大型冶炼钢铁行业锅炉排污水回收利用研究

大型冶炼钢铁行业锅炉排污水回收利用研究

近年来，钢铁行业的产量普遍较高，产量不足的问题日益突出，尤其是中国。同时面对全球资源枯竭，上游企业全权掌握铁矿石定价话语权的不合理现象，全球钢铁企业纷纷被迫限产减产，钢铁企业利润空间进一步被压缩，钢铁企业的存活就在一线间。针对这一系列复杂多变的国际国内形势，国内钢铁企业正视挑战，深挖潜能，开源节流，积极探索新的发展模式。当前，节能减排、合理有效使用资源已成为各企业降本增效和提高竞争力的有力推手。在探寻能源消耗中发现锅炉排污水具有十分高的回收利用价值，排污水回收技术不仅能解决锅炉水温度高需要大量二次处理费用的技术难题，而且还能够变废为宝，将回收回来的排污水较好地合理利用。1主要装备和设备北区在2006年建成投产，投产后，第二炼钢厂形成了300万t不锈钢的生产能力，一举成为世界上单厂生产能力最大的不锈钢生产工厂，其中碳钢系统主要装备有：铁水倒罐站1座，180t铁水预处理站1座，KR铁水搅拌脱硫装置1座，180t碳钢复吹转炉2座，在线吹氩喂丝站2台，180t真空精炼炉1座，180t双工位LF炉1座，双流板坯连铸机1台；不锈钢系统主要装备有：160t超高功率电弧炉2座，180t氩氧炉2座，180tLF炉1座，180tLTS钢水处理站1座，板坯连铸机2台。目前，第二炼钢厂已形成年产碳钢700余万t，产不锈钢200余万t的能力。2锅炉排污水系统在炼钢厂中，通常会采用转炉或氩氧炉工艺进行钢铁冶炼。在冶炼过程中，炉子中碳元素同氧发生化学反应产生大量的CO并释放高热，为保证后部除尘效果和煤气回收，在该工艺中都会配备汽化冷却系统对冶炼过程中产生的高温烟气进行冷却降温，从而满足后部除尘系统所需要的温度控制要求。汽化冷却系统一般由排管壁式冷却烟道（汽化冷却烟道由裙罩、移动烟道、固定烟道、下料溜槽、氧枪水冷套、副枪水冷套及检修孔盖组成）、汽包、循环泵组系统、补水系统（补水系统由锅炉给水泵组、除氧水箱及除氧器、软水泵组、软水箱组成）、加药系统（加药系统分炉水加药和给水加药组成）、排污系统、管道系统及控制部分组成。汽化冷却系统的主要工作原理是：炉子在吹氧时产生的大量高温烟气进入汽化冷却烟道，由于烟道受热，烟道中的水会不断地蒸发产生余热蒸汽，余热蒸汽和高温水通过循环管道进入汽包，在汽包中，蒸汽通上部的汽水分离装置分离后进入蒸汽管网系统，而水则留在汽包中进行往复循环使用，产生蒸汽消耗掉的水则通过补水系统对汽包进行补水。由于高温水的往复使用，会使水中的盐类物质浓缩倍率不断增高，盐类物质结垢的可能性加大。因此，汽化冷却系统在运行过程中必须定期进行化验加药和排污，从而降低汽化冷却系统设备的结垢或腐蚀损害，保证汽化冷却系统的安全正常使用。锅炉排污水系统一般由排污水管道、控制阀组、排污扩容器及冷却补水系统组成。从余热锅炉裙罩、移动烟道、固定烟道、下料溜槽、氧枪水冷套、副枪水冷套、检修孔盖及汽包排出的锅炉水经由各自管道分别进入独立的排污扩容器，在排污扩容器里加入工业新水对高温排污水进行降温冷却，冷却后达到控制的40℃以下才允许进入排水管道（混合后水的温度通过连锁装置同冷却的工业新水连锁，以调整冷却水阀门的大小开度），由排水管道将排污水排入厂区工业排水管网。第二炼钢厂南北区共有5座转炉、2座氩氧炉和11台蒸汽蓄热器，改造前所有的余热锅炉和蓄热器排污水全部直接排放，总的排污量约52m3/h（平均连续流量），其中北区每座转炉余热锅炉的排污量约13m3/h,2座转炉共计排污量为26m3/h；每座氩氧炉余热锅炉的排污量约9m3/h,2座转炉共计排污量为18m3/h,8台蒸汽蓄热器排污量总计约6m3/h。北区转炉、氩氧炉排污运行压力控制在1.2MPa～2.4MPa之间，蓄热器排污运行压力控制在1.0MPa～2.0MPa之间；南区每座转炉余热锅炉的排污量约0.5m3/h（南区转炉公称容积较小，北区转炉公称容积较大），3座转炉共计锅炉排污量为1.5m3,3台蒸汽蓄热器排污量总计约0.5m3/h，南区转炉锅炉排污运行压力控制在0.8MPa～1.6MPa之间，蓄热器排污运行压力控制在0.6MPa～1.2MPa之间。由于排污水全部由锅炉排出，锅炉排污水温度较高，温度高达120℃左右，按照国家工业废水排放标准，锅炉排污水的温度必须控制在40℃以下才能直接排放。因此，锅炉排污水在外排前必须进入排污扩容器进行降温冷却，按照温度控制在40℃以下要求，冷却消耗的工业新水量达到了2000m3/h（间断最大量）。如此高昂的二次处理费用和宝贵的水资源消耗对第二炼钢厂造成了极大的经济损失，如何合理使用排污水以及降低二次处理费用成为解决问题的关键所在。基于第二炼钢厂北区现有2座转炉采用干法除尘，而干法除尘蒸发冷却器设备需要使用工业新水对一次除尘烟气进行降温冷却，转炉一次除尘的蒸发冷却器采用汽水喷淋方式进行冷却，主要是利用高温蒸汽将工业新水打成水雾，这样汽水同转炉一次除尘高温烟气热交换，以达到高温烟气的降温除尘目的，蒸发冷却器使用水量约30m3/h，压力约0.3MPa，蒸汽使用流量约7t/h，压力约0.8MPa～1.0MPa。因此，将锅炉、蓄热器排污水全部回收利用作为蒸发冷却器喷淋用水，既节省了工业新水的消耗，又减少了锅炉排污水的直排浪费。同时，由于锅炉排污水为高级除盐水，水质指标要优于工业新水，因而降低了转炉蒸发冷却器喷枪的结垢堵塞现象，提高了喷枪的使用寿命。而南区转炉一次除尘采用的是湿法除尘，因此将南区余热锅炉和蓄热器排污水引至转炉净环水泵房作为转炉设备冷却循环水系统的补水，减少冷却水循环系统对工业新水的补水消耗，同样由于锅炉排污水水质好于工业新水，可大大降低设备冷却循环系统管路、设备的结垢现象，减少系统的药剂投加量，节省设备维护费用。3锅炉废水回收工艺3.1锅炉排污水处理北区将2座氩氧炉、2座转炉和8台蒸汽蓄热器产生的锅炉排污水分别收集到各自的排污扩容器，并在排污扩容器排空管上增加手动控制阀（原为直接排放需要在此泄压并勾兑冷却水进行降温，改造后需要利用锅炉排污水自身的压力将排污水引到排污回收站），然后通过管道、阀组接至集中的排污水回收站，再通过板式换热器将排污水温度降至70℃以下，冷却所使用的冷媒水采用炼钢车间设备净环水（不影响该系统的冷却效果）。经过冷却后的排污水进入排污水箱回收储存，再通过热水泵组将水供往转炉蒸发冷却器作为转炉一次烟气除尘降温补充水，替代原有直接使用的工业新水（蒸发冷却器不使用时，通过切换阀将水送至炼钢水处理作为公共软水循环水系统补水）。南区则是分别在转炉平台和蓄热站敷设两根管道，将排污水利用排污压力接至净环水泵房热水井中作为转炉设备冷却循环系统的补水，节省工业新水的消耗。3.2排污d250mm控制阀北区：1号、2号氩氧炉2个排污扩容器分别位于其塔楼9.5m平台15号柱和16号柱，2个排污扩容器容积相同，容积为3m3，压力等级为1.0MPa，排污扩容器上设置1根DN200mm排空管，3根排污水管，其尺寸分别是：高压的移动烟道、固定烟道及检修孔盖1根DN250mm（锅炉运行压力为1.2MPa～2.4MPa），低压的裙罩、副枪、氧枪及东西溜槽1根DN200mm（低压运行压力为0.5MPa），高压汽包1根DN200mm（运行压力为1.2MPa～2.4MPa）,3根排污水管在排污扩容器入口前汇总成1根DN250mm总管道，1根DN200mm工业新水补水管，1根DN250mm排水管，1根DN80mm放水检修管道。在排空管上增加1个DN200mm手动阀门，在排污DN250mm总管道上增加1个DN250mm手动阀门，将排污回收管道接口点设置在排污总管道DN250mm阀门的前面，这样主要是保证在排污回收管道及后部设备需检修时，将锅炉水切换到正常排污状态。每一个排污回收管道尺寸为DN150mm，排污回收管道从G列16号柱沿塔楼9.5m平台外侧敷设至15号柱，将2号氩氧炉排污回收管道接上，两处排污回收管道汇成1根DN150mm排污水总管道后沿15号柱向上至塔楼20.3m平台外天车梁敷设，再从同一标高敷设至G列1号柱，然后仍沿同一标高由G列敷设至E列，最后向下接至排污水回收站。1号、2号转炉2个排污扩容器分别位于其塔楼9.5m平台8号柱和9号柱，2个排污扩容器容积相同，容积为3m3，压力等级为1.0MPa，排污扩容器上设置1根DN200mm排空管，3根排污水管，其尺寸分别是：高压的移动烟道、固定烟道及检修孔盖1根DN250mm（锅炉运行压力为1.2MPa～2.4MPa），低压的裙罩、副枪、氧枪及东西溜槽1根DN200mm（低压运行压力为0.5MPa），高压汽包1根DN200mm（运行压力为1.2MPa～2.4MPa）,3根排污水管在排污扩容器入口前汇总成1根DN250mm总管道，1根DN200mm工业新水补水管，1根DN250mm排水管，1根DN80mm放水检修管道。在排空管上增加1个DN200mm手动阀门，在排污DN250mm总管道上增加1个DN250mm手动阀门，将排污回收管道接口点设置在排污总管道DN250mm阀门的前面，这样主要是保证在排污回收管道及后部设备需检修时，将锅炉水切换到正常排污状态。每一个排污回收管道尺寸为DN150mm，排污回收管道从G列9号柱沿塔楼9.5m平台外侧敷设至8号柱将2号转炉排污回收管道接上，2处排污回收管道汇成1根DN150mm排污水总管道后沿G列9.5m平台过道下部辅助桁架敷设至G列1号柱，再从同一标高由G列敷设至E列，最后向下接至排污水回收站。蓄热器排污扩容器因就位于排污水回收站，因此直接接出管道即可。所有排污回收管道必须采用20号碳钢无缝钢管，支吊架必须每间隔3m设置1个，并每间隔30m设置一处自然张力弯，低点设置放水阀门，高点设置排气阀门。排污水回收站设置储存水箱1个，容积40m3，水箱上分别设置了就地液位计、远传液位计、低位补水阀、高位放水阀等，排污回收水供水泵2台，参数为：扬程42m，流量70m3/h，泵组为1用1备；板式换热器1台，参数为：排污回收水流量80m3/h，冷媒水流量100m3/h。将氩氧炉、转炉及蓄热器回收回来的排污水接入1根总管道DN250mm进板式换热器，冷媒水DN200mm管道接入板式换热器，冷却后的排污回收水通过DN200mm管道接入储存水箱。供水泵组同储存水箱连接，通过供水泵组将排污回收水送至用户。4去相关处理供水泵组出口管道分为两路给两处使用用户作为补水，一处用户是转炉蒸发冷却器喷淋用水，另一处作为炼钢水处理设备冷却水循环系统的补水，水泵出口采用DN150mm供水管道，在G列3号柱处分出一根DN150mm管道去炼钢水处理，管道沿3号柱敷设至0m，在进入炼钢冶炼地下管廊（该管廊直接通往水处理公共软水水池），沿地下管廊已有管道支架将管道敷设至水处理使用点。排污回收水优先保证2座转炉的蒸发冷却器喷淋使用，当蒸发冷却器水箱液位处于高液位时，关闭去蒸发冷却器管道上供水控制阀，打开供炼钢水处理管道上供水控制阀，将富余的排污回收水用作水池补水，这样可保证任何时候排污回收水不再被直接排放浪费掉。南区：将位于转炉跨的1号、2号、3号转炉排污水采用1根DN100mm管道接至厂房外炼钢净环水泵房热水井，同时将蓄热器排污水采用1根DN50mm管道也接至热水井，两处排污水进入水池后全部作为转炉烟罩泵冷却水系统补水。5厂区工业排水管网和厂区中碳钢系统改造后南北区收到的效果十分明显，特别是北区。南区可节省工业新水2m3/h，北区可直接节省工业新水消耗50m3/h，间接节省工业新水消耗达150m3/h,2座转炉蒸发冷却器喷枪喷枪堵塞、结垢现象明显改观，消耗喷枪数量也大为下降。同时排污水之前全部直接排入厂区工业排水管网，由于排污水有一定温度，造成厂区周边排水井四处往外溢水汽，特别是冬季，气雾时常大