炼钢厂水系统设计以及相关节能减排措施分析

炼钢厂水系统设计以及相关节能减排措施分析

唐寅

昆钢动力能源分公司650302

摘要：钢铁企业是我国工业的重要组成部分，而炼钢又是钢铁企业生产经营的重要环节。炼钢过程中许多工序都需要水，因此给排水系统的设计是炼钢厂设计中的一大要点。在环境日益恶化、自然资源日趋紧张的今天，为响应国家节能减排的号召，炼钢厂也必须行动起来，采取措施提高水资源利用率，降低耗水总量，减少废水的排放。本文以山东省某炼钢厂为例，分析其水系统设计，并提出几点节能减排的措施。

关键词：炼钢厂；水系统设计；节能减排

水是炼钢过程中必不可少的生产元素，影响着钢的最终质量。炼钢厂给排水系统的设计需要考虑到各个环节工业水用户的需求，供给各用户足以完成生产工序的水量，这样设计出的炼钢厂水系统才是科学合理的。水也是炼钢过程中耗费极大的生产元素，在生产成本中占可观比重。水系统节能减排的实现能有效降低生产成本，同时减少对生态环境的破坏，有利于企业可持续发展。

一、炼钢厂水系统设计

根据炼钢厂各环节对水质、水压的不同要求，再结合回水有压无压不同情况的影响，该炼钢厂共有九个循环水系统，具体如下：LF炉软水闭路循环水系统、连铸机结晶器软水闭路循环水系统、转炉氧枪净环水系统、连铸机液压站净环水系统、转炉烟气净化浊环水系统、连铸机二冷段及辊道净化浊环水系统、连铸机冲渣浊环水系统、转炉钢渣处理浊环水系统、转炉炉体净环水系统。

1.水系统结构

（1）LF炉、连铸机结晶器软水闭路循环水系统结构图

（2）转炉氧枪、连铸机液压站净环水系统结构图

（3）转炉烟气净化浊环水系统结构图

（4）连铸机二冷段及辊道、冲渣浊环水系统结构图

（5）转炉钢渣处理浊环水系统结构图

（6）转炉炉体净环水系统结构图

2.水系统常规用水分析

钢铁厂水系统的常规用水机制主要包括以下三个方面。

（1）循环用水的水质要求问题

工业生产中由于设备、工艺等的适用性不同，不同生产环节对水质有着不同的要求，一般这种用水标准由冶金设备的供货方决定。水质标准涉及两个方面：第一项标准是冶金设备内容许存在的悬浮物的最大粒径值和总铁油数量，要达到这个标准较为容易，采取一些常规工业处理手段即可。第二项标准是水中的总含盐量和碳酸盐硬度，这项指标控制起来较为困难，对循环水系统的循环水利用率影响较大，是一个耗费新水较多的生产环节，且为将指标精准控制在要求范围内还需辅以大量常规处理手段。一般情况下由炼钢厂中的能源管理部门负责这方面问题，有时也可能是主工艺单元来进行水质管理。水质处理的工作程序复杂、技术难度较大，各部门间时常为此发生冲突，但各部门在水质稳定性的检测上坚持统一的鉴定方法，即以设备、配管等受腐蚀的程度来判断水质是否稳定。

（2）用回用水补充浊循环水系统

浊循环冷却水一般用于炼铁和炼钢中的煤气清洗、喷雾冷却、火焰切割等环节。对加药、混凝、过滤后的浊循环冷却水系统进行冷却处理，冷却水中水分大量蒸发，水的含盐量提高。目前钢铁工业中惯用回水作为浊循环冷却水系统中水的补充，这种串接用水的方式操作起来较为便利。

（3）管网系统水力不平衡

管网系统水力不平衡对钢铁厂用水方式有很大影响。钢铁厂生产中的许多环节都有用水需求，比如炼钢、炼铁、制氧等生产程序中都会配备一个循环冷却水系统。这个系统内部管道构造极其复杂，管道终端供应的工业水用户数量庞大，每个用户从地点上看位置比较分散，且用水量都较大，但具体而论，每位用户的用水量又有差异。在钢铁厂的实际生产中，同一个循环冷却水系统的服务范围内，工业水用户水量需求不一、位置不同会使系统内出现用户水量不平衡、水压不匹配等现象。

二、炼钢厂水系统节能减排措施

促进炼钢厂科学用水、实现炼钢厂节能减排，使炼钢厂既能维持正常的工业生产，同时又能减少对环境的破坏，究其本质就是要改进炼钢厂给排水系统，为不同水质的水源寻找合适的工业水用户，使每一滴水物尽其用，从而降低炼钢厂的整体用水量和污水排放量。具体做法可参考如下措施。

1.所有工业污水都可以再次利用

炼钢厂在生产过程中需要消耗大量新水，每生产一吨钢所消耗的水资源即为吨钢新水消耗，它是钢铁企业的重要能耗指标之一。新水参与钢铁生产环节后会受到各种工业物质的污染，此时若将这些水作为污水排出，对于炼钢厂来说成本太高，对于周遭环境来说污染也会超标。为此前人早就想出了循环利用工业水的解决办法，但只是针对部分工业水的循环利用，也就是说实际中炼钢厂的工业水循环利用率还有很大的提升空间。炼钢厂应树立起所有工业污水都可以再次利用的环保水资源使用理念，仔细研究工业生产过程中的污水，将可以直接再应用于生产环节的污水和需要经过加工才能再次使用的污水区分开来，为每一种工业污水寻找合适的去处。炼钢厂水系统设计者要谨记，生产环节中没有废水，只要留心观察、细心研究，每一种水（新水、经过一次使用的工业水、多次循环使用的工业水）都有对应的工业水用户，都可以在生产过程中再尽一份力。如方大钢铁集团2018年11月斥资千万建造的水处理中心，该中心采用了国际尖端废水回收处理工艺，建成后每小时废水处理量可达800立方米，是工业水循环利用的模范。循环利用工业水的作业模式值得普遍的推广应用，它可以大大降低新水消耗，使钢铁厂在实现废水零排放的发展道路上取得长足的进步，经过深度净化处理的工业水即使不再用于工业生产也可以用于洗车、浇花等日常生活事务，在降低企业生产成本、提高企业经济效益和保护环境等方面都有着显著的作用。

2.水量平衡

钢铁厂生产过程中需要保持工业用水量和污水排放量的动态平衡，这是节能减排的要求，也是维持企业可持续绿色发展的要求。理论上来说，钢铁生产过程中的工业水一直循环利用就能实现自给自足，除去风吹、蒸发等因素造成的水源流失需要补注新水，其余不再有对新水的需求。新水注入量少，根据水量平衡的原则，污水的排放量也少，这样就实现了降低新水用量、控制废水排放的节能减排目标。实际生产中无法达到这种理想境界，但可以通过不断改进技术来向这一理想靠拢。

3.反渗透浓盐水的应用

科技的快速发展为工业水循环利用提供了技术支撑，全膜法水处理技术逐渐成熟，这种水处理系统的建设成本和运行成本日益下降，有利于该系统的推广使用。此外，钢铁厂脱盐水的制造工序中开始广泛应用一种新工艺——超过滤加二级反渗透工艺，它很好地解决了原本的沉淀、混凝等工艺不能解决的问题，即脱盐水制造过程中出现的大量一级反渗透水、低含量溶氧和高含量硫化氢，降低了生产过程中对环境造成的伤害。

对于一级反渗透浓水，具体可采用以下处理方法：（1）排放前可将一级反渗透浓水与其他工业废水混合。（2）排放前可对一级反渗透浓水进行再利用，以之冲洗多介质过滤器。（3）置备处理一级反渗透浓水的专业器具。（4）利用蒸发干燥等手段提取一级反渗透浓水中的纯水以备二次使用，仅排放剩余的废渣。

三、结束语

近年来国家多次强调节能减排的重要性并出台了《中华人民共和国节约能源法》《中央企业节能减排监督管理暂行办法》等一系列法律法规。作为工业领域用水大户，炼钢厂在水系统设计中注重节能减排不仅是降低生产成本、提升自身经济效益的要求，也是承担社会责任、实现可持续发展的要求。未来的炼钢厂生产中应继续坚持绿色发展，大力开展节能减排工作，以先进的理论知识、尖端的科学技术和细心的实践检验来提高水系统节能减排性能。

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