張光平,錢國祥,鄭 鑌

(1.南京廣建設(shè)計(jì)工程有限公司,江蘇 南京 210030; 2.南京工業(yè)大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，江蘇 南京 211816)

1 概述

隨著我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展以及生態(tài)環(huán)境建設(shè)的需要，工業(yè)生產(chǎn)中煙氣的排放有了更為嚴(yán)格的管控標(biāo)準(zhǔn)，煙氣脫硫成為很多鋼鐵企業(yè)燒結(jié)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(yīng)性強(qiáng)、技術(shù)成熟和運(yùn)行簡單穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用[1]。脫硫過程中需要不斷補(bǔ)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(jìn)一步的治理措施后再進(jìn)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(nèi)的脫硫廢水可進(jìn)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(shù)，通過鋼渣含的余熱實(shí)現(xiàn)鋼和渣的自動分離[3]，過程需要大量水資源進(jìn)行沖渣水，但其對水資源水質(zhì)要求較低[4]。鋼鐵廠的排放脫硫廢水可作為該工藝?yán)鋮s水源，節(jié)省用水成本。

山東某鋼鐵有限公司是一家集燒結(jié)、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(shí)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(jìn)一步減少新水耗量。

廠區(qū)有燒結(jié)和球團(tuán)脫硫廢水，廢水量約1 260 m3/d，部分脫硫廢水經(jīng)單獨(dú)管網(wǎng)送往污水處理廠處理，其余脫硫廢水無單獨(dú)處理設(shè)施，混入一般生產(chǎn)廢水進(jìn)行排放或排入廠區(qū)一河流。脫硫廢水Cl-質(zhì)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(dá)48 000 mg/L?；烊胍话阄鬯M(jìn)行處理將對處理設(shè)施產(chǎn)生影響，同時(shí)出水超過DB 37/990—2013山東省鋼鐵工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的直接排放限值要求，不能達(dá)標(biāo)。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(fēng)險(xiǎn)。

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(jìn)行有效收集，便于后期進(jìn)行處理，滿足企業(yè)自身長遠(yuǎn)發(fā)展的需要，響應(yīng)國家節(jié)水政策的需要，工程的建設(shè)非常有必要。

2 水量計(jì)算

公司擬新建大球團(tuán)及2×450 m2燒結(jié)，建成后共計(jì)7個(gè)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(bǔ)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(shè)計(jì)

3.1 改造設(shè)計(jì)總體思路

查閱相關(guān)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(shè)計(jì)對系統(tǒng)各工藝段的水質(zhì)變化規(guī)律以及對渣水系統(tǒng)主要設(shè)備的腐蝕影響和對石膏回用效能的影響進(jìn)行了分析考量，并對綜合經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了分析之后，將脫硫廢水引入渣水系統(tǒng)作為撈渣機(jī)冷卻水補(bǔ)水，對管網(wǎng)進(jìn)行了改造。該工程在節(jié)省工程投資的同時(shí)，可實(shí)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(shè)計(jì)參考上述工程案例，結(jié)合脫硫廢水的二次利用的設(shè)計(jì)原則及方法對廠區(qū)管網(wǎng)進(jìn)行改造。針對鋼鐵廠的脫硫廢水收集排放現(xiàn)狀，在深入實(shí)地調(diào)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(shè)與廠區(qū)的發(fā)展相協(xié)調(diào)，既保護(hù)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(jié)脫硫廢水用提升泵送至1號、2號球團(tuán)脫硫廢水收集罐，14號、15號燒結(jié)以及擬建大球團(tuán)脫硫廢水用提升泵送至8號、9號燒結(jié)脫硫廢水收集罐，然后由1號、2號球團(tuán)脫硫廢水收集罐和8號、9號燒結(jié)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(bǔ)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(bǔ)充用水。各脫硫廢水集水池(罐)利舊，每座廢水集水池(罐)增設(shè)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(jié)以及擬建2×450 m2燒結(jié)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(bǔ)充用水，同時(shí)對W3和W8燜渣車間內(nèi)部管網(wǎng)進(jìn)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(bǔ)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(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合國家和地方環(huán)境法規(guī)的要求，合理可行且經(jīng)濟(jì)。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(shè)備、電氣與自控儀表、給排水等系統(tǒng)。保證操作性的同時(shí)減少人工投入，易于日常運(yùn)行管理與維護(hù)。

3.3 方案設(shè)計(jì)

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(nèi)循環(huán)水管道改造部分，系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(diǎn)，沿廠房立柱重新敷設(shè)一條備用管道。同時(shí)廠房內(nèi)回水井至平流池的回收管道同步敷設(shè)。配套閥門安裝。因供水溫度達(dá)到90 ℃，且脫硫水腐蝕性強(qiáng)，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(jìn)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(jìn)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(gè)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(shè)計(jì)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(shè)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(jìn)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(jìn)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(gè)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(shè)備及安裝事項(xiàng)

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(fù)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(dá)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(shè)。明設(shè)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(zhì)SS316，電機(jī)防護(hù)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(zhì)SS316，電機(jī)防護(hù)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(fù)荷屬二級負(fù)荷，均分別在原有供電系統(tǒng)供電，相應(yīng)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(jìn)行改造，若無法改造的，則在電氣室內(nèi)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(jī)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(hù)接地型式采用TN-C-S系統(tǒng)，所有正常不帶電設(shè)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)單獨(dú)做接地，其接地電阻應(yīng)根據(jù)PLC產(chǎn)品的技術(shù)要求來設(shè)計(jì)。

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(nèi)無法擴(kuò)展的則增加新的I/O柜。燒結(jié)及球團(tuán)脫硫廢水提升泵的集中控制設(shè)在各燒結(jié)及球團(tuán)脫硫站中心控制室，水渣料場集水池提升泵的集中控制設(shè)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(gè)控制系統(tǒng)的DCS或PLC程序及集中控制畫面須進(jìn)行相應(yīng)修改。

3.7 監(jiān)測系統(tǒng)

項(xiàng)目共設(shè)四處檢測系統(tǒng)。燒結(jié)及球團(tuán)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(bào)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(jié)及球團(tuán)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(bào)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(xiàng)目總計(jì)投資概算總額為680.23萬元。工程直接費(fèi)總計(jì)為639.17萬元，其中給排水部分設(shè)備費(fèi)及安裝工程費(fèi)共計(jì)516.41萬元；電氣部分共計(jì)59.69萬元；自動化系統(tǒng)部分共計(jì)32.20萬元；儀表及結(jié)構(gòu)部分分別為15.07萬元和15.80萬元。另外其他費(fèi)用包括設(shè)計(jì)費(fèi)29.16萬元以及監(jiān)理費(fèi)11.90萬元，共計(jì)41.06萬元。

4 結(jié)語

將1號、2號球團(tuán)，6號、7號燒結(jié)，8號、9號燒結(jié)，14號、15號燒結(jié)以及擬建大球團(tuán)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(bǔ)充用水。將12號、13號燒結(jié)以及擬建2×450 m2燒結(jié)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(bǔ)充用水，同時(shí)對W3和W8燜渣車間內(nèi)部管網(wǎng)進(jìn)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(bǔ)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(zhì)，從而提高回用水水質(zhì)和水量，降低新水用量，節(jié)省生產(chǎn)成本投入，對整個(gè)廠區(qū)高爐、煉鋼、軋線、燒結(jié)、煉焦等系統(tǒng)的穩(wěn)定生產(chǎn)提供了保障。基本達(dá)到設(shè)計(jì)的效果要求，實(shí)現(xiàn)生態(tài)及經(jīng)濟(jì)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。