冶金行業(yè)給排水的節(jié)能設計思考

顏 芳

（唐山科技職業(yè)技術學院，河北 唐山 063000）

冶金行業(yè)根據冶煉工藝、冶煉設備對水的需求量以及生產排出的廢水特性的不同，可以進行不同的給排水系統(tǒng)的設計，為了實現(xiàn)冶煉企業(yè)給排水環(huán)保節(jié)能這一目標，許多企業(yè)給排水工程都重視節(jié)能設計，這一設計理念不但能夠推動冶金行業(yè)排水技術不斷進步，而且其長期的經濟效益與環(huán)保效益更是傳統(tǒng)排水設計無法比擬的，給排水節(jié)能設計有利于緩解冶金企業(yè)資源緊缺問題，所以，現(xiàn)代化的冶金行業(yè)給排水設計應重視節(jié)能設計，從而合理采用有效的節(jié)能設計措施來更好的實現(xiàn)冶金行業(yè)給排水工程的作用。在建設給排水系統(tǒng)時還應當充分考慮水源條件以及對于生產廢水處理的要求，以節(jié)能減排為目的進行設計。

1 廢水處理設計

節(jié)約水資源已經成為近年來全世界共同呼吁的話題，水資源作為人類必需的能源之一，需求和儲備出現(xiàn)的矛盾日益明顯[1]。這就使得冶金行業(yè)的廢水處理變得尤為重要，必須通過合理的措施進一步降低冶金行業(yè)的廢水排放，從而實現(xiàn)進一步的節(jié)能減排。冶金生產過程排放大量污染物含量高、成分復雜的廢水[2]。根據冶煉金屬的不同，廢水處理主要運用的方法包括了物理處理方法、化學處理方法、以及生物處理方法。

物理處理方法不涉及廢水性質的變化，主要運用吸附、過濾、離心等方式或者根據不同的雜質在沸點、結晶點的差異使廢水中的雜質分離出來?；瘜W處理方法則涉及到了化學發(fā)應，通過置換、氧化化學反應方法，將雜質從離子態(tài)轉化為固體化合物，實現(xiàn)對廢水的凈化。生物處理方法主要是利用大自然的微生物，借助其代謝作用氧化分解冶金廢水里的有機雜質，并把它轉化成無機物質[3]。相比于物理、化學等處理方法，生物處理方法更環(huán)保。生物處理方法需求的時間長，為了加快其廢水處理速度，必須加快目標微生物的新陳代謝，而且生物處理方法僅能處理廢水中的有機雜質，局限性較強。

2 采用有利于節(jié)能的高爐水冷系統(tǒng)

冶金行業(yè)中應用最多的仍然還是脫鹽水冷卻循環(huán)系統(tǒng)，根據前蘇聯(lián)的數(shù)據統(tǒng)計，正常使用工業(yè)用水進行冷卻的高爐服役年限平均為4.5年，采用脫鹽水進行冷卻比采用常用工業(yè)水進行冷卻，高爐平均服役年限延長了一倍，平均服役年限達到了9到12年。同時水冷系統(tǒng)也是實現(xiàn)節(jié)能設計的重要因素。

當前主要應用的脫鹽水冷卻循環(huán)系統(tǒng)為高爐軟水閉路循環(huán)冷卻系統(tǒng)，其特點主要有以下幾個：

（1）運行穩(wěn)定性好

軟水即所謂的脫鹽水，與工業(yè)水相比，軟水能夠避免冷卻結垢的弊端，這也是延長高爐服役年限的主要依托。當前使用的軟水是經過添加緩蝕藥劑的化學軟化水，只要控制好水質，能夠長時間保持冷卻設備的內表面的無垢狀態(tài)，并通過改進冷卻循環(huán)系統(tǒng)，提高冷卻水的可靠流速，使冷卻設備隨時保持足夠的冷卻能力，從而實現(xiàn)高爐冶煉的運行穩(wěn)定和長期使用。與汽化冷卻循環(huán)系統(tǒng)相比，軟水閉路循環(huán)系統(tǒng)的冷卻水溫度更低，高爐爐墻能夠迅速凝固渣皮，保證了冷卻設備的運轉正常，同時，還可以根據需要，通過調節(jié)循環(huán)水流量以及水溫來適應高爐的冷卻需要，從而達到節(jié)能的效果。

（2）降低給水需求

軟水閉路冷卻循環(huán)系統(tǒng)是一個相對封閉的系統(tǒng)，物質在系統(tǒng)內部自成循環(huán)體系，沒有像汽化冷卻循環(huán)系統(tǒng)的水蒸發(fā)損失，理論上僅存在由于工藝制造上的瑕疵導致的水流失，比如管道接合不夠牢固導致的泄漏，因此，一般情況下，該系統(tǒng)的用水量很少，對于給水系統(tǒng)的流量設計要求相應降低，作業(yè)中平均每小時補水量不超過其循環(huán)水量的1%，遠遠低于工業(yè)水開式循環(huán)冷卻系統(tǒng)的5%。

3 給排水的具體節(jié)能措施

3.1 給排水工程設計的優(yōu)化

冶煉行業(yè)對給排水工程進行設計時，設計人員意識到設計所起的巨大作用，首先要在保證設計質量的前提下盡量降低材料成本的投入，同時對于管道連接處、接井及坡度間距等細部環(huán)節(jié)也應進行科學合理設計，此做法可從一定程度上降低材料成本。另外，目前冶煉行業(yè)給排水節(jié)能設計還有很大開發(fā)潛力，如何開發(fā)這些潛力就要求設計人員在排水方式進行設計時做到精益求精。排水系統(tǒng)是一個較為復雜系統(tǒng)，涉及到多種因素與繁瑣環(huán)節(jié)，為此對給排水系統(tǒng)設計時應對各個環(huán)節(jié)進行優(yōu)化，以提高整個系統(tǒng)的節(jié)能性能。

3.2 依水質需要串級用水

串級用水是指根據冶煉作業(yè)不同環(huán)節(jié)對水質高低的需求，將符合下級水質需求的廢水直接進行利用，減少廢水排放和處理成本的用水方式，串級用水的最大特點就是對上級用水不需要經過處理而直接使用。

這用節(jié)能措施必須以上級用水產生的雜質中不存在影響下級用水需求的物質，對于上級用水中存在有害于下級用水的物質的，不能直接串級用水，必須經過處理后才能循環(huán)使用，避免作業(yè)設備的使用年限縮短以及生產隱患的積累。

3.3 變頻供水、供電

變頻供水主要是對連鑄機的生產作業(yè)制定的給排水節(jié)能措施，根據不同的生產斷面，連鑄機的用水量不同，應用變頻器實施變頻供水，可以有效減少水量使用，實現(xiàn)節(jié)能目的。當然，其它的輔助設施如冷卻塔風機等適宜使用變頻器的，也可以應用變頻器達到節(jié)能目的。

3.4 高爐沖渣水的余熱利用

高爐在冶煉過程中所產生的爐渣可以高達1500℃，因此進行冷卻后所產生的沖渣水中存在大量熱能，這些熱能的循環(huán)利用是給排水設計中的重要節(jié)能方向。但是沖渣水中含有大量雜質，不能直接使用，因此需要進行換熱處理，換熱處理后，這些熱能可以作為居民采暖使用，也可用于發(fā)電，同時換熱后的回水可以繼續(xù)用作沖渣水，形成一個完整的循環(huán)，有助于提升高爐余熱的利用如圖1所示。高爐沖渣過程中，爐渣的熱量被沖渣水所吸收，使爐內溫度逐漸提升達到一個飽和狀態(tài)，高爐蒸汽會帶出一部分余熱，而爐渣帶走的熱量約占總量的五分之一，高爐渣中余熱走向分為兩部分，一部分是通過沖渣水而蒸發(fā)，另一部分是通過水蒸發(fā)帶入大氣中。高爐換熱處理后產生的余熱保持一個平穩(wěn)狀態(tài)，沖渣誰留出高爐溫度保持不變。

圖1 高爐沖渣余熱的利用流程圖

4 結束語

給排水設計的節(jié)能是降低冶金行業(yè)能耗的重要方式，在工程應用中，應當以循環(huán)使用，減少排放為基本原則，達到降低生產成本，提高企業(yè)經營效益的目的。節(jié)能減排設計不是一朝一夕就能做好的，還需要在生產實踐中不斷摸索和研究。