国务院办公厅曾于2004年4月8日下发了《关于开展资源节约活动的通知》的30号文件,要求在全国范围内组织开展资源节约活动,全面推进能源、原材料、水等资源节约和综合利用工作。其中明确了一些具体指标,如万元GDP的能耗下降5%,万元GDP的取水量下降10%,水的重复利用率提高5个百分点等。2010年,住房和城乡建设部出台了《民用建筑节水设计标准》(GB 50555—2010),使我国在建筑节水领域有章可循,为建设节水型社会提供了技术上的保证。另今天的“节水”概念已不再是传统意义上的节约用水、减少用水量这一基本范畴,而是指在满足使用要求、不降低人们的生活质量、不影响工业企业正常生产和不影响给排水系统正常运行的前提下,如何加强管理,依靠科技进步,采取先进的技术措施,提高水资源的利用率,减少无用耗水量。本文以华润集团某5000t/d 熟料水泥生产线(以下简称“本项目”)为例,结合多年从事水泥厂给排水设计工作的经验,就其给水系统的选择、节水器具和器材的使用、以及雨污水的回收利用等方面的节水设计作一介绍。

1、给水系统的选择

水泥工厂的用水按使用性质可以分为生产用水、生活用水及消防用水。其中,生产用水包括全部生产和辅助生产各部分的用水,如:机械设备、篦式冷却机、增湿塔、立磨喷雾等用水,其中机械设备的冷却水可以循环利用,其它用水均为消耗水;生活用水包括厂区生活用水(即车间内生活用水),居住区生活用水,浇洒道路和场地用水,冲洗汽车用水,公共建筑生活用水,中央化验室用水等。

根据上述用水的性质,水泥工厂的给水系统一般分为循环给水系统、生产给水系统、生活给水系统及消防给水系统,通常水泥工厂的生产、生活及消防给水系统可合并为一个给水系统。本项目的给水系统就设计了循环给水系统和生产、生活及消防合并的两个给水系统。

1.1 循环给水系统

水泥工厂中,机械设备的冷却水除了温度略有升高外,没有受到别的污染,因此冷却水可以循环利用。循环给水系统包含循环水池及泵房、从泵房供给各车间设备冷却用水的配水管、以及设备冷却出水口至循环水池及泵房的回水管。通常,根据循环利用的方式,循环给水系统有重力回流和压力回流两种,如图1和图2。

图1重力回流的循环给水系统中,循环水池分为热水池和冷水池,循环给水泵将冷水池中的水提升,供给各车间设备冷却用水,经过设备冷却后的水温度有所升高,然后依靠重力回流至热水池,经热水泵提升至冷却塔,冷却后自流进入冷水池循环使用。在此过程中,回流管路系统为开式,导致蒸发、散失及漏损的水量较大,约占循环总水量的10%左右,且较易受到污染。

图2压力回流的循环给水系统中,循环给水泵将循环水池中的水提升,供给各车间设备冷却用水,经设备冷却后的水利用余压直接引至冷却塔,冷却后自流进循环水池循环使用。在此过程中,回流管路系统为闭式,系统蒸发、散失的水量主要出现在冷却塔冷却的过程中,仅占循环总水量的3%~5%,且水质较稳定,不易受到污染。

对于本项目而言,其循环水量为600m³/h,如果采用重力回流方式回流,蒸发、散失及漏损的水量约60m³/h,如果采用压力回流方式回流,蒸发、散失及漏损的水量最多不超过30m³/h,采用压力回流方式比采用重力回流方式少损失了30m³/h,即每天就能节约720m³水量。同时,压力回流的循环给水系统还省去了热水池和热水的提升泵,降低了投资费用和设备运行费用。因此,在实际设计中,我们采用了压力回流方式。该工程投入运行后,从实际效果来看,循环给水系统调试方便,运行安全、稳定、可靠,且实际补水量比预计的更小,不到25m³/h。

由此可见,压力回流方式无论是节水、还是投资运行方面都明显优于重力回流方式,在无特定要求的情况下,压力回流方式应该是我们设计中的首选。

1.2 生产、生活及消防给水系统

如前所述,这一给水系统主要供给水泥生产线的生产消耗用水、生活用水、消防用水及循环系统的补充用水;对有余热发电系统的生产线,余热发电系统循环冷却水的补充水也由这一给水系统供给。

本项目的这一给水系统设有清水池及泵房。考虑生产过程中,生产消耗用水(篦式冷却机、增湿塔、立磨喷雾等)的水量会随着生产设备的工况而波动,生产辅助车间及公共建筑的生活用水量也随用水时段的变化而不均匀,因此清水泵采用了变频调速恒压控制。这样,用水量较小时,不会因为水压过大而浪费水量,同时也避免了大马拉小车的现象,节省了能源。从系统实际运行的情况来看,这样的系统加配套的变频调速恒压控制更节水。据不完全统计,早期没有采用这种供水模式的 5 000 t/d 规模生产线,其平均每吨产品的耗水量约0.5m³,而本项目平均每吨产品的耗水量仅约0.3m³,节水约达40%。目前,在海螺、冀东等大型水泥生产企业的众多生产线,也都采用了这种供水模式。

2、节水器具和器材的使用

近年来,节水型用水器具及器材已在民用建筑设计中得到广泛推广和普及,如公共场所卫生间洗手盆采用的感应式或延时自闭式水嘴,洗脸盆等卫生器具采用的陶瓷片等密封性能良好耐用的水嘴,给水管道设置计量水表等。同样,节水型用水器具及器材在工业企业工程设计中也得到了推广和应用,如计量设施和液位控制技术等的使用。本项目的给水系统中就使用了上下液位控制阀、液位计、电磁流量计、水表、水流指示器,温度计、压力表等便于监控用水情况的器具及器材。

2.1 上下液位控制阀与液位计的配套使用

以往循环水池的补水量依靠浮球阀或人工启闭的阀门来控制。老式浮球阀的浮球体积较大,材质有塑料的,也有铁壳铜芯的,这种浮球阀安装在水池内,易损坏,工作不可靠,且维修不方便,浮球阀失灵时,就会源源不断的向水池内补水,池中水位超过设定的高水位到达溢流水位时,就开始溢流,导致水量的巨大浪费。而人工启闭的阀门,对人工巡检的要求更高,当发现水池开始溢流时,则需立刻关闭补水管上的阀门,否则就会造成水资源的浪费,而实际上,人工控制很难及时到位,故而,常常会造成水资源的浪费。在本项目的循环水池及泵房中,其循环水池补水管上设计采用了上下液位控制阀与液位计配套使用的方案。这种方案的工作原理是:补水管上安装上下液位控制阀,先在水池设定一个最高水位和一个最低水位,在水位上升达到设定的最高水位时,阀门关闭;在水位下降达到设定的最低水位时,阀门开启。另外,水池设有液位计,并配套有在控制室显示的水位连续显示装置。这样配套,可有效防止因进水管上阀门故障、水池长时间溢流排水而造成的水量损失,且上下液位控制阀主阀体安装在水池外,可靠性高,使用寿命长,维修方便。该工程设有两个循环水池,根据循环系统的补水量,每个循环水池的补水管上均设有1个DN150的上下液位控制阀。

另本项目的清水池、增湿塔喷水用调节水箱等也设有液位计及配套的水位连续显示装置,并设有高低水位、消防水位报警装置。这些措施可以有效防止因进水管上阀门故障,水池或水箱长时间溢流排水,而造成的水量损失。

2.2 计量设施

通过计量来观察用水是否有异常,是否有管网漏损等现象,是日常工程中常用的一种节水方法,尤其对于缺水地区。本项目也不例外,在其循环水池及泵房、清水池及泵房的给水泵总出水管上均设有电磁流量计[分别为 HQ971 型 DN250(1 台)和HQ971型 DN300(2台)及HQ971型 DN400(1台)]进行计量,信号传至控制室,在控制室通过观察电磁流量计的流量变化,可以及时发现是否有管网漏损等现象发生,使水量损失降到最低。

另外,对于生产车间,每个车间的设备冷却水进水管上均设有计量水表,全线共设有计量水表42只,型号有LXS-15,LXS-20,LXS-25,LXS-32,LXS-40,LXLC-50,LXLC-65,LXLC-80,LXLC-100,LX⁃LC-150。同时给水管上还设有压力表,循环回水管设有水流指示器和温度计,通过调节进出水管上的阀门,使通过设备的冷却水量达到设备要求的额定冷却水量,从而保证整个循环系统的水量平衡。这样既满足了生产用水的需要,也节省了水量。对于生产辅助车间、民用建筑,其卫生间均采用节水型卫生洁具及配水件,如采用延时自闭式冲洗阀小便器、大便器等,并且在每个建筑物的引入管上分别设有计量水表。

3、雨污水的回收利用

3.1 污、废水的回收利用

水资源是人类生产生活的最关键资源,可是如今,生态环境遭到严重破坏,水体污染严重,水资源的保护和水污染的治理成为现代社会最关注的问题。实现污、废水的零排放技术是目前水泥厂治理污染、保护水资源和提高水使用效率的有效方法。本项目设计中,就实现了污、废水的全部回收利用和零排放,见图3。

本项目熟料水泥生产线,每天产生的污、废水量约为120m³/d,这部分污、废水先经过WSZ-5T/H型二级生化污水处理设备处理后进入中间调节池,在中间调节池加药反应后提升至石英砂过滤器及活性炭过滤器,过滤后进入中水池,经消毒后即可回用。这部分污水经过深度处理后达到《城市污水再生利用 城市杂用水水质》(GB/T 18920—2002)标准,即为再生水,也即中水,用于供给厂区绿化及浇洒道路用水。这样,用于厂区绿化及浇洒道路的新鲜水量可节省120m3/d。中水除用于厂区绿化及浇洒道路,在水泥生产线中还得到了更广泛的应用。如:冀东某水泥生产线将中水用于原煤卸车坑喷雾降尘;西安某水泥生产线将中水用于篦式冷却机、增湿塔、立磨喷雾等等。中水的这些延伸利用,既实现了污、废水资源化,节约用水;又实现了污、废水零排放,治理了污染,保护了环境。

3.2 雨水的回收利用

随着雨水利用的推广,近年,部分工程对初期雨水进行了回收、处理及利用,实现了雨水的资源化,节约用水,也可修复水与生态环境。如某水泥粉磨工程设置了初期雨水收集系统。该工程占地面积约10hm²,计算所得初期雨水调蓄池的有效容积约为450m³,这部分雨水经沉淀处理过后,可回收利用于浇洒道路及绿化用水,这样可以节省部分用于浇洒道路及绿化的新鲜水量。另外,雨季的初期雨水也可在收集池暂存,收集池起到了调蓄作用。

4、结语

(1)随着水泥生产工艺技术从过去的立窑、湿法窑、湿磨干烧生产线,到现在的新型干法生产工艺的改进与提高,单位产品可循环利用的水量增加了,生产消耗的水量降低了。另外,有原水处理设施的工程,原水处理产生的反冲洗排水、排泥等,都可以经过处理后回收利用。

(2)在目前的新型干法生产线上,其节水技术、节水措施和节水设施在不断更新和提高,从而使单位产品的耗水量得到了逐步的降低,另已经能够实现污、废水的零排放和雨水的回收利用,因此环境效益也得到了进一步提升。

(3)我国是一个中度缺水的国家。据统计,我国目前缺水总量估计为400亿m³,每年受旱面积200万~260万km²,影响粮食产量150亿~200亿kg,影响工业产值2000多亿元。全国还有7000万人饮水困难,而缺水对环境和人的身心健康都有着严重的影响。因此,节水措施是工程技术人员在工程设计、建设中应该考虑的重要问题。

原标题:节水措施在水泥工厂设计中的应用