余压过滤系统在工业循环水系统中的应用

金亚飚

(宝钢工程技术集团有限公司，上海 201900)

余压过滤系统在工业循环水系统中的应用

金亚飚

(宝钢工程技术集团有限公司，上海 201900)

砂过滤器是一种传统而高效的水处理设备，广泛应用于钢铁企业循环水系统。目前钢铁企业最常用的砂滤器是高速或中速砂过滤器。本文结合新型浅层砂过滤器的应用，对余压过滤系统技术（余压全滤、余压旁滤）应用于钢铁企业循环水系统进行了分析，并对具体的设计方法进行了详细的介绍，可供实际生产和工程建设参考。

钢铁企业;循环水;余压;旁滤;全滤;节能

钢铁企业是用水大户，炼铁、炼钢、连铸、轧钢、制氧、自备电厂等单元均有循环冷却水系统，工业循环冷却水系统如同主工艺生产的生命线，对于正常的生产和维护设备的安全起着至关重要的作用。

按循环水介质分类，通常可分为以下几类：纯水（或软水）循环水处理系统、工业净循环水处理系统、浊循环水处理系统。按循环水系统中的循环水是否与空气接触，又可以分为密闭式和敞开式循环水系统。

大型钢铁企业工业单元循环冷却水系统能耗极高，用电负荷少则几百千瓦，多至数千甚至上万千瓦的电量。在循环冷却水系统中采取技术措施，节约能耗，对于整个钢铁企业的节能减排有着积极的意义。

本文对工业循环冷却水当前常用的砂过滤系统进行了分析，探讨了余压过滤系统在循环冷却水系统中应用的意义和具体方法。

1 砂过滤器在工业循环冷却水系统中的应用

砂过滤器常用于开路净循环水系统作旁滤或是用于开路浊循环水系统拦截水中的氧化铁皮等悬浮物颗粒从而净化浊循环水质，目前最常用的砂滤器是高速或中速砂过滤器。

1.1 砂滤器在敞开式工业净循环水处理系统中的应用

1.1.1 敞开式工业净循环水处理系统工艺

工业净循环水系统常用于炼铁、炼钢、连铸、轧钢、制氧冷轧等单元工艺设备的间接冷却及作为板式换热器的冷媒水。工业净循环水系统为敞开式系统。

工业净循环水系统常用的工艺流程为：

水处理站循环供水泵出水→自清洗过滤器→工艺设备→冷却塔→冷水池→水处理站循环供水泵吸水。

板式换热器冷媒水出水（温度升高）→冷却塔→冷水池→板式换热器循环供水泵→自清洗过滤器→板式换热器冷媒水进水。

工业净循环水处理系统设旁滤处理设施，使循环水的SS稳定在设计值以下。

砂滤器常作用于旁滤过滤器，应用于工业净循环水处理系统。

1.1.2 砂滤器应用于敞开式工业净循环水处理系统旁滤工艺流程

砂滤器作为敞开式工业净循环水的旁滤，其主要工艺流程为：旁滤供水泵从净循环冷水池内吸水，加压送砂滤器，滤后水回水至冷水池；砂滤器为气水反冲洗，须配置旁滤反冲洗水泵、低压空压机（或以全厂压缩空气减压后为气源），旁滤反冲洗水泵从净循环冷水池内吸水，加压后冲洗砂滤器，反洗废水排放后处理或回用。旁滤系统工艺流程见图1。

图1 旁滤系统工艺流程图

1.2 砂滤器在敞开式浊循环水处理系统中的应用

1.2.1 敞开式工业浊循环水处理系统工艺

浊循环水系统常用于炼铁、炼钢、连铸、热轧等单元的煤气清洗、冲渣、火焰切割、喷雾冷却、淬火冷却、精炼除尘等。

浊循环水系统常用的工艺流程如下：

（1）煤气清洗浊循环水

废水→高架流槽→粗颗粒分离器→辐流式沉淀池→热水池→冷却塔→冷水池→回水至用户。

（2）冲渣浊循环水

冲渣水→铁皮沟→旋流池→平流沉淀池（带撇油装置）→高速过滤器→冷却塔→冷水池→回水至用户。

（3）淬火冷却浊循环水

用户回水→铁皮沟→热水池→部分水过滤→部分水上冷却塔→冷水池→与未冷却、过滤的水混合→回水至用户。

（4）火焰切割与喷雾冷却浊循环水

用户回水→铁皮沟→旋流池→平流沉淀池（带撇油装置）或化学除油沉淀器→热水池→冷却塔→冷水池→高速过滤器→回水至用户。

（5）精炼除尘浊循环水

用户回水→热井罐或热水池→混合池→反应池→平流沉淀池（或斜板沉淀池）→热水池→冷却塔→冷水池→回水至用户。

浊循环水处理的主要对象是氧化铁皮SS以及进入浊循环水体的油，因此浊循环冷却水处理系统工艺的主要机理便是混凝、沉淀、除油、冷却、过滤等。砂滤器在浊循环水中常做全滤用，用于去除水中的氧化铁皮SS。

1.2.2 砂滤器应用于敞开式浊循环水处理系统全滤工艺流程

砂滤器作为敞开式浊循环水的全滤，其主要工艺流程为：水泵从回水池、沉淀池、热水池等构筑物吸水井内吸水，加压送砂滤器，滤后水上冷却塔或其它后续处理构筑物；砂滤器为气水反冲洗，须配置旁滤反冲洗水泵、低压空压机（或以全厂压缩空气减压后为气源），旁滤反冲洗水泵从净循环冷水池内吸水，加压后冲洗砂滤器，反洗废水排放后处理或回用。图2为以冷却塔作为后续处理构筑物的浊循环过滤系统工艺流程图。

图2 浊循环过滤系统工艺流程图

1.3 砂滤器应用于工业循环冷却水系统能耗分析

旁滤系统的能耗包括过滤供水泵电耗、旁滤反冲洗水泵电耗、低压空压机电耗（也可考虑为压缩空气的能耗）。

过滤供水泵的电耗主要取决于供水泵的水量和砂滤器所需要的水压。过滤供水泵的水量又取决于砂滤器的滤速和砂滤器的滤水面积，高速砂滤器的滤速为40m/h，中速砂滤器的滤速为20m/h。砂滤器最大进水压力为0.4MPa。

过滤反冲洗水泵电耗和鼓风机电耗（也可考虑为压缩空气的能耗）主要取决于反洗水强度、反洗水压力、反洗空气强度、反洗空气压力等。砂滤器反洗水强度在数值上大致与滤速相当，高速砂滤器的反洗强度为40m3/m2·h，中速砂滤器的滤速为20m3/m2·h。反洗水压力为0.15MPa。砂滤器反洗空气强度为15m3/m2·h，反洗空气压力为0.07MPa。

对于过滤系统而言，反洗时间较短，相对于整个过滤周期而言较小，因此旁滤系统的能耗主要指供水泵的电耗。

2 余压过滤系统技术分析

从上述常规的敞开式工业净循环水、浊循环水砂滤器的应用可以看出，砂滤器的使用一般须采用额外的能源或是电耗，过滤供水泵、反洗水泵、低压空压机（或是压缩空气）均须消耗能量。所谓余压过滤系统技术，就是在尽量使用循环水系统现有循环水能量的前提下，采用系统内富余的压力水头来进行水的过滤处理，既可满足水处理工艺的要求，又能有效节约能源。余压旁滤系统工艺流程见图3。

图3 余压旁滤系统工艺流程图

2.1 净循环余压旁滤技术

净循环余压旁滤技术是将旁滤过滤器直接并联在净循环水系统的回水总管上，按照1%～5%的流量抽取部分净循环水进行旁滤，旁滤出水回至冷却塔下冷水池。

按此方案实施，由于是从设备冷却回水管上抽取部分旁滤水，因此对于设备冷却用水没有任何影响；利用设备冷却回水的余压，无需设置专门的旁滤泵和旁滤反冲洗给水泵，可节省设备投资和运行维护成本；1%～5%的冷却回水没有经过冷却塔冷却，但在冷水池中可以和经过冷却塔冷却的循环水充分混合，另外这些热负荷针对整个循环水系统而言也是可以承受的。

以某氧气站工程净循环旁滤系统为例，进行具体分析如下。

某氧气站工程工业净循环水总循环水量约11,250m3/h，系统供水压力为0.4M～0.5MPa，系统回水压力为0.2M～0.3MPa，旁滤系统水量按照750m3/h，以全厂压缩空气为气源。采用常规旁滤系统，旁滤系统主要设备配置见下表。采用余压旁滤，则至少可节省132kW的电耗。

旁滤系统设备配置表

2.2 浊循环余压全滤技术

在钢铁企业浊循环水系统中，常有车间内的用户压力回水至水处理站的情况，如精炼的RH、VD、VOD等，常以车间内热井压力流出水送至车间外水处理，浊循环水系统也常有将热水池、沉淀池中的出水加压送后续冷却塔等后续构筑物的。

浊循环余压全滤技术就是要充分在这些循环冷却水系统本身所需的压力段上设置过滤器，利用系统内压力进行砂滤，从而起到节能的效果。

精炼水处理中常有使用平流沉淀池或斜板沉淀池的，采用该种工艺，势必会造成车间内热井压力回水的泄压，从而造成能源的浪费。采用余压全滤技术，就是要完全采用砂滤器取代沉淀池，其水处理工艺流程为：用户回水→热井罐或热水池→砂滤器→冷却塔→冷水池→回水至用户。

以某RH工程浊循环系统为例，进行具体分析如下：

某RH工程工业浊循环水水量约1200m3/h，循环水处理站系统供水压力约0.7M～0.8MPa，车间内系统回水压力约0.3M～0.4MPa。采用沉淀池系统，其工艺流程为：用户回水→热井罐或热水池→混合池→反应池→平流沉淀池（或斜板沉淀池）→热水池→冷却塔→冷水池→回水至用户。系统须配置从热水池到冷却塔的热水泵，共3台，2用1备，单台水泵用电为75kW。

如能实现余压全滤，则至少可节省150kW的电耗。

3 新型浅层砂过滤器在工业循环冷却水系统中的应用

在具体应用净循环余压旁滤和浊循环余压全滤技术时，还会面临传统高速、中速砂滤器反洗耗水量大，须配置外接反冲洗水源和气源，设备体积大导致布置困难等问题，因此余压过滤系统技术在应用时，还须与新型砂滤器设备紧密结合在一起。

3.1 浅层砂过滤器设备

浅层砂过滤器设备是由多个标准罐体根据所需过滤流量组和而成，为均质砂滤，采用压力形式，以全自动方式运行。系统中的过滤器或过滤罐按顺序反洗，每次只反洗一个，其余过滤器或过滤罐继续正常过滤。过滤器反洗采用水反洗，由过滤器系统本身提供反洗水源，无需外接水源。过滤器壳体采用碳钢材质或复合材料，碳钢罐体内壁做防腐处理并做外壳涂装。单个罐体尺寸较小，有卧式罐和立式罐之分。

浅层砂过滤器的进水要求一般仅为0.15MPa左右，远小于常用高速或中速砂滤器的进水压力要求；滤速最高可达50～60m/h，也高于常用的高速或中速砂滤器；滤料厚度通常不超过900mm，远小于常用的高速或中速砂滤器。因此，无论从进水压力、滤速或是滤层厚度分析，浅层砂过滤器设备的性能均优于现有的高速或中速砂滤器。

另外，浅层砂过滤器设备具有以下特点：1）反冲效率高，反冲时间短，反冲洗时节水（反冲用水量是传统砂滤器的30%左右）；2）安装方便，不需任何起重装置；3）系统占地面积小，可以根据实际用地情况灵活设计过滤单元的排列；4）系统重量轻，不需要特别的地基，一般水泥地面即可。

3.2 浅层砂过滤器设备的应用

在余压过滤系统中采用新型浅层砂过滤器作为净循环旁滤或是在精炼除尘设施浊循环水处理做全滤，既可节约水耗，设备的布置也较为简单。过滤器可直接布置在泵场地坪或冷却塔水池的顶部，使得余压过滤系统显得更为简洁，便于运行和管理。

4 小结

余压过滤系统技术是在充分考虑利用循环水系统水头余压的基础上设计的。余压过滤系统无须设置专有的过滤给水泵和反冲洗水泵，具有系统简单、节省设备投资、节省能耗、节省运行维护成本等特点，具有较大的推广和应用价值。

金亚飚.钢铁企业工业循环冷却水系统的节能设计探讨[J].冶金能源，2009，28（1）：49-53.

Application of Surplus Pressure Filter System in Industry Circulating Water System

JIN Ya-biao
(Baosteel Engineering &Technolgy Group Co., Ltd, Shanghai 201900, China)

Sand filter is typical and efficient water treatment equipment. It is widely applied in the circulating water system in iron & steel works. Sand filter is used for bypass filter in open indirect water cooling system or removing iron oxide scales in open direct water cooling system. In iron & steel works, the common filter is rapid speed filter or medium speed filter. The common filter process is as follows: The water is pumped from tank through filters to the next water treatment process. By the currently filter process, energy consumption is high and water consumption is a large sun. The back washing pump and compressed air should be supplied. Using the extra energy of the circulating water system for filter, no application of filter pumps and back washing pumps is needed; it can be named the surplus pressure filter system technology. It can reduce the water equipment and running cost. And it is also significant for energy saving. In line with new type sand filter’s application, the surplus pressure filter system’s technology is discussed and analyzed. And the detail design methods are introduced. It also can be used for reference in the engineering and daily production.

iron & steel works; circular water; surplus pressure; bypass filter; total filter; energy saving

X703

A

1006-5377（2011）07-0043-04