冶金行業(yè)給排水的節(jié)能研究

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摘要：高污染性、高耗能性是冶金行業(yè)的典型特征，在當(dāng)前提倡可持續(xù)發(fā)展的時(shí)代背景下，必須對(duì)冶金行業(yè)進(jìn)行一定的改革，從源頭著手進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，通過(guò)改革冶金工藝，水資源循環(huán)利用等手段和措施減少冶金工業(yè)的水消耗量，同時(shí)也有利于減少由于冶煉金屬造成的環(huán)境污染。

關(guān)鍵詞：冶金；給排水；節(jié)能減排

冶金行業(yè)根據(jù)冶煉工藝、冶煉設(shè)備對(duì)水的需求量以及生產(chǎn)排出的廢水特性的不同，可以進(jìn)行不同的給排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，為了實(shí)現(xiàn)冶煉企業(yè)給排水環(huán)保節(jié)能這一目標(biāo)，許多企業(yè)給排水工程都重視節(jié)能設(shè)計(jì)，這一設(shè)計(jì)理念不但能夠推動(dòng)冶金行業(yè)排水技術(shù)不斷進(jìn)步，而且其長(zhǎng)期的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)保效益更是傳統(tǒng)排水設(shè)計(jì)無(wú)法比擬的，給排水節(jié)能設(shè)計(jì)有利于緩解冶金企業(yè)資源緊缺問(wèn)題，所以，現(xiàn)代化的冶金行業(yè)給排水設(shè)計(jì)應(yīng)重視節(jié)能設(shè)計(jì)，從而合理采用有效的節(jié)能設(shè)計(jì)措施來(lái)更好的實(shí)現(xiàn)冶金行業(yè)給排水工程的作用。在建設(shè)給排水系統(tǒng)時(shí)還應(yīng)當(dāng)充分考慮水源條件以及對(duì)于生產(chǎn)廢水處理的要求，以節(jié)能減排為目的進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1廢水處理設(shè)計(jì)

節(jié)約水資源已經(jīng)成為近年來(lái)全世界共同呼吁的話題，水資源作為人類(lèi)必需的能源之一，需求和儲(chǔ)備出現(xiàn)的矛盾日益明顯[1]。這就使得冶金行業(yè)的廢水處理變得尤為重要，必須通過(guò)合理的措施進(jìn)一步降低冶金行業(yè)的廢水排放，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的節(jié)能減排。冶金生產(chǎn)過(guò)程排放大量污染物含量高、成分復(fù)雜的廢水[2]。根據(jù)冶煉金屬的不同，廢水處理主要運(yùn)用的方法包括了物理處理方法、化學(xué)處理方法、以及生物處理方法。物理處理方法不涉及廢水性質(zhì)的變化，主要運(yùn)用吸附、過(guò)濾、離心等方式或者根據(jù)不同的雜質(zhì)在沸點(diǎn)、結(jié)晶點(diǎn)的差異使廢水中的雜質(zhì)分離出來(lái)?；瘜W(xué)處理方法則涉及到了化學(xué)發(fā)應(yīng)，通過(guò)置換、氧化化學(xué)反應(yīng)方法，將雜質(zhì)從離子態(tài)轉(zhuǎn)化為固體化合物，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的凈化。生物處理方法主要是利用大自然的微生物，借助其代謝作用氧化分解冶金廢水里的有機(jī)雜質(zhì)，并把它轉(zhuǎn)化成無(wú)機(jī)物質(zhì)[3]。相比于物理、化學(xué)等處理方法，生物處理方法更環(huán)保。生物處理方法需求的時(shí)間長(zhǎng)，為了加快其廢水處理速度，必須加快目標(biāo)微生物的新陳代謝，而且生物處理方法僅能處理廢水中的有機(jī)雜質(zhì)，局限性較強(qiáng)。

2采用有利于節(jié)能的高爐水冷系統(tǒng)

冶金行業(yè)中應(yīng)用最多的仍然還是脫鹽水冷卻循環(huán)系統(tǒng)，根據(jù)前蘇聯(lián)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，正常使用工業(yè)用水進(jìn)行冷卻的高爐服役年限平均為4.5年，采用脫鹽水進(jìn)行冷卻比采用常用工業(yè)水進(jìn)行冷卻，高爐平均服役年限延長(zhǎng)了一倍，平均服役年限達(dá)到了9到12年。同時(shí)水冷系統(tǒng)也是實(shí)現(xiàn)節(jié)能設(shè)計(jì)的重要因素。當(dāng)前主要應(yīng)用的脫鹽水冷卻循環(huán)系統(tǒng)為高爐軟水閉路循環(huán)冷卻系統(tǒng)，其特點(diǎn)主要有以下幾個(gè)：

（1）運(yùn)行穩(wěn)定性好

軟水即所謂的脫鹽水，與工業(yè)水相比，軟水能夠避免冷卻結(jié)垢的弊端，這也是延長(zhǎng)高爐服役年限的主要依托。當(dāng)前使用的軟水是經(jīng)過(guò)添加緩蝕藥劑的化學(xué)軟化水，只要控制好水質(zhì)，能夠長(zhǎng)時(shí)間保持冷卻設(shè)備的內(nèi)表面的無(wú)垢狀態(tài)，并通過(guò)改進(jìn)冷卻循環(huán)系統(tǒng)，提高冷卻水的可靠流速，使冷卻設(shè)備隨時(shí)保持足夠的冷卻能力，從而實(shí)現(xiàn)高爐冶煉的運(yùn)行穩(wěn)定和長(zhǎng)期使用。與汽化冷卻循環(huán)系統(tǒng)相比，軟水閉路循環(huán)系統(tǒng)的冷卻水溫度更低，高爐爐墻能夠迅速凝固渣皮，保證了冷卻設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)正常，同時(shí)，還可以根據(jù)需要，通過(guò)調(diào)節(jié)循環(huán)水流量以及水溫來(lái)適應(yīng)高爐的冷卻需要，從而達(dá)到節(jié)能的效果。

（2）降低給水需求

軟水閉路冷卻循環(huán)系統(tǒng)是一個(gè)相對(duì)封閉的系統(tǒng)，物質(zhì)在系統(tǒng)內(nèi)部自成循環(huán)體系，沒(méi)有像汽化冷卻循環(huán)系統(tǒng)的水蒸發(fā)損失，理論上僅存在由于工藝制造上的瑕疵導(dǎo)致的水流失，比如管道接合不夠牢固導(dǎo)致的泄漏，因此，一般情況下，該系統(tǒng)的用水量很少，對(duì)于給水系統(tǒng)的流量設(shè)計(jì)要求相應(yīng)降低，作業(yè)中平均每小時(shí)補(bǔ)水量不超過(guò)其循環(huán)水量的1%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于工業(yè)水開(kāi)式循環(huán)冷卻系統(tǒng)的5%。

3給排水的具體節(jié)能措施

3.1給排水工程設(shè)計(jì)的優(yōu)化

冶煉行業(yè)對(duì)給排水工程進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員意識(shí)到設(shè)計(jì)所起的巨大作用，首先要在保證設(shè)計(jì)質(zhì)量的前提下盡量降低材料成本的投入，同時(shí)對(duì)于管道連接處、接井及坡度間距等細(xì)部環(huán)節(jié)也應(yīng)進(jìn)行科學(xué)合理設(shè)計(jì)，此做法可從一定程度上降低材料成本。另外，目前冶煉行業(yè)給排水節(jié)能設(shè)計(jì)還有很大開(kāi)發(fā)潛力，如何開(kāi)發(fā)這些潛力就要求設(shè)計(jì)人員在排水方式進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)做到精益求精。排水系統(tǒng)是一個(gè)較為復(fù)雜系統(tǒng)，涉及到多種因素與繁瑣環(huán)節(jié)，為此對(duì)給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，以提高整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能性能。

3.2依水質(zhì)需要串級(jí)用水

串級(jí)用水是指根據(jù)冶煉作業(yè)不同環(huán)節(jié)對(duì)水質(zhì)高低的需求，將符合下級(jí)水質(zhì)需求的廢水直接進(jìn)行利用，減少?gòu)U水排放和處理成本的用水方式，串級(jí)用水的最大特點(diǎn)就是對(duì)上級(jí)用水不需要經(jīng)過(guò)處理而直接使用。這用節(jié)能措施必須以上級(jí)用水產(chǎn)生的雜質(zhì)中不存在影響下級(jí)用水需求的物質(zhì)，對(duì)于上級(jí)用水中存在有害于下級(jí)用水的物質(zhì)的，不能直接串級(jí)用水，必須經(jīng)過(guò)處理后才能循環(huán)使用，避免作業(yè)設(shè)備的使用年限縮短以及生產(chǎn)隱患的積累。

3.3變頻供水、供電

變頻供水主要是對(duì)連鑄機(jī)的生產(chǎn)作業(yè)制定的給排水節(jié)能措施，根據(jù)不同的生產(chǎn)斷面，連鑄機(jī)的用水量不同，應(yīng)用變頻器實(shí)施變頻供水，可以有效減少水量使用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。當(dāng)然，其它的輔助設(shè)施如冷卻塔風(fēng)機(jī)等適宜使用變頻器的，也可以應(yīng)用變頻器達(dá)到節(jié)能目的。

3.4高爐沖渣水的余熱利用

高爐在冶煉過(guò)程中所產(chǎn)生的爐渣可以高達(dá)1500℃，因此進(jìn)行冷卻后所產(chǎn)生的沖渣水中存在大量熱能，這些熱能的循環(huán)利用是給排水設(shè)計(jì)中的重要節(jié)能方向。但是沖渣水中含有大量雜質(zhì)，不能直接使用，因此需要進(jìn)行換熱處理，換熱處理后，這些熱能可以作為居民采暖使用，也可用于發(fā)電，同時(shí)換熱后的回水可以繼續(xù)用作沖渣水，形成一個(gè)完整的循環(huán)，有助于提升高爐余熱的利用。高爐沖渣過(guò)程中，爐渣的熱量被沖渣水所吸收，使?fàn)t內(nèi)溫度逐漸提升達(dá)到一個(gè)飽和狀態(tài)，高爐蒸汽會(huì)帶出一部分余熱，而爐渣帶走的熱量約占總量的五分之一，高爐渣中余熱走向分為兩部分，一部分是通過(guò)沖渣水而蒸發(fā)，另一部分是通過(guò)水蒸發(fā)帶入大氣中。高爐換熱處理后產(chǎn)生的余熱保持一個(gè)平穩(wěn)狀態(tài)，沖渣誰(shuí)留出高爐溫度保持不變。

4結(jié)束語(yǔ)

給排水設(shè)計(jì)的節(jié)能是降低冶金行業(yè)能耗的重要方式，在工程應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)以循環(huán)使用，減少排放為基本原則，達(dá)到降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)營(yíng)效益的目的。節(jié)能減排設(shè)計(jì)不是一朝一夕就能做好的，還需要在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷摸索和研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]張強(qiáng).工業(yè)廠區(qū)給排水系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2017(11):161-162.

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作者：顏芳 單位：唐山科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院