利用渣水系統(tǒng)處理脫硫廢水的工程實際案例

張光平,錢國祥,鄭 鑌

(1.南京廣建設計工程有限公司,江蘇 南京 210030; 2.南京工業(yè)大學城市建設學院，江蘇 南京 211816)

1 概述

隨著我國經(jīng)濟高速發(fā)展以及生態(tài)環(huán)境建設的需要，工業(yè)生產(chǎn)中煙氣的排放有了更為嚴格的管控標準，煙氣脫硫成為很多鋼鐵企業(yè)燒結生產(chǎn)中必不可少的流程。石灰石-石膏法因其脫硫效率高、適應性強、技術成熟和運行簡單穩(wěn)定等優(yōu)點而被廣泛使用[1]。脫硫過程中需要不斷補充和更新漿液，會排放含有大量溶解鹽及重金屬離子的脫硫廢水[2]。脫硫廢水需采取進一步的治理措施后再進行排放，否則會對環(huán)境造成極大危害。根據(jù)環(huán)保再利用原則，鋼鐵廠內的脫硫廢水可進一步利用。渣熱燜是近年發(fā)展起來的一種新型的鋼渣處理技術，通過鋼渣含的余熱實現(xiàn)鋼和渣的自動分離[3]，過程需要大量水資源進行沖渣水，但其對水資源水質要求較低[4]。鋼鐵廠的排放脫硫廢水可作為該工藝冷卻水源，節(jié)省用水成本。

山東某鋼鐵有限公司是一家集燒結、煉鐵、煉鋼、軋材、酸洗、涂鍍、制管、發(fā)電、制氧、水泥、港口于一體的大型鋼鐵企業(yè)，通過源頭治理、提升蓄水能力、水廠采取措施循環(huán)利用實現(xiàn)綠色生產(chǎn)。在循環(huán)利用過程中，需要對特殊廢水治理、增加污水處理廠水處理規(guī)模、增加全廠性廢水深度回用處理系統(tǒng)，提高水的循環(huán)利用率，進一步減少新水耗量。

廠區(qū)有燒結和球團脫硫廢水，廢水量約1 260 m3/d，部分脫硫廢水經(jīng)單獨管網(wǎng)送往污水處理廠處理，其余脫硫廢水無單獨處理設施，混入一般生產(chǎn)廢水進行排放或排入廠區(qū)一河流。脫硫廢水Cl-質量濃度6 000 mg/L～10 000 mg/L，Mg+為8 500 mg/L，氨氮為600 mg/L，TDS達48 000 mg/L。混入一般污水進行處理將對處理設施產(chǎn)生影響，同時出水超過DB 37/990—2013山東省鋼鐵工業(yè)污染物排放標準中鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的直接排放限值要求，不能達標。此外，直接排入河流的污廢水對河流生態(tài)造成很大的影響，存在環(huán)保風險。

從國家及地方環(huán)保政策要求、企業(yè)自身發(fā)展等諸多方面考慮，需要對脫硫廢水進行有效收集，便于后期進行處理，滿足企業(yè)自身長遠發(fā)展的需要，響應國家節(jié)水政策的需要，工程的建設非常有必要。

2 水量計算

公司擬新建大球團及2×450 m2燒結，建成后共計7個脫硫站，排放廢水總量為2 060 m3/d。脫硫廢水排入各脫硫站已建廢水收集池(罐)(見表1)。此外，公司的W3，W4/W9及W8熱燜渣車間循環(huán)水系統(tǒng)補充用水量約3 960 m3/d?？紤]將脫硫廢水用于熱燜渣車間循環(huán)水系統(tǒng)，既減少廢水排放，又減少了新水耗量，提高水的循環(huán)利用率。根據(jù)核算，水量平衡圖見圖1。

表1 脫硫廢水一覽表 m3/d

3 改造設計

3.1 改造設計總體思路

查閱相關火電廠及鋼鐵廠針對脫硫廢水的收集與處理排放的措施，借鑒福建某發(fā)電公司利用柞水系統(tǒng)處理脫硫廢水的工程案例。該設計對系統(tǒng)各工藝段的水質變化規(guī)律以及對渣水系統(tǒng)主要設備的腐蝕影響和對石膏回用效能的影響進行了分析考量，并對綜合經(jīng)濟效益進行了分析之后，將脫硫廢水引入渣水系統(tǒng)作為撈渣機冷卻水補水，對管網(wǎng)進行了改造。該工程在節(jié)省工程投資的同時，可實現(xiàn)零排放，避免電廠排放高鹽廢水，減緩后續(xù)處理單元的壓力[5]。本設計參考上述工程案例，結合脫硫廢水的二次利用的設計原則及方法對廠區(qū)管網(wǎng)進行改造。針對鋼鐵廠的脫硫廢水收集排放現(xiàn)狀，在深入實地調查及綜合分析之后，在便于施工、便于安裝和便于維修的前提下，使工程建設與廠區(qū)的發(fā)展相協(xié)調，既保護環(huán)境，又最大程度地發(fā)揮工程效益。

3.2 改造方案

東區(qū)收集系統(tǒng)先將6號、7號燒結脫硫廢水用提升泵送至1號、2號球團脫硫廢水收集罐，14號、15號燒結以及擬建大球團脫硫廢水用提升泵送至8號、9號燒結脫硫廢水收集罐，然后由1號、2號球團脫硫廢水收集罐和8號、9號燒結脫硫廢水收集罐提升泵一并送至W9及擬建W4熱燜渣車間作為燜渣循環(huán)水系統(tǒng)補充用水。在W4熱燜渣車間建成投產(chǎn)前，這部分脫硫廢水送至W9熱燜渣車間作為燜渣循環(huán)水系統(tǒng)補充用水。各脫硫廢水集水池(罐)利舊，每座廢水集水池(罐)增設提升泵兩臺，一用一備。廠區(qū)布置見圖2。

西區(qū)將12號、13號燒結以及擬建2×450 m2燒結脫硫廢水用化工泵輸送至W3和W8熱燜渣作為燜渣循環(huán)水系統(tǒng)補充用水，同時對W3和W8燜渣車間內部管網(wǎng)進行改造。將W9水渣料場區(qū)域水渣排水收集并用管道輸送至高爐4號、5號、6號沖渣池作為沖渣水系統(tǒng)補充用水，提升泵兩臺，一用一備，提升泵啟停與集水池水位連鎖。

本方案立足日照廢水處理水質及排放標準，結合國家和地方環(huán)境法規(guī)的要求，合理可行且經(jīng)濟。改造范圍包括：脫硫廢水的收集、熱燜循環(huán)水、沖渣水、管道及設備、電氣與自控儀表、給排水等系統(tǒng)。保證操作性的同時減少人工投入，易于日常運行管理與維護。

3.3 方案設計

脫硫廢水管網(wǎng)包括各脫硫站向W3，W4，W8，W9熱燜渣車間水處理系統(tǒng)的輸水管道及W3，W8熱燜渣車間內循環(huán)水管道改造部分，系統(tǒng)設計參數(shù)見表2。

W3熱燜渣車間管網(wǎng)改造：對于燜渣水管道，從泵房水泵出口至用戶點，沿廠房立柱重新敷設一條備用管道。同時廠房內回水井至平流池的回收管道同步敷設。配套閥門安裝。因供水溫度達到90 ℃，且脫硫水腐蝕性強，綜合考慮，選擇無縫鋼管(20號)。熱燜方面，采用長度280 m規(guī)格為DN250的無縫鋼管作為熱燜進水主管；長度為150 m規(guī)格為DN200的無縫鋼管作為熱燜回水主管。熱潑管道中，采用長度為60 m規(guī)格為DN150的無縫鋼管作為熱潑進水主管；長度為80 m規(guī)格為DN100的無縫鋼管作為熱潑回水主管；另外采用長度為80 m規(guī)格為DN300的無縫鋼管作為熱潑給水主管。熱潑、熱燜每個泵組各選1臺替換為化工泵。熱燜水泵采用規(guī)格為Q=170 m3/h，H=50 m的化工泵一臺；熱潑水泵采用規(guī)格為Q=60 m3/h，H=50 m的化工泵一臺。

表2 收集系統(tǒng)設計參數(shù)表

W8熱燜渣車間管網(wǎng)改造：燜渣水管道布置與敷設同W3車間安裝。管道方面同樣選擇無縫鋼管(20號)。熱燜方面，采用長度為330 m的規(guī)格為DN350的無縫鋼管作為熱燜進水主管；長度為170 m規(guī)格為DN250的無縫鋼管作為熱燜回水主管。熱潑管道中，采用長度為60 m規(guī)格為DN200的無縫鋼管作為熱潑進水主管；長度為350 m規(guī)格為DN150的無縫鋼管作為熱潑回水主管；另外采用長度為350 m規(guī)格為DN250的無縫鋼管作為熱潑給水主管。熱潑、熱燜每個泵組各選1臺替換為化工泵。熱燜水泵采用規(guī)格為Q=320 m3/h，H=50 m的化工泵一臺；熱潑水泵采用規(guī)格為Q=120 m3/h，H=50 m的化工泵一臺。廠區(qū)平面布置見圖3。

將W9水渣料場區(qū)域水渣排水收集并用管道輸送至高爐4號、5號、6號沖渣(W9水渣料場水渣控水管道和廠區(qū)生產(chǎn)回用水管道并網(wǎng))。水渣料場集水池在建，尺寸:8 m×6 m×4.5(H) m，提升泵兩臺，一用一備(自吸式化工泵ZX100-200)，性能為Q=150 m3/h，H=50 m，N=45 kW，n=2 950 r/min，U=380 V，水泵允許吸深5.0 m。提升泵啟停與集水池水位連鎖。廠區(qū)平面布置見圖4。

3.4 管材設備及安裝事項

為減少管道管徑規(guī)格，脫硫廢水輸送管道管徑采用de90×8,de110×9,de140×9三種規(guī)格，W9水渣料場輸水管道管徑采用de225×11.5。脫硫廢水輸送管及W9水渣料場集水池至高爐4號、5號、6號沖渣池給水管架空部分管道采用孔網(wǎng)鋼帶聚乙烯復合管，連接方式為電熔連接；埋地部分管道采用聚乙烯PE管，連接方式為熱熔或電熔連接。W3，W8熱燜渣車間給水管、回水管由于供水溫度達到90 ℃，故熱燜渣給水管、回水管采用無縫鋼管(20號)，連接方式采用焊接，管道沿廠房立柱架空敷設。明設管道管徑DN≤200 mm者需保溫，保溫材料采用聚乙烯泡沫制品，厚度50 mm，外包玻璃鋼鋁箔。

3.5 水泵選型

脫硫廢水提升泵、W9水渣料場集水池提升泵采用化工泵，水泵過流部件材質SS316，電機防護等級IP55，絕緣等級F級，防腐等級WF1級。熱燜渣泵、熱潑渣泵采用化工泵，水泵過流部件材質SS316，電機防護等級IP54，絕緣等級F級，防腐等級F1級。

3.6 電氣及自動化

供配電方面，本工程電力負荷屬二級負荷，均分別在原有供電系統(tǒng)供電，相應原電氣室需要做改造。對于新增的泵組，充分利用電氣室原有空余(或停用)間隔進行改造，若無法改造的，則在電氣室內新做MCC柜(或箱)，以滿足新增泵組的供電需求。對于僅更換原有水泵(電機不增容)的情況，原有供電間隔和出線電纜利舊，不更換。本工程保護接地型式采用TN-C-S系統(tǒng)，所有正常不帶電設備的金屬外殼，金屬管道，電纜金屬外皮，穿線鋼管、金屬支架等均與接地干線可靠連接。計算機系統(tǒng)單獨做接地，其接地電阻應根據(jù)PLC產(chǎn)品的技術要求來設計。

自動化方面，新增泵組的自動控制納入原有DCS或PLC系統(tǒng)中，原有DCS或PLC柜需增加模塊接入新的控制信號，柜內無法擴展的則增加新的I/O柜。燒結及球團脫硫廢水提升泵的集中控制設在各燒結及球團脫硫站中心控制室，水渣料場集水池提升泵的集中控制設在水渣料場循環(huán)水泵房，其余各泵組控制方式不變。以上幾個控制系統(tǒng)的DCS或PLC程序及集中控制畫面須進行相應修改。

3.7 監(jiān)測系統(tǒng)

項目共設四處檢測系統(tǒng)。燒結及球團脫硫廢水部分，共5處水池(罐)水位測量，水位信號連續(xù)顯示，并高、低水位報警，水位信號上傳至各脫硫站中心控制室。廢水泵啟停與廢水池水位連鎖控制。燒結及球團脫硫廢水池(罐)出水總管流量、壓力檢測并上傳至各自脫硫站控制室。W9水渣料場集水池水位顯示，上傳，并高、低水位報警，集水池提升泵啟停與水池水位連鎖控制。W9水渣料場集水池提升泵出水總管流量檢測并上傳至W9水渣料場控制室。

3.8 投資估算

本項目總計投資概算總額為680.23萬元。工程直接費總計為639.17萬元，其中給排水部分設備費及安裝工程費共計516.41萬元；電氣部分共計59.69萬元；自動化系統(tǒng)部分共計32.20萬元；儀表及結構部分分別為15.07萬元和15.80萬元。另外其他費用包括設計費29.16萬元以及監(jiān)理費11.90萬元，共計41.06萬元。

4 結語

將1號、2號球團，6號、7號燒結，8號、9號燒結，14號、15號燒結以及擬建大球團共5處脫硫廢水用化工泵輸送至W9及擬建W4熱燜渣車間作為燜渣循環(huán)水系統(tǒng)補充用水。將12號、13號燒結以及擬建2×450 m2燒結脫硫廢水用化工泵輸送至W3和W8熱燜渣作為燜渣循環(huán)水系統(tǒng)補充用水，同時對W3和W8燜渣車間內部管網(wǎng)進行改造。將W9水渣料場區(qū)域水渣排水收集并用管道輸送至高爐4號、5號、6號沖渣池作為沖渣水系統(tǒng)補充用水。

經(jīng)過脫硫廢水收集系統(tǒng)改造后，能夠有效降低廠區(qū)脫硫廢水的排放量，改善廠區(qū)整體廢水回收水的水質，從而提高回用水水質和水量，降低新水用量，節(jié)省生產(chǎn)成本投入，對整個廠區(qū)高爐、煉鋼、軋線、燒結、煉焦等系統(tǒng)的穩(wěn)定生產(chǎn)提供了保障?；具_到設計的效果要求，實現(xiàn)生態(tài)及經(jīng)濟效益優(yōu)化，為同類型廠區(qū)污水排放環(huán)保改造提供可行性案例。