水泥廠房設(shè)計怎樣才能最大化節(jié)水？

來源：建筑設(shè)計 瀏覽：- 發(fā)布日期：2016-12-01 17:11:50

國務(wù)院辦公廳曾于2004年4月8日下發(fā)了《關(guān)于開展資源節(jié)約活動的通知》的30號文件，要求在全國范圍內(nèi)組織開展資源節(jié)約活動，全面推進能源、原材料、水等資源節(jié)約和綜合利用工作。其中明確了一些具體指標，如萬元GDP的能耗下降5%，萬元GDP的取水量下降10%，水的重復(fù)利用率提高5個百分點等。2010年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部出臺了《民用建筑節(jié)水設(shè)計標準》(GB 50555—2010)，使我國在建筑節(jié)水領(lǐng)域有章可循，為建設(shè)節(jié)水型社會提供了技術(shù)上的保證。另今天的“節(jié)水”概念已不再是傳統(tǒng)意義上的節(jié)約用水、減少用水量這一基本范疇，而是指在滿足使用要求、不降低人們的生活質(zhì)量、不影響工業(yè)企業(yè)正常生產(chǎn)和不影響給排水系統(tǒng)正常運行的前提下，如何加強管理，依靠科技進步，采取先進的技術(shù)措施，提高水資源的利用率，減少無用耗水量。本文以華潤集團某5000t/d 熟料水泥生產(chǎn)線(以下簡稱“本項目”)為例，結(jié)合多年從事建筑改造工作的經(jīng)驗，就其給水系統(tǒng)的選擇、節(jié)水器具和器材的使用、以及雨污水的回收利用等方面的節(jié)水設(shè)計作一介紹。

1、給水系統(tǒng)的選擇

水泥工廠的用水按使用性質(zhì)可以分為生產(chǎn)用水、生活用水及消防用水。其中，生產(chǎn)用水包括全部生產(chǎn)和輔助生產(chǎn)各部分的用水，如：機械設(shè)備、篦式冷卻機、增濕塔、立磨噴霧等用水，其中機械設(shè)備的冷卻水可以循環(huán)利用，其它用水均為消耗水;生活用水包括廠區(qū)生活用水(即車間內(nèi)生活用水)，居住區(qū)生活用水，澆灑道路和場地用水，沖洗汽車用水，公共建筑生活用水，中央化驗室用水等。

根據(jù)上述用水的性質(zhì)，水泥工廠的給水系統(tǒng)一般分為循環(huán)給水系統(tǒng)、生產(chǎn)給水系統(tǒng)、生活給水系統(tǒng)及消防給水系統(tǒng)，通常水泥工廠的生產(chǎn)、生活及消防給水系統(tǒng)可合并為一個給水系統(tǒng)。本項目的給水系統(tǒng)就設(shè)計了循環(huán)給水系統(tǒng)和生產(chǎn)、生活及消防合并的兩個給水系統(tǒng)。

1.1 循環(huán)給水系統(tǒng)

水泥工廠中，機械設(shè)備的冷卻水除了溫度略有升高外，沒有受到別的污染，因此冷卻水可以循環(huán)利用。循環(huán)給水系統(tǒng)包含循環(huán)水池及泵房、從泵房供給各車間設(shè)備冷卻用水的配水管、以及設(shè)備冷卻出水口至循環(huán)水池及泵房的回水管。通常，根據(jù)循環(huán)利用的方式，循環(huán)給水系統(tǒng)有重力回流和壓力回流兩種，如圖1和圖2。

圖1重力回流的循環(huán)給水系統(tǒng)中，循環(huán)水池分為熱水池和冷水池，循環(huán)給水泵將冷水池中的水提升，供給各車間設(shè)備冷卻用水，經(jīng)過設(shè)備冷卻后的水溫度有所升高，然后依靠重力回流至熱水池，經(jīng)熱水泵提升至冷卻塔，冷卻后自流進入冷水池循環(huán)使用。在此過程中，回流管路系統(tǒng)為開式，導致蒸發(fā)、散失及漏損的水量較大，約占循環(huán)總水量的10%左右，且較易受到污染。

圖2壓力回流的循環(huán)給水系統(tǒng)中，循環(huán)給水泵將循環(huán)水池中的水提升，供給各車間設(shè)備冷卻用水，經(jīng)設(shè)備冷卻后的水利用余壓直接引至冷卻塔，冷卻后自流進循環(huán)水池循環(huán)使用。在此過程中，回流管路系統(tǒng)為閉式，系統(tǒng)蒸發(fā)、散失的水量主要出現(xiàn)在冷卻塔冷卻的過程中，僅占循環(huán)總水量的3%~5%，且水質(zhì)較穩(wěn)定，不易受到污染。

對于本項目而言，其循環(huán)水量為600m³/h，如果采用重力回流方式回流，蒸發(fā)、散失及漏損的水量約60m³/h，如果采用壓力回流方式回流，蒸發(fā)、散失及漏損的水量最多不超過30m³/h，采用壓力回流方式比采用重力回流方式少損失了30m³/h，即每天就能節(jié)約720m³水量。同時，壓力回流的循環(huán)給水系統(tǒng)還省去了熱水池和熱水的提升泵，降低了投資費用和設(shè)備運行費用。因此，在實際設(shè)計中，我們采用了壓力回流方式。該工程投入運行后，從實際效果來看，循環(huán)給水系統(tǒng)調(diào)試方便，運行安全、穩(wěn)定、可靠，且實際補水量比預(yù)計的更小，不到25m³/h。

由此可見，壓力回流方式無論是節(jié)水、還是投資運行方面都明顯優(yōu)于重力回流方式，在無特定要求的情況下，壓力回流方式應(yīng)該是我們設(shè)計中的首選。

1.2 生產(chǎn)、生活及消防給水系統(tǒng)

如前所述，這一給水系統(tǒng)主要供給水泥生產(chǎn)線的生產(chǎn)消耗用水、生活用水、消防用水及循環(huán)系統(tǒng)的補充用水;對有余熱發(fā)電系統(tǒng)的生產(chǎn)線，余熱發(fā)電系統(tǒng)循環(huán)冷卻水的補充水也由這一給水系統(tǒng)供給。

本項目的這一給水系統(tǒng)設(shè)有清水池及泵房?？紤]生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)消耗用水(篦式冷卻機、增濕塔、立磨噴霧等)的水量會隨著生產(chǎn)設(shè)備的工況而波動，生產(chǎn)輔助車間及公共建筑的生活用水量也隨用水時段的變化而不均勻，因此清水泵采用了變頻調(diào)速恒壓控制。這樣，用水量較小時，不會因為水壓過大而浪費水量，同時也避免了大馬拉小車的現(xiàn)象，節(jié)省了能源。從系統(tǒng)實際運行的情況來看，這樣的系統(tǒng)加配套的變頻調(diào)速恒壓控制更節(jié)水。據(jù)不完全統(tǒng)計，早期沒有采用這種供水模式的 5 000 t/d 規(guī)模生產(chǎn)線，其平均每噸產(chǎn)品的耗水量約0.5m³，而本項目平均每噸產(chǎn)品的耗水量僅約0.3m³，節(jié)水約達40%。目前，在海螺、冀東等大型水泥生產(chǎn)企業(yè)的眾多生產(chǎn)線，也都采用了這種供水模式。

2、節(jié)水器具和器材的使用

近年來，節(jié)水型用水器具及器材已在民用建筑設(shè)計中得到廣泛推廣和普及，如公共場所衛(wèi)生間洗手盆采用的感應(yīng)式或延時自閉式水嘴，洗臉盆等衛(wèi)生器具采用的陶瓷片等密封性能良好耐用的水嘴，給水管道設(shè)置計量水表等。同樣，節(jié)水型用水器具及器材在工業(yè)企業(yè)工程設(shè)計中也得到了推廣和應(yīng)用，如計量設(shè)施和液位控制技術(shù)等的使用。本項目的給水系統(tǒng)中就使用了上下液位控制閥、液位計、電磁流量計、水表、水流指示器，溫度計、壓力表等便于監(jiān)控用水情況的器具及器材。

2.1 上下液位控制閥與液位計的配套使用

以往循環(huán)水池的補水量依靠浮球閥或人工啟閉的閥門來控制。老式浮球閥的浮球體積較大，材質(zhì)有塑料的，也有鐵殼銅芯的，這種浮球閥安裝在水池內(nèi)，易損壞，工作不可靠，且維修不方便，浮球閥失靈時，就會源源不斷的向水池內(nèi)補水，池中水位超過設(shè)定的高水位到達溢流水位時，就開始溢流，導致水量的巨大浪費。而人工啟閉的閥門，對人工巡檢的要求更高，當發(fā)現(xiàn)水池開始溢流時，則需立刻關(guān)閉補水管上的閥門，否則就會造成水資源的浪費，而實際上，人工控制很難及時到位，故而，常常會造成水資源的浪費。在本項目的循環(huán)水池及泵房中，其循環(huán)水池補水管上設(shè)計采用了上下液位控制閥與液位計配套使用的方案。這種方案的工作原理是：補水管上安裝上下液位控制閥，先在水池設(shè)定一個最高水位和一個最低水位，在水位上升達到設(shè)定的最高水位時，閥門關(guān)閉;在水位下降達到設(shè)定的最低水位時，閥門開啟。另外，水池設(shè)有液位計，并配套有在控制室顯示的水位連續(xù)顯示裝置。這樣配套，可有效防止因進水管上閥門故障、水池長時間溢流排水而造成的水量損失，且上下液位控制閥主閥體安裝在水池外，可靠性高，使用壽命長，維修方便。該工程設(shè)有兩個循環(huán)水池，根據(jù)循環(huán)系統(tǒng)的補水量，每個循環(huán)水池的補水管上均設(shè)有1個DN150的上下液位控制閥。

另本項目的清水池、增濕塔噴水用調(diào)節(jié)水箱等也設(shè)有液位計及配套的水位連續(xù)顯示裝置，并設(shè)有高低水位、消防水位報警裝置。這些措施可以有效防止因進水管上閥門故障，水池或水箱長時間溢流排水，而造成的水量損失。

2.2 計量設(shè)施

通過計量來觀察用水是否有異常，是否有管網(wǎng)漏損等現(xiàn)象，是日常工程中常用的一種節(jié)水方法，尤其對于缺水地區(qū)。本項目也不例外，在其循環(huán)水池及泵房、清水池及泵房的給水泵總出水管上均設(shè)有電磁流量計[分別為 HQ971 型 DN250(1 臺)和HQ971型 DN300(2臺)及HQ971型 DN400(1臺)]進行計量，信號傳至控制室，在控制室通過觀察電磁流量計的流量變化，可以及時發(fā)現(xiàn)是否有管網(wǎng)漏損等現(xiàn)象發(fā)生，使水量損失降到最低。

另外，對于生產(chǎn)車間，每個車間的設(shè)備冷卻水進水管上均設(shè)有計量水表，全線共設(shè)有計量水表42只，型號有LXS-15，LXS-20，LXS-25，LXS-32，LXS-40，LXLC-50，LXLC-65，LXLC-80，LXLC-100，LX?LC-150。同時給水管上還設(shè)有壓力表，循環(huán)回水管設(shè)有水流指示器和溫度計，通過調(diào)節(jié)進出水管上的閥門，使通過設(shè)備的冷卻水量達到設(shè)備要求的額定冷卻水量，從而保證整個循環(huán)系統(tǒng)的水量平衡。這樣既滿足了生產(chǎn)用水的需要，也節(jié)省了水量。對于生產(chǎn)輔助車間、民用建筑，其衛(wèi)生間均采用節(jié)水型衛(wèi)生潔具及配水件，如采用延時自閉式?jīng)_洗閥小便器、大便器等，并且在每個建筑物的引入管上分別設(shè)有計量水表。

3、雨污水的回收利用

3.1 污、廢水的回收利用

水資源是人類生產(chǎn)生活的最關(guān)鍵資源，可是如今，生態(tài)環(huán)境遭到嚴重破壞，水體污染嚴重，水資源的保護和水污染的治理成為現(xiàn)代社會最關(guān)注的問題。實現(xiàn)污、廢水的零排放技術(shù)是目前水泥廠治理污染、保護水資源和提高水使用效率的有效方法。本項目設(shè)計中，就實現(xiàn)了污、廢水的全部回收利用和零排放，見圖3。

本項目熟料水泥生產(chǎn)線，每天產(chǎn)生的污、廢水量約為120m³/d，這部分污、廢水先經(jīng)過WSZ-5T/H型二級生化污水處理設(shè)備處理后進入中間調(diào)節(jié)池，在中間調(diào)節(jié)池加藥反應(yīng)后提升至石英砂過濾器及活性炭過濾器，過濾后進入中水池，經(jīng)消毒后即可回用。這部分污水經(jīng)過深度處理后達到《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920—2002)標準，即為再生水，也即中水，用于供給廠區(qū)綠化及澆灑道路用水。這樣，用于廠區(qū)綠化及澆灑道路的新鮮水量可節(jié)省120m3/d。中水除用于廠區(qū)綠化及澆灑道路，在水泥生產(chǎn)線中還得到了更廣泛的應(yīng)用。如：冀東某水泥生產(chǎn)線將中水用于原煤卸車坑噴霧降塵;西安某水泥生產(chǎn)線將中水用于篦式冷卻機、增濕塔、立磨噴霧等等。中水的這些延伸利用，既實現(xiàn)了污、廢水資源化，節(jié)約用水;又實現(xiàn)了污、廢水零排放，治理了污染，保護了環(huán)境。

3.2 雨水的回收利用

隨著雨水利用的推廣，近年，部分工程對初期雨水進行了回收、處理及利用，實現(xiàn)了雨水的資源化，節(jié)約用水，也可修復(fù)水與生態(tài)環(huán)境。如某水泥粉磨工程設(shè)置了初期雨水收集系統(tǒng)。該工程占地面積約10HM²，計算所得初期雨水調(diào)蓄池的有效容積約為450m³，這部分雨水經(jīng)沉淀處理過后，可回收利用于澆灑道路及綠化用水，這樣可以節(jié)省部分用于澆灑道路及綠化的新鮮水量。另外，雨季的初期雨水也可在收集池暫存，收集池起到了調(diào)蓄作用。

4、結(jié)語

(1)隨著水泥生產(chǎn)工藝技術(shù)從過去的立窯、濕法窯、濕磨干燒生產(chǎn)線，到現(xiàn)在的新型干法生產(chǎn)工藝的改進與提高，單位產(chǎn)品可循環(huán)利用的水量增加了，生產(chǎn)消耗的水量降低了。另外，有原水處理設(shè)施的工程，原水處理產(chǎn)生的反沖洗排水、排泥等，都可以經(jīng)過處理后回收利用。

(2)在目前的新型干法生產(chǎn)線上，其節(jié)水技術(shù)、節(jié)水措施和節(jié)水設(shè)施在不斷更新和提高，從而使單位產(chǎn)品的耗水量得到了逐步的降低，另已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)污、廢水的零排放和雨水的回收利用，因此環(huán)境效益也得到了進一步提升。

(3)我國是一個中度缺水的國家。據(jù)統(tǒng)計，我國目前缺水總量估計為400億m³，每年受旱面積200萬~260萬km²，影響糧食產(chǎn)量150億~200億kg，影響工業(yè)產(chǎn)值2000多億元。全國還有7000萬人飲水困難，而缺水對環(huán)境和人的身心健康都有著嚴重的影響。因此，節(jié)水措施是工程技術(shù)人員在工程設(shè)計、建設(shè)中應(yīng)該考慮的重要問題。