鞍鋼煉鐵用水分析及節(jié)水實(shí)踐

孟凡雙  李建軍  肇德勝

（鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠  遼寧  鞍山  114021）

摘  要:取一系列降低煉鐵水耗，對鋼鐵企業(yè)中開展節(jié)水和減排治理具有一定的意義。的措施，煉鐵工序是鋼鐵企業(yè)水消耗重點(diǎn)企業(yè)之一，如何降低煉鐵工序水耗，將影響噸鋼水耗指標(biāo)。為此鞍鋼煉鐵總廠圍繞提高工業(yè)水的循環(huán)率，和新水的重復(fù)利用等采

關(guān)鍵詞:煉鐵;節(jié)水

1 前言

鞍鋼煉鐵總廠有4座2580m3和4座3200m3大型高爐，360m2燒結(jié)機(jī)2臺、328m2燒結(jié)機(jī)2臺、265m2燒結(jié)機(jī)2臺及與此配套的原料場和附屬系統(tǒng)。鞍鋼煉鐵總廠鐵水產(chǎn)量在1620萬噸左右水平。2013年鞍鋼煉鐵工業(yè)新水用水在1300萬噸，通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和節(jié)能減排，在用水單耗不斷進(jìn)步，2017年工業(yè)新水用水量減少了160萬噸，對鞍鋼降低噸鋼新水單耗，做出了一定的貢獻(xiàn)。

2 煉鐵用水分析

2.1 概況

在煉鐵工序中，原料的準(zhǔn)備、燒結(jié)礦燒結(jié)、以及高爐冷卻等生產(chǎn)過程中，都需要水系統(tǒng)的存在，鞍鋼煉鐵使用的水品種工業(yè)新水和凈環(huán)水，高爐工序設(shè)有6個(gè)水站系統(tǒng)，為高爐冷卻系統(tǒng)提供供水。燒結(jié)工序設(shè)立3個(gè)供水系統(tǒng)，為燒結(jié)生產(chǎn)供水和設(shè)備冷卻用水，2013-2017年用水量如表1。

表1  2013-2017年煉鐵用水情況表

從表1中可以看出，鞍鋼煉鐵總廠近5年用水量的變化。近幾年來，煉鐵總廠系統(tǒng)加大了技術(shù)改造和科研投入，對生產(chǎn)工藝和裝備不斷優(yōu)化提高，用水量不斷降低，高爐工序2017年比2013年工業(yè)新水降低19.83%，凈環(huán)水減少30%；燒結(jié)工序2017年比2013年工業(yè)新水降低22%，由于燒結(jié)工序使用凈環(huán)水代替工業(yè)新水，凈環(huán)水量增加。

2.2 用水分析

鞍鋼煉鐵總廠目前生產(chǎn)的八座高爐，高爐冷卻水系統(tǒng)包括以下幾部分，高爐本體（爐身、爐缸、熱風(fēng)爐）閉路冷卻水系統(tǒng)，閉路循環(huán)系統(tǒng)，風(fēng)口小套高壓工業(yè)凈環(huán)水循環(huán)系統(tǒng)，其它風(fēng)機(jī)、液壓站等低壓工業(yè)凈環(huán)水系統(tǒng)；高爐沖渣補(bǔ)水。

燒結(jié)工序有六臺燒結(jié)機(jī)和一臺球團(tuán)焙燒機(jī)，余熱環(huán)冷余熱鍋爐四臺。每臺燒結(jié)設(shè)立獨(dú)立的水循環(huán)系統(tǒng)，供燒結(jié)各部設(shè)備冷卻水，和燒結(jié)料各部加水，系統(tǒng)補(bǔ)水采用廠區(qū)凈環(huán)水。4臺余熱鍋爐采用工業(yè)新水制水，冬季供廠區(qū)余熱蒸汽，新水消耗量大，夏季余熱鍋爐發(fā)電，冷凝水循環(huán)利用。

八座高爐設(shè)立九座閉路水泵站，其中2、3高爐、4、5高爐、1高爐和11高爐設(shè)立獨(dú)立的爐缸水泵站，給高爐爐頂單獨(dú)供水，制水系統(tǒng)與原爐身系統(tǒng)共用，高爐冷卻壁、熱風(fēng)閥采用軟水密閉循環(huán)，該軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)目前有兩種方式，一種是采用蒸發(fā)式空冷器軟水密閉循環(huán)，另一種是采用板式換熱器軟水密閉循環(huán)，其工藝流程分別如圖1和圖2。高爐冷卻壁、熱風(fēng)閥采用軟水冷卻，冷卻后水利用余壓回到蒸發(fā)式空冷器或板式換熱器進(jìn)行降溫，然后再用水泵加壓送至高爐冷卻壁和熱風(fēng)閥使用。蒸發(fā)式空冷器采用冷熱風(fēng)換熱和凈環(huán)水噴淋兩種方式對管道內(nèi)介質(zhì)進(jìn)行冷卻降溫；而板式換熱器則采用二次冷卻凈環(huán)水對高爐冷卻回水進(jìn)行降溫。

采用蒸發(fā)式空冷器時(shí)，主要冷卻方式為噴淋冷卻，水質(zhì)一般為工業(yè)新水。在生產(chǎn)實(shí)踐中，為防止蒸發(fā)式空冷器管束的結(jié)垢，采取不斷補(bǔ)充新水的方式。采用板式換熱器時(shí)，采用二次冷卻水冷卻，其補(bǔ)水采用凈環(huán)水，補(bǔ)充只是蒸發(fā)損失，由于其冷卻凡是為板式換熱器，蒸發(fā)損失量非常小。

高爐風(fēng)口小套供水采用凈環(huán)水，主要是風(fēng)口漏水損失。風(fēng)口小套也采用單獨(dú)軟水密閉循環(huán)方式，即在軟水經(jīng)過冷卻壁后，增加加壓泵，送至風(fēng)口小套，經(jīng)過風(fēng)口小套回到閉路循環(huán)系統(tǒng)中。

高爐沖渣水主要使用凈環(huán)水，高爐溝頭水、污水、渣倉攪拌水、軸封水、脫水器清洗水等水源在高爐沖渣時(shí)，不斷進(jìn)入沖渣系統(tǒng)，而沖渣消耗的水量為蒸發(fā)量和水渣帶走量，其系統(tǒng)來水量大于沖渣過程中水的消耗量，產(chǎn)生溢流。

3 降低水耗的措施

3.1提高濃縮倍數(shù)

優(yōu)化循環(huán)水處理技術(shù)方案，降低生產(chǎn)用水煉鐵水質(zhì)管理的首要任務(wù)是水質(zhì)穩(wěn)定。工業(yè)水循環(huán)運(yùn)行過程中一般都存在腐蝕、結(jié)垢、微生物滋生的問題，影響水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。通常情況下，可以應(yīng)用水的飽和指數(shù)和穩(wěn)定指數(shù)來判斷循環(huán)冷卻水的水質(zhì)是屬于腐蝕型還是結(jié)垢型。提高濃縮倍數(shù)，節(jié)約用水冷卻水的循環(huán)利用，即將冷卻水不經(jīng)過處理，回收繼續(xù)使用到同一途徑上，衡量循環(huán)水系統(tǒng)循環(huán)利用率的重要指標(biāo)是濃縮倍數(shù)。煉鐵區(qū)域由于設(shè)計(jì)因素和系統(tǒng)熱負(fù)荷低等原因，系統(tǒng)實(shí)際濃縮倍數(shù)較低，大多在1．20倍左右。冷卻塔冷卻效率低下是濃縮倍數(shù)較低的主要原因；并提出提高濃縮倍數(shù)的重點(diǎn)是以減少失水點(diǎn)、控制補(bǔ)水量為重點(diǎn)的改造。對于煉鐵整個(gè)區(qū)域推進(jìn)冷卻水的循環(huán)使用，提高濃縮倍數(shù)，應(yīng)依系統(tǒng)特點(diǎn)的不同采取不同對策；即使同一系統(tǒng)的不同階段，采取的對策也應(yīng)各不相同。

3.2不合理用水點(diǎn)改造

為提高冷卻水的循環(huán)利用率首先開展系統(tǒng)捉漏、直排水回收。針對三高爐冷卻壁水管、微型冷卻器破損多，系統(tǒng)補(bǔ)水頻繁的狀況，通過系統(tǒng)捉漏降低水耗。2BF噴煤系統(tǒng)，磨煤機(jī)的油冷卻器的冷卻水原設(shè)計(jì)直排，流量為0．4 m3／min，改造將其返回循環(huán)水系統(tǒng)。煉鐵系統(tǒng)原設(shè)計(jì)的攝像機(jī)冷卻水、空調(diào)冷卻水采用清循環(huán)水后直接排放，現(xiàn)已逐一改造對攝像機(jī)、空調(diào)冷卻水回收利用。碾泥房空調(diào)冷卻水、cD。空壓機(jī)冷卻水一直外排，現(xiàn)已改造回流系統(tǒng)；二期CDQ空調(diào)用水量大，現(xiàn)場改用間隙運(yùn)行的方式，有效控制了溢流水的流失。寶鋼高爐設(shè)計(jì)的絕大部分高爐清掃水與部分設(shè)備零星用水都采用清循環(huán)水，且基本上都直接向外排放。由于清循環(huán)水直接用于灑水，不但造成水處理藥劑的浪費(fèi)，且導(dǎo)致濃縮倍數(shù)低下，成為清循環(huán)的補(bǔ)水量(工業(yè)水)高的主要原因。為減少直排水，采用工業(yè)水替代設(shè)備零星用水，以及采用局部配管技術(shù)改造直接回收原設(shè)計(jì)外排的清循環(huán)水，減少清循環(huán)水直排量

3.3小系統(tǒng)控制溢流和排污

數(shù)為迸一步降低工序耗水，煉鐵廠加強(qiáng)日常加藥工藝管理，跟蹤水質(zhì)變化。通過及時(shí)掌握各類水的成分、藥劑的濃度和微生物的生長情況，并據(jù)此確定系統(tǒng)運(yùn)行的濃縮倍數(shù)、補(bǔ)水量和排污量及旁濾水量。在煉鐵區(qū)域?qū)嵤┡盼凵暾堉贫龋瑖?yán)禁大排大補(bǔ)，對于簡單的系統(tǒng)控制排污、溢流，而對于復(fù)雜系統(tǒng)加大改造力度，減少不合理用水點(diǎn)。此外煉鐵廠在提高濃縮倍數(shù)的技術(shù)攻關(guān)中發(fā)現(xiàn)，針對不同工序?qū)λ�質(zhì)要求的不同，合理配置，以提高新水復(fù)用率，對降低煉鐵工序耗水意義重大。

3.4沖渣溢流水的治理

鞍鋼煉鐵總廠共有8座高爐，其中1號、2號、3號和4號高爐為茵芭工藝，5號高爐為唐山嘉恒工藝，其工藝差別在于脫水器的結(jié)構(gòu)，其外部管道和設(shè)備布局都是一樣的，其工藝流程如圖3，其主要工藝原理就是以大量的水為介質(zhì)對高溫液態(tài)熔渣進(jìn)行水淬處理，粒化后的渣水混合物匯集到集水渣槽，通過水渣槽下部結(jié)構(gòu)進(jìn)入分配器再流入轉(zhuǎn)鼓進(jìn)行渣水分離，分離后的渣由膠帶輸送機(jī)運(yùn)出，渣水分離后的熱水進(jìn)入集水槽和熱水池，通過粒化渣回水提升泵     送冷卻塔冷卻，冷卻后的水進(jìn)入冷水池，用泵送沖制箱循環(huán)使用。轉(zhuǎn)鼓、接受塔、熱水池和冷卻塔溢流都進(jìn)入回收池，回收池的水重新進(jìn)入沉淀池參加沖渣的水循環(huán)系統(tǒng)。

3.4.1控制外來水源

首先對高爐溝頭進(jìn)行改造，中壓凈環(huán)水經(jīng)過溝頭后，回到高爐風(fēng)口回水槽，此水不進(jìn)入高爐沖渣水系統(tǒng)。取消不必要的渣倉攪拌水。對軸封水、脫水器清洗水進(jìn)行控制，在滿足功能的前提下減少其使用量；另外高爐沖渣時(shí)開啟清洗水和軸封水，停止沖渣時(shí)關(guān)閉清洗水和軸封水。關(guān)閉各處補(bǔ)水閥門，對關(guān)不不嚴(yán)的閥門進(jìn)行更換。

3.4.2設(shè)備隱患治理

集中梳理設(shè)備缺項(xiàng)，對影響沖渣水溢流的設(shè)備問題，落實(shí)責(zé)任人和整改時(shí)間，按時(shí)間接點(diǎn)跟蹤落實(shí)，職責(zé)分工明確，每項(xiàng)工作都落實(shí)到人頭，明確治理時(shí)間，使影響溢流的設(shè)備隱患能夠及時(shí)處理。

3.4.3優(yōu)化工藝流程

原有的茵芭系統(tǒng)中，所有的溢流口的溢流都進(jìn)入回收池，回收池的水通過回收泵進(jìn)入熱水池，這樣導(dǎo)致沖渣水的渣無法脫去。把回收池的水改到?jīng)_制箱，經(jīng)過脫水器脫水后再進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)中，減少沖渣水中含渣量。

定期清渣工作，在高爐定修中，對熱水池和沉淀池進(jìn)行清理，減少渣在池中的板結(jié)。回收泵隨系統(tǒng)啟停，減少沖渣水在回收池中停留時(shí)間，防止其在回收池中沉積。

由于場地限制，5#高爐回收池的兩個(gè)回收池比較小，早已被水渣於死無法重復(fù)利用，多余的水只能外排。對5#高爐回收池清理，修復(fù)回收泵，實(shí)現(xiàn)沖渣系統(tǒng)多余的水循環(huán)水利用。10#高爐采用老式熱沖渣工藝，無冷卻設(shè)施，由于水溫高只能靠補(bǔ)水來降低水溫，從而使得系統(tǒng)水增多，多余水無法重復(fù)利用，只能外排。增加冷卻塔，降低沖渣水溫度，減少外排水量。11高爐沖渣系統(tǒng)為老工藝，粒化輪老化，影響渣的粒化效果，渣中含水量大，水量消耗大，粒化泵為工頻，水量不匹配。此次改造由粒化輪改造為茵芭，粒化泵改為變頻，使水量更加匹配，同時(shí)在原有的大池中增加回收池，使用氣提泵，把沉淀的細(xì)渣送到轉(zhuǎn)鼓進(jìn)行再次脫水，減少沖渣水中的含渣量。減少水量消耗和外排水量。

4 節(jié)水效果

為建立節(jié)水型企業(yè)、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，煉鐵廠2013年以節(jié)水、降低工序耗水為工作重點(diǎn)，通過開展一系列的科研攻關(guān)和技術(shù)改造，已初顯成效。2018年與2014年消耗水量對比見表2。

表2  2018年與2014年同期水量消耗對比表

通過上表可以看出，2018年1-5月份比2014年同期相比節(jié)約新水55.77萬噸，節(jié)約凈環(huán)水1168.9萬噸。降成本1229.9萬元。伴隨煉鐵系統(tǒng)水耗的下降，公司水資源使用費(fèi)、污水處理費(fèi)和排污費(fèi)用同步減少。公司范圍內(nèi)污水排放率進(jìn)一步降低，改善了周邊環(huán)境取得了良好的社會效益。

5 結(jié)語

煉鐵工序是現(xiàn)代冶金生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，為降低煉鐵工序耗水，煉鐵廠通過提高濃縮倍數(shù)，控制系統(tǒng)溢流，回收利用，控制沖渣水外排水等一系列措施，使煉鐵總廠高爐工序和燒結(jié)工序的水量消耗明顯降低，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。