＊杜在會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.湖南工程學院 湖南 411104 3.長沙市景盛管線技術有限責任公司 湖南 411100）

水資源是人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要資源，而鋼鐵行業(yè)是我國國民經濟中的水資源消耗大戶。據(jù)統(tǒng)計，鋼鐵行業(yè)耗水量約占全國工業(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)展方向勢必推動鋼鐵行業(yè)科技創(chuàng)新步伐不斷邁進，給我國鋼鐵行業(yè)帶來良好的發(fā)展契機[1-2]。

鋼鐵企業(yè)，特別是聯(lián)合鋼鐵企業(yè)（由煉焦、燒結、煉鐵、煉鋼、連鑄以及軋鋼等主要工序組成，同時包含制氧、鼓風、余熱發(fā)電等輔助生產工序），用水情況復雜，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，其次生產用水過程十分復雜，主要包括主要生產設施用水、輔助生產設施用水以及附屬生產設施用水，同時各工序工藝設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、用水工序繁多且復雜的特性，因此如何提高用水效率，對于鋼鐵企業(yè)綠色發(fā)展具有重要意義[4]。本文以某鋼鐵企業(yè)的生產實際為例，分析在生產過程中的用水情況。對于該鋼鐵企業(yè)的主要工序（焦化、燒結、煉鐵、煉鋼、連鑄、軋鋼）的用水進行現(xiàn)狀分析，并通過相應的串級和中水回用等技術，對于其生產用水進行優(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、煤氣凈化和化工產品回收過程精制的用水等。在該工序的用水系統(tǒng)中，化工產品回收系統(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、化工產品回收系統(tǒng)。通過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)新水進行補充，采用該工序或其它工序用水系統(tǒng)進行串級補充。

（2）化產回收車間水站的排污水經處理后外排到煉鐵口處理站，經處理后部分達標排放。

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回收車站的排污水，經過改造后可減少的污水排放量232m3/d。

2.燒結工序用水分析及優(yōu)化研究

對燒結工序的用水過程進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)；設備間接冷卻、除塵系統(tǒng)是循環(huán)用水系統(tǒng)；整個用水系統(tǒng)均采用工業(yè)新水和凈化水進行補充；在該工序中排污水主要是設備冷卻用水系統(tǒng)的排污水。

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

（1）在該過程中，除塵、沖洗、燒結料混合和熱返礦冷卻用水系統(tǒng)相應的水質均采用同一水質水源。

（2）在設備間接冷卻、除塵、沖洗等用水系統(tǒng)之間未采用串級技術。

基于以上不足，采取如下優(yōu)化措施，優(yōu)化后燒結工序水網絡圖如圖1所示。

圖1 燒結工序優(yōu)化后水網絡圖

（1）在燒結工序的用水過程中，除塵、沖洗以及工藝、用水系統(tǒng)對需要補充的水質沒有什么要求，可使用其他水系統(tǒng)的排污水進行補充，各個用水系統(tǒng)的排污水經串級利用時，燒結工序可以做到無污廢水外排。

（2）設備間接冷卻用水系統(tǒng)用凈化水進行補充，煉鐵工序設備冷卻排污水和燒結工序設備冷卻排污水用以補充除塵、沖洗、燒結料混合、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，煉鐵生產的用水大致可分為設備間接冷卻、設備及產品的直接冷卻、生產工藝及其它雜用水。對煉鐵工序的用水過程進行分析可以得出以下結論：

（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)機組，循環(huán)率為98.26%；間接冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，主要用于設備冷卻、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備冷卻用水系統(tǒng)。

通過水網絡圖和數(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）在該工序用水過程中，沖渣水存在排污水，原因是大量設備冷卻和煤氣凈化的排污水進入爐渣沖洗工段，造成該工段水量過剩，從而導致排污現(xiàn)象。

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

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

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

圖2 煉鐵工序優(yōu)化后水網絡圖

優(yōu)化后，煉鐵工序在用水過程中，按照各工段的水質要求進行分類，蒸發(fā)機組冷卻采用除鹽水站提供的軟水，設備間接冷卻采用凈化水，煤氣凈化系統(tǒng)采用設備冷卻系統(tǒng)的排污水串級使用，爐渣沖洗系統(tǒng)采用設備冷卻系統(tǒng)、煤氣凈化系統(tǒng)以及蒸發(fā)機組冷卻系統(tǒng)的排污水進行沖洗，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)，設備冷卻系統(tǒng)排污水可進入其他工序進行串級使用，多余部分排入煉鐵口進行處理后回用。

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：設備冷卻用水采用凈化水和工業(yè)新水作為補充的循環(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，進行串級使用，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)電站進行使用，主要排水為設備冷卻系統(tǒng)和爐渣處理系統(tǒng)排污水。

通過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行補充。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)的排污水進行補充。

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

圖3 寬厚板煉鋼優(yōu)化后水網絡圖

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

5.寬厚板連鑄工序用水分析及優(yōu)化研究

連鑄生產的用水過程可分為結晶器間接冷卻、二冷區(qū)噴淋冷卻、連鑄機設備間接冷卻沖渣過程。其中結晶器間接冷卻屬于軟水循環(huán)系統(tǒng)；設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)，使用的是中水進行回用。

通過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)鑄坯冷卻和設備間接冷卻用水系統(tǒng)的排污水經簡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)鑄坯冷卻和設備直接冷卻用水系統(tǒng)相同的水質。

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

圖4 寬厚板連鑄工序優(yōu)化后水網絡圖

優(yōu)化后，將二冷區(qū)鑄坯冷卻和設備冷卻用水系統(tǒng)的排污水經簡單處理后作為沖氧化鐵皮和切割渣的沖渣水串級使用，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

在軋鋼生產過程中，對用水過程進行具體分析如下：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行補充；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)化后的水網絡圖如圖5所示。

圖5 寬厚板軋鋼工序優(yōu)化后水網絡圖

調整后，該系統(tǒng)中的設備間接冷卻的排污水串級補充到濁環(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，用水合理性進一步提升。

7.結論

構建分析某鋼鐵企業(yè)寬厚板用水情況的水網絡圖，并通過串級用水和中水回用等理論和技術，找出優(yōu)化其主要工序焦化、燒結、煉鐵、煉鋼、連鑄、軋鋼用水的措施。在構建鋼鐵工業(yè)水網絡圖的過程中，對每個工序進行了分析和優(yōu)化。優(yōu)化后，節(jié)約新水量為8944m3/d，減少排水量為15271m3/d，預計節(jié)約成本約為400萬元/年。優(yōu)化措施優(yōu)化了工業(yè)區(qū)域內的用水工藝，也是實施循環(huán)經濟、建設資源節(jié)約型環(huán)境友好型企業(yè)的重要舉措。