钢铁企业焦化工序用水系统分析及节水代水研究

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现代钢铁联合企业中,焦化工序是钢铁企业节水减排的重点环节,其新水消耗量在所有工序中排第三位,废水产生量排第二位,而废水中诸如COD、氨氮、酚和氰等主要污染物的排放量分别占整个钢铁企业总排放量的43.68%、93.68%、87.87%和85.65%,因此,焦化工序的节水减排势在必行!  目前,针对湿法熄焦和直排水系统耗水排水严重的干熄焦技术和串级供水技术的研究与应用已近成熟,其节水效果也初见成效;而针对荒煤气冷却用水、化产生产用水(蒸汽)的研究却很少,这也恰恰是生产用水和废水产生的主要流程;另外对占焦化工序用水量80%以上的循环水系统浓缩倍数过低导致系统大量补新水的问题也一直没有得到解决。基于此,本文围绕化产生产及循环水系统的节水减排开展了相关的理论和应用研究。  首先,通过调研对焦化工序用水及废水排放进行了系统分析,建立了焦化工序的水流图。通过对水流图分析表明:(1)生产用水(蒸汽)的绝大部分消耗在荒煤气净化和化产回收及精制过程,如果回收荒煤气的显热并代替水蒸汽用于化产回收及精制工序,这将是减少生产用水和生产废水产生的有效途径。(2)国内焦化厂循环水系统的浓缩倍数普遍在2以下是直接导致循环水系统大量补充新水根本原因。因此,提高焦化工序循环水系统浓缩倍数并采用中水回用可以实现循环水系统的节水。  其次,提出了用高温分离式热管回收荒煤气显热的导热油集成工艺,即用热管回收荒煤气450℃以上的显热并加热导热油,为化产工序各用热设备提供热量并通过热循环泵形成密闭循环系统,由PLC自动控制系统调节和控制整个系统的温度、流量、压力。结果表明:(1)此集成工艺不仅实现了荒煤气显热的高效回收,而且减少了大量的新水(蒸汽)消耗和污水产生,是节能和节水的典型工艺。(2)用热管回收荒煤气450℃以上的高温段显热有效的解决了焦油的粘结问题。(3)以某大型钢企焦化厂为例,应用此集成工艺每年可减少蒸汽的消耗量为73万t,同时减少相应量的新水73万t,另外由于导热油蒸氨实现无蒸汽蒸氨后减少年污水产生量37万t,年直接经济效益达到了9067.8万元。  最后,通过对焦化工序循环水系统浓缩倍数和中水回用的研究,得到如下结论:(1)循环水系统浓缩倍数的合理值应在4~6之间,小于4时企业首先应考虑提高浓缩倍数来达到节水目的;当浓缩倍数达到4~6后,企业的节水方向应该是采用中水回用技术来进一步提高用水水平,而不是盲目的再次提高浓缩倍数。(2)不论系统浓缩倍数和水循环率的高低采用中水回用都可达到节水目的,但随着浓缩倍数的提高中水回用的节水效果将更加明显,因此系统浓缩倍数提高到合理值后再采用中水回用是最好的选择,可同时实现工序内部节水的最大化和外部新水补充的最小化。(3)用水的资源效率γ作为用水评价指标比浓缩倍数、水的循环率更加合理有效。(4)以该焦化厂为例,当循环水系统的浓缩倍数从原来的1.88提高到5的基础上再采用中水回用技术,当回用比为0.5时,吨焦新水消耗由原来的1.577m3/t降到了0.467m3/t焦,年节新水830万t。
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