大型節(jié)能環(huán)保燒結(jié)廠給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)探究

高振宇

(中冶北方(大連)工程技術(shù)有限公司，遼寧 大連116600)

0 引言

經(jīng)濟(jì)與科技的日益發(fā)展，推動(dòng)著綠色工業(yè)的不斷進(jìn)步，各行各業(yè)都在踐行“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念，鋼鐵行業(yè)也不例外。全國各大鋼鐵企業(yè)都在新建、擴(kuò)建、改建的項(xiàng)目中，全力貫徹節(jié)能環(huán)保的理念，打造綠色工程。對(duì)于當(dāng)今主流的大型燒結(jié)廠來說，余熱發(fā)電系統(tǒng)和脫硫脫硝系統(tǒng)更是打造綠色工程的重中之重。

在每個(gè)綜合型燒結(jié)廠項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過程中，給排水系統(tǒng)的分類，廠區(qū)給排水管線的布置、分區(qū)，以及循環(huán)水的回收利用都至關(guān)重要。如果供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，可能會(huì)造成生產(chǎn)過程中設(shè)備出現(xiàn)故障；如果供水分區(qū)分配不合理，有可能由于局部管道的問題而導(dǎo)致全廠停產(chǎn)，造成無法估量的直接經(jīng)濟(jì)損失；而如果消防給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，甚至可能會(huì)危及到工作人員的生命安全。

1 概述及水源

一個(gè)完整的大型節(jié)能環(huán)保燒結(jié)廠給排水設(shè)計(jì)中，主要包括生產(chǎn)用水、生活用水、消防用水和排水等系統(tǒng)。在每個(gè)項(xiàng)目前期，首先要明確項(xiàng)目的設(shè)計(jì)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(zhì)、水量和水壓等。

在常規(guī)的燒結(jié)廠項(xiàng)目中，生產(chǎn)新水和生活水往往都由外部供水管網(wǎng)保證，某些燒結(jié)廠還會(huì)提供中水的水源。各種水源在接入紅線內(nèi)之后均需設(shè)置一個(gè)流量計(jì)井，將信號(hào)遠(yuǎn)傳至中控室。

在常規(guī)的燒結(jié)廠項(xiàng)目中，一般不會(huì)提供工業(yè)循環(huán)冷卻水和室內(nèi)消防水的水源，因此這些用水需要靠燒結(jié)廠內(nèi)新建的循環(huán)水泵站保證其水質(zhì)，水量和水壓。

2 生產(chǎn)用水

2.1 生產(chǎn)新水系統(tǒng)

生產(chǎn)新水系統(tǒng)主要作為循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)水，保證全廠給排水系統(tǒng)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(chǎn)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(tǒng)中，也使用生產(chǎn)新水系統(tǒng)作為水源。生產(chǎn)新水還經(jīng)常作為廠區(qū)室外消防供水系統(tǒng)的水源，因此該系統(tǒng)在紅線外設(shè)有兩個(gè)接點(diǎn)，接入紅線內(nèi)之后，在廠區(qū)形成環(huán)狀管網(wǎng)布置。每個(gè)接點(diǎn)附近需設(shè)置一個(gè)流量計(jì)井，將信號(hào)遠(yuǎn)傳至中控室。

該系統(tǒng)外部接點(diǎn)的水壓一般都能夠滿足燒結(jié)廠生產(chǎn)需要，如果接點(diǎn)壓力過低，則需要在廠區(qū)內(nèi)新建一個(gè)生產(chǎn)新水泵站，該泵站可與循環(huán)水泵站合建。

2.2 循環(huán)水系統(tǒng)

2.2.1 循環(huán)水系統(tǒng)分類

按照水質(zhì)劃分，循環(huán)水系統(tǒng)可分為凈環(huán)給、回水系統(tǒng)和濁環(huán)給、回水系統(tǒng)。燒結(jié)廠一般不涉及到濁環(huán)水系統(tǒng)，因此在下文中均以“凈環(huán)水系統(tǒng)”進(jìn)行論述[1]。

由于大型燒結(jié)廠一般都配有余熱利用系統(tǒng)和脫硫脫硝系統(tǒng)，因此按照功能區(qū)劃分，循環(huán)水系統(tǒng)可分為燒結(jié)凈環(huán)給、回水系統(tǒng)，余熱凈環(huán)給、回水系統(tǒng)和脫硫凈環(huán)給、回水系統(tǒng)。而在燒結(jié)凈環(huán)水系統(tǒng)中，按照壓力劃分，又可分為普壓凈環(huán)給、回水系統(tǒng)和低壓凈環(huán)給、回水系統(tǒng)。

2.2.2 循環(huán)水泵站概述

循環(huán)水泵站一般由泵房、水池和冷卻塔組成，泵房內(nèi)設(shè)置循環(huán)水泵，將水池內(nèi)的水加壓，送至各用水點(diǎn)?；厮祷乩鋮s塔，經(jīng)過冷卻降溫后返回水池，實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)使用。根據(jù)各項(xiàng)目特點(diǎn)，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(duì)應(yīng)半地下式泵房；如果采用全地上式水池，則對(duì)應(yīng)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(huán)水系統(tǒng)可將水泵設(shè)置在燒結(jié)循環(huán)水泵站內(nèi)，若脫硫凈環(huán)水系統(tǒng)的水量較小，甚至可不設(shè)獨(dú)立的脫硫凈環(huán)水泵。但余熱凈環(huán)水系統(tǒng)則不同。因?yàn)闊o論是采用余熱發(fā)電還是汽力拖動(dòng)，余熱利用系統(tǒng)的凈環(huán)水量都遠(yuǎn)大于燒結(jié)凈環(huán)水系統(tǒng)，因此必須設(shè)置獨(dú)立的凈環(huán)水泵，甚至獨(dú)立的余熱循環(huán)水泵站。是否需要設(shè)置獨(dú)立的余熱循環(huán)水泵站，這主要取決于余熱利用的方式和將來的生產(chǎn)管理制度。

如果采用汽力拖動(dòng)，多數(shù)鋼鐵企業(yè)可能將燒結(jié)系統(tǒng)和汽力拖動(dòng)系統(tǒng)共同管理，這種情況下，比較適合將燒結(jié)凈環(huán)水系統(tǒng)和余熱凈環(huán)水系統(tǒng)共用同一個(gè)泵站和吸水池，僅采用一條補(bǔ)水管路并計(jì)量即可。如果在生產(chǎn)新水接點(diǎn)設(shè)置了計(jì)量裝置，則泵站補(bǔ)水管上的計(jì)量裝置也可不設(shè)置。

如果采用余熱發(fā)電，多數(shù)鋼鐵企業(yè)會(huì)將燒結(jié)系統(tǒng)和余熱發(fā)電系統(tǒng)分別設(shè)置管理班組，此時(shí)較為適合設(shè)置獨(dú)立的燒結(jié)循環(huán)水泵站和余熱循環(huán)水泵站。即使因?yàn)閳龅匾蛩?，兩個(gè)泵站必須要合建，也應(yīng)各自設(shè)置獨(dú)立的水池和冷卻塔，并分別設(shè)置補(bǔ)水管路且分別計(jì)量。此外，為保證水質(zhì)，泵站內(nèi)還有必要設(shè)置簡單的水處理設(shè)施。

2.2.3 凈環(huán)給、回水系統(tǒng)

燒結(jié)系統(tǒng)的凈環(huán)給水系統(tǒng)一般用于一次混合室、二次混合室、燒結(jié)室、環(huán)冷機(jī)、熱風(fēng)系統(tǒng)、主電除塵器、主抽風(fēng)機(jī)室及各除塵器的設(shè)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(dāng)有中水水源時(shí)，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(xiàng)目規(guī)模為一條450 m2燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)線，燒結(jié)凈環(huán)給水系統(tǒng)的總水量約為600～800 m3/h，泵站總補(bǔ)水量約為50～80 m3/h。

關(guān)于普壓和低壓凈環(huán)給、回水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路有如下兩種：

1)某些設(shè)備標(biāo)高較低，進(jìn)口水壓要求較低，則可采用低壓凈環(huán)給、回水系統(tǒng)。其它標(biāo)高較高或進(jìn)口水壓要求較高的設(shè)備，則宜采用普壓凈環(huán)給、回水系統(tǒng)。這種設(shè)計(jì)思路的主要優(yōu)點(diǎn)就是生產(chǎn)運(yùn)行中可能會(huì)更加節(jié)能，但由于水泵自身效率等原因，節(jié)能效果并不明顯；缺點(diǎn)是廠區(qū)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(gè)燒結(jié)系統(tǒng)均采用普壓凈環(huán)給水，但在設(shè)備標(biāo)高較低，進(jìn)口水壓要求較低的用水點(diǎn)前設(shè)減壓設(shè)施，將這些用水點(diǎn)的回水統(tǒng)一收集，采用低壓凈環(huán)回水系統(tǒng)，其它用水點(diǎn)采用普壓凈環(huán)回水系統(tǒng)。這種設(shè)計(jì)思路的主要優(yōu)點(diǎn)是廠區(qū)管路較少，故障率相對(duì)較低，節(jié)約泵房占地面積；缺點(diǎn)就是由于供水系統(tǒng)沒有區(qū)分普壓和低壓，有可能會(huì)在生產(chǎn)中提高能耗。

余熱利用主要有汽力拖動(dòng)和余熱發(fā)電兩種形式。如果采用汽力拖動(dòng)，則余熱凈環(huán)給、回水系統(tǒng)主要供主抽風(fēng)機(jī)室內(nèi)設(shè)備冷卻；如果采用余熱發(fā)電，則余熱凈環(huán)給、回水系統(tǒng)主要供發(fā)電主廠房內(nèi)設(shè)備冷卻。

項(xiàng)目規(guī)模為一條450 m2燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)線，余熱凈環(huán)給水系統(tǒng)的總水量約為5 000～6 000 m3/h，泵站總補(bǔ)水量約為100～150 m3/h。

無論是汽力拖動(dòng)還是余熱發(fā)電，其鍋爐房都設(shè)在燒結(jié)系統(tǒng)的燒結(jié)主廠房外，環(huán)冷機(jī)附近，距離主抽風(fēng)機(jī)室或發(fā)電主廠房都比較遠(yuǎn)。因此鍋爐房內(nèi)的設(shè)備冷卻水宜由燒結(jié)凈環(huán)給、回水系統(tǒng)負(fù)責(zé)。鍋爐房會(huì)定期產(chǎn)生無用的熱水，這些熱水不可以直接排放，應(yīng)收集至降溫池內(nèi)，通入燒結(jié)凈環(huán)給水進(jìn)行降溫，當(dāng)溫度降低至40 ℃左右時(shí)，可由自吸泵將水送至凈環(huán)回水系統(tǒng)。

根據(jù)脫硫脫硝工藝不同，其所需要的凈環(huán)給、回水量也有較大差異。一條項(xiàng)目規(guī)模為450 m2燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)線，脫硫凈環(huán)給水系統(tǒng)總水量可能低至25 m3/h，也可能高達(dá)1 000 m3/h。因此是否需要設(shè)置獨(dú)立的凈環(huán)水泵應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定。

關(guān)于凈環(huán)水泵的選擇，建議為每一套凈環(huán)給水系統(tǒng)設(shè)置一臺(tái)備用泵，該系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的每條生產(chǎn)線設(shè)置一臺(tái)凈環(huán)給水泵。如果余熱凈環(huán)水系統(tǒng)與燒結(jié)凈環(huán)水系統(tǒng)合用水池和冷卻塔，可不設(shè)置回水泵；如果余熱凈環(huán)水系統(tǒng)與燒結(jié)凈環(huán)水系統(tǒng)分別采用獨(dú)立的水池和冷卻塔，則燒結(jié)凈環(huán)水系統(tǒng)還需要另設(shè)一組冷卻塔供水泵。冷卻塔供水泵的設(shè)計(jì)原則仍為一臺(tái)備用泵，每條生產(chǎn)線對(duì)應(yīng)一臺(tái)冷卻塔供水泵。

2.2.4 水池及冷卻塔

各類供水系統(tǒng)合建的循環(huán)水泵站中，常見的水池種類有生產(chǎn)新水池、中水池、冷水池和回水池等，分別對(duì)應(yīng)各自的供水系統(tǒng)。冷卻塔一般設(shè)置在冷水池的池頂，降溫后的冷水直接返回冷水池。

1)當(dāng)燒結(jié)凈環(huán)水系統(tǒng)和余熱凈環(huán)水系統(tǒng)共用一個(gè)吸水池時(shí)，也可以共用冷卻塔。由于燒結(jié)低壓凈環(huán)回水量較少，對(duì)整個(gè)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(jié)普壓凈環(huán)回水的水壓和余熱凈環(huán)回水的水壓相差較大，所以每個(gè)冷卻塔均應(yīng)設(shè)置兩個(gè)入水口，塔內(nèi)設(shè)兩套布水系統(tǒng)，燒結(jié)普壓凈環(huán)回水和余熱凈環(huán)回水直接返回冷卻塔，不需要設(shè)置回水池。

2)當(dāng)燒結(jié)凈環(huán)水系統(tǒng)和余熱凈環(huán)水系統(tǒng)分別用獨(dú)立水池時(shí)，也應(yīng)分別使用獨(dú)立的冷卻塔。余熱凈環(huán)回水直接返回余熱冷卻塔，燒結(jié)的普壓凈環(huán)回水量和低壓凈環(huán)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(nèi)混合，再用冷卻塔供水泵送至燒結(jié)冷卻塔。

2.2.5 水處理設(shè)施

燒結(jié)項(xiàng)目中常見的水處理設(shè)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(zhì)，除垢器主要用于防止管道結(jié)垢。這兩種設(shè)備在燒結(jié)凈環(huán)水系統(tǒng)和余熱凈環(huán)水系統(tǒng)中均有應(yīng)用，有時(shí)候設(shè)計(jì)中也會(huì)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(diào)節(jié)藥劑。因?yàn)橛酂崂迷O(shè)備對(duì)冷卻水的水質(zhì)要求相對(duì)較高，所以加藥裝置主要應(yīng)用在余熱凈環(huán)水系統(tǒng)，而在獨(dú)立的燒結(jié)凈環(huán)水系統(tǒng)中并不多見。

2.3 中水系統(tǒng)

如果燒結(jié)廠紅線外可提供中水的水源，則燒結(jié)廠內(nèi)應(yīng)優(yōu)先考慮使用中水系統(tǒng)。中水系統(tǒng)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(wèi)生間沖廁或綠化等。只要對(duì)水質(zhì)要求不高的用水點(diǎn)，均可采用中水，以節(jié)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(wèi)生間、浴室等。如果有機(jī)修車間、化驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)室等，也需要提供生活水，生活水還用于脫硫脫硝系統(tǒng)的洗眼器。某些時(shí)候，在某建筑物較高樓層有衛(wèi)生間，僅靠廠區(qū)接點(diǎn)壓力無法將生活水供應(yīng)上去，此時(shí)可在該建筑物底層或中間某層設(shè)置一套無負(fù)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(qū)接點(diǎn)壓力過低，可將無負(fù)壓供水裝置設(shè)在總管。

4 消防用水

燒結(jié)廠的消防用水主要包括室內(nèi)消防給水、室外消防給水和自動(dòng)噴水滅火三部分，設(shè)計(jì)依據(jù)為國家消防相關(guān)規(guī)范。

燒結(jié)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(nèi)外消防供水系統(tǒng)應(yīng)按最不利情況考慮。根據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》(GB 50974-2014)相關(guān)規(guī)定，室內(nèi)消火栓流量為30 L/s，室外消火栓流量為30 L/s，一次火災(zāi)延續(xù)時(shí)間應(yīng)按照3 h考慮。當(dāng)燒結(jié)廠內(nèi)有丙類高層建筑時(shí)，還應(yīng)考慮自動(dòng)噴水滅火設(shè)施[3-6]。自噴的水量應(yīng)根據(jù)具體車間特點(diǎn)具體分析。

室外消防供水系統(tǒng)的水源一般接自廠區(qū)生產(chǎn)新水系統(tǒng)，該系統(tǒng)在紅線外有不少于兩個(gè)接點(diǎn)，接入廠區(qū)后，在廠區(qū)內(nèi)行成環(huán)狀管網(wǎng)。每隔100～120 m設(shè)置一個(gè)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(guī)格分100/65，150/65和150/80三種，其中以100/65使用較為廣泛。

室內(nèi)消防供水系統(tǒng)(包括自噴)一般由消防水池、消防主泵、高位水箱、穩(wěn)壓系統(tǒng)和消防控制系統(tǒng)組成。燒結(jié)廠中一般不設(shè)置獨(dú)立的消防水池，而是把消防水量儲(chǔ)存在循環(huán)水泵站的冷水池，水池內(nèi)設(shè)置保證消防水量平時(shí)不被動(dòng)用的措施；消防主泵一般設(shè)置在循環(huán)水泵站內(nèi)；高位水箱應(yīng)設(shè)置在全場最高建筑物的頂層或屋面上；穩(wěn)壓系統(tǒng)由兩臺(tái)穩(wěn)壓泵和一個(gè)穩(wěn)壓罐組成，可設(shè)置在高位水池旁，也可設(shè)置在泵站內(nèi)；消防控制系統(tǒng)設(shè)置在消防控制中心。高位水箱的流量開關(guān)和消防供水主管道上的壓力開關(guān)均有啟動(dòng)消防主泵的功能，自噴主泵還可由濕式報(bào)警閥組啟動(dòng)。消防穩(wěn)壓泵可根據(jù)消防系統(tǒng)管網(wǎng)的壓力自動(dòng)啟停[4-6]。

5 排水

燒結(jié)廠的排水系統(tǒng)一般包括生產(chǎn)排水系統(tǒng)、生活廢水系統(tǒng)和雨排水系統(tǒng)，常規(guī)設(shè)計(jì)普遍采用雨污分流制。

生產(chǎn)排水系統(tǒng)主要來自部分車間的地下泵坑排水、環(huán)冷機(jī)密封環(huán)排水、余熱系統(tǒng)排水和脫硫脫硝系統(tǒng)排水等。其中脫硫脫硝系統(tǒng)的制酸廢水和氨站廢水需單獨(dú)收集，不宜直接排入燒結(jié)廠的生產(chǎn)排水系統(tǒng)。生活廢水主要來自各車間衛(wèi)生間排水，洗浴排水，脫硫區(qū)生活排水或發(fā)電主廠房的生活排水等。衛(wèi)生間排水首先需進(jìn)入化糞池，溢流水排入檢查井，最終排入廠區(qū)總排水接點(diǎn)。在某些項(xiàng)目中，生產(chǎn)排水和生活廢水可采用同一套管網(wǎng)收集，一并排入總接點(diǎn)，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(diǎn)。根據(jù)環(huán)保相關(guān)要求，某些廠區(qū)還需要設(shè)置一個(gè)雨水收集池，用于收集下雨前15分鐘的水量。生產(chǎn)排水和生活廢水不得進(jìn)入雨排水系統(tǒng)內(nèi)。

6 結(jié)語

大型節(jié)能環(huán)保燒結(jié)廠的給排水系統(tǒng)是個(gè)統(tǒng)一的整體，在設(shè)計(jì)中應(yīng)結(jié)合多方面因素，統(tǒng)籌考慮生產(chǎn)用水、生活用水、消防用水和排水系統(tǒng)的規(guī)劃，保證方案的合理性、操作性、適應(yīng)性和可靠性，這是燒結(jié)廠維持正常生產(chǎn)和高效生產(chǎn)的重要保障。更要從每個(gè)工程實(shí)際情況出發(fā)，在技術(shù)應(yīng)用，工程投資等各方面綜合考慮，能夠提出多個(gè)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，最終選擇經(jīng)濟(jì)合理，安全可靠，節(jié)能環(huán)保的方案。