水泥廠房設(shè)計(jì)怎樣才能最大化節(jié)水？

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

國(guó)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(dòng)的通知》的30號(hào)文件，要求在全國(guó)范圍內(nèi)組織開展資源節(jié)約活動(dòng)，全面推進(jìn)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(biāo)，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(gè)百分點(diǎn)等。2010年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部出臺(tái)了《民用建筑節(jié)水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50555—2010)，使我國(guó)在建筑節(jié)水領(lǐng)域有章可循，為建設(shè)節(jié)水型社會(huì)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(yùn)行的前提下，如何加強(qiáng)管理，依靠科技進(jìn)步，采取先進(jìn)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(rùn)集團(tuán)某5000t/d 熟料水泥生產(chǎn)線(以下簡(jiǎn)稱“本項(xiàng)目”)為例，結(jié)合多年從事建筑改造工作的經(jīng)驗(yàn)，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(jì)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(jī)械設(shè)備、篦式冷卻機(jī)、增濕塔、立磨噴霧等用水，其中機(jī)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(chǎng)地用水，沖洗汽車用水，公共建筑生活用水，中央化驗(yàn)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(gè)給水系統(tǒng)。本項(xiàng)目的給水系統(tǒng)就設(shè)計(jì)了循環(huán)給水系統(tǒng)和生產(chǎn)、生活及消防合并的兩個(gè)給水系統(tǒng)。

1.1 循環(huán)給水系統(tǒng)

水泥工廠中，機(jī)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(jìn)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(dǎo)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(jìn)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(duì)于本項(xiàng)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(shí)，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(fèi)用和設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用。因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們采用了壓力回流方式。該工程投入運(yùn)行后，從實(shí)際效果來看，循環(huán)給水系統(tǒng)調(diào)試方便，運(yùn)行安全、穩(wěn)定、可靠，且實(shí)際補(bǔ)水量比預(yù)計(jì)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(yùn)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?cè)O(shè)計(jì)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(bǔ)充用水;對(duì)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(bǔ)充水也由這一給水系統(tǒng)供給。

本項(xiàng)目的這一給水系統(tǒng)設(shè)有清水池及泵房。考慮生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)消耗用水(篦式冷卻機(jī)、增濕塔、立磨噴霧等)的水量會(huì)隨著生產(chǎn)設(shè)備的工況而波動(dòng)，生產(chǎn)輔助車間及公共建筑的生活用水量也隨用水時(shí)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(shí)，不會(huì)因?yàn)樗畨哼^大而浪費(fèi)水量，同時(shí)也避免了大馬拉小車的現(xiàn)象，節(jié)省了能源。從系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)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(jì)，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(xiàng)目平均每噸產(chǎn)品的耗水量?jī)H約0.3m³，節(jié)水約達(dá)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(jì)中得到廣泛推廣和普及，如公共場(chǎng)所衛(wèi)生間洗手盆采用的感應(yīng)式或延時(shí)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(jì)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(jì)中也得到了推廣和應(yīng)用，如計(jì)量設(shè)施和液位控制技術(shù)等的使用。本項(xiàng)目的給水系統(tǒng)中就使用了上下液位控制閥、液位計(jì)、電磁流量計(jì)、水表、水流指示器，溫度計(jì)、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(jì)的配套使用

以往循環(huán)水池的補(bǔ)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(shí)，就會(huì)源源不斷的向水池內(nèi)補(bǔ)水，池中水位超過設(shè)定的高水位到達(dá)溢流水位時(shí)，就開始溢流，導(dǎo)致水量的巨大浪費(fèi)。而人工啟閉的閥門，對(duì)人工巡檢的要求更高，當(dāng)發(fā)現(xiàn)水池開始溢流時(shí)，則需立刻關(guān)閉補(bǔ)水管上的閥門，否則就會(huì)造成水資源的浪費(fèi)，而實(shí)際上，人工控制很難及時(shí)到位，故而，常常會(huì)造成水資源的浪費(fèi)。在本項(xiàng)目的循環(huán)水池及泵房中，其循環(huán)水池補(bǔ)水管上設(shè)計(jì)采用了上下液位控制閥與液位計(jì)配套使用的方案。這種方案的工作原理是：補(bǔ)水管上安裝上下液位控制閥，先在水池設(shè)定一個(gè)最高水位和一個(gè)最低水位，在水位上升達(dá)到設(shè)定的最高水位時(shí)，閥門關(guān)閉;在水位下降達(dá)到設(shè)定的最低水位時(shí)，閥門開啟。另外，水池設(shè)有液位計(jì)，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(jìn)水管上閥門故障、水池長(zhǎng)時(shí)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(zhǎng)，維修方便。該工程設(shè)有兩個(gè)循環(huán)水池，根據(jù)循環(huán)系統(tǒng)的補(bǔ)水量，每個(gè)循環(huán)水池的補(bǔ)水管上均設(shè)有1個(gè)DN150的上下液位控制閥。

另本項(xiàng)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(jì)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(bào)警裝置。這些措施可以有效防止因進(jìn)水管上閥門故障，水池或水箱長(zhǎng)時(shí)間溢流排水，而造成的水量損失。

2.2 計(jì)量設(shè)施

通過計(jì)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(duì)于缺水地區(qū)。本項(xiàng)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(jì)[分別為 HQ971 型 DN250(1 臺(tái))和HQ971型 DN300(2臺(tái))及HQ971型 DN400(1臺(tái))]進(jìn)行計(jì)量，信號(hào)傳至控制室，在控制室通過觀察電磁流量計(jì)的流量變化，可以及時(shí)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(duì)于生產(chǎn)車間，每個(gè)車間的設(shè)備冷卻水進(jìn)水管上均設(shè)有計(jì)量水表，全線共設(shè)有計(jì)量水表42只，型號(hào)有LXS-15，LXS-20，LXS-25，LXS-32，LXS-40，LXLC-50，LXLC-65，LXLC-80，LXLC-100，LX?LC-150。同時(shí)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(jì)，通過調(diào)節(jié)進(jìn)出水管上的閥門，使通過設(shè)備的冷卻水量達(dá)到設(shè)備要求的額定冷卻水量，從而保證整個(gè)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(duì)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(shí)自閉式?jīng)_洗閥小便器、大便器等，并且在每個(gè)建筑物的引入管上分別設(shè)有計(jì)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(yán)重破壞，水體污染嚴(yán)重，水資源的保護(hù)和水污染的治理成為現(xiàn)代社會(huì)最關(guān)注的問題。實(shí)現(xiàn)污、廢水的零排放技術(shù)是目前水泥廠治理污染、保護(hù)水資源和提高水使用效率的有效方法。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，就實(shí)現(xiàn)了污、廢水的全部回收利用和零排放，見圖3。

本項(xiàng)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(jí)生化污水處理設(shè)備處理后進(jìn)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(jìn)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(dá)到《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920—2002)標(biāo)準(zhǔn)，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(jī)、增濕塔、立磨噴霧等等。中水的這些延伸利用，既實(shí)現(xiàn)了污、廢水資源化，節(jié)約用水;又實(shí)現(xiàn)了污、廢水零排放，治理了污染，保護(hù)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(duì)初期雨水進(jìn)行了回收、處理及利用，實(shí)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(jì)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(jìn)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(jìn)一步提升。

(3)我國(guó)是一個(gè)中度缺水的國(guó)家。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)目前缺水總量估計(jì)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(guó)還有7000萬人飲水困難，而缺水對(duì)環(huán)境和人的身心健康都有著嚴(yán)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(jì)、建設(shè)中應(yīng)該考慮的重要問題。