余壓過濾系統在工業循環水系統中的應用

金亞飚

(寶鋼工程技術集團有限公司，上海 201900)

余壓過濾系統在工業循環水系統中的應用

金亞飚

(寶鋼工程技術集團有限公司，上海 201900)

砂過濾器是一種傳統而高效的水處理設備，廣泛應用于鋼鐵企業循環水系統。目前鋼鐵企業最常用的砂濾器是高速或中速砂過濾器。本文結合新型淺層砂過濾器的應用，對余壓過濾系統技術（余壓全濾、余壓旁濾）應用于鋼鐵企業循環水系統進行了分析，并對具體的設計方法進行了詳細的介紹，可供實際生產和工程建設參考。

鋼鐵企業;循環水;余壓;旁濾;全濾;節能

鋼鐵企業是用水大戶，煉鐵、煉鋼、連鑄、軋鋼、制氧、自備電廠等單元均有循環冷卻水系統，工業循環冷卻水系統如同主工藝生產的生命線，對于正常的生產和維護設備的安全起著至關重要的作用。

按循環水介質分類，通常可分為以下幾類：純水（或軟水）循環水處理系統、工業凈循環水處理系統、濁循環水處理系統。按循環水系統中的循環水是否與空氣接觸，又可以分為密閉式和敞開式循環水系統。

大型鋼鐵企業工業單元循環冷卻水系統能耗極高，用電負荷少則幾百千瓦，多至數千甚至上萬千瓦的電量。在循環冷卻水系統中采取技術措施，節約能耗，對于整個鋼鐵企業的節能減排有著積極的意義。

本文對工業循環冷卻水當前常用的砂過濾系統進行了分析，探討了余壓過濾系統在循環冷卻水系統中應用的意義和具體方法。

1 砂過濾器在工業循環冷卻水系統中的應用

砂過濾器常用于開路凈循環水系統作旁濾或是用于開路濁循環水系統攔截水中的氧化鐵皮等懸浮物顆粒從而凈化濁循環水質，目前最常用的砂濾器是高速或中速砂過濾器。

1.1 砂濾器在敞開式工業凈循環水處理系統中的應用

1.1.1 敞開式工業凈循環水處理系統工藝

工業凈循環水系統常用于煉鐵、煉鋼、連鑄、軋鋼、制氧冷軋等單元工藝設備的間接冷卻及作為板式換熱器的冷媒水。工業凈循環水系統為敞開式系統。

工業凈循環水系統常用的工藝流程為：

水處理站循環供水泵出水→自清洗過濾器→工藝設備→冷卻塔→冷水池→水處理站循環供水泵吸水。

板式換熱器冷媒水出水（溫度升高）→冷卻塔→冷水池→板式換熱器循環供水泵→自清洗過濾器→板式換熱器冷媒水進水。

工業凈循環水處理系統設旁濾處理設施，使循環水的SS穩定在設計值以下。

砂濾器常作用于旁濾過濾器，應用于工業凈循環水處理系統。

1.1.2 砂濾器應用于敞開式工業凈循環水處理系統旁濾工藝流程

砂濾器作為敞開式工業凈循環水的旁濾，其主要工藝流程為：旁濾供水泵從凈循環冷水池內吸水，加壓送砂濾器，濾后水回水至冷水池；砂濾器為氣水反沖洗，須配置旁濾反沖洗水泵、低壓空壓機（或以全廠壓縮空氣減壓后為氣源），旁濾反沖洗水泵從凈循環冷水池內吸水，加壓后沖洗砂濾器，反洗廢水排放后處理或回用。旁濾系統工藝流程見圖1。

圖1 旁濾系統工藝流程圖

1.2 砂濾器在敞開式濁循環水處理系統中的應用

1.2.1 敞開式工業濁循環水處理系統工藝

濁循環水系統常用于煉鐵、煉鋼、連鑄、熱軋等單元的煤氣清洗、沖渣、火焰切割、噴霧冷卻、淬火冷卻、精煉除塵等。

濁循環水系統常用的工藝流程如下：

（1）煤氣清洗濁循環水

廢水→高架流槽→粗顆粒分離器→輻流式沉淀池→熱水池→冷卻塔→冷水池→回水至用戶。

（2）沖渣濁循環水

沖渣水→鐵皮溝→旋流池→平流沉淀池（帶撇油裝置）→高速過濾器→冷卻塔→冷水池→回水至用戶。

（3）淬火冷卻濁循環水

用戶回水→鐵皮溝→熱水池→部分水過濾→部分水上冷卻塔→冷水池→與未冷卻、過濾的水混合→回水至用戶。

（4）火焰切割與噴霧冷卻濁循環水

用戶回水→鐵皮溝→旋流池→平流沉淀池（帶撇油裝置）或化學除油沉淀器→熱水池→冷卻塔→冷水池→高速過濾器→回水至用戶。

（5）精煉除塵濁循環水

用戶回水→熱井罐或熱水池→混合池→反應池→平流沉淀池（或斜板沉淀池）→熱水池→冷卻塔→冷水池→回水至用戶。

濁循環水處理的主要對象是氧化鐵皮SS以及進入濁循環水體的油，因此濁循環冷卻水處理系統工藝的主要機理便是混凝、沉淀、除油、冷卻、過濾等。砂濾器在濁循環水中常做全濾用，用于去除水中的氧化鐵皮SS。

1.2.2 砂濾器應用于敞開式濁循環水處理系統全濾工藝流程

砂濾器作為敞開式濁循環水的全濾，其主要工藝流程為：水泵從回水池、沉淀池、熱水池等構筑物吸水井內吸水，加壓送砂濾器，濾后水上冷卻塔或其它后續處理構筑物；砂濾器為氣水反沖洗，須配置旁濾反沖洗水泵、低壓空壓機（或以全廠壓縮空氣減壓后為氣源），旁濾反沖洗水泵從凈循環冷水池內吸水，加壓后沖洗砂濾器，反洗廢水排放后處理或回用。圖2為以冷卻塔作為后續處理構筑物的濁循環過濾系統工藝流程圖。

圖2 濁循環過濾系統工藝流程圖

1.3 砂濾器應用于工業循環冷卻水系統能耗分析

旁濾系統的能耗包括過濾供水泵電耗、旁濾反沖洗水泵電耗、低壓空壓機電耗（也可考慮為壓縮空氣的能耗）。

過濾供水泵的電耗主要取決于供水泵的水量和砂濾器所需要的水壓。過濾供水泵的水量又取決于砂濾器的濾速和砂濾器的濾水面積，高速砂濾器的濾速為40m/h，中速砂濾器的濾速為20m/h。砂濾器最大進水壓力為0.4MPa。

過濾反沖洗水泵電耗和鼓風機電耗（也可考慮為壓縮空氣的能耗）主要取決于反洗水強度、反洗水壓力、反洗空氣強度、反洗空氣壓力等。砂濾器反洗水強度在數值上大致與濾速相當，高速砂濾器的反洗強度為40m3/m2·h，中速砂濾器的濾速為20m3/m2·h。反洗水壓力為0.15MPa。砂濾器反洗空氣強度為15m3/m2·h，反洗空氣壓力為0.07MPa。

對于過濾系統而言，反洗時間較短，相對于整個過濾周期而言較小，因此旁濾系統的能耗主要指供水泵的電耗。

2 余壓過濾系統技術分析

從上述常規的敞開式工業凈循環水、濁循環水砂濾器的應用可以看出，砂濾器的使用一般須采用額外的能源或是電耗，過濾供水泵、反洗水泵、低壓空壓機（或是壓縮空氣）均須消耗能量。所謂余壓過濾系統技術，就是在盡量使用循環水系統現有循環水能量的前提下，采用系統內富余的壓力水頭來進行水的過濾處理，既可滿足水處理工藝的要求，又能有效節約能源。余壓旁濾系統工藝流程見圖3。

圖3 余壓旁濾系統工藝流程圖

2.1 凈循環余壓旁濾技術

凈循環余壓旁濾技術是將旁濾過濾器直接并聯在凈循環水系統的回水總管上，按照1%～5%的流量抽取部分凈循環水進行旁濾，旁濾出水回至冷卻塔下冷水池。

按此方案實施，由于是從設備冷卻回水管上抽取部分旁濾水，因此對于設備冷卻用水沒有任何影響；利用設備冷卻回水的余壓，無需設置專門的旁濾泵和旁濾反沖洗給水泵，可節省設備投資和運行維護成本；1%～5%的冷卻回水沒有經過冷卻塔冷卻，但在冷水池中可以和經過冷卻塔冷卻的循環水充分混合，另外這些熱負荷針對整個循環水系統而言也是可以承受的。

以某氧氣站工程凈循環旁濾系統為例，進行具體分析如下。

某氧氣站工程工業凈循環水總循環水量約11,250m3/h，系統供水壓力為0.4M～0.5MPa，系統回水壓力為0.2M～0.3MPa，旁濾系統水量按照750m3/h，以全廠壓縮空氣為氣源。采用常規旁濾系統，旁濾系統主要設備配置見下表。采用余壓旁濾，則至少可節省132kW的電耗。

旁濾系統設備配置表

2.2 濁循環余壓全濾技術

在鋼鐵企業濁循環水系統中，常有車間內的用戶壓力回水至水處理站的情況，如精煉的RH、VD、VOD等，常以車間內熱井壓力流出水送至車間外水處理，濁循環水系統也常有將熱水池、沉淀池中的出水加壓送后續冷卻塔等后續構筑物的。

濁循環余壓全濾技術就是要充分在這些循環冷卻水系統本身所需的壓力段上設置過濾器，利用系統內壓力進行砂濾，從而起到節能的效果。

精煉水處理中常有使用平流沉淀池或斜板沉淀池的，采用該種工藝，勢必會造成車間內熱井壓力回水的泄壓，從而造成能源的浪費。采用余壓全濾技術，就是要完全采用砂濾器取代沉淀池，其水處理工藝流程為：用戶回水→熱井罐或熱水池→砂濾器→冷卻塔→冷水池→回水至用戶。

以某RH工程濁循環系統為例，進行具體分析如下：

某RH工程工業濁循環水水量約1200m3/h，循環水處理站系統供水壓力約0.7M～0.8MPa，車間內系統回水壓力約0.3M～0.4MPa。采用沉淀池系統，其工藝流程為：用戶回水→熱井罐或熱水池→混合池→反應池→平流沉淀池（或斜板沉淀池）→熱水池→冷卻塔→冷水池→回水至用戶。系統須配置從熱水池到冷卻塔的熱水泵，共3臺，2用1備，單臺水泵用電為75kW。

如能實現余壓全濾，則至少可節省150kW的電耗。

3 新型淺層砂過濾器在工業循環冷卻水系統中的應用

在具體應用凈循環余壓旁濾和濁循環余壓全濾技術時，還會面臨傳統高速、中速砂濾器反洗耗水量大，須配置外接反沖洗水源和氣源，設備體積大導致布置困難等問題，因此余壓過濾系統技術在應用時，還須與新型砂濾器設備緊密結合在一起。

3.1 淺層砂過濾器設備

淺層砂過濾器設備是由多個標準罐體根據所需過濾流量組和而成，為均質砂濾，采用壓力形式，以全自動方式運行。系統中的過濾器或過濾罐按順序反洗，每次只反洗一個，其余過濾器或過濾罐繼續正常過濾。過濾器反洗采用水反洗，由過濾器系統本身提供反洗水源，無需外接水源。過濾器殼體采用碳鋼材質或復合材料，碳鋼罐體內壁做防腐處理并做外殼涂裝。單個罐體尺寸較小，有臥式罐和立式罐之分。

淺層砂過濾器的進水要求一般僅為0.15MPa左右，遠小于常用高速或中速砂濾器的進水壓力要求；濾速最高可達50～60m/h，也高于常用的高速或中速砂濾器；濾料厚度通常不超過900mm，遠小于常用的高速或中速砂濾器。因此，無論從進水壓力、濾速或是濾層厚度分析，淺層砂過濾器設備的性能均優于現有的高速或中速砂濾器。

另外，淺層砂過濾器設備具有以下特點：1）反沖效率高，反沖時間短，反沖洗時節水（反沖用水量是傳統砂濾器的30%左右）；2）安裝方便，不需任何起重裝置；3）系統占地面積小，可以根據實際用地情況靈活設計過濾單元的排列；4）系統重量輕，不需要特別的地基，一般水泥地面即可。

3.2 淺層砂過濾器設備的應用

在余壓過濾系統中采用新型淺層砂過濾器作為凈循環旁濾或是在精煉除塵設施濁循環水處理做全濾，既可節約水耗，設備的布置也較為簡單。過濾器可直接布置在泵場地坪或冷卻塔水池的頂部，使得余壓過濾系統顯得更為簡潔，便于運行和管理。

4 小結

余壓過濾系統技術是在充分考慮利用循環水系統水頭余壓的基礎上設計的。余壓過濾系統無須設置專有的過濾給水泵和反沖洗水泵，具有系統簡單、節省設備投資、節省能耗、節省運行維護成本等特點，具有較大的推廣和應用價值。

金亞飚.鋼鐵企業工業循環冷卻水系統的節能設計探討[J].冶金能源，2009，28（1）：49-53.

Application of Surplus Pressure Filter System in Industry Circulating Water System

JIN Ya-biao
(Baosteel Engineering &Technolgy Group Co., Ltd, Shanghai 201900, China)

Sand filter is typical and efficient water treatment equipment. It is widely applied in the circulating water system in iron & steel works. Sand filter is used for bypass filter in open indirect water cooling system or removing iron oxide scales in open direct water cooling system. In iron & steel works, the common filter is rapid speed filter or medium speed filter. The common filter process is as follows: The water is pumped from tank through filters to the next water treatment process. By the currently filter process, energy consumption is high and water consumption is a large sun. The back washing pump and compressed air should be supplied. Using the extra energy of the circulating water system for filter, no application of filter pumps and back washing pumps is needed; it can be named the surplus pressure filter system technology. It can reduce the water equipment and running cost. And it is also significant for energy saving. In line with new type sand filter’s application, the surplus pressure filter system’s technology is discussed and analyzed. And the detail design methods are introduced. It also can be used for reference in the engineering and daily production.

iron & steel works; circular water; surplus pressure; bypass filter; total filter; energy saving

X703

A

1006-5377（2011）07-0043-04