基于水平衡測(cè)試的利恒鎂制品項(xiàng)目用水節(jié)水工藝探析

孟繁星

(遼寧省朝陽(yáng)水文局，遼寧 朝陽(yáng) 122000)

1 概 況

鞍山市利恒鎂制品廠成立于2002年，位于岫巖滿族自治縣蘇子溝鎮(zhèn)黃旗村，主要從事鋁質(zhì)耐火材料和大結(jié)晶電熔鎂砂生產(chǎn)。企業(yè)分鋁質(zhì)耐火材料和大結(jié)晶電熔鎂砂兩個(gè)廠區(qū)，鋁質(zhì)耐火材料廠占地面積13320m2，電熔鎂砂廠占地面積13000m2。鋁質(zhì)耐火材料廠新建工程項(xiàng)目建筑面積3500km2，主要包括辦公樓、新建廠房、庫(kù)房、輔助設(shè)施用房等。其中新建廠房2000m2，庫(kù)房1000m2，輔助設(shè)施用房500m2。新建冶煉車(chē)間廠房含原料庫(kù)房，廠房長(zhǎng)80m、寬25m、平口高6m，建筑面積2000m2。生產(chǎn)設(shè)備主要由原料計(jì)量稱(chēng)、皮帶輸送機(jī)、斗式提升供料機(jī)、可傾式電熔爐、冶煉控制系統(tǒng)和出料裝置組成。新建破碎篩分車(chē)間廠房含成品庫(kù)房，廠房長(zhǎng)40m、寬25m、平口高6m，建筑面積1000m2。生產(chǎn)設(shè)備主要可傾式數(shù)控電熔爐、顎式破碎機(jī)、自破破碎機(jī)、振動(dòng)輸料機(jī)、直線篩、滾筒篩和包裝機(jī)組成。在電熔爐和破碎篩分工位都分別設(shè)有脈沖濾袋除塵器，以控制粉塵污染。

新建配套設(shè)施用房，房長(zhǎng)25m、寬10m、平口高3m、2層，建筑面積500m2。配套設(shè)施用房主要用于車(chē)間辦公、產(chǎn)品檢測(cè)、輔助車(chē)間及工人休息室。電熔鎂砂廠在原有廠區(qū)內(nèi)擴(kuò)建工程主要包括新增4座電容鎂爐以及相應(yīng)的生產(chǎn)車(chē)間、庫(kù)房等。擴(kuò)建后共有8座電熔鎂爐，2座生產(chǎn)車(chē)間，1座原料庫(kù)，4座成品庫(kù)等。

新建2座生產(chǎn)車(chē)間，車(chē)間A建筑面積1650m2，車(chē)間B建筑面積1650m2，原料庫(kù)建筑面積1650m2，成品庫(kù)1、成品庫(kù)2、成品庫(kù)3總建筑面積約2000m2，成品庫(kù)4建筑面積1650m2。

2 用水節(jié)水工藝和技術(shù)分析

2.1 生產(chǎn)工藝分析

2.1.1 鋁質(zhì)耐火材料生產(chǎn)工藝

鋁質(zhì)耐火材料主要包括電熔白剛玉和電熔尖晶石，其生產(chǎn)工藝分析為生產(chǎn)白剛玉以純度95%以上的氧化鋁粉為原料，生產(chǎn)鋁鎂尖晶石以純度95%以上的氧化鋁粉和純度為97%以上的氧化鎂粉(輕燒鎂粉)為原料，輕燒鎂粉占20%，外購(gòu)原料均為粒度100目左右粉末狀，均采用紙袋包裝，每袋重約50kg。將拆袋后原料粉經(jīng)提升機(jī)提升填入數(shù)控電熔爐填料槽，由數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整連續(xù)加料，熔爐爐頂有三個(gè)石墨電極對(duì)原料進(jìn)行加熱熔融，爐內(nèi)溫度可達(dá)1850-1950℃。將熔融的高溫液態(tài)料傾倒出料，倒入水冷卻爐，利用爐壁夾層的循環(huán)冷卻水進(jìn)行冷卻。待冷卻完成后用吊車(chē)將冷卻爐反扣，取出柱狀料，并運(yùn)送至鄂式破碎機(jī)或自破破碎機(jī)進(jìn)行破碎，破碎后的產(chǎn)品粒度為0-40目。利用皮帶輸送機(jī)輸送出破碎好的產(chǎn)品，成品進(jìn)入包裝機(jī)料倉(cāng)，由自動(dòng)包裝機(jī)包裝成噸袋的的成品。由于自動(dòng)包裝機(jī)與料倉(cāng)連為一體，所以包裝過(guò)程粉塵產(chǎn)生量甚小，產(chǎn)品的噸袋包裝里層為厚塑料膜外層為編織袋，兩層包裝可保證在產(chǎn)品出廠運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中不泄漏。

所有加工過(guò)程均在密閉管道內(nèi)完成，再加上生產(chǎn)中嚴(yán)格的管理，可以使車(chē)間內(nèi)粉塵降低到很低的水平，爐體設(shè)置的高溫脈沖濾袋除塵器，除塵效率可達(dá)99%以上。在破碎系統(tǒng)、皮帶輸送機(jī)、出料機(jī)等設(shè)一臺(tái)常溫脈沖布袋除塵器，除塵效率也可達(dá)99%以上。兩套除塵器凈化后氣體經(jīng)廠房外同一排氣筒排出，排氣筒高度為 15m，直徑為2.4m，除塵系統(tǒng)收集的粉塵返回工藝系統(tǒng)。

2.1.2 電熔鎂砂生產(chǎn)工藝

主要為大結(jié)晶電熔鎂砂，其生產(chǎn)工藝分析為項(xiàng)目所用的原料為輕燒鎂粉，由汽車(chē)運(yùn)輸?shù)綇S區(qū)原料庫(kù)儲(chǔ)存。輕燒鎂粉經(jīng)皮帶運(yùn)輸機(jī)分別送入各電熔鎂爐旁配備的料倉(cāng)，此過(guò)程在半封閉狀態(tài)下進(jìn)行，產(chǎn)生少量無(wú)組織粉塵。

輕燒鎂粉從料倉(cāng)的出料口連續(xù)加入電熔鎂爐中(原料經(jīng)熔化體積縮小后繼續(xù)加入，非一次性投入，約半小時(shí)投加一次)。電熔鎂爐底部應(yīng)放爐底保護(hù)層，爐底料填充厚度為500mm左右，然后投入電極塊引弧。此后將大概分為三個(gè)階段：

第一階段(初始階段)：大約30分鐘，自電熔開(kāi)始，伴有大量的粉塵排放，以初始時(shí)最大。此時(shí)因爐底的電極塊間產(chǎn)生激烈電弧放電，輕燒鎂粉開(kāi)始強(qiáng)烈電熔，自爐溫迅速升至2000℃左右，粉塵大量排放。而后隨電極附近處輕燒鎂粉的熔化，粉塵排放量有減少的趨勢(shì)。

第二階段(穩(wěn)定階段)：大約9.5h，粉塵排放量較比第一階段減少，整個(gè)階段為相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。

第三階段(封停爐階段)：結(jié)束前大約30分鐘，粉塵排放量較比第二階段進(jìn)一步顯著減少，屬停爐前的階段。

隨著熔融時(shí)間的延長(zhǎng)，熔池上漲，一直升到爐殼上口表面，此時(shí)熔融過(guò)程結(jié)束，停止供電。這段期間，輕燒鎂粉在電熔鎂爐中經(jīng)過(guò)3000℃加熱熔融，熔融時(shí)間為10.5h左右。主要污染物為投料粉塵、電熔鎂爐煙塵、噪聲，電熔鎂爐煙塵經(jīng)集氣罩、陶瓷多管布袋除塵器，后經(jīng)15m高排氣筒有組織排放，產(chǎn)生噪聲采取隔音、減震等措施降噪。

熔煉好后將電極提起，并把電熔鎂爐和礦車(chē)一起拉出熔化區(qū)，送往車(chē)間內(nèi)的冷卻場(chǎng)地，自然冷卻約7d。

冷卻后的溶坨，在生產(chǎn)車(chē)間內(nèi)先采用炮錘車(chē)破碎成大塊電熔鎂后，再由人工用錘子進(jìn)一步破碎，破碎后粒徑<100mm，粒徑較大產(chǎn)塵量最小。破碎粉塵通過(guò)廠房阻隔后排放量較小，破碎噪聲采取隔聲、減震等措施降噪。

人工揀選分級(jí)，揀選出99%、98.5%、98%電熔鎂砂，人工手推車(chē)分別堆放待售。皮砂為生產(chǎn)大結(jié)晶電熔鎂砂的副產(chǎn)品，含MgO一般達(dá)到96%以上，過(guò)磅后放在成品庫(kù)待出售。

電熔鎂熔塊使用鄂式破碎機(jī)和對(duì)輥式破碎機(jī)進(jìn)行破碎，經(jīng)破碎后滿足粒徑要求的電熔鎂砂，經(jīng)密閉廊道輸送至振動(dòng)篩進(jìn)行篩分，相應(yīng)產(chǎn)品直接裝袋)，不滿足粒徑要求的電熔鎂砂經(jīng)密閉廊道送回破碎機(jī)進(jìn)一步破碎，直至滿足粒徑要求。

綜上所述，本項(xiàng)目屬于已建項(xiàng)目，已運(yùn)營(yíng)多年，按現(xiàn)在生產(chǎn)條件、生產(chǎn)方式，項(xiàng)目生產(chǎn)工藝技術(shù)比較合理[1]。

2.2 用水工藝分析

鋁質(zhì)耐火材料項(xiàng)目取水主要用于生產(chǎn)和生活用水。生產(chǎn)用水主要為生產(chǎn)設(shè)備冷卻用水和消防用水(廠區(qū)內(nèi)設(shè)有容積300m3的地下消防水池)，冷卻水采用循環(huán)冷卻方式。冷卻余熱水在冬季一部分可用來(lái)公共環(huán)境取暖，另一部分進(jìn)入冷卻水蓄水池，待水冷卻后循環(huán)使用。其他季節(jié)余熱水全部進(jìn)入冷卻水蓄水池循環(huán)使用，不外排。日生產(chǎn)用水量270m3/d，年生產(chǎn)用水量為81000m3/a。生活用水主要為員工生產(chǎn)期間生活用水，根據(jù)項(xiàng)目人員編制及工作制度，現(xiàn)有職工60人，生產(chǎn)天數(shù)按300d計(jì)算，用水定額取30L/人·d，生活用水量為540m3/a。

鋁質(zhì)耐火材料廠年取水量為81540m3/a。

大結(jié)晶電熔鎂砂項(xiàng)目取水主要用于生產(chǎn)和生活用水。生產(chǎn)用水主要為生產(chǎn)設(shè)備冷卻用水和消防用水(廠區(qū)內(nèi)設(shè)有容積300m3的地下消防水池)，冷卻水采用循環(huán)冷卻方式。冷卻余熱水在冬季一部分可用來(lái)公共環(huán)境取暖，另一部分進(jìn)入冷卻水蓄水池，待水冷卻后循環(huán)使用。其他季節(jié)余熱水全部進(jìn)入冷卻水蓄水池循環(huán)使用，不外排。日生產(chǎn)用水量為140m3/d，年生產(chǎn)用水量為42270m3/a。生活用水主要為員工生產(chǎn)期間生活用水，根據(jù)項(xiàng)目人員編制及工作制度，現(xiàn)有職工30人，生產(chǎn)天數(shù)按300d計(jì)算，用水定額取30L/人·d，生活用水量為270m3/a。

電熔鎂砂廠年取水量為42270m3/a。

2.3 節(jié)水技術(shù)

鋁質(zhì)耐火材料生產(chǎn)用水主要為生產(chǎn)設(shè)備冷卻用水，冷卻水采用循環(huán)冷卻方式。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程除蒸發(fā)損失外，不產(chǎn)生廢水[2]。大結(jié)晶電熔鎂砂生產(chǎn)用水主要為生產(chǎn)設(shè)備冷卻用水，冷卻水采用循環(huán)冷卻方式。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程除蒸發(fā)損失外，不產(chǎn)生廢水。重復(fù)利用率高，達(dá)到了節(jié)水效果，節(jié)水效果顯著。

3 用水過(guò)程和水量平衡

3.1 各用水環(huán)節(jié)節(jié)水

鋁質(zhì)耐火材料項(xiàng)目取水主要用于生產(chǎn)和生活用水。生產(chǎn)用水主要為生產(chǎn)設(shè)備冷卻用水和消防用水(廠區(qū)內(nèi)設(shè)有容積300m3的地下消防水池)，冷卻水循環(huán)使用不外排。日生產(chǎn)用水量270m3/d，年生產(chǎn)用水量為81000m3/a。生活用水主要為員工生產(chǎn)期間生活用水，根據(jù)項(xiàng)目人員編制及工作制度，現(xiàn)有職工60人，生產(chǎn)天數(shù)按300d計(jì)算。，用水定額取30L/人·d，生活用水量為540m3/a。鋁質(zhì)耐火材料廠年取水量為81540m3/a。

大結(jié)晶電熔鎂砂項(xiàng)目取水主要用于生產(chǎn)和生活用水。生產(chǎn)用水主要為生產(chǎn)設(shè)備冷卻用水和消防用水(廠區(qū)內(nèi)設(shè)有容積300m3的地下消防水池)，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的余熱水全部進(jìn)入冷卻水蓄水池循環(huán)使用，不外排。日生產(chǎn)用水量為140m3/d，年生產(chǎn)用水量為42000m3/a。生活用水主要為員工生產(chǎn)期間生活用水，根據(jù)項(xiàng)目人員編制及工作制度，現(xiàn)有職工30人，生產(chǎn)天數(shù)按300d計(jì)算，用水定額取30L/人·d，生活用水量為270m3/a。電熔鎂砂廠年取水量為42270m3/a。綜上所述，項(xiàng)目生產(chǎn)、生活總用水量為123810m3/a[3-4]。

3.2 水量平衡

根據(jù)建設(shè)單位提供的生產(chǎn)及生活取用水量、項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模、生產(chǎn)工藝流程、蒸發(fā)滲漏損失等，編制的鋁質(zhì)耐火材料生產(chǎn)過(guò)程取用水平衡見(jiàn)圖1、大結(jié)晶電熔鎂砂生產(chǎn)過(guò)程取用水平衡見(jiàn)圖2。

圖1 鋁質(zhì)耐火材料生產(chǎn)過(guò)程取用水平衡圖

圖2 大結(jié)晶電熔鎂砂生產(chǎn)過(guò)程取用水平衡圖

從項(xiàng)目生產(chǎn)過(guò)程取用水情況來(lái)看，整個(gè)項(xiàng)目生產(chǎn)用水量為122784m3/a,消防用水量為216m3/a(消防一次用水10L/s，按3h計(jì)算),生活用水量為810m3/a。

4 用水水平評(píng)價(jià)及節(jié)水潛力

4.1 用水水平指標(biāo)計(jì)算與評(píng)價(jià)

生產(chǎn)單位產(chǎn)品新水量Vuf

Vuf=Vyf/Q

(1)

式中：Vuf為產(chǎn)品用水量，m3/t；Vyf為生產(chǎn)用水量總和，m3；Q為產(chǎn)品總量，萬(wàn)m2。

經(jīng)計(jì)算：鋁質(zhì)耐火材料生產(chǎn)單位產(chǎn)品用水量為4.08m3/t，大結(jié)晶電熔鎂砂生產(chǎn)單位產(chǎn)品用水量為2.11m3/t。

16M將建設(shè)項(xiàng)目實(shí)際用水定額與《遼寧省行業(yè)用水定額》規(guī)定的耐火材料制造中耐火材料指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，該建設(shè)項(xiàng)目用水定額符合《遼寧省行業(yè)用水定額》規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)項(xiàng)目生產(chǎn)用水指標(biāo)合理[5]。見(jiàn)表1。

表1 建設(shè)項(xiàng)目生產(chǎn)用水定額比較表

4.2 生活用水指標(biāo)分析

根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目的人力資源配置計(jì)劃，生產(chǎn)和管理人員配置為90人，年工作300d，生活用水量為2.70m3/d，用水定額30L/人.d。符合《遼寧省行業(yè)用水定額》工業(yè)企業(yè)職工生活用水指標(biāo)。

4.3 污水處理及回用合理性分析

據(jù)項(xiàng)目《環(huán)境影響報(bào)告》生產(chǎn)工藝流程，本項(xiàng)目生產(chǎn)用水除部分蒸發(fā)損失外，全部重復(fù)利用，不產(chǎn)生廢水。項(xiàng)目退水主要為員工生活廢水，生活用水每年產(chǎn)生的廢水量為405m3/a。廢水通過(guò)廠區(qū)排水管道進(jìn)入廠區(qū)旱廁化糞池，再經(jīng)過(guò)旱廁化糞池消解處理后，定期清掏。

4.4 節(jié)水潛力分析

從項(xiàng)目生產(chǎn)過(guò)程取用水情況來(lái)看，鋁質(zhì)耐火材料生產(chǎn)用水主要為生產(chǎn)設(shè)備冷卻用水，冷卻水采用循環(huán)冷卻方式[6-7]。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程除蒸發(fā)損失外，不產(chǎn)生廢水。大結(jié)晶電熔鎂砂生產(chǎn)用水主要為生產(chǎn)設(shè)備冷卻用水，冷卻水采用循環(huán)冷卻方式。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程除蒸發(fā)損失外，不產(chǎn)生廢水，重復(fù)利用率高，達(dá)到了節(jié)水效果，節(jié)水效果顯著[8]。

4.5 項(xiàng)目用水量核定

根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目的生產(chǎn)取用水平衡，本項(xiàng)目鋁質(zhì)耐火材料廠生產(chǎn)、生活總用水量為81540m3/a，電熔鎂砂廠年生產(chǎn)、生活總用水量為42270m3/a。核定后項(xiàng)目年用水量為123810m3/a(新水量5210 m3/a)。

5 結(jié) 語(yǔ)

鋁質(zhì)耐火材料項(xiàng)目取水主要用于生產(chǎn)和生活用水[9]。生產(chǎn)用水主要為生產(chǎn)設(shè)備冷卻用水和消防用水(廠區(qū)內(nèi)設(shè)有容積300m3的地下消防水池)，冷卻水循環(huán)使用不外排。日生產(chǎn)用水量6.67m3/d，均為日蒸發(fā)消耗，年生產(chǎn)取用新水量為2000m3/a。生活用水主要為員工生產(chǎn)期間生活用水，根據(jù)項(xiàng)目人員編制及工作制度，現(xiàn)有職工60人，生產(chǎn)天數(shù)按300d計(jì)算。用水定額取30L/人·d，生活取用新水量為540m3/a。鋁質(zhì)耐火材料廠年取新水量為2540m3/a。

大結(jié)晶電熔鎂砂項(xiàng)目取水主要用于生產(chǎn)和生活用水[10]。生產(chǎn)用水主要為生產(chǎn)設(shè)備冷卻用水和消防用水(廠區(qū)內(nèi)設(shè)有容積300m3的地下消防水池)，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的余熱水全部進(jìn)入冷卻水蓄水池循環(huán)使用，不外排。日生產(chǎn)取用新水量為8.0m3/d，均為日蒸發(fā)消耗，年生產(chǎn)取用新水量為2400m3/a。生活用水主要為員工生產(chǎn)期間生活用水，根據(jù)項(xiàng)目人員編制及工作制度，現(xiàn)有職工30人，生產(chǎn)天數(shù)按300d計(jì)算，用水定額取30L/人·d，生活取用新水量為270m3/a。電熔鎂砂廠年取用新水量為2670m3/a。