鋼鐵企業(yè)主要用水系統(tǒng)與節(jié)水技術

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摘要：通過剖析鋼鐵企業(yè)用水系統(tǒng)及其主要組成，結合我國鋼鐵行業(yè)發(fā)展與用水變化，梳理出適合我國鋼鐵企業(yè)的主要節(jié)水技術，為推進國家節(jié)水行動、促進鋼鐵產(chǎn)業(yè)與水資源高效利用協(xié)調發(fā)展提供參考。

關鍵詞：鋼鐵；水資源；節(jié)水技術；需水管理

鋼鐵工業(yè)是我國的基礎產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)，在國民經(jīng)濟中占有重要地位。鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)用水過程復雜，包括主要生產(chǎn)設施用水、輔助生產(chǎn)設施用水、附屬生產(chǎn)設施用水以及道路灑水、綠化用水等其他用水。同時，隨著余熱余能利用、污染治理、固廢利用等各種新興節(jié)能環(huán)保和資源化利用的生產(chǎn)輔助設施的不斷改進，鋼鐵企業(yè)用水環(huán)節(jié)及工藝過程更趨復雜。另外，各鋼鐵企業(yè)主要產(chǎn)品結構各不相同，并可能隨著銷售市場需求而變化，也對企業(yè)用水造成一定影響。鋼鐵企業(yè)85%以上用水為各工序工藝設備間接與直接冷卻循環(huán)水，其余為原料場抑塵灑水、燒結球團混合用水、煙氣脫硫用水、焦化熄焦用水、煉鐵高爐煤氣除塵用水、高爐沖渣用水、煉鋼轉爐除塵用水、鋼渣處理用水、連鑄二次冷卻用水等。針對鋼鐵行業(yè)用水量大、用水工序多、工藝復雜以及燒結脫硫及焦化等環(huán)節(jié)廢水高污染等特點，嚴格控制鋼鐵行業(yè)用水總量和水污染物排污總量，提升用水效率，對于鋼鐵工業(yè)綠色發(fā)展具有重要意義。本文介紹了鋼鐵企業(yè)的主要用水系統(tǒng)，并結合我國鋼鐵行業(yè)發(fā)展與用水變化，梳理出適合我國鋼鐵企業(yè)的節(jié)水技術，為推進國家節(jié)水行動、促進鋼鐵產(chǎn)業(yè)與水資源高效利用協(xié)調發(fā)展提供參考。

一、鋼鐵工業(yè)發(fā)展及用水狀況

鋼鐵工業(yè)建設項目用水工藝在生產(chǎn)過程中屬生產(chǎn)輔助性環(huán)節(jié)，企業(yè)用水受生產(chǎn)規(guī)模、工序用水方式和節(jié)水技術狀況等影響。總體來看，我國鋼鐵工業(yè)在鋼產(chǎn)量持續(xù)上升的情況下，總用水量基本得到有效控制，見圖1。

1.鋼鐵生產(chǎn)發(fā)展情況經(jīng)過新中國成立初期的艱難發(fā)展，我國粗鋼年產(chǎn)量由1949年的15.8萬t發(fā)展到1965年的1223萬t，突破1000萬t，并于1996年達到10124萬t，突破1億t，我國成為世界最大的鋼鐵生產(chǎn)國。之后我國鋼鐵工業(yè)快速發(fā)展，鋼產(chǎn)量長期保持全球第一。2014年我國粗鋼產(chǎn)量超過8億t，2018年超過9億t，約占世界產(chǎn)量的一半。

2.鋼鐵工業(yè)用水狀況我國鋼鐵工業(yè)早期多沿江而建，采用大進大出的直流用水系統(tǒng)。由于企業(yè)規(guī)模不大，用水問題并不突出。進入20世紀80年代后，企業(yè)規(guī)模和用水量不斷增加，用水方式也逐步改為循環(huán)用水。隨著資源節(jié)約保護理念不斷深入，近年我國鋼鐵工業(yè)用水亦發(fā)生明顯變化，在確保產(chǎn)量持續(xù)增長的同時，用水效率也全面提升。據(jù)對重點鋼鐵企業(yè)不完全統(tǒng)計，1996—2000年，我國鋼鐵工業(yè)取水量由38.52億m3降至21.05億m3，年均遞減6.4%，噸鋼取水量由38.1m3降至29.6m3，年均遞減11.8%，水重復利用率由82.3%提高到87.3%。2001—2005年，取水量由21.05億m3增至30.59億m3，年均遞增9.8%，噸鋼取水量由18.3m3降至8.7m3，年均遞減17.0%，水重復利用率由89.3%提高到94.0%。2006—2010年，我國鋼鐵工業(yè)逐步推廣污水回用措施，取水量由28.8億m3降至26.2億m3，年均遞減2.3%；噸鋼取水量由6.86m3降至4.11m3，年均遞減12.0%，水重復利用率由95.4%提高到97.3%。2015年和2018年，取水量分別為28.4億m3、27.0億m3，平均噸鋼取水量分別降至3.53m3、2.91m3。盡管如此，我國鋼鐵工業(yè)用水指標在地區(qū)之間、企業(yè)之間仍差距明顯，鋼鐵產(chǎn)能過度集中在缺水地區(qū)。同時，鋼鐵企業(yè)因規(guī)模、工藝等差異導致噸鋼用水量相差懸殊。2018年部分鋼鐵企業(yè)調研數(shù)據(jù)顯示，噸鋼取水量低于3.5m3的企業(yè)占20%，高于4.2m3的企業(yè)占18.2%。其中，南方地區(qū)噸鋼取水量4.22m3，北方地區(qū)噸鋼取水量3.05m3，二者相差1.17m3；在南方地區(qū)，長三角地區(qū)噸鋼取水量3.81m3，其他地區(qū)4.14m3，相差0.33m3；在北方地區(qū)，京津冀地區(qū)噸鋼取水量2.41m3，其他地區(qū)3.66m3。

二、鋼鐵企業(yè)主要用水系統(tǒng)

鋼鐵行業(yè)是以鋼鐵冶煉及壓延加工為主要生產(chǎn)活動的工業(yè)產(chǎn)業(yè)，通常以含鐵金屬礦石、廢鋼鐵、煉焦煤為原料，主要包括原料場、焦爐煉焦、用焙燒裝置生產(chǎn)人造塊礦（燒結或球團）、高爐煉鐵、轉爐和電爐煉鋼連鑄、熱軋和冷軋軋機軋制以及能源介質供應、物流輸送、制氧和熱電等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，是一個復雜而龐大的生產(chǎn)體系，對應的用水過程亦是一個復雜龐大的體系。

1.原料場原料場主要用水包括除塵灑水、洗車沖洗、車間地坪沖洗、道路灑水等用水，可優(yōu)先利用雨水、回用廢水和濃鹽水；對于料場抑塵用水，料條兩側宜設排水溝并設置調節(jié)水池和灑水泵，以便灑水和沖洗水重復利用；進出料場道口設洗車設備，汽車沖洗水應循環(huán)使用；料場區(qū)域初期雨排水應收集處理回收利用。

2.燒結球團燒結工序主要用水包括混合機添加水、工藝設備和余熱利用設施冷卻水、煙氣脫硫脫硝用水、轉運站及通廊地坪灑水等。其中，冷卻水可循環(huán)使用，混合機添加水可優(yōu)先采用回用水，混合用水亦可采用回用水。球團工序主要用水包括造球加水、工藝設備和余熱利用設施冷卻水、煙氣脫硫脫硝用水、濕球磨礦用水等。燒結設備冷卻水冷卻后循環(huán)使用。

3.焦化焦化工序主要用水環(huán)節(jié)有煤氣上升管水封蓋水封、熄焦、除塵、設備冷卻、煤氣凈化、化工產(chǎn)品回收和精制等。其中濕熄焦用水經(jīng)沉淀處理后循環(huán)使用，煤調濕、煤氣凈化、干熄焦、制冷機、干熄焦發(fā)電等設備冷卻水冷卻后循環(huán)使用。焦化廠化工產(chǎn)品回收和精制區(qū)域雨水收集處理利用，焦化廢水經(jīng)生化處理和深度處理后回用。

4.煉鐵煉鐵工序主要用水包括高爐爐體冷卻壁、爐底水冷管、風口各套、熱風爐閥門、各液壓站設備、各種大型風機、TRT等冷卻壁冷卻用水，以及高爐沖渣、煤氣清洗、鑄鐵塊冷卻等用水。設備冷卻水采用閉路循環(huán)或開路循環(huán)用水，高爐爐體冷卻壁、熱風爐閥門、風口大中套、爐底冷卻水管等可考慮采取并聯(lián)和串級用水，煤氣清洗用水經(jīng)沉淀處理后循環(huán)使用，高爐沖渣水經(jīng)處理后循環(huán)使用，沖渣過程中產(chǎn)生的水蒸氣集中收集利用。

5.煉鋼煉鋼工序主要用水環(huán)節(jié)有轉爐氧槍和副槍冷卻、爐體冷卻、煙道冷卻、轉爐煙氣洗滌、鋼渣?；?，電爐爐體冷卻、變壓器冷卻、煙道冷卻、鋼渣?；龋B鑄設備冷卻、結晶器冷卻、二冷段冷卻等。設備冷卻水采用閉路循環(huán)或開路循環(huán)用水，轉爐煙氣洗滌用水經(jīng)沉淀處理后循環(huán)使用，連鑄二冷段冷卻水經(jīng)沉淀過濾處理后循環(huán)使用。

6.軋鋼生產(chǎn)棒線材和型鋼主要用水包括加熱爐、高壓除鱗、液壓潤滑等設備冷卻用水，軋輥和軋制產(chǎn)品直接冷卻用水以及沖渣用水等，板帶軋制還需要層流冷卻用水。加熱爐煙道可采用汽化冷卻或水冷方式，水冷煙道冷卻用水冷卻后循環(huán)使用。高壓除鱗用水直接循環(huán)使用，直接冷卻用水經(jīng)除油沉淀處理后循環(huán)使用，層流冷卻用水經(jīng)沉淀過濾后循環(huán)使用。冷軋廢水經(jīng)物化處理和深度處理后回用。7.生產(chǎn)輔助鋼鐵企業(yè)配套的生產(chǎn)輔助設施包括氧氣站、空壓站和煤氣加壓站以及余熱余能發(fā)電設施等，其設備冷卻用水分別經(jīng)冷卻后循環(huán)使用。

三、鋼鐵企業(yè)主要節(jié)水技術

鋼鐵企業(yè)主要節(jié)水技術包括干熄焦、高爐煤氣干式除塵、轉爐煙氣干式除塵等“三干”技術，汽化冷卻技術和空冷技術等工藝節(jié)水技術；冷卻水和清洗用水等循環(huán)用水技術、梯級用水和串級用水等水再利用節(jié)水技術；廢污水再生利用，雨水、海水、中水和礦井水利用等非常規(guī)水源替代技術；水系統(tǒng)集約化、智慧化管控技術等。由于用水系統(tǒng)涉及復雜水網(wǎng)絡及不同水處理工藝，實際中應針對企業(yè)不同生產(chǎn)工序合理選擇節(jié)水技術。

1.原料場在原料場合理布置噴灑、加濕等作業(yè)用水的管網(wǎng)、噴頭，采用新型節(jié)水噴頭，各用水點設置用水計量設施，實施智能分區(qū)控制，可利用滿足要求的回用水作水源。原料場設收集、貯存雨水設施并對雨水回收利用。原料場底部設滲水層，收集地表滲透水，減少廢水滲漏對地下水的污染。

2.燒結球團合理控制燒結和球團混合料含水率，降低物料吸附損失水量。精礦粉、燃料、溶劑等加濕混勻工藝用水可采用回用水。設備冷卻用水經(jīng)冷卻降溫后循環(huán)使用。燒結球團主要采用干式除塵，對局部產(chǎn)生粉塵點加濕降塵時可采用回用水。

3.焦化熄焦可采用干熄焦和新型低水熄焦等節(jié)水技術。濕熄焦系統(tǒng)可采用低質廢水。焦爐裝煤、出焦及干熄焦煙氣的冷卻可采用風冷。裝煤、出焦、干熄焦的煙塵治理采用干式除塵技術。焦化生產(chǎn)工藝介質可進行余熱利用，并采用循環(huán)冷卻水冷卻。焦化循環(huán)水系統(tǒng)主要包括煤氣凈化循環(huán)水系統(tǒng)、制冷設施循環(huán)水系統(tǒng)、干熄焦發(fā)電循環(huán)水系統(tǒng)等。焦化廢水深度處理后回用。

4.煉鐵高爐煤氣凈化可采用干法除塵技術。有高爐煤氣濕法除塵水沉淀處理后循環(huán)使用。高爐爐渣?；盟h(huán)使用，可補充低質廢水和回用水。設冷凝塔對爐渣?；a(chǎn)生的蒸汽進行冷卻，回收冷凝水。高爐煤氣透平余壓發(fā)電機和煤氣管道均會產(chǎn)生凝結水，可將其回收，經(jīng)處理后接入煤氣清洗循環(huán)水系統(tǒng)，也可直接由焦化廢水處理設施處理。高爐爐體可采用下區(qū)、上區(qū)聯(lián)合（串聯(lián)）供水等分區(qū)冷卻供水方式。高爐爐體、熱風爐等高熱負荷設備采用間冷閉式循環(huán)水系統(tǒng)補充軟水或除鹽水。循環(huán)使用高爐爐齡后期爐殼灑水。高爐鼓風機可采用冷卻水用量低的電動鼓風機。采用汽動鼓風機時，汽輪機冷卻水循環(huán)使用。鑄鐵機冷卻水循環(huán)使用。

5.煉鋼轉爐一次煙塵凈化可采用干法電除塵凈化技術，也可采用濕法除塵技術。轉爐、電爐煙道冷卻可采用汽化冷卻技術。轉爐氧槍、電爐變壓器、連鑄結晶器可采用間冷閉式循環(huán)水系統(tǒng)，補充軟水或除鹽水。其他設備冷卻用水循環(huán)使用。蒸汽噴射真空泵冷凝器冷卻水可沉淀過濾處理后循環(huán)使用。連鑄二冷段采用高效氣霧噴頭，冷卻用水經(jīng)沉淀過濾后循環(huán)使用。轉爐渣水淬用水循環(huán)使用，可補充低質廢水和回用水。

6.軋鋼熱軋帶鋼精軋機的廢氣凈化采用干式過濾凈化系統(tǒng)。冷軋軋機、平整機的乳化液廢氣凈化采用干式不銹鋼過濾網(wǎng)凈化系統(tǒng)。加熱爐爐底水梁和立柱冷卻可采用汽化冷卻技術。冷軋水淬冷卻裝置采用雙水淬槽逆行串聯(lián)冷卻技術。軋機、軋輥、軋材冷卻用水經(jīng)處理后循環(huán)使用。鋼板及帶鋼軋后冷卻用水可采用水泵和水箱聯(lián)合供水，冷卻水循環(huán)使用。冷軋罩式退火爐采用波紋內(nèi)罩水噴淋冷卻技術。冷軋各機組的含酸堿廢氣凈化用水循環(huán)使用。冷軋含油、酸堿廢水深度處理后回用。

7.生產(chǎn)輔助氧氣站、空壓站、煤氣加壓站的冷卻均為間接冷卻，可采用循環(huán)水系統(tǒng)。

8.冷卻水處理間冷閉式循環(huán)水系統(tǒng)可減少水的蒸發(fā)、滲漏、排污等損失，節(jié)約軟化水、除鹽水等。高溫煙氣和熾熱的鑄坯、軋材等的冷卻使用直冷循環(huán)水系統(tǒng)，循環(huán)回水通常含有鐵皮、粉塵、油等，應根據(jù)回水水質適當處理后循環(huán)使用。熱軋板帶層流冷卻水系統(tǒng)或淬火冷卻水系統(tǒng)回水中含有的油、氧化鐵皮等雜質數(shù)量較少，將部分循環(huán)回水簡單處理后即可循環(huán)使用。直冷循環(huán)水系統(tǒng)在設有旋流池及其提升泵、平流池及其提升泵（或化學除油器、稀土磁盤、一體化高效污水處理裝置等其他形式的處理構筑物）等多環(huán)節(jié)處理設施時，應合理優(yōu)化聯(lián)絡管網(wǎng)系統(tǒng)和水量平衡方案。

9.化水處理化水處理后道工序的反沖洗排水水質較好，可作為前道工序的水源或沖洗用水。膜法處理可充分利用余熱對原水加熱，降低原水黏度，增加產(chǎn)水量。通過離子交換處理或膜法處理制備軟化水、除鹽水，排放濃鹽廢水回收直接用于高爐沖渣串級利用。除鹽水制備一般采用“一級超濾+兩級反滲透”或“一級超濾+一級反滲透”流程處理。二級反滲透排出的濃鹽水可作為一級反滲透進水。

10.廢水回用采用雨污分流系統(tǒng)，收集生活污水、生產(chǎn)廢水和初期雨水處理利用。其中，生活污水有機物含量較高，應單獨處理。同時，單獨設置低質廢水系統(tǒng)收集濃含鹽廢水，盡量將濃含鹽廢水濃縮減量后回收利用，也可提質分鹽處理資源化利用。濃含鹽廢水包括軟化水、除鹽水制備車間離子交換工藝產(chǎn)生的再生廢水或膜反滲透工藝產(chǎn)生的濃含鹽廢水，以及廢水處理站采用膜深度處理時產(chǎn)生的濃含鹽廢水。生產(chǎn)廢水和初期雨水收集送至廢水處理廠集中處理后利用，為有效監(jiān)控鹽水排放，各工序區(qū)域生產(chǎn)廢水應加壓輸送，并設置計量設施。

11.供用水輸送采用管道或暗渠（隧洞）輸送水源時應采取防污染和防滲漏的措施。對局部水壓要求較高的特殊用水戶可在用戶內(nèi)部單獨加壓供給?？蓪┧芫W(wǎng)實施智能檢測滲漏技術措施。

四、結語

①鋼鐵生產(chǎn)工序和主要用水系統(tǒng)復雜。一般鋼鐵生產(chǎn)工序包括原料場、燒結和球團、焦化、煉鐵、煉鋼連鑄、軋鋼和輔助生產(chǎn)。主要用水環(huán)節(jié)包括焦化用水系統(tǒng)、煉鐵用水系統(tǒng)、煉鋼連鑄用水系統(tǒng)和軋鋼用水系統(tǒng)。②應加大推廣鋼鐵行業(yè)節(jié)水力度。鋼鐵行業(yè)節(jié)水技術是鋼鐵工業(yè)節(jié)水的重要措施，通過收集整理鋼鐵行業(yè)主要節(jié)水技術并分析不同技術要點，為節(jié)水技術推廣提供參考。③鋼鐵工業(yè)建設項目應加強節(jié)水設施的設計、施工和驗收，并制定相關節(jié)水標準，開展節(jié)水設施實施核查和后評估工作，通過強化監(jiān)督管理，推進鋼鐵行業(yè)節(jié)水減排。

參考文獻：

[1]中華人民共和國建設部.工業(yè)用水考核指標及計算方法（CJ42—1999）[S].1999.

[2]中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.鋼鐵行業(yè)節(jié)水型企業(yè)評價導則（GB/T26924—2011）[S].2011.

[3]中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.鋼鐵聯(lián)合企業(yè)水系統(tǒng)集成優(yōu)化實施指南（GB/T30887—2014）[S].2014.

[4]王維興.鋼鐵工業(yè)用水和節(jié)水技術[J].金屬世界，2008（5）.

[5]王紹文.冶金工業(yè)節(jié)水減排與廢水回用技術指南[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2013.

[6]郭躍英.循環(huán)冷卻水系統(tǒng)節(jié)水減排技術分析[J].化工進展，2009，28（S2）.

[7]伍振毅，宋宗文.我國工業(yè)節(jié)水技術創(chuàng)新的研究進展[J].工業(yè)水處理，2006，26（12）.

[8]吳鐵，等.鋼鐵行業(yè)廢水零排放技術探索[J].環(huán)境工程，2015（4）.

[9]張繼群，等.工業(yè)用水定額總論[M].北京：中國標準出版社，2014.

[10]黃導，張巖.中國鋼鐵企業(yè)節(jié)水問題探討[J].中國冶金，2004（11）.

[11]肖仲凱，于慧，倪亮亮，等.鋼鐵企業(yè)水平衡測試與節(jié)水分析[J].人民長江，2018，49（S2）.

[12]孫婷，等.我國鋼鐵工業(yè)用水定額現(xiàn)狀及問題探討[J].中國水利，2015（23）.

[13]王維興.全國重點鋼鐵企業(yè)節(jié)水情況和節(jié)水思路[J].金屬世界，2011（2）.

[14]王紹文.冶金工業(yè)節(jié)水減排與廢水回用技術指南[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2013.

[15]程繼軍，等.鋼鐵行業(yè)用水節(jié)水技術[M].南京：河海大學出版社，2016.

[16]姚鳳鳳.鋼鐵企業(yè)節(jié)水綜合技術及應用實踐[J].現(xiàn)代冶金，2017，45（3）.

作者：王小軍 程繼軍 王海東 單位：南京水利科學研究院