冶金行业循环水处理系统的设计探讨和研究

毛红英

(成都攀成钢冶金工程技术有限公司,四川成都610081)

冶金行业循环水处理系统的设计探讨和研究

毛红英

(成都攀成钢冶金工程技术有限公司,四川成都610081)

循环水处理系统设计的合理性、操作性、适应性和可靠性是冶金行业维持正常和高效生产的重要前提,也是环境保护和水污染防治的基本要求。对冶金行业循环水处理系统中的各个系统进行阐述,并对各个系统的设计特点进行了分析,用实例论述了水量平衡在冶金行业循环水处理系统中的重要性。

冶金行业;循环水处理;环境保护;水量平衡

1 引言

在冶金行业中,循环冷却水具有系统复杂、用户多、水量大、循环水介质种类多等特点。循环水处理系统如同主工艺生产的生命线,对于正常的生产和维护设备的安全起着至关重要的作用。其中循环冷却水处理站承担着工业循环冷却水水质处理、降温冷却的任务,是循环冷却水系统的核心。目前随着资源的开发和工业的发展,环境保护问题日益严峻,水资源的保护和控制更成为世界性的突出问题,我国的环境保护法和水污染防治法对水资源的保护及污染物排放提出了更高的要求。为此,在拟定循环水系统水量平衡时,就应以充分利用循环水和减少排放为主要指导思想。

2 冶金行业循环水处理系统概述

循环水处理系统的设计对于冶金工业的建设至关重要,它不仅影响冶金企业的用水效果,而且还与经济效益、环保密切相关。

冶金行业循环水处理系统包括:净循环水系统、浊循环水系统、除盐水系统、安全供水系统等等。各个处理系统对水质的要求不同,其中的处理过程亦不同。各循环系统水质指标见表1。

表1 水质指标表

冶金行业循环水总量较大,除某些工艺主要设备如芯棒冷却等外,通常情况下单台设备的用水量较小,用水点较多,对供水的安全性要求较高。如果设计考虑不周,可能造成设备损坏,因此设计初期就应该认真分析,严格控制各用水点的水量及水压。

有的设计者由于对冶金工艺设备性能的特点了解不深或不了解,供水管设计的水压降过大,至后面的设备水压、水量不足,甚至整个循环管路形成负压、无水可供的情况。因此设计此类循环系统,应慎重考虑供、排水的压力及整个系统的水量平衡,并应在进出水管处采取相应的技术措施,以确保系统运行的安全可靠。

3 净循环水处理系统的设计特点

以某钢厂热轧车间为例。净循环水用户主要为液压站、加热炉及地下油库、空压站等,用户用后的排水为压力排水,为改善水质部分约30%的回水水量送至车间外净循环水池上方的全自动反冲洗过滤器过滤后再上冷却塔,余下的70%水量直接进冷却塔进行冷却,冷却后的水由塔下冷水池集中贮存,再根据各用户对水量的要求用泵送至各用户处使用(见图1)。整个过程中为保证净循环水水质,净循环水系统在净环站泵房内设置一套加药装置,向水池内投加防垢剂、防藻剂等水质稳定药剂,对循环水进行水质稳定处理,药剂种类及投加量由用户根据试验确定。

该系统的设计需要考虑以下特点:(1)收集设计基本资料,各净循环水用户对水质、水量的要求;(2)确定净循环水系统设置、处理方案;(3)由于蒸发、风吹、排污、漏损等原因需要一定的补充水量,考虑补充水的来源,控制补充水水质,合理设置补充水量;(4)整个系统的设置位置要充分考虑,既要方便安装、检修又要尽可能地靠近用水量大的用户,避免管道迂回设置,增大阻力,耗费动力。(5)设备的选型一定要适合项目的用水量,不宜容量过大,造成不必要的损失和浪费。

传统的工艺流程中,净循环水直接回净环热水池,再设一组泵提升至水池上方冷却塔冷却,冷却后的水流至冷水池贮存,再由泵送至用户。该工艺多一组上塔泵。假设上塔泵能力为500m3/h,功率为45k Wh,每年生产330天计,则每年多耗电356 400k Wh,每度电以0.5元计,则耗17.82万元/年。目前使用的净环水工艺进行改造后,利用余压直接上塔,可为冶金企业节约可观的能源成本和经济成本。

当然根据冶金企业工艺设备的特点,可以选择不同的净循环水处理方案。

图1 净循环水系统工艺流程图

4 浊循环水处理系统的设计特点

根据冶金企业工艺设备特点的不同,浊循环水系统的工艺方案选择也不同。以某钢厂轧管车间为例,浊循环水用户主要有穿孔机、轧机、矫直机、定径机等设备直接冷却及冲氧化铁皮,各用户使用后的水经车间内氧化铁皮沟收集,流入车间外旋流沉淀池或一次铁皮沉淀池进行初次沉淀处理,经沉淀后的水一部分由一组泵加压直接送车间冲氧化铁皮,另一部分水用泵送水处理站化学除油器进行二次沉淀除油处理。旋流沉淀池中沉淀的粗颗粒利用车间外抓斗抓入渣池,汽车外运。经化学除油器处理后的上清液流入浊循环热水池,用泵送全自动过滤器过滤后再上冷却塔冷却,冷却后的水流入浊环冷水池,用泵送车间各用户。化学除油器底部污泥进入污泥调节池,用污泥泵送浓缩池,经浓缩后的污泥再由泥浆泵送至污泥站的板框压滤机,制成泥饼外运,压滤水再送回化学除油器。主要工艺流程见图2。

图2 浊循环水工艺流程图

该系统设计需要考虑以下特点:(1)设计基础资料的收集,浊循环水用户对水质、水量的要求,确定用户中有无特殊水压要求的用户。如芯棒冷却、顶杆穿孔等压力要求在1.2MPa～1.8Mpa,高压水除磷等压力要求更高,这些用户是否需单独设置加压泵。(2)根据工艺设备、场地布置等特点确定浊循环水系统的处理方案,是选用上述系统还是选用稀土磁盘分离设备等,比较哪种方案工况性能更稳定。(3)除油设备的选用一定要经济适用。好的化学除油器能有效地去除浊循环水的油类物质和大部分悬浮物,同时要设置相应的油凝聚剂和油絮凝剂等加药装置进行加药处理。处理后油去除率可达80%,ss去除率可达85%。(4)充分了解污泥浓缩池、污泥处理站的作用和性能。泥浆调节池送来的稀泥进入污泥浓缩池进行浓缩,澄清液流至化学除油器,底部泥浆排入泥浆搅拌桶,由泥浆泵送至污泥站隔膜箱式压滤机过滤,滤液由污泥处理站滤液储池收集,由污泥站滤液返送泵送化学除油器进行处理,压滤机截留下的污泥经压缩空气吹干后制成泥饼外运。(5)浊循环水由于水质复杂,设计时要充分考虑水泵、管道阀门等设备的耐磨、耐腐蚀性。(6)浊循环水用量大且水质差,故设计时尽量实现循环使用,不外排污水。(7)浊循环水系统由于处理水量大、设备多,场地布置上应进行充分合理的考虑,是就近车间用户设置还是厂区统一设置,都是设计初期必须考虑的问题。

5 除盐水系统设计特点

除盐水一般用于车间结晶器冷却。原水通过设置在取水泵站内的取水泵加压送除盐水站(见图3)。原水通过一体化净化器进行沉淀处理,再通过精密过滤器进行过滤处理,精密过滤器主要用来去除原水中可能存在的固体颗粒物(如砂砾等),防止对超滤膜造成损伤,导致膜丝断裂。经精密过滤器后的生产新水进入超滤装置处理,超滤装置出水贮存在超滤水池中,通过超滤泵送反渗透系统处理,在预处理系统分别加入杀菌剂、还原剂、阻垢剂等(见图4)。

超滤装置滤后水通过保安过滤器进行再次保安过滤,然后经高压泵加压进入反渗透系统,水流以高压、高速流过光滑螺旋式的膜表面,在渗透压的作用下,原水中的水透过反渗透以垂直于原水流动方向最终汇集于元件中心管流出,浓缩水从膜元件另一侧排出,反渗透膜处理后的除盐水利用余压进入除盐水池,经除盐水泵送至除盐管网输送到厂区各用户。

除盐水设计需考虑以下特点:(1)原水的来源,原水水质处理后是否满足除盐水需求。(2)除盐水系统涉及的设备,加药装置,药剂种类等较多,布置上要充分考虑,场地设置上应进行合理布置。(3)除盐水超滤及反渗透装置清洗过程中间段排放的酸(碱)性等废水,实现不外排,应充分考虑贮存处理。(4)除盐系统中的污泥废水等需充分考虑好最终去处,不得随意乱排放、污染环境。

6 安全供水系统的设计特点

安全水又称事故水,主要在生产过程停电等紧急情况下,起到冷却设备、保护设备的重要作用,水质同净循环水。

目前在国内的钢铁企业中,事故水一般由事故水塔或净环站内的柴油泵单独供水,也有用柴油泵和事故水塔相结合的方式。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与膨胀管、密闭式系统回水管道连通,起到膨胀水箱的作用。若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30min以上的事故用水量,事故水塔的容积很大,较大的事故水塔通常要储存几百上千方水量。事故水塔平时不做使用,极易造成水塔内水质变坏,需定期放空清洗,造成很大的水量浪费。若采用柴油泵与事故水塔相结合的方式,事故水塔只需储存10min的用水量,满足柴油泵最长启动时间即可,但安全供水有了柴油泵,控制系统复杂,运行维护成本上升。采用两者相结合的方式,水塔容积小,放空清洗所需排放的水量也较小。故对于事故用水量大的设备,应优先考虑选择事故水塔和柴油泵相结合的方式。

图3 除盐水工艺流程图

图4 除盐水预处理系统工艺流程图

7 冶金行业中水量平衡的重要性

节能减排是整个国家的战略目标,冶金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,是冶金企业循环水系统所追求的目标。科学用水是冶金行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地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。

节能减排不仅要注重对工业污水的处理和回用,更重要的是以合理地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。平衡的用水方式既不会有多余的工业废水被排放,又可以尽量减少新水的需求量。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。

以某钢厂热轧、热处理车间为例。净循环水量、浊循环水量、淬火水量等参见图5。

由图5可见本厂总用水量为5 612.5 m3/h,全厂补充新水量为95.5 m3/h,循环水用量为5 517 m3/h,循环百分数为98.3%。循环水使用率目前没有明确的数字指标,根据冶金行业多年的用水经验和试验数据,专家们认为冶金行业补充新水的量介于0.5%～2%为较合理的取值。该厂补充新水为1.7%,符合要求。

由此可见要实现冶金企业工业水系统的节能减排,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。节能减排要研究合理的用水方式,为这些所谓的污废水寻找合适的用户,在生产中只有不适合的用户,没有不适合的水资源。

8 结束语

冶金企业循环水系统设计的合理性、可操作性、适应性和可靠性是保证企业高效生产的重要前提,同事也是环境保护和水资源合理利用的基本要求。因此设计人员在设计过程中应综合考虑技术、经济等因素,通过经济技术比较,确定合理的设计方案,为企业提供优质的设计。同时要求设计和生产管理的协调配合,是促进生产技术不断完善、不断发展。

图5 某钢厂热轧、热处理车间水量平衡图

[1] 冯旭东.给水排水设计手册第四册工业给水处理[M].中国建筑工业出版社,2002:278—290.

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[3] 王筠曹.钢铁工业给水排水设计手册[M].冶金工业出版社,2002:520—525,636—640.

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[5] 喻亚军.冶金行业循环水处理系统设计探讨[J].商品与质量.学术观察,2012(10):84.

[6] 金亚飚.浅议钢铁企业水系统实现节能减排的技术措施[D].第四届中国金属学会青年学术年会论文集,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

毛红英,工程师,主要从事冶金行业工业给排水、通风、除尘的设计研究及现场服务等工作。