器。主要工藝流程見圖2。

圖2 濁循環水工藝流程圖

該系統設計需要考慮以下特點:(1)設計基礎資料的收集,濁循環水用戶對水質、水量的要求,確定用戶中有無特殊水壓要求的用戶。如芯棒冷卻、頂桿穿孔等壓力要求在1.2MPa～1.8Mpa,高壓水除磷等壓力要求更高,這些用戶是否需單獨設置加壓泵。(2)根據工藝設備、場地布置等特點確定濁循環水系統的處理方案,是選用上述系統還是選用稀土磁盤分離設備等,比較哪種方案工況性能更穩定。(3)除油設備的選用一定要經濟適用。好的化學除油器能有效地去除濁循環水的油類物質和大部分懸浮物,同時要設置相應的油凝聚劑和油絮凝劑等加藥裝置進行加藥處理。處理后油去除率可達80%,ss去除率可達85%。(4)充分了解污泥濃縮池、污泥處理站的作用和性能。泥漿調節池送來的稀泥進入污泥濃縮池進行濃縮,澄清液流至化學除油器,底部泥漿排入泥漿攪拌桶,由泥漿泵送至污泥站隔膜箱式壓濾機過濾,濾液由污泥處理站濾液儲池收集,由污泥站濾液返送泵送化學除油器進行處理,壓濾機截留下的污泥經壓縮空氣吹干后制成泥餅外運。(5)濁循環水由于水質復雜,設計時要充分考慮水泵、管道閥門等設備的耐磨、耐腐蝕性。(6)濁循環水用量大且水質差,故設計時盡量實現循環使用,不外排污水。(7)濁循環水系統由于處理水量大、設備多,場地布置上應進行充分合理的考慮,是就近車間用戶設置還是廠區統一設置,都是設計初期必須考慮的問題。

5 除鹽水系統設計特點

除鹽水一般用于車間結晶器冷卻。原水通過設置在取水泵站內的取水泵加壓送除鹽水站(見圖3)。原水通過一體化凈化器進行沉淀處理,再通過精密過濾器進行過濾處理,精密過濾器主要用來去除原水中可能存在的固體顆粒物(如砂礫等),防止對超濾膜造成損傷,導致膜絲斷裂。經精密過濾器后的生產新水進入超濾裝置處理,超濾裝置出水貯存在超濾水池中,通過超濾泵送反滲透系統處理,在預處理系統分別加入殺菌劑、還原劑、阻垢劑等(見圖4)。

超濾裝置濾后水通過保安過濾器進行再次保安過濾,然后經高壓泵加壓進入反滲透系統,水流以高壓、高速流過光滑螺旋式的膜表面,在滲透壓的作用下,原水中的水透過反滲透以垂直于原水流動方向最終匯集于元件中心管流出,濃縮水從膜元件另一側排出,反滲透膜處理后的除鹽水利用余壓進入除鹽水池,經除鹽水泵送至除鹽管網輸送到廠區各用戶。

除鹽水設計需考慮以下特點:(1)原水的來源,原水水質處理后是否滿足除鹽水需求。(2)除鹽水系統涉及的設備,加藥裝置,藥劑種類等較多,布置上要充分考慮,場地設置上應進行合理布置。(3)除鹽水超濾及反滲透裝置清洗過程中間段排放的酸(堿)性等廢水,實現不外排,應充分考慮貯存處理。(4)除鹽系統中的污泥廢水等需充分考慮好最終去處,不得隨意亂排放、污染環境。

6 安全供水系統的設計特點

安全水又稱事故水,主要在生產過程停電等緊急情況下,起到冷卻設備、保護設備的重要作用,水質同凈循環水。

目前在國內的鋼鐵企業中,事故水一般由事故水塔或凈環站內的柴油泵單獨供水,也有用柴油泵和事故水塔相結合的方式。事故水塔的常規做法是:事故水塔與設備冷卻供水管道連通,對于密閉式系統事故水塔同時還與膨脹管、密閉式系統回水管道連通,起到膨脹水箱的作用。若安全事故用水全部由水塔承擔,安全供水系統相對簡單,但事故水塔一般要儲存30min以上的事故用水量,事故水塔的容積很大,較大的事故水塔通常要儲存幾百上千方水量。事故水塔平時不做使用,極易造成水塔內水質變壞,需定期放空清洗,造成很大的水量浪費。若采用柴油泵與事故水塔相結合的方式,事故水塔只需儲存10min的用水量,滿足柴油泵最長啟動時間即可,但安全供水有了柴油泵,控制系統復雜,運行維護成本上升。采用兩者相結合的方式,水塔容積小,放空清洗所需排放的水量也較小。故對于事故用水量大的設備,應優先考慮選擇事故水塔和柴油泵相結合的方式。

圖3 除鹽水工藝流程圖

圖4 除鹽水預處理系統工藝流程圖

7 冶金行業中水量平衡的重要性

節能減排是整個國家的戰略目標,冶金工業作為重點能耗行業之一,是節能減排的重點。節約工業新水用量,減少工業污水的排放量,是冶金企業循環水系統所追求的目標?？茖W用水是冶金行業水系統實現節能減排的關鍵,科學用水最主要的就是合理地控制供水水質和水量,使不同水質的水資源合理的應用于不同的工業水用戶,滿足生產需求。

節能減排不僅要注重對工業污水的處理和回用,更重要的是以合理地用水方式在生產環節中真正實現一水多用,串接用水和節約用水,實現用水和排水之間的平衡。平衡的用水方式既不會有多余的工業廢水被排放,又可以盡量減少新水的需求量。在理論上,工業新水只用于補充因蒸發、風吹、排污、漏損等造成的循環水系統的水量損失,是一種完全理想的狀態,雖然在實際應用過程中可能難以實現,但應當采取各種技術措施,使實際盡量接近理論。

以某鋼廠熱軋、熱處理車間為例。凈循環水量、濁循環水量、淬火水量等參見圖5。

由圖5可見本廠總用水量為5 612.5 m3/h,全廠補充新水量為95.5 m3/h,循環水用量為5 517 m3/h,循環百分數為98.3%。循環水使用率目前沒有明確的數字指標,根據冶金行業多年的用水經驗和試驗數據,專家們認為冶金行業補充新水的量介于0.5%～2%為較合理的取值。該廠補充新水為1.7%,符合要求。

由此可見要實現冶金企業工業水系統的節能減排,必須要樹立所有污廢水資源的概念。在各生產環節中所產生的污水和廢水都是水資源,都是可以加以利用的,有些可以直接在另一個生產環節中利用,有些需要進行適當的處理再加以利用。節能減排要研究合理的用水方式,為這些所謂的污廢水尋找合適的用戶,在生產中只有不適合的用戶,沒有不適合的水資源。

8 結束語

冶金企業循環水系統設計的合理性、可操作性、適應性和可靠性是保證企業高效生產的重要前提,同事也是環境保護和水資源合理利用的基本要求。因此設計人員在設計過程中應綜合考慮技術、經濟等因素,通過經濟技術比較,確定合理的設計方案,為企業提供優質的設計。同時要求設計和生產管理的協調配合,是促進生產技術不斷完善、不斷發展。

圖5 某鋼廠熱軋、熱處理車間水量平衡圖

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[3] 王筠曹.鋼鐵工業給水排水設計手冊[M].冶金工業出版社,2002:520—525,636—640.

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[6] 金亞飚.淺議鋼鐵企業水系統實現節能減排的技術措施[D].第四屆中國金屬學會青年學術年會論文集,2008.

Discussion and Research on Design of Circulating Water Treatment System in Metallurgical Industry

MAO Hong-ying

(Chengdu Panchenggang Metallurgical Engineering Technology Co.,Ltd.,Chengdu,610081,Sichuan,China)

The rationality of the design of circulating water treatment system,interoperability,adaptability and reliability is the metallurgical industry to maintain normal and efficient production of important premise,is also the basic requirement of environmental protection and water pollution prevention and control.In this paper,the metallurgical industry circulating water treatment system of each system are expounded,and the design of the system characteristics are analyzed, and discussed with a practical example the importance of water balance in metallurgical industry circulating water treatment system.

metallurgical industry;circulating water treatment;environmental protection;water quantity balance

1001—5108(2016)03—0076—07

X703

A

毛紅英,工程師,主要從事冶金行業工業給排水、通風、除塵的設計研究及現場服務等工作。