大型節(jié)能環(huán)保燒結(jié)廠給排水系統(tǒng)設(shè)計探究

　　摘要: 全國各大鋼鐵企業(yè)都在新建、擴(kuò)建、改建的項目中，全力貫徹節(jié)能環(huán)保的理念，打造綠色工程。對于當(dāng)今主流的大型燒結(jié)廠來說，基本都同時配有余熱發(fā)電系統(tǒng)和脫硫脫硝系統(tǒng)。一個完整的大型節(jié)能環(huán)保燒結(jié)廠給排水設(shè)計中，主要包括生產(chǎn)用水、生活用水、消防用水和排水等系統(tǒng)。由此結(jié)合各類實際工況，對上述給排水系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分類探究。

　　關(guān)鍵詞: 燒結(jié)廠; 余熱發(fā)電; 脫硫脫硝; 給排水系統(tǒng)

　　高振宇 礦業(yè)工程 2021-12-02

　　經(jīng)濟(jì)與科技的日益發(fā)展，推動著綠色工業(yè)的不斷進(jìn)步，各行各業(yè)都在踐行 “綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念，鋼鐵行業(yè)也不例外。全國各大鋼鐵企業(yè)都在新建、擴(kuò)建、改建的項目中，全力貫徹節(jié)能環(huán)保的理念，打造綠色工程。對于當(dāng)今主流的大型燒結(jié)廠來說，余熱發(fā)電系統(tǒng)和脫硫脫硝系統(tǒng)更是打造綠色工程的重中之重。在每個綜合型燒結(jié)廠項目的設(shè)計過程中，給排水系統(tǒng)的分類，廠區(qū)給排水管線的布置、分區(qū)，以及循環(huán)水的回收利用都至關(guān)重要。如果供水系統(tǒng)設(shè)計不合理，可能會造成生產(chǎn)過程中設(shè)備出現(xiàn)故障; 如果供水分區(qū)分配不合理，有可能由于局部管道的問題而導(dǎo)致全廠停產(chǎn)，造成無法估量的直接經(jīng)濟(jì)損失; 而如果消防給排水系統(tǒng)設(shè)計不合理，甚至可能會危及到工作人員的生命安全。

　　1 概述及水源

　　一個完整的大型節(jié)能環(huán)保燒結(jié)廠給排水設(shè)計中，主要包括生產(chǎn)用水、生活用水、消防用水和排水等系統(tǒng)。在每個項目前期，首先要明確項目的設(shè)計范圍，清楚外部水源資料。這些水源資料主要包括外部供水種類，供水方式，以及水質(zhì)、水量和水壓等。在常規(guī)的燒結(jié)廠項目中，生產(chǎn)新水和生活水往往都由外部供水管網(wǎng)保證，某些燒結(jié)廠還會提供中水的水源。各種水源在接入紅線內(nèi)之后均需設(shè)置一個流量計井，將信號遠(yuǎn)傳至中控室。在常規(guī)的燒結(jié)廠項目中，一般不會提供工業(yè)循環(huán)冷卻水和室內(nèi)消防水的水源，因此這些用水需要靠燒結(jié)廠內(nèi)新建的循環(huán)水泵站保證其水質(zhì)，水量和水壓。

　　2 生產(chǎn)用水

　　2. 1 生產(chǎn)新水系統(tǒng)

　　生產(chǎn)新水系統(tǒng)主要作為循環(huán)水系統(tǒng)的補水，保證全廠給排水系統(tǒng)的水量平衡。在余熱利用工藝或脫硫脫硝工藝的除鹽水或軟化水制備流程中，生產(chǎn)新水也可作為水源，用來制備除鹽水或軟化水。在脫硫脫硝工藝的制酸、氨站或氨水系統(tǒng)中，也使用生產(chǎn)新水系統(tǒng)作為水源。生產(chǎn)新水還經(jīng)常作為廠區(qū)室外消防供水系統(tǒng)的水源，因此該系統(tǒng)在紅線外設(shè)有兩個接點，接入紅線內(nèi)之后，在廠區(qū)形成環(huán)狀管網(wǎng)布置。每個接點附近需設(shè)置一個流量計井，將信號遠(yuǎn)傳至中控室。該系統(tǒng)外部接點的水壓一般都能夠滿足燒結(jié)廠生產(chǎn)需要，如果接點壓力過低，則需要在廠區(qū)內(nèi)新建一個生產(chǎn)新水泵站，該泵站可與循環(huán)水泵站合建。

　　2. 2 循環(huán)水系統(tǒng)

　　2. 2. 1 循環(huán)水系統(tǒng)分類

　　按照水質(zhì)劃分，循環(huán)水系統(tǒng)可分為凈環(huán)給、回水系統(tǒng)和濁環(huán)給、回水系統(tǒng)。燒結(jié)廠一般不涉及到濁環(huán)水系統(tǒng)，因此在下文中均以 “凈環(huán)水系統(tǒng)”進(jìn)行論述[1]。由于大型燒結(jié)廠一般都配有余熱利用系統(tǒng)和脫硫脫硝系統(tǒng)，因此按照功能區(qū)劃分，循環(huán)水系統(tǒng)可分為燒結(jié)凈環(huán)給、回水系統(tǒng)，余熱凈環(huán)給、回水系統(tǒng)和脫硫凈環(huán)給、回水系統(tǒng)。而在燒結(jié)凈環(huán)水系統(tǒng)中，按照壓力劃分，又可分為普壓凈環(huán)給、回水系統(tǒng)和低壓凈環(huán)給、回水系統(tǒng)。

　　2. 2. 2 循環(huán)水泵站概述

　　循環(huán)水泵站一般由泵房、水池和冷卻塔組成，泵房內(nèi)設(shè)置循環(huán)水泵，將水池內(nèi)的水加壓，送至各用水點。回水返回冷卻塔，經(jīng)過冷卻降溫后返回水池，實現(xiàn)水的循環(huán)使用。根據(jù)各項目特點，水泵站的布置方式也有不同。較為常見的是水池和泵房均為長方形，并排布置，水泵采用自灌式吸水。如果用地下或半地下式水池，則對應(yīng)半地下式泵房; 如果采用全地上式水池，則對應(yīng)全地上式泵房。冷卻塔則放在水池上方或泵房上方[2]。一般來說，脫硫凈環(huán)水系統(tǒng)可將水泵設(shè)置在燒結(jié)循環(huán)水泵站內(nèi)，若脫硫凈環(huán)水系統(tǒng)的水量較小，甚至可不設(shè)獨立的脫硫凈環(huán)水泵。但余熱凈環(huán)水系統(tǒng)則不同。因為無論是采用余熱發(fā)電還是汽力拖動，余熱利用系統(tǒng)的凈環(huán)水量都遠(yuǎn)大于燒結(jié)凈環(huán)水系統(tǒng)，因此必須設(shè)置獨立的凈環(huán)水泵，甚至獨立的余熱循環(huán)水泵站。是否需要設(shè)置獨立的余熱循環(huán)水泵站，這主要取決于余熱利用的方式和將來的生產(chǎn)管理制度。

　　如果采用汽力拖動，多數(shù)鋼鐵企業(yè)可能將燒結(jié)系統(tǒng)和汽力拖動系統(tǒng)共同管理，這種情況下，比較適合將燒結(jié)凈環(huán)水系統(tǒng)和余熱凈環(huán)水系統(tǒng)共用同一個泵站和吸水池，僅采用一條補水管路并計量即可。如果在生產(chǎn)新水接點設(shè)置了計量裝置，則泵站補水管上的計量裝置也可不設(shè)置。如果采用余熱發(fā)電，多數(shù)鋼鐵企業(yè)會將燒結(jié)系統(tǒng)和余熱發(fā)電系統(tǒng)分別設(shè)置管理班組，此時較為適合設(shè)置獨立的燒結(jié)循環(huán)水泵站和余熱循環(huán)水泵站。即使因為場地因素，兩個泵站必須要合建，也應(yīng)各自設(shè)置獨立的水池和冷卻塔，并分別設(shè)置補水管路且分別計量。此外，為保證水質(zhì)，泵站內(nèi)還有必要設(shè)置簡單的水處理設(shè)施。

　　2. 2. 3 凈環(huán)給、回水系統(tǒng)

　　燒結(jié)系統(tǒng)的凈環(huán)給水系統(tǒng)一般用于一次混合室、二次混合室、燒結(jié)室、環(huán)冷機、熱風(fēng)系統(tǒng)、主電除塵器、主抽風(fēng)機室及各除塵器的設(shè)備冷卻，也用于一次混合室和二次混合室的熱水制備，還用于各車間灑水掃地使用。但當(dāng)有中水水源時，一次混合室和二次混合室的熱水制備和灑水掃地也可采用中水。項目規(guī)模為一條 450 m2 燒結(jié)機生產(chǎn)線，燒結(jié)凈環(huán)給水系統(tǒng)的總水量約為 600 ～ 800 m3 / h，泵站總補水量約為 50 ～ 80 m3 / h。

　　關(guān)于普壓和低壓凈環(huán)給、回水系統(tǒng)的設(shè)計思路有如下兩種:

　　1) 某些設(shè)備標(biāo)高較低，進(jìn)口水壓要求較低，則可采用低壓凈環(huán)給、回水系統(tǒng)。其它標(biāo)高較高或進(jìn)口水壓要求較高的設(shè)備，則宜采用普壓凈環(huán)給、回水系統(tǒng)。這種設(shè)計思路的主要優(yōu)點就是生產(chǎn)運行中可能會更加節(jié)能，但由于水泵自身效率等原因，節(jié)能效果并不明顯; 缺點是廠區(qū)給排水管路更多，增加故障率，且由于增加一組水泵，使泵房面積更大，占用空間更多。

　　2) 整個燒結(jié)系統(tǒng)均采用普壓凈環(huán)給水，但在設(shè)備標(biāo)高較低，進(jìn)口水壓要求較低的用水點前設(shè)減壓設(shè)施，將這些用水點的回水統(tǒng)一收集，采用低壓凈環(huán)回水系統(tǒng)，其它用水點采用普壓凈環(huán)回水系統(tǒng)。這種設(shè)計思路的主要優(yōu)點是廠區(qū)管路較少，故障率相對較低，節(jié)約泵房占地面積; 缺點就是由于供水系統(tǒng)沒有區(qū)分普壓和低壓，有可能會在生產(chǎn)中提高能耗。余熱利用主要有汽力拖動和余熱發(fā)電兩種形式。如果采用汽力拖動，則余熱凈環(huán)給、回水系統(tǒng)主要供主抽風(fēng)機室內(nèi)設(shè)備冷卻; 如果采用余熱發(fā)電，則余熱凈環(huán)給、回水系統(tǒng)主要供發(fā)電主廠房內(nèi)設(shè)備冷卻。項目規(guī)模為一條 450 m2 燒結(jié)機生產(chǎn)線，余熱凈環(huán)給水系統(tǒng)的總水量約為 5 000 ～ 6 000 m3 / h，泵站總補水量約為 100 ～ 150 m3 / h。無論是汽力拖動還是余熱發(fā)電，其鍋爐房都設(shè)在燒結(jié)系統(tǒng)的燒結(jié)主廠房外，環(huán)冷機附近，距離主抽風(fēng)機室或發(fā)電主廠房都比較遠(yuǎn)。因此鍋爐房內(nèi)的設(shè)備冷卻水宜由燒結(jié)凈環(huán)給、回水系統(tǒng)負(fù)責(zé)。鍋爐房會定期產(chǎn)生無用的熱水，這些熱水不可以直接排放，應(yīng)收集至降溫池內(nèi)，通入燒結(jié)凈環(huán)給水進(jìn)行降溫，當(dāng)溫度降低至 40 ℃ 左右時，可由自吸泵將水送至凈環(huán)回水系統(tǒng)。根據(jù)脫硫脫硝工藝不同，其所需要的凈環(huán)給、回水量也有較大差異。一條項目規(guī)模為 450 m2 燒結(jié)機生產(chǎn)線，脫硫凈環(huán)給水系統(tǒng)總水量可能低至 25 m3 / h，也可能高達(dá) 1 000 m3 / h。因此是否需要設(shè)置獨立的凈環(huán)水泵應(yīng)根據(jù)實際情況確定。關(guān)于凈環(huán)水泵的選擇，建議為每一套凈環(huán)給水系統(tǒng)設(shè)置一臺備用泵，該系統(tǒng)對應(yīng)的每條生產(chǎn)線設(shè)置一臺凈環(huán)給水泵。如果余熱凈環(huán)水系統(tǒng)與燒結(jié)凈環(huán)水系統(tǒng)合用水池和冷卻塔，可不設(shè)置回水泵; 如果余熱凈環(huán)水系統(tǒng)與燒結(jié)凈環(huán)水系統(tǒng)分別采用獨立的水池和冷卻塔，則燒結(jié)凈環(huán)水系統(tǒng)還需要另設(shè)一組冷卻塔供水泵。冷卻塔供水泵的設(shè)計原則仍為一臺備用泵，每條生產(chǎn)線對應(yīng)一臺冷卻塔供水泵。

　　2. 2. 4 水池及冷卻塔

　　各類供水系統(tǒng)合建的循環(huán)水泵站中，常見的水池種類有生產(chǎn)新水池、中水池、冷水池和回水池等，分別對應(yīng)各自的供水系統(tǒng)。冷卻塔一般設(shè)置在冷水池的池頂，降溫后的冷水直接返回冷水池。

　　1) 當(dāng)燒結(jié)凈環(huán)水系統(tǒng)和余熱凈環(huán)水系統(tǒng)共用一個吸水池時，也可以共用冷卻塔。由于燒結(jié)低壓凈環(huán)回水量較少，對整個水池溫度影響微乎其微，因此可直接將這部分回水返回水池。燒結(jié)普壓凈環(huán)回水的水壓和余熱凈環(huán)回水的水壓相差較大，所以每個冷卻塔均應(yīng)設(shè)置兩個入水口，塔內(nèi)設(shè)兩套布水系統(tǒng)，燒結(jié)普壓凈環(huán)回水和余熱凈環(huán)回水直接返回冷卻塔，不需要設(shè)置回水池。

　　2) 當(dāng)燒結(jié)凈環(huán)水系統(tǒng)和余熱凈環(huán)水系統(tǒng)分別用獨立水池時，也應(yīng)分別使用獨立的冷卻塔。余熱凈環(huán)回水直接返回余熱冷卻塔，燒結(jié)的普壓凈環(huán)回水量和低壓凈環(huán)回水量相差不是很多，因此必須先將這兩路回水在回水池內(nèi)混合，再用冷卻塔供水泵送至燒結(jié)冷卻塔。

　　2. 2. 5 水處理設(shè)施

　　燒結(jié)項目中常見的水處理設(shè)施主要有過濾器，除垢器和加藥裝置。

　　1) 過濾器主要用于去除水中的雜質(zhì)，除垢器主要用于防止管道結(jié)垢。這兩種設(shè)備在燒結(jié)凈環(huán)水系統(tǒng)和余熱凈環(huán)水系統(tǒng)中均有應(yīng)用，有時候設(shè)計中也會采用一體化的除垢過濾器。

　　2) 加藥裝置投加的藥劑主要有緩蝕阻垢劑、殺菌滅藻劑和 PH 調(diào)節(jié)藥劑。因為余熱利用設(shè)備對冷卻水的水質(zhì)要求相對較高，所以加藥裝置主要應(yīng)用在余熱凈環(huán)水系統(tǒng)，而在獨立的燒結(jié)凈環(huán)水系統(tǒng)中并不多見。

　　2. 3 中水系統(tǒng)

　　如果燒結(jié)廠紅線外可提供中水的水源，則燒結(jié)廠內(nèi)應(yīng)優(yōu)先考慮使用中水系統(tǒng)。中水系統(tǒng)的使用范圍比較廣泛，可用于一次混合室、二次混合室的熱水制備，也可用于沖洗地坪，還可用于衛(wèi)生間沖廁或綠化等。只要對水質(zhì)要求不高的用水點，均可采用中水，以節(jié)約水資源。

　　3 生活用水

　　生活用水主要提供全廠職工日常生活使用，包括衛(wèi)生間、浴室等。如果有機修車間、化驗室、實驗室等，也需要提供生活水，生活水還用于脫硫脫硝系統(tǒng)的洗眼器。某些時候，在某建筑物較高樓層有衛(wèi)生間，僅靠廠區(qū)接點壓力無法將生活水供應(yīng)上去，此時可在該建筑物底層或中間某層設(shè)置一套無負(fù)壓供水裝置，保證生活水的壓力。如果此類建筑物較多，或廠區(qū)接點壓力過低，可將無負(fù)壓供水裝置設(shè)在總管。

　　4 消防用水

　　燒結(jié)廠的消防用水主要包括室內(nèi)消防給水、室外消防給水和自動噴水滅火三部分，設(shè)計依據(jù)為國家消防相關(guān)規(guī)范。燒結(jié)廠大部分車間為丁、戊類車間，但某些車間為丙類車間，且建筑體積在 20 000 ～ 50 000 m3 之間。因此，室內(nèi)外消防供水系統(tǒng)應(yīng)按最不利情況考慮。根據(jù) 《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》 ( GB 50974 - 2014) 相關(guān)規(guī)定，室內(nèi)消火栓流量為 30 L/ s，室外消火栓流量為 30 L/ s，一次火災(zāi)延續(xù)時間應(yīng)按照 3 h 考慮。當(dāng)燒結(jié)廠內(nèi)有丙類高層建筑時，還應(yīng)考慮自動噴水滅火設(shè)施[3 - 6]。自噴的水量應(yīng)根據(jù)具體車間特點具體分析。室外消防供水系統(tǒng)的水源一般接自廠區(qū)生產(chǎn)新水系統(tǒng)，該系統(tǒng)在紅線外有不少于兩個接點，接入廠區(qū)后，在廠區(qū)內(nèi)行成環(huán)狀管網(wǎng)。每隔 100 ～ 120 m 設(shè)置一個室外消火栓[4 - 6]。室外消火栓一般類型為地上式和地下式兩種。室外消火栓按照規(guī)格分 100 /65，150 /65 和 150 /80 三種，其中以 100 /65 使用較為廣泛。

　　室內(nèi)消防供水系統(tǒng) ( 包括自噴) 一般由消防水池、消防主泵、高位水箱、穩(wěn)壓系統(tǒng)和消防控制系統(tǒng)組成。燒結(jié)廠中一般不設(shè)置獨立的消防水池，而是把消防水量儲存在循環(huán)水泵站的冷水池，水池內(nèi)設(shè)置保證消防水量平時不被動用的措施; 消防主泵一般設(shè)置在循環(huán)水泵站內(nèi); 高位水箱應(yīng)設(shè)置在全場最高建筑物的頂層或屋面上; 穩(wěn)壓系統(tǒng)由兩臺穩(wěn)壓泵和一個穩(wěn)壓罐組成，可設(shè)置在高位水池旁，也可設(shè)置在泵站內(nèi); 消防控制系統(tǒng)設(shè)置在消防控制中心。高位水箱的流量開關(guān)和消防供水主管道上的壓力開關(guān)均有啟動消防主泵的功能，自噴主泵還可由濕式報警閥組啟動。消防穩(wěn)壓泵可根據(jù)消防系統(tǒng)管網(wǎng)的壓力自動啟停[4 - 6]。

　　5 排水

　　燒結(jié)廠的排水系統(tǒng)一般包括生產(chǎn)排水系統(tǒng)、生活廢水系統(tǒng)和雨排水系統(tǒng)，常規(guī)設(shè)計普遍采用雨污分流制。生產(chǎn)排水系統(tǒng)主要來自部分車間的地下泵坑排水、環(huán)冷機密封環(huán)排水、余熱系統(tǒng)排水和脫硫脫硝系統(tǒng)排水等。其中脫硫脫硝系統(tǒng)的制酸廢水和氨站廢水需單獨收集，不宜直接排入燒結(jié)廠的生產(chǎn)排水系統(tǒng)。生活廢水主要來自各車間衛(wèi)生間排水，洗浴排水，脫硫區(qū)生活排水或發(fā)電主廠房的生活排水等。衛(wèi)生間排水首先需進(jìn)入化糞池，溢流水排入檢查井，最終排入廠區(qū)總排水接點。在某些項目中，生產(chǎn)排水和生活廢水可采用同一套管網(wǎng)收集，一并排入總接點，最終送往綜合污水處理站。雨排水可采用明溝排水或暗管排水等方式，最終排入紅線外的雨排水接點。根據(jù)環(huán)保相關(guān)要求，某些廠區(qū)還需要設(shè)置一個雨水收集池，用于收集下雨前 15 分鐘的水量。生產(chǎn)排水和生活廢水不得進(jìn)入雨排水系統(tǒng)內(nèi)。

　　6 結(jié)語

　　大型節(jié)能環(huán)保燒結(jié)廠的給排水系統(tǒng)是個統(tǒng)一的整體，在設(shè)計中應(yīng)結(jié)合多方面因素，統(tǒng)籌考慮生產(chǎn)用水、生活用水、消防用水和排水系統(tǒng)的規(guī)劃，保證方案的合理性、操作性、適應(yīng)性和可靠性，這是燒結(jié)廠維持正常生產(chǎn)和高效生產(chǎn)的重要保障。更要從每個工程實際情況出發(fā)，在技術(shù)應(yīng)用，工程投資等各方面綜合考慮，能夠提出多個方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，最終選擇經(jīng)濟(jì)合理，安全可靠，節(jié)能環(huán)保的方案。