钢铁企业主要用水系统与节水技术

摘要：通过剖析钢铁企业用水系统及其主要组成，结合我国钢铁行业发展与用水变化，梳理出适合我国钢铁企业的主要节水技术，为推进国家节水行动、促进钢铁产业与水资源高效利用协调发展提供参考。

关键词：钢铁；水资源；节水技术；需水管理

钢铁工业是我国的基础产业和支柱产业，在国民经济中占有重要地位。钢铁企业生产用水过程复杂，包括主要生产设施用水、辅助生产设施用水、附属生产设施用水以及道路洒水、绿化用水等其他用水。同时，随着余热余能利用、污染治理、固废利用等各种新兴节能环保和资源化利用的生产辅助设施的不断改进，钢铁企业用水环节及工艺过程更趋复杂。另外，各钢铁企业主要产品结构各不相同，并可能随着销售市场需求而变化，也对企业用水造成一定影响。钢铁企业85%以上用水为各工序工艺设备间接与直接冷却循环水，其余为原料场抑尘洒水、烧结球团混合用水、烟气脱硫用水、焦化熄焦用水、炼铁高炉煤气除尘用水、高炉冲渣用水、炼钢转炉除尘用水、钢渣处理用水、连铸二次冷却用水等。针对钢铁行业用水量大、用水工序多、工艺复杂以及烧结脱硫及焦化等环节废水高污染等特点，严格控制钢铁行业用水总量和水污染物排污总量，提升用水效率，对于钢铁工业绿色发展具有重要意义。本文介绍了钢铁企业的主要用水系统，并结合我国钢铁行业发展与用水变化，梳理出适合我国钢铁企业的节水技术，为推进国家节水行动、促进钢铁产业与水资源高效利用协调发展提供参考。

一、钢铁工业发展及用水状况

钢铁工业建设项目用水工艺在生产过程中属生产辅助性环节，企业用水受生产规模、工序用水方式和节水技术状况等影响。总体来看，我国钢铁工业在钢产量持续上升的情况下，总用水量基本得到有效控制，见图1。

1.钢铁生产发展情况经过新中国成立初期的艰难发展，我国粗钢年产量由1949年的15.8万t发展到1965年的1223万t，突破1000万t，并于1996年达到10124万t，突破1亿t，我国成为世界最大的钢铁生产国。之后我国钢铁工业快速发展，钢产量长期保持全球第一。2014年我国粗钢产量超过8亿t，2018年超过9亿t，约占世界产量的一半。

2.钢铁工业用水状况我国钢铁工业早期多沿江而建，采用大进大出的直流用水系统。由于企业规模不大，用水问题并不突出。进入20世纪80年代后，企业规模和用水量不断增加，用水方式也逐步改为循环用水。随着资源节约保护理念不断深入，近年我国钢铁工业用水亦发生明显变化，在确保产量持续增长的同时，用水效率也全面提升。据对重点钢铁企业不完全统计，1996—2000年，我国钢铁工业取水量由38.52亿m3降至21.05亿m3，年均递减6.4%，吨钢取水量由38.1m3降至29.6m3，年均递减11.8%，水重复利用率由82.3%提高到87.3%。2001—2005年，取水量由21.05亿m3增至30.59亿m3，年均递增9.8%，吨钢取水量由18.3m3降至8.7m3，年均递减17.0%，水重复利用率由89.3%提高到94.0%。2006—2010年，我国钢铁工业逐步推广污水回用措施，取水量由28.8亿m3降至26.2亿m3，年均递减2.3%；吨钢取水量由6.86m3降至4.11m3，年均递减12.0%，水重复利用率由95.4%提高到97.3%。2015年和2018年，取水量分别为28.4亿m3、27.0亿m3，平均吨钢取水量分别降至3.53m3、2.91m3。尽管如此，我国钢铁工业用水指标在地区之间、企业之间仍差距明显，钢铁产能过度集中在缺水地区。同时，钢铁企业因规模、工艺等差异导致吨钢用水量相差悬殊。2018年部分钢铁企业调研数据显示，吨钢取水量低于3.5m3的企业占20%，高于4.2m3的企业占18.2%。其中，南方地区吨钢取水量4.22m3，北方地区吨钢取水量3.05m3，二者相差1.17m3；在南方地区，长三角地区吨钢取水量3.81m3，其他地区4.14m3，相差0.33m3；在北方地区，京津冀地区吨钢取水量2.41m3，其他地区3.66m3。

二、钢铁企业主要用水系统

钢铁行业是以钢铁冶炼及压延加工为主要生产活动的工业产业，通常以含铁金属矿石、废钢铁、炼焦煤为原料，主要包括原料场、焦炉炼焦、用焙烧装置生产人造块矿（烧结或球团）、高炉炼铁、转炉和电炉炼钢连铸、热轧和冷轧轧机轧制以及能源介质供应、物流输送、制氧和热电等生产环节，是一个复杂而庞大的生产体系，对应的用水过程亦是一个复杂庞大的体系。

1.原料场原料场主要用水包括除尘洒水、洗车冲洗、车间地坪冲洗、道路洒水等用水，可优先利用雨水、回用废水和浓盐水；对于料场抑尘用水，料条两侧宜设排水沟并设置调节水池和洒水泵，以便洒水和冲洗水重复利用；进出料场道口设洗车设备，汽车冲洗水应循环使用；料场区域初期雨排水应收集处理回收利用。

2.烧结球团烧结工序主要用水包括混合机添加水、工艺设备和余热利用设施冷却水、烟气脱硫脱硝用水、转运站及通廊地坪洒水等。其中，冷却水可循环使用，混合机添加水可优先采用回用水，混合用水亦可采用回用水。球团工序主要用水包括造球加水、工艺设备和余热利用设施冷却水、烟气脱硫脱硝用水、湿球磨矿用水等。烧结设备冷却水冷却后循环使用。

3.焦化焦化工序主要用水环节有煤气上升管水封盖水封、熄焦、除尘、设备冷却、煤气净化、化工产品回收和精制等。其中湿熄焦用水经沉淀处理后循环使用，煤调湿、煤气净化、干熄焦、制冷机、干熄焦发电等设备冷却水冷却后循环使用。焦化厂化工产品回收和精制区域雨水收集处理利用，焦化废水经生化处理和深度处理后回用。

4.炼铁炼铁工序主要用水包括高炉炉体冷却壁、炉底水冷管、风口各套、热风炉阀门、各液压站设备、各种大型风机、TRT等冷却壁冷却用水，以及高炉冲渣、煤气清洗、铸铁块冷却等用水。设备冷却水采用闭路循环或开路循环用水，高炉炉体冷却壁、热风炉阀门、风口大中套、炉底冷却水管等可考虑采取并联和串级用水，煤气清洗用水经沉淀处理后循环使用，高炉冲渣水经处理后循环使用，冲渣过程中产生的水蒸气集中收集利用。

5.炼钢炼钢工序主要用水环节有转炉氧枪和副枪冷却、炉体冷却、烟道冷却、转炉烟气洗涤、钢渣粒化等，电炉炉体冷却、变压器冷却、烟道冷却、钢渣粒化等，连铸设备冷却、结晶器冷却、二冷段冷却等。设备冷却水采用闭路循环或开路循环用水，转炉烟气洗涤用水经沉淀处理后循环使用，连铸二冷段冷却水经沉淀过滤处理后循环使用。

6.轧钢生产棒线材和型钢主要用水包括加热炉、高压除鳞、液压润滑等设备冷却用水，轧辊和轧制产品直接冷却用水以及冲渣用水等，板带轧制还需要层流冷却用水。加热炉烟道可采用汽化冷却或水冷方式，水冷烟道冷却用水冷却后循环使用。高压除鳞用水直接循环使用，直接冷却用水经除油沉淀处理后循环使用，层流冷却用水经沉淀过滤后循环使用。冷轧废水经物化处理和深度处理后回用。7.生产辅助钢铁企业配套的生产辅助设施包括氧气站、空压站和煤气加压站以及余热余能发电设施等，其设备冷却用水分别经冷却后循环使用。

三、钢铁企业主要节水技术

钢铁企业主要节水技术包括干熄焦、高炉煤气干式除尘、转炉烟气干式除尘等“三干”技术，汽化冷却技术和空冷技术等工艺节水技术；冷却水和清洗用水等循环用水技术、梯级用水和串级用水等水再利用节水技术；废污水再生利用，雨水、海水、中水和矿井水利用等非常规水源替代技术；水系统集约化、智慧化管控技术等。由于用水系统涉及复杂水网络及不同水处理工艺，实际中应针对企业不同生产工序合理选择节水技术。

1.原料场在原料场合理布置喷洒、加湿等作业用水的管网、喷头，采用新型节水喷头，各用水点设置用水计量设施，实施智能分区控制，可利用满足要求的回用水作水源。原料场设收集、贮存雨水设施并对雨水回收利用。原料场底部设渗水层，收集地表渗透水，减少废水渗漏对地下水的污染。

2.烧结球团合理控制烧结和球团混合料含水率，降低物料吸附损失水量。精矿粉、燃料、溶剂等加湿混匀工艺用水可采用回用水。设备冷却用水经冷却降温后循环使用。烧结球团主要采用干式除尘，对局部产生粉尘点加湿降尘时可采用回用水。

3.焦化熄焦可采用干熄焦和新型低水熄焦等节水技术。湿熄焦系统可采用低质废水。焦炉装煤、出焦及干熄焦烟气的冷却可采用风冷。装煤、出焦、干熄焦的烟尘治理采用干式除尘技术。焦化生产工艺介质可进行余热利用，并采用循环冷却水冷却。焦化循环水系统主要包括煤气净化循环水系统、制冷设施循环水系统、干熄焦发电循环水系统等。焦化废水深度处理后回用。

4.炼铁高炉煤气净化可采用干法除尘技术。有高炉煤气湿法除尘水沉淀处理后循环使用。高炉炉渣粒化用水循环使用，可补充低质废水和回用水。设冷凝塔对炉渣粒化产生的蒸汽进行冷却，回收冷凝水。高炉煤气透平余压发电机和煤气管道均会产生凝结水，可将其回收，经处理后接入煤气清洗循环水系统，也可直接由焦化废水处理设施处理。高炉炉体可采用下区、上区联合（串联）供水等分区冷却供水方式。高炉炉体、热风炉等高热负荷设备采用间冷闭式循环水系统补充软水或除盐水。循环使用高炉炉龄后期炉壳洒水。高炉鼓风机可采用冷却水用量低的电动鼓风机。采用汽动鼓风机时，汽轮机冷却水循环使用。铸铁机冷却水循环使用。

5.炼钢转炉一次烟尘净化可采用干法电除尘净化技术，也可采用湿法除尘技术。转炉、电炉烟道冷却可采用汽化冷却技术。转炉氧枪、电炉变压器、连铸结晶器可采用间冷闭式循环水系统，补充软水或除盐水。其他设备冷却用水循环使用。蒸汽喷射真空泵冷凝器冷却水可沉淀过滤处理后循环使用。连铸二冷段采用高效气雾喷头，冷却用水经沉淀过滤后循环使用。转炉渣水淬用水循环使用，可补充低质废水和回用水。

6.轧钢热轧带钢精轧机的废气净化采用干式过滤净化系统。冷轧轧机、平整机的乳化液废气净化采用干式不锈钢过滤网净化系统。加热炉炉底水梁和立柱冷却可采用汽化冷却技术。冷轧水淬冷却装置采用双水淬槽逆行串联冷却技术。轧机、轧辊、轧材冷却用水经处理后循环使用。钢板及带钢轧后冷却用水可采用水泵和水箱联合供水，冷却水循环使用。冷轧罩式退火炉采用波纹内罩水喷淋冷却技术。冷轧各机组的含酸碱废气净化用水循环使用。冷轧含油、酸碱废水深度处理后回用。

7.生产辅助氧气站、空压站、煤气加压站的冷却均为间接冷却，可采用循环水系统。

8.冷却水处理间冷闭式循环水系统可减少水的蒸发、渗漏、排污等损失，节约软化水、除盐水等。高温烟气和炽热的铸坯、轧材等的冷却使用直冷循环水系统，循环回水通常含有铁皮、粉尘、油等，应根据回水水质适当处理后循环使用。热轧板带层流冷却水系统或淬火冷却水系统回水中含有的油、氧化铁皮等杂质数量较少，将部分循环回水简单处理后即可循环使用。直冷循环水系统在设有旋流池及其提升泵、平流池及其提升泵（或化学除油器、稀土磁盘、一体化高效污水处理装置等其他形式的处理构筑物）等多环节处理设施时，应合理优化联络管网系统和水量平衡方案。

9.化水处理化水处理后道工序的反冲洗排水水质较好，可作为前道工序的水源或冲洗用水。膜法处理可充分利用余热对原水加热，降低原水黏度，增加产水量。通过离子交换处理或膜法处理制备软化水、除盐水，排放浓盐废水回收直接用于高炉冲渣串级利用。除盐水制备一般采用“一级超滤+两级反渗透”或“一级超滤+一级反渗透”流程处理。二级反渗透排出的浓盐水可作为一级反渗透进水。

10.废水回用采用雨污分流系统，收集生活污水、生产废水和初期雨水处理利用。其中，生活污水有机物含量较高，应单独处理。同时，单独设置低质废水系统收集浓含盐废水，尽量将浓含盐废水浓缩减量后回收利用，也可提质分盐处理资源化利用。浓含盐废水包括软化水、除盐水制备车间离子交换工艺产生的再生废水或膜反渗透工艺产生的浓含盐废水，以及废水处理站采用膜深度处理时产生的浓含盐废水。生产废水和初期雨水收集送至废水处理厂集中处理后利用，为有效监控盐水排放，各工序区域生产废水应加压输送，并设置计量设施。

11.供用水输送采用管道或暗渠（隧洞）输送水源时应采取防污染和防渗漏的措施。对局部水压要求较高的特殊用水户可在用户内部单独加压供给。可对供水管网实施智能检测渗漏技术措施。

四、结语

①钢铁生产工序和主要用水系统复杂。一般钢铁生产工序包括原料场、烧结和球团、焦化、炼铁、炼钢连铸、轧钢和辅助生产。主要用水环节包括焦化用水系统、炼铁用水系统、炼钢连铸用水系统和轧钢用水系统。②应加大推广钢铁行业节水力度。钢铁行业节水技术是钢铁工业节水的重要措施，通过收集整理钢铁行业主要节水技术并分析不同技术要点，为节水技术推广提供参考。③钢铁工业建设项目应加强节水设施的设计、施工和验收，并制定相关节水标准，开展节水设施实施核查和后评估工作，通过强化监督管理，推进钢铁行业节水减排。

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作者：王小军 程继军 王海东 单位：南京水利科学研究院