钢铁企业循环冷却水处理站总体设计

1、64COMMUNION 经验交流水工业市场 2011年第1期一、概述-总体设计的意义 在 钢 铁 企 业 中 , 有 大 量 的 循环冷却水用户,循环冷却水系 统具有系统复杂、用户多、水量 大、循环水介质种类多等特点, 它如同主工艺生产的生命线,对 于正常生产和维护设备安全起着 至关重要的作用。工业循环冷却 水处理站承担着工业循环冷却水 水质处理、降温冷却的任务,是 循环冷却水系统的核心。大型工业循环水处理站更是 具有占地面积大、用电能耗高、 建设费用高等特点。根据统计, 炼铁、炼钢、连铸、热轧、制 氧、自备电厂等各单元的工业循 环水处理站的占地面积也基本为 整个单元项目用地的 2030%,

2、用电负荷约占整个单元项目用电 量的 2030%,总投资约为整个 单元项目的 510%左右。因此, 工业循环水处理站是项目在前期 规划中必须重视的一个重要方面,对于整个项目的工艺布置和 厂区布局有着很大的影响。工业循环冷却水处理站的总 体设计,就是在项目建设的前期 规划阶段,合理的确定工业循环 水处理站的地址、规模、循环水 处理工艺的初步选择、水处理站 的形式、总平面布置、预估其用 电量指标等,对于项目的前期规 划特别是大型项目具有很重要的 意义。本文针对工业循环冷却水处 理站总体设计的内容和方法进行 了初步的分析和探讨,可作为相 似工程中设计的借鉴和参考。 二、工业循环冷却水处理站 的选址首先

3、,工业循环冷却水处理 站是为工厂生产主工艺服务的, 因此在条件许可的情况下,工业 循环冷却水处理站的选址首先要 尽量贴近主工艺、紧邻主要用户 布置。其 优 点 在 于 :第 一 、 贴 近 主工艺、紧邻主要用户布置可以 缩短供水回水管路,使管路布置 相对简捷,提高供水的安全可靠 性;第二、大型工业企业常设有 地下工业水管廊、架空工业水管 廊或高架流槽等,这些设施的造 价较高,每米单价可达数万元, 供回水管路短,可以降低工程造 价;第三、供水回水管路短, 管道的水头损失就小,可以适当 的降低供水水泵的电机功率,在 长期的运行中可节约能源。以一 座循环水量为 10000m 3/h的工业 净循环水处

4、理站为例,每缩短 100m 的供回水管路,约可节约 用电 40kW 左右;第四、在工业 企业中,主工艺往往是最大的电 力用户,而工业循环冷却水处理 站,特别是大型处理站,其用电 量也是非常高的,将用电量集中 的用户集中在一起,对全厂供配钢铁企业循环冷却水处理站总体设计文 / 金亚飚(宝钢工程技术集团有限公司上海201900 摘要:在钢铁企业中,大型工业循环水处理站具有占地面积大、用电能耗高、建设费用 高等特点,是项目在前期规划中必须重视的一个重要方面,对于整个项目的工艺布置和厂区 布局有着很大的影响。本文对钢铁企业大型工业循环冷却水处理站总体设计在项目前期规划 阶段中的重要性以及总体设计的具体

5、内容和方法进行了初步的分析和探讨,可作为相似工程 中设计的借鉴和参考。 关键词:工业循环冷却水处理站总体设计规划净循环浊循环电设计如总降变电所、变压器 室、电缆隧道、电缆沟等,也是 非常有利的;第五、供水回水管 路短,系统保有水量就小,对检 修的影响也相应变小。其次,工业循环冷却水处理 站内水处理设备众多,有水泵、 阀门、冷却塔、换热器、搅拌机 等等,循环水处理站常有药剂、 水处理所产生的污泥也需大量运 输,因此循环水处理站宜设在厂 区主干道路旁侧,以便于生产运 输的要求。再者,循环水处理站一般有 室内泵场和露天泵场两种布置方 式,当采用露天泵场,特别是大 型循环水泵场时,建议不要设置 于厂区

6、边缘靠近居民区的地方, 以减小水泵群噪声对周边的影 响。另外,工业循环水处理站尽 量不要靠近除尘系统设置,以避 免散放的灰尘影响敞开式净循环 水水质。三、循环水处理站的规模 循环水处理站的规模主要是 确定循环水量。在项目的前期规 划阶段,很难统计出精确的循环 用水量。因此,在确定循环水处 理站总体设计的规模时,主要是 参照相关行业以往类似工程的数 据以及当前经济技术条件下该工 艺对于循环水量的指标值等。该 项工作需要做大量的调研工作。 另 外 , 就 是 要 求 主 工 艺 专 业提交主要的循环用水量的参考 值。用各专业提供的水量参考值 的合计水量作为循环水处理站总 循环水量时,一般要加上 5

7、15%的富裕量,一方面作为安全系 数,另一方面也要考虑到当出现 系统内部水量不平衡时可做调节用。系统用户多、循环水量大时取富裕量也大;系统用户单一、循环水量小时取富裕量小。四、循环水处理工艺流程的初步选择按循环水介质分类,通常可分为以下几类:纯水 (或软水 密闭式循环水处理系统、敞开式工业净循环水处理系统、浊循环水处理系统、污泥处理系统。初步确定循环水处理站内所采用的循环水处理工艺流程,对于总体设计中最终确定循环水处理站的总平面布置具有很重要的作用。常见的工业循环水处理工艺流程及适用对象如下 12。1、纯水(或软水密闭式循环水系统纯水 (或软水 密闭式循环水系统常用于关键设备的间接冷却。纯水

8、(或软水 密闭式循环水系统内循环水基本与外界隔绝,以确保水质。常用的纯水 (或软水 密闭式循环水系统的工艺流程如下:(1 水处理站循环供水泵出水工艺设备板式换热器回水至水处理站循环供水泵;(2 水处理站循环供水泵出水工艺设备蒸发空冷器回水至水处理站循环供水泵。2、敞开式工业净循环水系统敞开式工业净循环水系统常用于一般设备的间接冷却及作为换热器的冷媒水。工业净循环水系统为敞开式系统,也是最常见的循环水系统。工业净循环水系统常用的工艺流程为:(1 水处理站循环供水泵出 水自清洗过滤器工艺设备 冷却塔冷水池水处理站循环 供水泵吸水;(2 换热器冷媒水出水 (温度 升高 冷却塔冷水池换热 器循环供水泵

9、自清洗过滤器 换热器冷媒水进水。3、浊循环水系统浊循环水系统常用于冶金行 业的炼铁、炼钢、连铸、热轧等 单元的煤气清洗、冲渣、火焰切 割、喷雾冷却、淬火冷却、精炼 除尘等。浊循环水系统常用的工艺流 程如下:(1 煤气清洗浊循环水:废 水高架流槽粗颗粒分离器 辐流式沉淀池热水池冷却塔 冷水池回水至用户;(2 冲渣浊循环水:冲渣水 铁皮沟旋流池平流沉淀池 (带撇油装置 高速过滤器冷 却塔冷水池回水至用户; (3 淬火冷却浊循环水:用 户回水铁皮沟热水池部分 水过滤部分水上冷却塔冷水 池与未冷却、过滤的水混合 回水至用户;(4 火焰切割与喷雾冷却浊 循环水:用户回水铁皮沟旋 流池平流沉淀池 (带撇油

10、装置 或化学除油沉淀器热水池冷 却塔冷水池高速过滤器回 水至用户;(5 精炼除尘浊循环水:用 户回水热井罐或热水池混合 池反应池平流沉淀池 (或斜 板沉淀池 热水池冷却塔 冷水池回水至用户4、污泥处理系统污泥处理系统主要用于工业65水工业市场 2011年第1期66COMMUNION 经验交流水工业市场 2011年第1期循环水处理系统所产生的污泥回 收及再利用。常用的工艺流程为:含泥废 水调节池混合池反应池 污泥浓缩池污泥槽污泥压滤 机压滤泥饼外运五、水处理站形式确定工业循环水处理站的形 式,主要是确定循环水处理站是 采用泵房还是露天泵场的形式。采 用 泵 房 , 水 处 理 设 备 设于室内,

11、便于今后日常运行 管理及设备的维护、检修和保 养。采用露天泵场,便于设备和 管道的布置,并可节约土建的 造价,一般工业循环水处理站 总的土建造价约为整个站房的 4050%,大型泵房可占土建总 投资的 3040%;但设备处于室 外露天条件,日晒雨淋对设备本 身不利,另外运行管理及设备的 维护、检修和保养等工作条件较 差。六、水处理站总平面布置 1、总体布置原则要 进 行 水 处 理 站 的 总 平 面 布置,首先要确定水处理站的总 体布置原则。一般大型工业循环 水处理站内包含一个或多个循环 水处理系统,如纯水 (或软水 密 闭式循环水系统、敞开式工业净 循环水系统、浊循环水系统以及 污泥处理系统

12、等。水处理站总体 布置方式包括集中式和分散式两 种。集中式就是将所有的循环水 处理系统集中设置在一座循环水 处理站内。分散式就是在工业循 环水处理站内部划区域按照不同 的循环水处理系统分别建设不同 的二级水处理站。确定是集中建 设站房,还是分别建设二级水处 理站,这是必须明确的原则。采取分散式原则,相对每座 水处理站功能简单、站房和管道 布置便利、运行维护方便;总的 占地面积大但每座二级水处理站 的占地面积小。采用集中式原则 设置集中统一的循环水处理站, 特别是大型工业循环水处理站, 水处理站功能复杂、站房和管道 布置较难,但集中运行,便于 统一管理;总的占地面积相对节 约,但是以单座站房而言

13、,占地 面积较大。从投资上来分析,两 者相差不大。在 进 行 总 体 布 置 时 , 有 一 点必须注意,循环水处理站总体 布置不仅要从水处理站内部进 行分析,还必须与全厂的统一规 划相一致。在全厂总图规划中, 如果有一整块面积较大的用地, 可以优先考虑建设统一的循环水 处理站;如果总图规划中无法提 供整块面积较大的用地,则应该 采取分散的原则,根据不同的循 环水系统建设多个二级循环水处 理站。图 1的大型工业循环水处 理站采用的是集中式布置方式。 另一种是分散式布置方式,内设 3座循环水处理站,每座水处理 站都拥有自己独立的道路和进出 口。2、总平面布置在进行工业循环水处理站的 总平面布置设

14、计时,通常可以采 取经验法和汇图法。所 谓 经 验 法 , 就 是 参 照 相 关行业以往类似工程的数据和资 料,对即将开展的项目的工业循 环水处理站进行总平面布置。本 文不做重点介绍。所谓汇图法,就是根据所选 常规水处理工艺流程、循环水处 理规模、已经确定的总平面布置 原则,通过对水处理中占地面积 最大最主要的几个构筑物、建筑 物或水处理设备进行放样,绘制 出一张简单的水处理平面布置简图 1工业循环水处理站平面布置图图。(1 单个循环水处理工艺平 面布置简图敞开式工业净循环水处理 从前文所展示的流程来看, 敞开式工业净循环水处理主要的 构筑物、建筑物或水处理设备包 括冷却塔、冷却塔下冷水池、

15、循 环水泵场以及附属用房等。冷 却塔的占地面积根据所处理的水 量及水质可以计算确定也可以由 选型获得,冷却塔一般为多台布 置,其下为冷水池。由此,可以 基本确定冷却塔、冷水池的平面 尺寸。循环水泵场一般紧贴塔水 池设置,循环水泵场长度方向与 冷却塔、冷水池一致,平面尺寸 可选择与冷却塔相同,泵场的宽 度方向按 1015m计,循环水量 大的泵场宽度尺寸选大值,循环水量小的泵场宽度尺寸选小值。附属用房包括加药间、值班室、电气室等,其面积和平面尺寸可按常规确定。在 上 述 参 数 均 确 定 的 情 况下,敞开式工业净循环水处理的平面布置简图便可完成。图 2为典型的敞开式工业净循环水处理平面布置。浊

16、循环水处理浊 循 环 水 处 理 主 要 的 构 筑物、建筑物或水处理设备包括冷却塔、冷却塔下水池、循环水泵场、沉淀池以及附属用房等。冷却塔、冷却塔下水池、循环水泵场、以及附属用房等的确定方法基本与敞开式工业净循环水处理相同。但循环水泵场要注意,由于浊循环水处理有沉淀池,因此 它的循环水泵场有送用户的浊循 环给水泵,也有将沉淀池中水送 上冷却塔的水泵。冷却塔下水池 也包括了冷水池和热水池。 在 浊 循 环 水 处 理 系 统 中 主 要考虑的对象是沉淀池。浊循环 水处理沉淀池形式有平流式沉淀 池、辐流式沉淀池、斜板沉淀池 等。因此,先要根据水处理工艺 流程确定沉淀池的形式,然后根 据相关的水力

17、负荷计算,确定基 本的沉淀池平面尺寸。通常情况下,简单的浊循环 水处理的平面布置方式有两种, 一是将冷却塔、冷却塔下水池、 循环水泵场可集中设在一起,其 旁侧可设置沉淀池;二是将冷 却塔、冷却塔下水池、循环水泵 场、沉淀池、附属用房等呈一字 形设置。图 3为一般浊循环水处 理平面布置。污泥处理循环水处理站污泥处理的建 筑物和构筑物包括污泥调节池、 浓缩池、泵场及污泥脱水机房。 污泥泵可设置在浓缩池边、架高 浓缩池下或是在脱水机房内,因 此在污泥处理的平面布置中,主 要考虑的对象是污泥调节池、浓 缩池和污泥脱水机房。图 4 是常见的污泥处理平面 图 2敞开式净循环水处理平面布置简图67水工业市场

18、 2011年第1期68COMMUNION 经验交流水工业市场 2011年第1期布置简图。污泥处理因占地面积较小, 且污泥处理一般不独立设置,因 此可按浊循环水处理占地面积的 30%50%设置。(2 多种循环水处理工艺的 组合水处理流程单一的循环水处 理站总平面布置容易获得,关键 的是要进行多种循环水处理工艺 组合时的总平面布置。在进行多种循环水处理工艺 组合时的总平面布置,首先要明 确,水处理站是统一的,但各系 统的设备布置一般仍是相对独立 的,所谓的独立不是地理位置的 绝对分离,而是指系统、功能的 分离。多种循环水处理工艺组合 时的总平面布置,不是简单的将 几个系统进行叠加,相同或类似 的设备也可以集中放置在一起, 以节省占地。以图 5为例做分析。图 5的 工业循环水处理站其实分为净循 环、浊循环和污泥处理系统三部 分。浊循环包括粗颗粒分离器、 辐流式沉淀池、冷却塔、泵房,3座辐流式沉淀池和粗颗粒分离 器呈品字形布置在图 5上方;浊 循环冷却塔与净循环水泵以及冷 却塔下冷热水池等集中设置在 一起,设在图 5中央;浊循环水 泵、净循环水泵集中设置在一 起,在图 5下方设置水泵房。