馬鋼4000 m3高爐節(jié)水降耗生產(chǎn)實踐

楊永強,劉曉軍,王鶯鶯

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司第三煉鐵總廠，安徽馬鞍山 243000）

前言

在煉鐵工序能源成本中，固態(tài)燃料和煤氣消耗占生鐵能源成本近90%、其余如冷風、氧氣、壓氣、氮氣、蒸汽等動力介質占生鐵能源成本的9%以上，而水消耗僅占生鐵能源成本的1%都不到，就是這樣的一個現(xiàn)狀，導致了在生產(chǎn)過程中企業(yè)忽略了水的消耗指標以及可持續(xù)性的、周期性的更新維護管理。

如今水資源的管理是保障高爐生產(chǎn)穩(wěn)定、經(jīng)濟、有序發(fā)展的關鍵指標，讓其隨意流失，不僅會造成成本浪費，更會造成地區(qū)環(huán)境污染的嚴重后果。對于大型高爐生產(chǎn)來說，如何在高爐可持續(xù)、穩(wěn)定、順行的生產(chǎn)過程中探索出一條見效快、投資少的節(jié)水方向，是尤為重要的。馬鋼三鐵總廠通過節(jié)水管理、水平衡優(yōu)化、地下漏水治理等方面狠抓節(jié)水措施落實，極大的減少了工業(yè)用水消耗量，實現(xiàn)了水渣水、煤洗水“零”排放，為高爐的可持續(xù)生產(chǎn)提供了保障，促進了節(jié)能減排工作水平。

1 馬鋼4000 m3高爐用水情況的現(xiàn)狀背景

馬鋼兩座4000 m3高爐分別于2006年和2007年相續(xù)建成投產(chǎn)。水渣處理工藝采用的是熱因巴法，高爐荒煤氣處理工藝采用的環(huán)縫洗滌濕法除塵，對工業(yè)用水的消耗需求很大，日常工業(yè)廢水的循環(huán)量較大,數(shù)據(jù)見表1。

表1 2013～2017年4000 m3高爐用水消耗數(shù)據(jù)

從表1看，2013年至2017年4000 m3高爐生產(chǎn)的用水總量和用水單耗指標持續(xù)上升，這說明企業(yè)節(jié)水工作已經(jīng)存在了很多問題和隱患，急需找出問題，指出方向，盡快解決。

2 造成工業(yè)用水消耗持續(xù)升高的現(xiàn)狀分析

2.1 地下管道漏水問題

馬鋼2座4000 m3高爐自建成已有十幾年之久，地下掩埋的用水管道因時間、掩埋的土質以及機械壓迫等原因造成地下管道防腐層逐步失效，管道破損。而大部分密閉循環(huán)管道直接掩埋泥土內，深度在1.6 m。水在地下泄露后，有的直接冒出地面，有的通過地下排水系統(tǒng)，處置排查難，地下漏水暗流涌動危害性更大。

2.2 沖渣工藝補水量大

采用熱因巴法沖渣工藝，在生產(chǎn)中對用水的需求很大，由于沒有冷卻塔對水進行循環(huán)冷卻，并且沖渣水溫越高，蒸發(fā)量越大。在出鐵沖渣過程中，沖渣水在開始沖渣后水溫很快就達到85℃以上，大量水在沖渣過程中蒸發(fā)排入大氣，部分水隨著水渣進入渣倉，日補水量較大。

2.3 高爐爐體工業(yè)凈水量增加

馬鋼2座4000 m3高爐冷卻系統(tǒng)采用的是軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)，正常情況下補水量極小，隨著高爐生產(chǎn)進入爐役中、后期，冷卻壁磨損漏水后，必須及時進行穿管處理，切換工業(yè)凈水進行控制入爐漏水量，爐本體工業(yè)凈水用量增加。

2.4 水冷卻工藝問題

高爐軟水冷卻采用的管式蒸發(fā)冷卻方式，管壁易結垢，濃縮倍率較高，換熱效果不理想，特別是進入夏季后，為了滿足高爐工藝冷卻水溫最低要求，被迫采用補加新水替換的方式，降低冷媒水的溫度。

2.5 多級水平衡調度問題

高爐沖渣水以及環(huán)縫煤氣洗滌水屬于工業(yè)廢水，在平衡調度上可以串級使用，但由于管理力度上的不夠，生產(chǎn)中優(yōu)先選擇新水補充，造成廢水利用率下降，在雨季中還會出現(xiàn)廢水外排的現(xiàn)象。

3 針對問題提出的節(jié)水措施

3.1 統(tǒng)一思想，提高認識，強化管理

高爐節(jié)水降耗是一項非常精細的工作，只有長期治理才能看出成效，還必須依靠廣大職工的力量才可以把工作做到實處，首抓落實，做好執(zhí)行。

（1）拋棄對水資源“取之不盡用之不竭”的思想認識。在多級會議和宣傳交流中強調節(jié)水工作的重要性，讓廣大職工認識到節(jié)水不僅是企業(yè)降本增效的需要，也是減少環(huán)境污染，提升馬鋼發(fā)展力的重要需求。在企業(yè)內部形成珍惜水資源、保護水資源、節(jié)約水資源的良好氛圍。

（2）管理到點、考核到人。將水耗納入關鍵績效指標當中，掛靠在生產(chǎn)管理者和相關操作職工身上，增加用水設備消耗目標值管理，按日、周、月的方式進行跟蹤。用個人績效指標，嚴懲用水浪費。

（3）一個完善、有序的用水管理申報制度和流程，有效杜絕了用水管理私拉亂接的現(xiàn)象，達到專水專用，不串次使用，減少水循環(huán)的自身污染，水利用效率提高的目的。

3.2 改進管網(wǎng)排查手段，理清漏水區(qū)域

為了降低高爐區(qū)域水耗，除了用各種手段加強管理外，還必須依靠先進的技術加強對水系統(tǒng)新工藝的引用和研究，從而提出實時、有效的改造措施。

（1）對因高爐連續(xù)生產(chǎn)的特性導致大量因長期泡水、腐蝕的控制閥門和地下管道無法在線檢修維護的，通過合理設計和利用高爐休風機會對大型閥門進行更換，盡可能的選擇地面架空敷設的方式進行，減少后期漏水排查和處置難度，提高了水循環(huán)系統(tǒng)的控制能力。

（2）通過對各區(qū)域增加用水計量的方式，實時查看各用水消耗情況，縮小漏水排查范圍，全面監(jiān)控工藝用水使用情況。對已存在的用水計量表進行校驗和更新，摸清實際用水情況。通過引進高科技探測技術，對全廠區(qū)域進行水量測算和地下管網(wǎng)定位，找出了多處隱蔽的地下漏水點，并及時進行了處置。此項工作大大減少了水在地下流失。

3.3 依靠技術改造和創(chuàng)新，優(yōu)化水量平衡

（1）對水渣補水系統(tǒng)進行改造。利用高爐環(huán)縫煤氣洗滌水出口富余壓力，對高爐（DN600）煤洗水運行管道進行改造、將煤洗水引到高爐水渣池作為補充水。該改造充分利用30 m濃縮池富余水、減少了水渣新水補水次數(shù)和補水量。保持了煤氣洗滌系統(tǒng)合理運行的同時達到了系統(tǒng)節(jié)水的目的。

（2）制定高爐水渣水綜合管網(wǎng)改造方案，讓高爐水渣水可以根據(jù)渣池水位高低進行互調，提高了內循環(huán)利用率。減少了由于水渣水量失衡造成污水外溢的可能。

（3）建立多水種的循環(huán)利用。對雨水、水渣含水、爐體冷卻水進行收集利用。在高爐西路排水明溝末端加裝擋墻，把水儲存在明溝中，用污水泵把水輸送到高爐水渣池，也做為水渣系統(tǒng)的補水使用。并定期做好排水溝清淤工作，保障了存水能力。如圖1。

圖1 高爐新水平衡流程圖

（4）因兩座高爐軟水系統(tǒng)共用一套水—水熱交換冷卻系統(tǒng)（冷媒水系統(tǒng)），包括：冷媒水泵組、水池、旁濾設備、蒸發(fā)冷卻器。而冷媒水水池水溫在冬季達31～36℃、夏季達38～45℃，水池水溫的偏高已嚴重影響了換熱效果，制約了高爐軟水溫度的控制。同行業(yè)的鐵廠軟水密閉給排水冷卻系統(tǒng)的冷媒水與凈環(huán)水水池共用且?guī)ё陨砝鋮s塔，保證了水池水溫的控制。冷卻水溫度的降低，將大大提高冷卻效果，軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)的冷媒水系統(tǒng)因在夏季存在水溫偏高的情況，對此我廠新增2臺玻璃鋼冷卻塔（單臺處理能力為1500 m3/h），新增3臺上塔提升泵。冷媒水經(jīng)上塔提升泵加壓后送入新增的冷卻塔冷卻，再自流至冷媒水冷水池，以達到對冷媒水冷卻降溫的目的。改造后收到良好效果，表2列出改造前后的對比。

表2 2013～2017年高爐用水消耗數(shù)據(jù)

3.4 探索新型循環(huán)水冷工藝、節(jié)水技術

（1）對板式冷卻工藝的探索。全國范圍在2010年以后投產(chǎn)建設的大型高爐中，絕大部分采用的是板式冷卻工藝，軟水供應溫度根據(jù)冷媒水溫度，出口溫度可以控制在35～40℃之間時。特別是高爐后期內壁耐熱層厚度減少、傳熱量急劇增加的情況，按最大傳熱量，確定軟水流量，保持較好的冷卻效果。但此項技術對已投產(chǎn)高爐來說，只能利用爐役大修進行更新改造，適應性較差。

（2）新型管式冷卻器的探索。相比老式管式空冷器，改進型的管式冷卻器在框架上采用碳鋼熱鍍鋅處理，避免腐蝕問題；采用復合流雙側面進風，切格柵采用鋁合金制品具有較強的抗寒凍性、親水性和抗腐蝕性；管束采用304不銹鋼，有良好的抗腐蝕性能，使用壽命長；采用三點反射式花籃噴嘴，減輕了管束表面的結垢，并且噴嘴不易堵塞；噴淋水泵進口設有性能可靠的過濾裝置，確保噴淋水泵安全運行，提高了換熱效率，溫差比提高3℃。綜合考慮，在不進行爐役大修的前提下，新型蒸發(fā)式空冷器更符合現(xiàn)有三鐵總廠高爐軟水冷卻工藝的使用環(huán)境和相關技術要求的迫切需求。

（3）對水渣蒸汽冷凝回收。馬鋼三鐵總廠高爐采用熱因巴法沖渣工藝，沖渣過程中有大量的蒸汽產(chǎn)生，可利用設備更新在沖渣煙囪內壁設立回收冷凝水裝置，即可對產(chǎn)生的蒸汽進行回收，也能大大減少白氣污染，提高環(huán)境績效。

3.5 用專業(yè)化管理，穩(wěn)定水質

將水質處理方法、藥劑選擇，加藥管理等一系列管理工作交給專業(yè)化、有執(zhí)業(yè)資質的隊伍進行全方位管理和運行。在水質藥劑總包運營后，生產(chǎn)管理成本不斷降低，水質穩(wěn)定管理能力穩(wěn)步提升。用過專業(yè)化管理后滿足了工藝需求，水質穩(wěn)定運行中，強制排污次數(shù)不斷減少，補水用量逐步減少。系統(tǒng)運行穩(wěn)定，各項指標均達到要求。見圖2為軟水水質控制過程曲線（控制范圍：總硬度≤5.0 mg/L,濁度≤5.0 NTU，總鐵≤1.0 mg/L），圖3為煤氣洗滌水系統(tǒng)過程曲線（控制范圍：pH 6～9,懸浮物≤80 mg/l）。

圖2 軟水水質控制過程曲線

圖3 煤氣洗滌水系統(tǒng)過程曲線

4 效果

經(jīng)過一段時間的運行，基本杜絕了不正常補水，噸鐵新水消耗及用水總量下降較為明顯的效果。2018年1～6月份高爐生產(chǎn)用水量比2017年1-6月份下降了32%，扣除了1月份高爐檢修影響，單月下降率最高為37%。表3為2017年上半年與2018年上半年水量數(shù)據(jù)對比。

表3 2017～2018年（1～6月份）高爐生產(chǎn)用水數(shù)據(jù)表

5 結語

馬鋼4000 m3高爐通過上述節(jié)水措施應用和完善，逐步實現(xiàn)生產(chǎn)水量下降，工業(yè)廢水“零”排放，節(jié)水效果明顯。在當今企業(yè)生產(chǎn)中，節(jié)水技術和管理水平的不斷發(fā)展和應用，推廣節(jié)水工作的意義重大。大型高爐生產(chǎn)設備的大型化、自動化、連續(xù)化和高效化等特性導致企業(yè)必須重視節(jié)水管理技術的進步，開發(fā)和應用新技術、新工藝，提高企業(yè)的節(jié)能減排工作水平。