大型節能環保燒結廠給排水系統設計探究

　　摘要: 全國各大鋼鐵企業都在新建、擴建、改建的項目中，全力貫徹節能環保的理念，打造綠色工程。對于當今主流的大型燒結廠來說，基本都同時配有余熱發電系統和脫硫脫硝系統。一個完整的大型節能環保燒結廠給排水設計中，主要包括生產用水、生活用水、消防用水和排水等系統。由此結合各類實際工況，對上述給排水系統進行詳細分類探究。

　　關鍵詞: 燒結廠; 余熱發電; 脫硫脫硝; 給排水系統

　　高振宇 礦業工程 2021-12-02

　　經濟與科技的日益發展，推動著綠色工業的不斷進步，各行各業都在踐行 “綠水青山就是金山銀山”的發展理念，鋼鐵行業也不例外。全國各大鋼鐵企業都在新建、擴建、改建的項目中，全力貫徹節能環保的理念，打造綠色工程。對于當今主流的大型燒結廠來說，余熱發電系統和脫硫脫硝系統更是打造綠色工程的重中之重。在每個綜合型燒結廠項目的設計過程中，給排水系統的分類，廠區給排水管線的布置、分區，以及循環水的回收利用都至關重要。如果供水系統設計不合理，可能會造成生產過程中設備出現故障; 如果供水分區分配不合理，有可能由于局部管道的問題而導致全廠停產，造成無法估量的直接經濟損失; 而如果消防給排水系統設計不合理，甚至可能會危及到工作人員的生命安全。

　　1 概述及水源

　　一個完整的大型節能環保燒結廠給排水設計中，主要包括生產用水、生活用水、消防用水和排水等系統。在每個項目前期，首先要明確項目的設計范圍，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、水量和水壓等。在常規的燒結廠項目中，生產新水和生活水往往都由外部供水管網保證，某些燒結廠還會提供中水的水源。各種水源在接入紅線內之后均需設置一個流量計井，將信號遠傳至中控室。在常規的燒結廠項目中，一般不會提供工業循環冷卻水和室內消防水的水源，因此這些用水需要靠燒結廠內新建的循環水泵站保證其水質，水量和水壓。

　　2 生產用水

　　2. 1 生產新水系統

　　生產新水系統主要作為循環水系統的補水，保證全廠給排水系統的水量平衡。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、氨站或氨水系統中，也使用生產新水系統作為水源。生產新水還經常作為廠區室外消防供水系統的水源，因此該系統在紅線外設有兩個接點，接入紅線內之后，在廠區形成環狀管網布置。每個接點附近需設置一個流量計井，將信號遠傳至中控室。該系統外部接點的水壓一般都能夠滿足燒結廠生產需要，如果接點壓力過低，則需要在廠區內新建一個生產新水泵站，該泵站可與循環水泵站合建。

　　2. 2 循環水系統

　　2. 2. 1 循環水系統分類

　　按照水質劃分，循環水系統可分為凈環給、回水系統和濁環給、回水系統。燒結廠一般不涉及到濁環水系統，因此在下文中均以 “凈環水系統”進行論述[1]。由于大型燒結廠一般都配有余熱利用系統和脫硫脫硝系統，因此按照功能區劃分，循環水系統可分為燒結凈環給、回水系統，余熱凈環給、回水系統和脫硫凈環給、回水系統。而在燒結凈環水系統中，按照壓力劃分，又可分為普壓凈環給、回水系統和低壓凈環給、回水系統。

　　2. 2. 2 循環水泵站概述

　　循環水泵站一般由泵房、水池和冷卻塔組成，泵房內設置循環水泵，將水池內的水加壓，送至各用水點。回水返回冷卻塔，經過冷卻降溫后返回水池，實現水的循環使用。根據各項目特點，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，則對應半地下式泵房; 如果采用全地上式水池，則對應全地上式泵房。冷卻塔則放在水池上方或泵房上方[2]。一般來說，脫硫凈環水系統可將水泵設置在燒結循環水泵站內，若脫硫凈環水系統的水量較小，甚至可不設獨立的脫硫凈環水泵。但余熱凈環水系統則不同。因為無論是采用余熱發電還是汽力拖動，余熱利用系統的凈環水量都遠大于燒結凈環水系統，因此必須設置獨立的凈環水泵，甚至獨立的余熱循環水泵站。是否需要設置獨立的余熱循環水泵站，這主要取決于余熱利用的方式和將來的生產管理制度。

　　如果采用汽力拖動，多數鋼鐵企業可能將燒結系統和汽力拖動系統共同管理，這種情況下，比較適合將燒結凈環水系統和余熱凈環水系統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。如果在生產新水接點設置了計量裝置，則泵站補水管上的計量裝置也可不設置。如果采用余熱發電，多數鋼鐵企業會將燒結系統和余熱發電系統分別設置管理班組，此時較為適合設置獨立的燒結循環水泵站和余熱循環水泵站。即使因為場地因素，兩個泵站必須要合建，也應各自設置獨立的水池和冷卻塔，并分別設置補水管路且分別計量。此外，為保證水質，泵站內還有必要設置簡單的水處理設施。

　　2. 2. 3 凈環給、回水系統

　　燒結系統的凈環給水系統一般用于一次混合室、二次混合室、燒結室、環冷機、熱風系統、主電除塵器、主抽風機室及各除塵器的設備冷卻，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。項目規模為一條 450 m2 燒結機生產線，燒結凈環給水系統的總水量約為 600 ～ 800 m3 / h，泵站總補水量約為 50 ～ 80 m3 / h。

　　關于普壓和低壓凈環給、回水系統的設計思路有如下兩種:

　　1) 某些設備標高較低，進口水壓要求較低，則可采用低壓凈環給、回水系統。其它標高較高或進口水壓要求較高的設備，則宜采用普壓凈環給、回水系統。這種設計思路的主要優點就是生產運行中可能會更加節能，但由于水泵自身效率等原因，節能效果并不明顯; 缺點是廠區給排水管路更多，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) 整個燒結系統均采用普壓凈環給水，但在設備標高較低，進口水壓要求較低的用水點前設減壓設施，將這些用水點的回水統一收集，采用低壓凈環回水系統，其它用水點采用普壓凈環回水系統。這種設計思路的主要優點是廠區管路較少，故障率相對較低，節約泵房占地面積; 缺點就是由于供水系統沒有區分普壓和低壓，有可能會在生產中提高能耗。余熱利用主要有汽力拖動和余熱發電兩種形式。如果采用汽力拖動，則余熱凈環給、回水系統主要供主抽風機室內設備冷卻; 如果采用余熱發電，則余熱凈環給、回水系統主要供發電主廠房內設備冷卻。項目規模為一條 450 m2 燒結機生產線，余熱凈環給水系統的總水量約為 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電，其鍋爐房都設在燒結系統的燒結主廠房外，環冷機附近，距離主抽風機室或發電主廠房都比較遠。因此鍋爐房內的設備冷卻水宜由燒結凈環給、回水系統負責。鍋爐房會定期產生無用的熱水，這些熱水不可以直接排放，應收集至降溫池內，通入燒結凈環給水進行降溫，當溫度降低至 40 ℃ 左右時，可由自吸泵將水送至凈環回水系統。根據脫硫脫硝工藝不同，其所需要的凈環給、回水量也有較大差異。一條項目規模為 450 m2 燒結機生產線，脫硫凈環給水系統總水量可能低至 25 m3 / h，也可能高達 1 000 m3 / h。因此是否需要設置獨立的凈環水泵應根據實際情況確定。關于凈環水泵的選擇，建議為每一套凈環給水系統設置一臺備用泵，該系統對應的每條生產線設置一臺凈環給水泵。如果余熱凈環水系統與燒結凈環水系統合用水池和冷卻塔，可不設置回水泵; 如果余熱凈環水系統與燒結凈環水系統分別采用獨立的水池和冷卻塔，則燒結凈環水系統還需要另設一組冷卻塔供水泵。冷卻塔供水泵的設計原則仍為一臺備用泵，每條生產線對應一臺冷卻塔供水泵。

　　2. 2. 4 水池及冷卻塔

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

　　1) 當燒結凈環水系統和余熱凈環水系統共用一個吸水池時，也可以共用冷卻塔。由于燒結低壓凈環回水量較少，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。燒結普壓凈環回水的水壓和余熱凈環回水的水壓相差較大，所以每個冷卻塔均應設置兩個入水口，塔內設兩套布水系統，燒結普壓凈環回水和余熱凈環回水直接返回冷卻塔，不需要設置回水池。

　　2) 當燒結凈環水系統和余熱凈環水系統分別用獨立水池時，也應分別使用獨立的冷卻塔。余熱凈環回水直接返回余熱冷卻塔，燒結的普壓凈環回水量和低壓凈環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混合，再用冷卻塔供水泵送至燒結冷卻塔。

　　2. 2. 5 水處理設施

　　燒結項目中常見的水處理設施主要有過濾器，除垢器和加藥裝置。

　　1) 過濾器主要用于去除水中的雜質，除垢器主要用于防止管道結垢。這兩種設備在燒結凈環水系統和余熱凈環水系統中均有應用，有時候設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 調節藥劑。因為余熱利用設備對冷卻水的水質要求相對較高，所以加藥裝置主要應用在余熱凈環水系統，而在獨立的燒結凈環水系統中并不多見。

　　2. 3 中水系統

　　如果燒結廠紅線外可提供中水的水源，則燒結廠內應優先考慮使用中水系統。中水系統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，還可用于衛生間沖廁或綠化等。只要對水質要求不高的用水點，均可采用中水，以節約水資源。

　　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的洗眼器。某些時候，在某建筑物較高樓層有衛生間，僅靠廠區接點壓力無法將生活水供應上去，此時可在該建筑物底層或中間某層設置一套無負壓供水裝置，保證生活水的壓力。如果此類建筑物較多，或廠區接點壓力過低，可將無負壓供水裝置設在總管。

　　4 消防用水

　　燒結廠的消防用水主要包括室內消防給水、室外消防給水和自動噴水滅火三部分，設計依據為國家消防相關規范。燒結廠大部分車間為丁、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，室內外消防供水系統應按最不利情況考慮。根據 《消防給水及消火栓系統技術規范》 ( GB 50974 - 2014) 相關規定，室內消火栓流量為 30 L/ s，室外消火栓流量為 30 L/ s，一次火災延續時間應按照 3 h 考慮。當燒結廠內有丙類高層建筑時，還應考慮自動噴水滅火設施[3 - 6]。自噴的水量應根據具體車間特點具體分析。室外消防供水系統的水源一般接自廠區生產新水系統，該系統在紅線外有不少于兩個接點，接入廠區后，在廠區內行成環狀管網。每隔 100 ～ 120 m 設置一個室外消火栓[4 - 6]。室外消火栓一般類型為地上式和地下式兩種。室外消火栓按照規格分 100 /65，150 /65 和 150 /80 三種，其中以 100 /65 使用較為廣泛。

　　室內消防供水系統 ( 包括自噴) 一般由消防水池、消防主泵、高位水箱、穩壓系統和消防控制系統組成。燒結廠中一般不設置獨立的消防水池，而是把消防水量儲存在循環水泵站的冷水池，水池內設置保證消防水量平時不被動用的措施; 消防主泵一般設置在循環水泵站內; 高位水箱應設置在全場最高建筑物的頂層或屋面上; 穩壓系統由兩臺穩壓泵和一個穩壓罐組成，可設置在高位水池旁，也可設置在泵站內; 消防控制系統設置在消防控制中心。高位水箱的流量開關和消防供水主管道上的壓力開關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。消防穩壓泵可根據消防系統管網的壓力自動啟停[4 - 6]。

　　5 排水

　　燒結廠的排水系統一般包括生產排水系統、生活廢水系統和雨排水系統，常規設計普遍采用雨污分流制。生產排水系統主要來自部分車間的地下泵坑排水、環冷機密封環排水、余熱系統排水和脫硫脫硝系統排水等。其中脫硫脫硝系統的制酸廢水和氨站廢水需單獨收集，不宜直接排入燒結廠的生產排水系統。生活廢水主要來自各車間衛生間排水，洗浴排水，脫硫區生活排水或發電主廠房的生活排水等。衛生間排水首先需進入化糞池，溢流水排入檢查井，最終排入廠區總排水接點。在某些項目中，生產排水和生活廢水可采用同一套管網收集，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。根據環保相關要求，某些廠區還需要設置一個雨水收集池，用于收集下雨前 15 分鐘的水量。生產排水和生活廢水不得進入雨排水系統內。

　　6 結語

　　大型節能環保燒結廠的給排水系統是個統一的整體，在設計中應結合多方面因素，統籌考慮生產用水、生活用水、消防用水和排水系統的規劃，保證方案的合理性、操作性、適應性和可靠性，這是燒結廠維持正常生產和高效生產的重要保障。更要從每個工程實際情況出發，在技術應用，工程投資等各方面綜合考慮，能夠提出多個方案進行經濟技術比較，最終選擇經濟合理，安全可靠，節能環保的方案。