鞍鋼煉鐵用水分析及節(jié)水實(shí)踐

孟凡雙，李建軍，曾宇，李林春

（鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠，遼寧 鞍山 114021）

煉鐵工序是鋼鐵企業(yè)水消耗重點(diǎn)工序之一，其水耗是影響噸鋼水耗指標(biāo)的重要基數(shù)。鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠 （以下簡(jiǎn)稱(chēng)煉鐵總廠）有2580 m3高爐 4 座、3200 m3高爐 4 座、360 m2燒結(jié)機(jī)2臺(tái)、328 m2燒結(jié)機(jī)2臺(tái)、265 m2燒結(jié)機(jī)2臺(tái)、球團(tuán)焙燒機(jī)1臺(tái)及與此配套的原料場(chǎng)和附屬系統(tǒng)。2013年煉鐵總廠工業(yè)新水用量約為943萬(wàn)m3，噸鐵消耗新水量為0.581 m3；凈環(huán)水用量約為11 391萬(wàn)m3，噸鐵消耗凈環(huán)水量為7.02 m3。國(guó)內(nèi)外鋼廠普遍的噸鐵新水和凈環(huán)水用量分別為0.3 m3和4 m3，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(fù)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(zhǔn)備、燒結(jié)及高爐冷卻等生產(chǎn)過(guò)程都需要水系統(tǒng)的存在。煉鐵總廠燒結(jié)工序設(shè)立5個(gè)供水系統(tǒng)，為燒結(jié)生產(chǎn)和設(shè)備冷卻供水；高爐工序設(shè)有10個(gè)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(jié)工序用水

燒結(jié)工序有燒結(jié)機(jī)6臺(tái)、球團(tuán)焙燒機(jī)1臺(tái)、燒結(jié)環(huán)冷余熱鍋爐4臺(tái)，劃分為5個(gè)區(qū)域。各區(qū)域分別設(shè)立獨(dú)立的供水循環(huán)系統(tǒng)，供燒結(jié)工序各部設(shè)備冷卻及燒結(jié)混合料和生石灰加水，系統(tǒng)補(bǔ)水采用廠區(qū)凈環(huán)水。球團(tuán)焙燒設(shè)立1套獨(dú)立的循環(huán)系統(tǒng)，供各部風(fēng)機(jī)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(fēng)爐的熱風(fēng)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(fēng)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(fēng)機(jī)、液壓站冷卻水系統(tǒng)，高爐沖渣補(bǔ)水，轉(zhuǎn)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(shè)立爐缸水站和爐身水站，分別為相應(yīng)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(zhì)一般為工業(yè)新水。在生產(chǎn)實(shí)踐中，為防止蒸發(fā)式空冷器管束結(jié)垢，采取不斷補(bǔ)充新水的方式。

（2）1#和11#高爐區(qū)域設(shè)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(bǔ)水采用凈環(huán)水，補(bǔ)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(shè)置一套閉路水站系統(tǒng)，為整個(gè)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(jīng)過(guò)爐身和爐缸后，由增設(shè)的加壓泵，送至風(fēng)口小套和熱風(fēng)爐，最終回到閉路循環(huán)系統(tǒng)中。當(dāng)風(fēng)口漏水時(shí)，轉(zhuǎn)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(cāng)攪拌水、軸封水、脫水器清洗水等水源在高爐沖渣時(shí)不斷進(jìn)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(lái)水量大于沖渣過(guò)程中水的消耗量，因此，高爐沖渣水長(zhǎng)期產(chǎn)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500 m3/h。針對(duì)沖渣水溢流問(wèn)題，建立了獨(dú)立的循環(huán)系統(tǒng)，加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)的檢查，并實(shí)施日常定修排水申請(qǐng)制度，控制排水量和補(bǔ)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(lái)水源

為了減少?zèng)_渣水系統(tǒng)來(lái)水，對(duì)高爐溝頭水進(jìn)行回收改造，把原進(jìn)入沖渣水系統(tǒng)的溝頭水回收，排到高爐風(fēng)口回水槽；停用渣倉(cāng)攪拌水，控制軸封水、脫水器清洗水的用量；同時(shí)，高爐沖渣時(shí)開(kāi)啟軸封水和清洗水，停止沖渣時(shí)關(guān)閉軸封水和清洗水；此外，關(guān)閉各處補(bǔ)水閥門(mén)，對(duì)不嚴(yán)的閥門(mén)進(jìn)行更換。

2.1.2 改進(jìn)工藝流程

1#、2#、3#、4#和5#高爐原有茵芭系統(tǒng)中， 所有溢流口的溢流都進(jìn)入回收池，回收池中的水通過(guò)回收泵流入熱水池，導(dǎo)致沖渣水中的渣無(wú)法脫除。煉鐵總廠改進(jìn)工藝流程，把回收池中的水改為流入沖制箱，經(jīng)沖制箱處理后，由脫水器脫出來(lái)的水再進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)中，減少水中含渣量，減少補(bǔ)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(wú)冷卻設(shè)施，水溫高，需通過(guò)補(bǔ)水來(lái)降低水溫，從而使得系統(tǒng)水量增多需要外排。煉鐵總廠對(duì)其增加冷卻塔，降低沖渣水溫度，減少補(bǔ)水，進(jìn)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。

圖2 改造后10#高爐沖渣熱茵芭工藝流程圖

11#高爐沖渣工藝為粒化輪法，渣中含水量大，將其由粒化輪法改造為茵芭法，粒化泵改為變頻，使水量匹配，在大池中增加回收池，使用氣提泵把沉淀的細(xì)渣再次送到轉(zhuǎn)鼓進(jìn)行脫水，減少水中含渣量，減少?zèng)_渣補(bǔ)水。改造前后11#高爐沖渣工藝流程如圖3所示。

圖3 改造前后11#高爐沖渣工藝流程圖

2.1.3 治理設(shè)備隱患

集中梳理設(shè)備缺項(xiàng)，對(duì)影響沖渣水溢流的設(shè)備問(wèn)題進(jìn)行整改，及時(shí)處理影響溢流的設(shè)備隱患，控制沖渣水的溢流問(wèn)題。

2.2 用水點(diǎn)改造

煉鐵總廠燒結(jié)系統(tǒng)用水相對(duì)獨(dú)立，每臺(tái)燒結(jié)機(jī)設(shè)計(jì)獨(dú)立供水循環(huán)系統(tǒng)，設(shè)備冷卻水回收并集中處理，循環(huán)使用。燒結(jié)工藝混合料加水、生石灰消化等消耗水也由此系統(tǒng)供應(yīng)。燒結(jié)工序原補(bǔ)水采用工業(yè)新水，改造后采用工業(yè)凈環(huán)水，滿(mǎn)足系統(tǒng)消耗水需求，實(shí)現(xiàn)了燒結(jié)工序不使用工業(yè)新水（環(huán)冷余熱鍋爐除外）的技術(shù)改造目標(biāo)。將余熱鍋爐制軟水過(guò)程中產(chǎn)生的濃水進(jìn)行回收利用，供燒結(jié)工藝作為一部分添加水使用，減少燒結(jié)工序水耗。

高爐系統(tǒng)的用水復(fù)雜，用水點(diǎn)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(jìn)行回收利用，建立獨(dú)立的循環(huán)小系統(tǒng)，系統(tǒng)缺水時(shí)補(bǔ)充就可以。同時(shí)，對(duì)爐前除塵風(fēng)機(jī)、礦槽除塵風(fēng)機(jī)冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行改造，實(shí)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(yùn)行中的一項(xiàng)重要指標(biāo)，濃縮倍數(shù)的大小將決定水的重復(fù)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(dá)到節(jié)水的目的，但為了保證水質(zhì)，水中添加的藥劑量會(huì)增加，導(dǎo)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(guò)控制水量損失，減少管道和閥門(mén)泄漏，減少空冷器飄灑，同時(shí)對(duì)各個(gè)系統(tǒng)的排污情況進(jìn)行控制，提高水的串級(jí)使用和重復(fù)利用，循環(huán)水的濃縮倍數(shù)有所提高，達(dá)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(shì)，凈環(huán)水用量呈逐年上升趨勢(shì)。2013～2018年煉鐵總廠水量消耗情況見(jiàn)表1。

表1 2013～2018年煉鐵總廠水量消耗情況

由表1可以看出，2018年與2013年相比，燒結(jié)工序工業(yè)新水用量降低了92.08萬(wàn)m3，由于燒結(jié)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(wàn)m3，凈環(huán)水用量減少了2 869.39萬(wàn)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0.134 m3、2.174 m3，噸鐵成本降低了2.384元。

4 結(jié)語(yǔ)

鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠自2013年采取溢流控制、用水點(diǎn)改造和提高濃縮倍數(shù)等降低水耗的措施以來(lái)，高爐工序和燒結(jié)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0.134 m3和2.174 m3，噸鐵成本降低了2.384元，節(jié)水效果顯著，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)鋼鐵企業(yè)開(kāi)展節(jié)水和減排治理具有借鑒意義。