大型节能环保烧结厂给排水系统设计探究

　　摘要: 全国各大钢铁企业都在新建、扩建、改建的项目中，全力贯彻节能环保的理念，打造绿色工程。对于当今主流的大型烧结厂来说，基本都同时配有余热发电系统和脱硫脱硝系统。一个完整的大型节能环保烧结厂给排水设计中，主要包括生产用水、生活用水、消防用水和排水等系统。由此结合各类实际工况，对上述给排水系统进行详细分类探究。

　　关键词: 烧结厂; 余热发电; 脱硫脱硝; 给排水系统

　　高振宇 矿业工程 2021-12-02

　　经济与科技的日益发展，推动着绿色工业的不断进步，各行各业都在践行 “绿水青山就是金山银山”的发展理念，钢铁行业也不例外。全国各大钢铁企业都在新建、扩建、改建的项目中，全力贯彻节能环保的理念，打造绿色工程。对于当今主流的大型烧结厂来说，余热发电系统和脱硫脱硝系统更是打造绿色工程的重中之重。在每个综合型烧结厂项目的设计过程中，给排水系统的分类，厂区给排水管线的布置、分区，以及循环水的回收利用都至关重要。如果供水系统设计不合理，可能会造成生产过程中设备出现故障; 如果供水分区分配不合理，有可能由于局部管道的问题而导致全厂停产，造成无法估量的直接经济损失; 而如果消防给排水系统设计不合理，甚至可能会危及到工作人员的生命安全。

　　1 概述及水源

　　一个完整的大型节能环保烧结厂给排水设计中，主要包括生产用水、生活用水、消防用水和排水等系统。在每个项目前期，首先要明确项目的设计范围，清楚外部水源资料。这些水源资料主要包括外部供水种类，供水方式，以及水质、水量和水压等。在常规的烧结厂项目中，生产新水和生活水往往都由外部供水管网保证，某些烧结厂还会提供中水的水源。各种水源在接入红线内之后均需设置一个流量计井，将信号远传至中控室。在常规的烧结厂项目中，一般不会提供工业循环冷却水和室内消防水的水源，因此这些用水需要靠烧结厂内新建的循环水泵站保证其水质，水量和水压。

　　2 生产用水

　　2. 1 生产新水系统

　　生产新水系统主要作为循环水系统的补水，保证全厂给排水系统的水量平衡。在余热利用工艺或脱硫脱硝工艺的除盐水或软化水制备流程中，生产新水也可作为水源，用来制备除盐水或软化水。在脱硫脱硝工艺的制酸、氨站或氨水系统中，也使用生产新水系统作为水源。生产新水还经常作为厂区室外消防供水系统的水源，因此该系统在红线外设有两个接点，接入红线内之后，在厂区形成环状管网布置。每个接点附近需设置一个流量计井，将信号远传至中控室。该系统外部接点的水压一般都能够满足烧结厂生产需要，如果接点压力过低，则需要在厂区内新建一个生产新水泵站，该泵站可与循环水泵站合建。

　　2. 2 循环水系统

　　2. 2. 1 循环水系统分类

　　按照水质划分，循环水系统可分为净环给、回水系统和浊环给、回水系统。烧结厂一般不涉及到浊环水系统，因此在下文中均以 “净环水系统”进行论述[1]。由于大型烧结厂一般都配有余热利用系统和脱硫脱硝系统，因此按照功能区划分，循环水系统可分为烧结净环给、回水系统，余热净环给、回水系统和脱硫净环给、回水系统。而在烧结净环水系统中，按照压力划分，又可分为普压净环给、回水系统和低压净环给、回水系统。

　　2. 2. 2 循环水泵站概述

　　循环水泵站一般由泵房、水池和冷却塔组成，泵房内设置循环水泵，将水池内的水加压，送至各用水点。回水返回冷却塔，经过冷却降温后返回水池，实现水的循环使用。根据各项目特点，水泵站的布置方式也有不同。较为常见的是水池和泵房均为长方形，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，则对应半地下式泵房; 如果采用全地上式水池，则对应全地上式泵房。冷却塔则放在水池上方或泵房上方[2]。一般来说，脱硫净环水系统可将水泵设置在烧结循环水泵站内，若脱硫净环水系统的水量较小，甚至可不设独立的脱硫净环水泵。但余热净环水系统则不同。因为无论是采用余热发电还是汽力拖动，余热利用系统的净环水量都远大于烧结净环水系统，因此必须设置独立的净环水泵，甚至独立的余热循环水泵站。是否需要设置独立的余热循环水泵站，这主要取决于余热利用的方式和将来的生产管理制度。

　　如果采用汽力拖动，多数钢铁企业可能将烧结系统和汽力拖动系统共同管理，这种情况下，比较适合将烧结净环水系统和余热净环水系统共用同一个泵站和吸水池，仅采用一条补水管路并计量即可。如果在生产新水接点设置了计量装置，则泵站补水管上的计量装置也可不设置。如果采用余热发电，多数钢铁企业会将烧结系统和余热发电系统分别设置管理班组，此时较为适合设置独立的烧结循环水泵站和余热循环水泵站。即使因为场地因素，两个泵站必须要合建，也应各自设置独立的水池和冷却塔，并分别设置补水管路且分别计量。此外，为保证水质，泵站内还有必要设置简单的水处理设施。

　　2. 2. 3 净环给、回水系统

　　烧结系统的净环给水系统一般用于一次混合室、二次混合室、烧结室、环冷机、热风系统、主电除尘器、主抽风机室及各除尘器的设备冷却，也用于一次混合室和二次混合室的热水制备，还用于各车间洒水扫地使用。但当有中水水源时，一次混合室和二次混合室的热水制备和洒水扫地也可采用中水。项目规模为一条 450 m2 烧结机生产线，烧结净环给水系统的总水量约为 600 ～ 800 m3 / h，泵站总补水量约为 50 ～ 80 m3 / h。

　　关于普压和低压净环给、回水系统的设计思路有如下两种:

　　1) 某些设备标高较低，进口水压要求较低，则可采用低压净环给、回水系统。其它标高较高或进口水压要求较高的设备，则宜采用普压净环给、回水系统。这种设计思路的主要优点就是生产运行中可能会更加节能，但由于水泵自身效率等原因，节能效果并不明显; 缺点是厂区给排水管路更多，增加故障率，且由于增加一组水泵，使泵房面积更大，占用空间更多。

　　2) 整个烧结系统均采用普压净环给水，但在设备标高较低，进口水压要求较低的用水点前设减压设施，将这些用水点的回水统一收集，采用低压净环回水系统，其它用水点采用普压净环回水系统。这种设计思路的主要优点是厂区管路较少，故障率相对较低，节约泵房占地面积; 缺点就是由于供水系统没有区分普压和低压，有可能会在生产中提高能耗。余热利用主要有汽力拖动和余热发电两种形式。如果采用汽力拖动，则余热净环给、回水系统主要供主抽风机室内设备冷却; 如果采用余热发电，则余热净环给、回水系统主要供发电主厂房内设备冷却。项目规模为一条 450 m2 烧结机生产线，余热净环给水系统的总水量约为 5 000 ～ 6 000 m3 / h，泵站总补水量约为 100 ～ 150 m3 / h。无论是汽力拖动还是余热发电，其锅炉房都设在烧结系统的烧结主厂房外，环冷机附近，距离主抽风机室或发电主厂房都比较远。因此锅炉房内的设备冷却水宜由烧结净环给、回水系统负责。锅炉房会定期产生无用的热水，这些热水不可以直接排放，应收集至降温池内，通入烧结净环给水进行降温，当温度降低至 40 ℃ 左右时，可由自吸泵将水送至净环回水系统。根据脱硫脱硝工艺不同，其所需要的净环给、回水量也有较大差异。一条项目规模为 450 m2 烧结机生产线，脱硫净环给水系统总水量可能低至 25 m3 / h，也可能高达 1 000 m3 / h。因此是否需要设置独立的净环水泵应根据实际情况确定。关于净环水泵的选择，建议为每一套净环给水系统设置一台备用泵，该系统对应的每条生产线设置一台净环给水泵。如果余热净环水系统与烧结净环水系统合用水池和冷却塔，可不设置回水泵; 如果余热净环水系统与烧结净环水系统分别采用独立的水池和冷却塔，则烧结净环水系统还需要另设一组冷却塔供水泵。冷却塔供水泵的设计原则仍为一台备用泵，每条生产线对应一台冷却塔供水泵。

　　2. 2. 4 水池及冷却塔

　　各类供水系统合建的循环水泵站中，常见的水池种类有生产新水池、中水池、冷水池和回水池等，分别对应各自的供水系统。冷却塔一般设置在冷水池的池顶，降温后的冷水直接返回冷水池。

　　1) 当烧结净环水系统和余热净环水系统共用一个吸水池时，也可以共用冷却塔。由于烧结低压净环回水量较少，对整个水池温度影响微乎其微，因此可直接将这部分回水返回水池。烧结普压净环回水的水压和余热净环回水的水压相差较大，所以每个冷却塔均应设置两个入水口，塔内设两套布水系统，烧结普压净环回水和余热净环回水直接返回冷却塔，不需要设置回水池。

　　2) 当烧结净环水系统和余热净环水系统分别用独立水池时，也应分别使用独立的冷却塔。余热净环回水直接返回余热冷却塔，烧结的普压净环回水量和低压净环回水量相差不是很多，因此必须先将这两路回水在回水池内混合，再用冷却塔供水泵送至烧结冷却塔。

　　2. 2. 5 水处理设施

　　烧结项目中常见的水处理设施主要有过滤器，除垢器和加药装置。

　　1) 过滤器主要用于去除水中的杂质，除垢器主要用于防止管道结垢。这两种设备在烧结净环水系统和余热净环水系统中均有应用，有时候设计中也会采用一体化的除垢过滤器。

　　2) 加药装置投加的药剂主要有缓蚀阻垢剂、杀菌灭藻剂和 PH 调节药剂。因为余热利用设备对冷却水的水质要求相对较高，所以加药装置主要应用在余热净环水系统，而在独立的烧结净环水系统中并不多见。

　　2. 3 中水系统

　　如果烧结厂红线外可提供中水的水源，则烧结厂内应优先考虑使用中水系统。中水系统的使用范围比较广泛，可用于一次混合室、二次混合室的热水制备，也可用于冲洗地坪，还可用于卫生间冲厕或绿化等。只要对水质要求不高的用水点，均可采用中水，以节约水资源。

　　3 生活用水

　　生活用水主要提供全厂职工日常生活使用，包括卫生间、浴室等。如果有机修车间、化验室、实验室等，也需要提供生活水，生活水还用于脱硫脱硝系统的洗眼器。某些时候，在某建筑物较高楼层有卫生间，仅靠厂区接点压力无法将生活水供应上去，此时可在该建筑物底层或中间某层设置一套无负压供水装置，保证生活水的压力。如果此类建筑物较多，或厂区接点压力过低，可将无负压供水装置设在总管。

　　4 消防用水

　　烧结厂的消防用水主要包括室内消防给水、室外消防给水和自动喷水灭火三部分，设计依据为国家消防相关规范。烧结厂大部分车间为丁、戊类车间，但某些车间为丙类车间，且建筑体积在 20 000 ～ 50 000 m3 之间。因此，室内外消防供水系统应按最不利情况考虑。根据 《消防给水及消火栓系统技术规范》 ( GB 50974 - 2014) 相关规定，室内消火栓流量为 30 L/ s，室外消火栓流量为 30 L/ s，一次火灾延续时间应按照 3 h 考虑。当烧结厂内有丙类高层建筑时，还应考虑自动喷水灭火设施[3 - 6]。自喷的水量应根据具体车间特点具体分析。室外消防供水系统的水源一般接自厂区生产新水系统，该系统在红线外有不少于两个接点，接入厂区后，在厂区内行成环状管网。每隔 100 ～ 120 m 设置一个室外消火栓[4 - 6]。室外消火栓一般类型为地上式和地下式两种。室外消火栓按照规格分 100 /65，150 /65 和 150 /80 三种，其中以 100 /65 使用较为广泛。

　　室内消防供水系统 ( 包括自喷) 一般由消防水池、消防主泵、高位水箱、稳压系统和消防控制系统组成。烧结厂中一般不设置独立的消防水池，而是把消防水量储存在循环水泵站的冷水池，水池内设置保证消防水量平时不被动用的措施; 消防主泵一般设置在循环水泵站内; 高位水箱应设置在全场最高建筑物的顶层或屋面上; 稳压系统由两台稳压泵和一个稳压罐组成，可设置在高位水池旁，也可设置在泵站内; 消防控制系统设置在消防控制中心。高位水箱的流量开关和消防供水主管道上的压力开关均有启动消防主泵的功能，自喷主泵还可由湿式报警阀组启动。消防稳压泵可根据消防系统管网的压力自动启停[4 - 6]。

　　5 排水

　　烧结厂的排水系统一般包括生产排水系统、生活废水系统和雨排水系统，常规设计普遍采用雨污分流制。生产排水系统主要来自部分车间的地下泵坑排水、环冷机密封环排水、余热系统排水和脱硫脱硝系统排水等。其中脱硫脱硝系统的制酸废水和氨站废水需单独收集，不宜直接排入烧结厂的生产排水系统。生活废水主要来自各车间卫生间排水，洗浴排水，脱硫区生活排水或发电主厂房的生活排水等。卫生间排水首先需进入化粪池，溢流水排入检查井，最终排入厂区总排水接点。在某些项目中，生产排水和生活废水可采用同一套管网收集，一并排入总接点，最终送往综合污水处理站。雨排水可采用明沟排水或暗管排水等方式，最终排入红线外的雨排水接点。根据环保相关要求，某些厂区还需要设置一个雨水收集池，用于收集下雨前 15 分钟的水量。生产排水和生活废水不得进入雨排水系统内。

　　6 结语

　　大型节能环保烧结厂的给排水系统是个统一的整体，在设计中应结合多方面因素，统筹考虑生产用水、生活用水、消防用水和排水系统的规划，保证方案的合理性、操作性、适应性和可靠性，这是烧结厂维持正常生产和高效生产的重要保障。更要从每个工程实际情况出发，在技术应用，工程投资等各方面综合考虑，能够提出多个方案进行经济技术比较，最终选择经济合理，安全可靠，节能环保的方案。