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鞍鋼煉鐵用水分析及節(jié)水實踐
摘要：為了降低鞍鋼煉鐵水耗，分析了燒結工序和高爐工序的用水情況，通過采取溢流控制、用水點改造和提高濃縮倍數(shù)等措施，2018年噸鐵消耗工業(yè)新水量和凈環(huán)水量與2013年相比分別降低了0.134m3和2.174m3，噸鐵成本降低了2.384元，節(jié)水實踐效果顯著。
關鍵詞：煉鐵;高爐工序;燒結工序;水耗;節(jié)水
煉鐵工序是鋼鐵企業(yè)水消耗重點工序之一，其水耗是影響噸鋼水耗指標的重要基數(shù)。鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠(以下簡稱煉鐵總廠)有2580m3高爐4座、3200m3高爐4座、360m2燒結機2臺、328m2燒結機2臺、265m2燒結機2臺、球團焙燒機1臺及與此配套的原料場和附屬系統(tǒng)。2013年煉鐵總廠工業(yè)新水用量約為943萬m3，噸鐵消耗新水量為0.581m3;凈環(huán)水用量約為11391萬m3，噸鐵消耗凈環(huán)水量為7.02m3。國內外鋼廠普遍的噸鐵新水和凈環(huán)水用量分別為0.3m3和4m3，相比之下，鞍鋼消耗比較高，為了降低煉鐵工序水耗，自2013年起，煉鐵總廠圍繞提高工業(yè)水循環(huán)率和新水重復利用率，采取了一系列降水措施，效果良好。
1、煉鐵用水分析
在煉鐵工序中，原料的準備、燒結及高爐冷卻等生產過程都需要水系統(tǒng)的存在。煉鐵總廠燒結工序設立5個供水系統(tǒng)，為燒結生產和設備冷卻供水;高爐工序設有10個閉路水站系統(tǒng)，為高爐冷卻系統(tǒng)供水。水的品種為工業(yè)新水和凈環(huán)水。
1.1燒結工序
用水燒結工序有燒結機6臺、球團焙燒機1臺、燒結環(huán)冷余熱鍋爐4臺，劃分為5個區(qū)域。各區(qū)域分別設立獨立的供水循環(huán)系統(tǒng)，供燒結工序各部設備冷卻及燒結混合料和生石灰加水，系統(tǒng)補水采用廠區(qū)凈環(huán)水。球團焙燒設立1套獨立的循環(huán)系統(tǒng)，供各部風機冷卻使用。環(huán)冷余熱鍋爐采用工業(yè)新水制水，冬季供廠區(qū)余熱蒸汽，新水消耗量大;夏季使用余熱鍋爐發(fā)電，冷凝水可循環(huán)利用。
1.2高爐工序用水
高爐工序冷卻水系統(tǒng)可分為以下幾部分：①軟水系統(tǒng)。主要包括高爐爐身冷卻壁、爐缸，熱風爐的熱風閥和爐頂齒輪箱冷卻，此系統(tǒng)采用閉路循環(huán)系統(tǒng);②高壓凈環(huán)水系統(tǒng)。包括風口小套循環(huán)系統(tǒng)，爐頂打水槍供水和重力除塵器清灰打水;③低壓凈環(huán)系統(tǒng)。包括各部風機、液壓站冷卻水系統(tǒng)，高爐沖渣補水，轉鼓清洗水、軸封水等。
8座高爐供水系統(tǒng)情況如下：
(1)2#、3#、4#和5#高爐區(qū)域設立爐缸水站和爐身水站，分別為相應高爐的爐身和爐缸供水，制水系統(tǒng)與爐身系統(tǒng)共用，軟水采用蒸發(fā)式空冷器冷卻。蒸發(fā)式空冷器主要冷卻方式為噴淋冷卻，水質一般為工業(yè)新水。在生產實踐中，為防止蒸發(fā)式空冷器管束結垢，采取不斷補充新水的方式。
(2)1#和11#高爐區(qū)域設立爐缸水站和爐身水站，分別為1#和11#高爐的爐身和爐缸供水，制水系統(tǒng)與爐身系統(tǒng)共用，軟水采用板式換熱器冷卻。板式換熱器利用二次冷卻水冷卻，補水采用凈環(huán)水，補充蒸發(fā)的損失量。由于其冷卻方式為板式換熱器，蒸發(fā)損失量非常小，因此，此冷卻方式優(yōu)于蒸發(fā)式空冷器。
(3)7#高爐設置一套閉路水站系統(tǒng)，為整個高爐爐缸和爐身系統(tǒng)冷卻供水。
(4)10#高爐爐身和爐缸采用一套冷卻系統(tǒng)，冷卻水經過爐身和爐缸后，由增設的加壓泵，送至風口小套和熱風爐，最終回到閉路循環(huán)系統(tǒng)中。當風口漏水時，轉換為高壓凈環(huán)水。高爐沖渣水主要采用凈環(huán)水，由于高爐溝頭水、渣倉攪拌水、軸封水、脫水器清洗水等水源在高爐沖渣時不斷進入沖渣系統(tǒng)，而沖渣消耗的水量為蒸發(fā)量和水渣含水量，其系統(tǒng)來水量大于沖渣過程中水的消耗量，因此，高爐沖渣水長期產生溢流。
2、降低水耗的措施
2.1溢流控制
煉鐵總廠沖渣水溢流水量比較大，為500m3/h。針對沖渣水溢流問題，建立了獨立的循環(huán)系統(tǒng)，加強對系統(tǒng)的檢查，并實施日常定修排水申請制度，控制排水量和補水量。為了徹底控制沖渣水的溢流現(xiàn)象，采取以下措施。
2.1.1控制外來水源
為了減少沖渣水系統(tǒng)來水，對高爐溝頭水進行回收改造，把原進入沖渣水系統(tǒng)的溝頭水回收，排到高爐風口回水槽;停用渣倉攪拌水，控制軸封水、脫水器清洗水的用量;同時，高爐沖渣時開啟軸封水和清洗水，停止沖渣時關閉軸封水和清洗水;此外，關閉各處補水閥門，對不嚴的閥門進行更換。
2.1.2改進工藝流程
1#堯2#堯3#堯4#和5#高爐原有茵芭系統(tǒng)中，所有溢流口的溢流都進入回收池，回收池中的水通過回收泵流入熱水池，導致沖渣水中的渣無法脫除。煉鐵總廠改進工藝流程，把回收池中的水改為流入沖制箱，經沖制箱處理后，由脫水器脫出來的水再進入循環(huán)系統(tǒng)中，減少水中含渣量，減少補水。改造后高爐沖渣冷茵芭工藝流程如圖1所示。
10#高爐的沖渣工藝無冷卻設施，水溫高袁需通過補水來降低水溫，從而使得系統(tǒng)水量增多需要外排。煉鐵總廠對其增加冷卻塔，降低沖渣水溫度，減少補水，進而減少外排水量。改造后10#高爐沖渣熱茵芭工藝流程如圖2所示。
11#高爐沖渣工藝為粒化輪法，渣中含水量大，將其由?；喎ǜ脑鞛橐鸢欧ǎ；酶臑樽冾l，使水量匹配，在大池中增加回收池，使用氣提泵把沉淀的細渣再次送到轉鼓進行脫水，減少水中含渣量，減少沖渣補水。改造前后11#高爐沖渣工藝流程如圖3所示。
2.1.3治理設備隱患
集中梳理設備缺項，對影響沖渣水溢流的設備問題進行整改，及時處理影響溢流的設備隱患，控制沖渣水的溢流問題。
2.2用水點改造
煉鐵總廠燒結系統(tǒng)用水相對獨立，每臺燒結機設計獨立供水循環(huán)系統(tǒng)，設備冷卻水回收并集中處理，循環(huán)使用。燒結工藝混合料加水、生石灰消化等消耗水也由此系統(tǒng)供應。燒結工序原補水采用工業(yè)新水，改造后采用工業(yè)凈環(huán)水，滿足系統(tǒng)消耗水需求，實現(xiàn)了燒結工序不使用工業(yè)新水(環(huán)冷余熱鍋爐除外)的技術改造目標。將余熱鍋爐制軟水過程中產生的濃水進行回收利用，供燒結工藝作為一部分添加水使用，減少燒結工序水耗。高爐系統(tǒng)的用水復雜，用水點分散，原冷卻水直排。改造后，將高爐爐頂齒輪箱冷卻水、爐前和爐頂液壓站冷卻水進行回收利用，建立獨立的循環(huán)小系統(tǒng)，系統(tǒng)缺水時補充就可以。同時，對爐前除塵風機、礦槽除塵風機冷卻水系統(tǒng)進行改造，實現(xiàn)冷卻水的回收、循環(huán)利用。
2.3提高濃縮倍數(shù)
濃縮倍數(shù)是循環(huán)水運行中的一項重要指標，濃縮倍數(shù)的大小將決定水的重復利用率大小和節(jié)水水平的高低。濃縮倍數(shù)越高，越能夠達到節(jié)水的目的，但為了保證水質，水中添加的藥劑量會增加，導致藥劑成本增加。煉鐵總廠循環(huán)水的濃縮倍數(shù)一般在2左右。通過控制水量損失，減少管道和閥門泄漏，減少空冷器飄灑，同時對各個系統(tǒng)的排污情況進行控制，提高水的串級使用和重復利用，循環(huán)水的濃縮倍數(shù)有所提高，達到3左右。工業(yè)新水和凈環(huán)水的使用量得到有效的控制。
3、節(jié)水效果
采取上述措施后，煉鐵總廠工業(yè)新水用量呈逐年下降趨勢，凈環(huán)水用量呈逐年上升趨勢。2013~2018年煉鐵總廠水量消耗情況見表1。
由表1可以看出，2018年與2013年相比，燒結工序工業(yè)新水用量降低了92.08萬m3，由于燒結工序使用凈環(huán)水代替工業(yè)新水，凈環(huán)水用量有所增加;高爐工序工業(yè)新水用量降低了156.73萬m3，凈環(huán)水用量減少了2869.39萬m3;煉鐵總廠噸鐵消耗工業(yè)新水量和凈環(huán)水量分別降低0.134m3、2.174m3，噸鐵成本降低了2.384元。
4、結語
鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠自2013年采取溢流控制、用水點改造和提高濃縮倍數(shù)等降低水耗的措施以來，高爐工序和燒結工序的水量消耗不斷降低。與2013年相比，2018年噸鐵消耗工業(yè)新水量和凈環(huán)水量分別降低了0.134m3和2.174m3，噸鐵成本降低了2.384元，節(jié)水效果顯著，取得了良好的經濟效益，對鋼鐵企業(yè)開展節(jié)水和減排治理具有借鑒意義。
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