＊杜在會(huì)劉橋云羅滔鄧人杰張小剛成晟

（1.湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司能源環(huán)保部 湖南 411100 2.湖南工程學(xué)院 湖南 411104 3.長(zhǎng)沙市景盛管線技術(shù)有限責(zé)任公司 湖南 411100）

水資源是人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要資源，而鋼鐵行業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的水資源消耗大戶。據(jù)統(tǒng)計(jì)，鋼鐵行業(yè)耗水量約占全國(guó)工業(yè)用水的20%，水資源成為鋼鐵企業(yè)發(fā)展的重要影響因素之一。因此，鋼鐵企業(yè)節(jié)水減排的發(fā)展方向勢(shì)必推動(dòng)鋼鐵行業(yè)科技創(chuàng)新步伐不斷邁進(jìn)，給我國(guó)鋼鐵行業(yè)帶來(lái)良好的發(fā)展契機(jī)[1-2]。

鋼鐵企業(yè)，特別是聯(lián)合鋼鐵企業(yè)（由煉焦、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、連鑄以及軋鋼等主要工序組成，同時(shí)包含制氧、鼓風(fēng)、余熱發(fā)電等輔助生產(chǎn)工序），用水情況復(fù)雜，具體表現(xiàn)如下：首先是給水類型很多，包括工業(yè)新水、凈化水、軟化水及除鹽水，其次生產(chǎn)用水過(guò)程十分復(fù)雜，主要包括主要生產(chǎn)設(shè)施用水、輔助生產(chǎn)設(shè)施用水以及附屬生產(chǎn)設(shè)施用水，同時(shí)各工序工藝設(shè)備間接冷卻和直接冷卻大部分采用循環(huán)系統(tǒng)[3]。

正是由于鋼鐵行業(yè)具有用水量大、用水工序繁多且復(fù)雜的特性，因此如何提高用水效率，對(duì)于鋼鐵企業(yè)綠色發(fā)展具有重要意義[4]。本文以某鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際為例，分析在生產(chǎn)過(guò)程中的用水情況。對(duì)于該鋼鐵企業(yè)的主要工序（焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、連鑄、軋鋼）的用水進(jìn)行現(xiàn)狀分析，并通過(guò)相應(yīng)的串級(jí)和中水回用等技術(shù)，對(duì)于其生產(chǎn)用水進(jìn)行優(yōu)化。

1.焦化工序用水分析及優(yōu)化研究

焦化工序的用水主要有煉焦、煤氣凈化和化工產(chǎn)品回收過(guò)程精制的用水等。在該工序的用水系統(tǒng)中，化工產(chǎn)品回收系統(tǒng)是循環(huán)用水系統(tǒng)，在煉焦工序中，工業(yè)新水主要消耗在干熄焦、化工產(chǎn)品回收系統(tǒng)。通過(guò)分析得出該鋼鐵企業(yè)煉焦工序用水存在以下不足：

（1）在煉焦工序中，除塵用水系統(tǒng)不需要使用工業(yè)新水進(jìn)行補(bǔ)充，采用該工序或其它工序用水系統(tǒng)進(jìn)行串級(jí)補(bǔ)充。

（2）化產(chǎn)回收車間水站的排污水經(jīng)處理后外排到煉鐵口處理站，經(jīng)處理后部分達(dá)標(biāo)排放。

基于以上不足，采取如下優(yōu)化措施：除塵用水系統(tǒng)可采用處理后的化產(chǎn)回收車站的排污水，經(jīng)過(guò)改造后可減少的污水排放量232m3/d。

2.燒結(jié)工序用水分析及優(yōu)化研究

對(duì)燒結(jié)工序的用水過(guò)程進(jìn)行分析可以得出在該工序中，工藝用水系統(tǒng)都是直流用水系統(tǒng)；設(shè)備間接冷卻、除塵系統(tǒng)是循環(huán)用水系統(tǒng)；整個(gè)用水系統(tǒng)均采用工業(yè)新水和凈化水進(jìn)行補(bǔ)充；在該工序中排污水主要是設(shè)備冷卻用水系統(tǒng)的排污水。

通過(guò)水平衡圖和數(shù)據(jù)分析得出該鋼鐵企業(yè)燒結(jié)工序用水存在的不足如下：

（1）在該過(guò)程中，除塵、沖洗、燒結(jié)料混合和熱返礦冷卻用水系統(tǒng)相應(yīng)的水質(zhì)均采用同一水質(zhì)水源。

（2）在設(shè)備間接冷卻、除塵、沖洗等用水系統(tǒng)之間未采用串級(jí)技術(shù)。

基于以上不足，采取如下優(yōu)化措施，優(yōu)化后燒結(jié)工序水網(wǎng)絡(luò)圖如圖1所示。

圖1 燒結(jié)工序優(yōu)化后水網(wǎng)絡(luò)圖

（1）在燒結(jié)工序的用水過(guò)程中，除塵、沖洗以及工藝、用水系統(tǒng)對(duì)需要補(bǔ)充的水質(zhì)沒(méi)有什么要求，可使用其他水系統(tǒng)的排污水進(jìn)行補(bǔ)充，各個(gè)用水系統(tǒng)的排污水經(jīng)串級(jí)利用時(shí)，燒結(jié)工序可以做到無(wú)污廢水外排。

（2）設(shè)備間接冷卻用水系統(tǒng)用凈化水進(jìn)行補(bǔ)充，煉鐵工序設(shè)備冷卻排污水和燒結(jié)工序設(shè)備冷卻排污水用以補(bǔ)充除塵、沖洗、燒結(jié)料混合、熱返礦冷卻用水系統(tǒng)。

3.煉鐵工序用水分析及優(yōu)化研究

根據(jù)用水的作用，煉鐵生產(chǎn)的用水大致可分為設(shè)備間接冷卻、設(shè)備及產(chǎn)品的直接冷卻、生產(chǎn)工藝及其它雜用水。對(duì)煉鐵工序的用水過(guò)程進(jìn)行分析可以得出以下結(jié)論：

（1）在該工序用水系統(tǒng)中，存在軟水循環(huán)系統(tǒng)，主要用于冷卻蒸發(fā)機(jī)組，循環(huán)率為98.26%；間接冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，主要用于設(shè)備冷卻、煤氣凈化、爐渣處理，循環(huán)率為97.94%，其中主要污水排放為爐渣處理循環(huán)系統(tǒng)和軟水循環(huán)系統(tǒng)。

（2）在煉鐵工序中，工業(yè)新水、凈化水和軟水全部消耗在設(shè)備冷卻用水系統(tǒng)。

通過(guò)水網(wǎng)絡(luò)圖和數(shù)據(jù)分析得出該鋼鐵企業(yè)煉鐵工序用水存在的不足如下：

（1）在該工序用水過(guò)程中，沖渣水存在排污水，原因是大量設(shè)備冷卻和煤氣凈化的排污水進(jìn)入爐渣沖洗工段，造成該工段水量過(guò)剩，從而導(dǎo)致排污現(xiàn)象。

（2）煤氣凈化采用工業(yè)新水和凈化水，其對(duì)水質(zhì)要求不是很高，未采用設(shè)備冷卻用水系統(tǒng)的排污水進(jìn)行串級(jí)使用。

（3）軟水循環(huán)系統(tǒng)的排污水直接排放，造成整個(gè)工序的排水量增大。

基于以上不足，采取如下優(yōu)化措施，優(yōu)化后該工序的水網(wǎng)絡(luò)圖如圖2所示。

圖2 煉鐵工序優(yōu)化后水網(wǎng)絡(luò)圖

優(yōu)化后，煉鐵工序在用水過(guò)程中，按照各工段的水質(zhì)要求進(jìn)行分類，蒸發(fā)機(jī)組冷卻采用除鹽水站提供的軟水，設(shè)備間接冷卻采用凈化水，煤氣凈化系統(tǒng)采用設(shè)備冷卻系統(tǒng)的排污水串級(jí)使用，爐渣沖洗系統(tǒng)采用設(shè)備冷卻系統(tǒng)、煤氣凈化系統(tǒng)以及蒸發(fā)機(jī)組冷卻系統(tǒng)的排污水進(jìn)行沖洗，且四大工段系統(tǒng)均采用循環(huán)系統(tǒng)，爐渣沖洗系統(tǒng)可根據(jù)用水量和消耗量形成閉環(huán)循環(huán)，設(shè)備冷卻系統(tǒng)排污水可進(jìn)入其他工序進(jìn)行串級(jí)使用，多余部分排入煉鐵口進(jìn)行處理后回用。

4.寬厚板煉鋼工序用水分析及優(yōu)化研究

煉鋼生產(chǎn)的用水可分為直接冷卻用水和間接冷卻用水。具體用水情況為：設(shè)備冷卻用水采用凈化水和工業(yè)新水作為補(bǔ)充的循環(huán)用水系統(tǒng)；煙氣除塵凈化系統(tǒng)的排水作為爐渣處理的用水，進(jìn)行串級(jí)使用，并形成濁循環(huán)系統(tǒng)；煙道冷卻系統(tǒng)的用水由除鹽水站提供，蒸氣送鋼后余熱發(fā)電站進(jìn)行使用，主要排水為設(shè)備冷卻系統(tǒng)和爐渣處理系統(tǒng)排污水。

通過(guò)水平衡圖分析得出寬厚板廠煉鋼工序用水存在的不足如下：設(shè)備冷卻、煙氣除塵凈化、爐渣處理和煙道冷卻用水系統(tǒng)都使用凈化水和軟水進(jìn)行補(bǔ)充。在這些用水系統(tǒng)中，煙氣除塵凈化和爐渣處理用水系統(tǒng)原可以用其它用水系統(tǒng)的排污水進(jìn)行補(bǔ)充。

基于以上不足，采取如下優(yōu)化措施，優(yōu)化后的水網(wǎng)絡(luò)圖如圖3所示。

圖3 寬厚板煉鋼優(yōu)化后水網(wǎng)絡(luò)圖

優(yōu)化后，在串級(jí)用水方面，設(shè)備冷卻用水系統(tǒng)的排污水串級(jí)補(bǔ)充煙氣除塵凈化用水系統(tǒng)，煙氣除塵凈化系統(tǒng)的排污水串級(jí)補(bǔ)充爐渣處理用水系統(tǒng)，煉鋼工序中各轉(zhuǎn)爐爐渣用水系統(tǒng)的沖渣水基本都采用閉路循環(huán)系統(tǒng)，即該工序在進(jìn)行串級(jí)利用之后，其排污水達(dá)到零排放。

5.寬厚板連鑄工序用水分析及優(yōu)化研究

連鑄生產(chǎn)的用水過(guò)程可分為結(jié)晶器間接冷卻、二冷區(qū)噴淋冷卻、連鑄機(jī)設(shè)備間接冷卻沖渣過(guò)程。其中結(jié)晶器間接冷卻屬于軟水循環(huán)系統(tǒng)；設(shè)備間接冷卻屬于凈環(huán)循環(huán)系統(tǒng)；二冷區(qū)噴淋冷卻的用水系統(tǒng)屬于濁環(huán)循環(huán)系統(tǒng)，使用的是中水進(jìn)行回用。

通過(guò)水平衡圖分析得出寬厚板連鑄工序用水存在的不足如下：連鑄工序的二冷區(qū)鑄坯冷卻和設(shè)備間接冷卻用水系統(tǒng)的排污水經(jīng)簡(jiǎn)單處理后都排放到污水處理站，造成連鑄工序外排廢水；沖渣水使用的是和二冷區(qū)鑄坯冷卻和設(shè)備直接冷卻用水系統(tǒng)相同的水質(zhì)。

基于以上不足，采取如下優(yōu)化措施，優(yōu)化后的水網(wǎng)絡(luò)圖如圖4所示。

圖4 寬厚板連鑄工序優(yōu)化后水網(wǎng)絡(luò)圖

優(yōu)化后，將二冷區(qū)鑄坯冷卻和設(shè)備冷卻用水系統(tǒng)的排污水經(jīng)簡(jiǎn)單處理后作為沖氧化鐵皮和切割渣的沖渣水串級(jí)使用，避免了寬厚板連鑄工段外排污水。

6.寬厚板軋鋼工序用水分析及優(yōu)化研究

在軋鋼生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)用水過(guò)程進(jìn)行具體分析如下：軋鋼工序間接冷卻用水系統(tǒng)采用工業(yè)新水補(bǔ)充，直接冷卻、層流冷卻和直接用水系統(tǒng)采用工業(yè)新水以及部分中水進(jìn)行補(bǔ)充；上述用水系統(tǒng)均采用是循環(huán)用水系統(tǒng)；其中該工序的排污水主要來(lái)自間接冷卻用水系統(tǒng)。在該工序中，工業(yè)新水主要消耗在間接冷卻和直接冷卻系統(tǒng)，其排污水主要是間接冷卻用水系統(tǒng)的排污水。

基于以上分析，采取如下優(yōu)化措施，優(yōu)化后的水網(wǎng)絡(luò)圖如圖5所示。

圖5 寬厚板軋鋼工序優(yōu)化后水網(wǎng)絡(luò)圖

調(diào)整后，該系統(tǒng)中的設(shè)備間接冷卻的排污水串級(jí)補(bǔ)充到濁環(huán)循環(huán)水系統(tǒng)。優(yōu)化后，寬厚板軋鋼工序日均新水量下降，排水減少，用水合理性進(jìn)一步提升。

7.結(jié)論

構(gòu)建分析某鋼鐵企業(yè)寬厚板用水情況的水網(wǎng)絡(luò)圖，并通過(guò)串級(jí)用水和中水回用等理論和技術(shù)，找出優(yōu)化其主要工序焦化、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、連鑄、軋鋼用水的措施。在構(gòu)建鋼鐵工業(yè)水網(wǎng)絡(luò)圖的過(guò)程中，對(duì)每個(gè)工序進(jìn)行了分析和優(yōu)化。優(yōu)化后，節(jié)約新水量為8944m3/d，減少排水量為15271m3/d，預(yù)計(jì)節(jié)約成本約為400萬(wàn)元/年。優(yōu)化措施優(yōu)化了工業(yè)區(qū)域內(nèi)的用水工藝，也是實(shí)施循環(huán)經(jīng)濟(jì)、建設(shè)資源節(jié)約型環(huán)境友好型企業(yè)的重要舉措。