水泥廠房設計怎樣才能最大化節水？

來源：建筑設計 瀏覽：- 發布日期：2016-12-01 17:11:50

國務院辦公廳曾于2004年4月8日下發了《關于開展資源節約活動的通知》的30號文件，要求在全國范圍內組織開展資源節約活動，全面推進能源、原材料、水等資源節約和綜合利用工作。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%，水的重復利用率提高5個百分點等。2010年，住房和城鄉建設部出臺了《民用建筑節水設計標準》(GB 50555—2010)，使我國在建筑節水領域有章可循，為建設節水型社會提供了技術上的保證。另今天的“節水”概念已不再是傳統意義上的節約用水、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量、不影響工業企業正常生產和不影響給排水系統正常運行的前提下，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 熟料水泥生產線(以下簡稱“本項目”)為例，結合多年從事建筑改造工作的經驗，就其給水系統的選擇、節水器具和器材的使用、以及雨污水的回收利用等方面的節水設計作一介紹。

1、給水系統的選擇

水泥工廠的用水按使用性質可以分為生產用水、生活用水及消防用水。其中，生產用水包括全部生產和輔助生產各部分的用水，如：機械設備、篦式冷卻機、增濕塔、立磨噴霧等用水，其中機械設備的冷卻水可以循環利用，其它用水均為消耗水;生活用水包括廠區生活用水(即車間內生活用水)，居住區生活用水，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。

根據上述用水的性質，水泥工廠的給水系統一般分為循環給水系統、生產給水系統、生活給水系統及消防給水系統，通常水泥工廠的生產、生活及消防給水系統可合并為一個給水系統。本項目的給水系統就設計了循環給水系統和生產、生活及消防合并的兩個給水系統。

1.1 循環給水系統

水泥工廠中，機械設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利用。循環給水系統包含循環水池及泵房、從泵房供給各車間設備冷卻用水的配水管、以及設備冷卻出水口至循環水池及泵房的回水管。通常，根據循環利用的方式，循環給水系統有重力回流和壓力回流兩種，如圖1和圖2。

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

圖2壓力回流的循環給水系統中，循環給水泵將循環水池中的水提升，供給各車間設備冷卻用水，經設備冷卻后的水利用余壓直接引至冷卻塔，冷卻后自流進循環水池循環使用。在此過程中，回流管路系統為閉式，系統蒸發、散失的水量主要出現在冷卻塔冷卻的過程中，僅占循環總水量的3%~5%，且水質較穩定，不易受到污染。

對于本項目而言，其循環水量為600m³/h，如果采用重力回流方式回流，蒸發、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、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，即每天就能節約720m³水量。同時，壓力回流的循環給水系統還省去了熱水池和熱水的提升泵，降低了投資費用和設備運行費用。因此，在實際設計中，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，循環給水系統調試方便，運行安全、穩定、可靠，且實際補水量比預計的更小，不到25m³/h。

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

1.2 生產、生活及消防給水系統

如前所述，這一給水系統主要供給水泥生產線的生產消耗用水、生活用水、消防用水及循環系統的補充用水;對有余熱發電系統的生產線，余熱發電系統循環冷卻水的補充水也由這一給水系統供給。

本項目的這一給水系統設有清水池及泵房。考慮生產過程中，生產消耗用水(篦式冷卻機、增濕塔、立磨噴霧等)的水量會隨著生產設備的工況而波動，生產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象，節省了能源。從系統實際運行的情況來看，這樣的系統加配套的變頻調速恒壓控制更節水。據不完全統計，早期沒有采用這種供水模式的 5 000 t/d 規模生產線，其平均每噸產品的耗水量約0.5m³，而本項目平均每噸產品的耗水量僅約0.3m³，節水約達40%。目前，在海螺、冀東等大型水泥生產企業的眾多生產線，也都采用了這種供水模式。

2、節水器具和器材的使用

近年來，節水型用水器具及器材已在民用建筑設計中得到廣泛推廣和普及，如公共場所衛生間洗手盆采用的感應式或延時自閉式水嘴，洗臉盆等衛生器具采用的陶瓷片等密封性能良好耐用的水嘴，給水管道設置計量水表等。同樣，節水型用水器具及器材在工業企業工程設計中也得到了推廣和應用，如計量設施和液位控制技術等的使用。本項目的給水系統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，材質有塑料的，也有鐵殼銅芯的，這種浮球閥安裝在水池內，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補水，池中水位超過設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，當發現水池開始溢流時，則需立刻關閉補水管上的閥門，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。在本項目的循環水池及泵房中，其循環水池補水管上設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，先在水池設定一個最高水位和一個最低水位，在水位上升達到設定的最高水位時，閥門關閉;在水位下降達到設定的最低水位時，閥門開啟。另外，水池設有液位計，并配套有在控制室顯示的水位連續顯示裝置。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。該工程設有兩個循環水池，根據循環系統的補水量，每個循環水池的補水管上均設有1個DN150的上下液位控制閥。

另本項目的清水池、增濕塔噴水用調節水箱等也設有液位計及配套的水位連續顯示裝置，并設有高低水位、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 計量設施

通過計量來觀察用水是否有異常，是否有管網漏損等現象，是日常工程中常用的一種節水方法，尤其對于缺水地區。本項目也不例外，在其循環水池及泵房、清水池及泵房的給水泵總出水管上均設有電磁流量計[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，可以及時發現是否有管網漏損等現象發生，使水量損失降到最低。

另外，對于生產車間，每個車間的設備冷卻水進水管上均設有計量水表，全線共設有計量水表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。同時給水管上還設有壓力表，循環回水管設有水流指示器和溫度計，通過調節進出水管上的閥門，使通過設備的冷卻水量達到設備要求的額定冷卻水量，從而保證整個循環系統的水量平衡。這樣既滿足了生產用水的需要，也節省了水量。對于生產輔助車間、民用建筑，其衛生間均采用節水型衛生潔具及配水件，如采用延時自閉式沖洗閥小便器、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

水資源是人類生產生活的最關鍵資源，可是如今，生態環境遭到嚴重破壞，水體污染嚴重，水資源的保護和水污染的治理成為現代社會最關注的問題。實現污、廢水的零排放技術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。本項目設計中，就實現了污、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線，每天產生的污、廢水量約為120m³/d，這部分污、廢水先經過WSZ-5T/H型二級生化污水處理設備處理后進入中間調節池，在中間調節池加藥反應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，經消毒后即可回用。這部分污水經過深度處理后達到《城市污水再生利用 城市雜用水水質》(GB/T 18920—2002)標準，即為再生水，也即中水，用于供給廠區綠化及澆灑道路用水。這樣，用于廠區綠化及澆灑道路的新鮮水量可節省120m3/d。中水除用于廠區綠化及澆灑道路，在水泥生產線中還得到了更廣泛的應用。如：冀東某水泥生產線將中水用于原煤卸車坑噴霧降塵;西安某水泥生產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，既實現了污、廢水資源化，節約用水;又實現了污、廢水零排放，治理了污染，保護了環境。

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，實現了雨水的資源化，節約用水，也可修復水與生態環境。如某水泥粉磨工程設置了初期雨水收集系統。該工程占地面積約10HM²，計算所得初期雨水調蓄池的有效容積約為450m³，這部分雨水經沉淀處理過后，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，收集池起到了調蓄作用。

4、結語

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

(2)在目前的新型干法生產線上，其節水技術、節水措施和節水設施在不斷更新和提高，從而使單位產品的耗水量得到了逐步的降低，另已經能夠實現污、廢水的零排放和雨水的回收利用，因此環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。據統計，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，影響糧食產量150億~200億kg，影響工業產值2000多億元。全國還有7000萬人飲水困難，而缺水對環境和人的身心健康都有著嚴重的影響。因此，節水措施是工程技術人員在工程設計、建設中應該考慮的重要問題。