轉(zhuǎn)爐煉鋼煙氣除塵污水處理實(shí)踐

[摘要] 轉(zhuǎn)爐除塵水具有高硬度、高懸浮物、高pH值等水質(zhì)特點(diǎn)。循環(huán)使用過程中，如水中含有大量的結(jié)垢物質(zhì)會(huì)給除塵設(shè)備造成嚴(yán)重的堵塞，影響煉鋼廠正常生產(chǎn)。文章介紹了碳酸鈉軟化法及選擇復(fù)合配方水質(zhì)穩(wěn)定劑處理轉(zhuǎn)爐煉鋼除塵水的運(yùn)用效果。實(shí)踐證明，此法能解決煉鋼除塵水系統(tǒng)結(jié)垢問題。

[關(guān)鍵詞] 轉(zhuǎn)爐除塵水 水質(zhì) 碳酸鈉 絮凝劑

三安鋼鐵有限公司位于福建省安溪縣湖頭鎮(zhèn)境內(nèi)，是我省第二大鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)。目前有60m²燒結(jié)機(jī)2臺(tái)，380m³高爐2座，30t轉(zhuǎn)爐2座，年產(chǎn)120萬t鋼，轉(zhuǎn)爐除塵污水量達(dá)到720t/h。轉(zhuǎn)爐煙氣除塵污水含有大量的氧化鐵皮等雜質(zhì)，懸浮物含量達(dá)10000mg/L，硬度達(dá)200mg/L，pH值達(dá)10.5以上，且在每個(gè)冶煉周期不同時(shí)間段變化很大。另外由于煉鋼時(shí)需投加石灰作為造渣料，大量的石灰粉塵隨煙氣進(jìn)入除塵水中，使之具有高pH值、高懸浮物、高硬度的特點(diǎn)。如果轉(zhuǎn)爐煙氣除塵污水不經(jīng)處理直接排放，不僅浪費(fèi)大量的水資源，而且會(huì)對(duì)環(huán)境和水體造成嚴(yán)重污染。因此對(duì)轉(zhuǎn)爐煙氣除塵污水進(jìn)行處理后，可循環(huán)使用，但因其水質(zhì)特點(diǎn)，易在除塵設(shè)備中產(chǎn)生結(jié)垢，影響生產(chǎn)正常的進(jìn)行。

1 存在的問題

2006年5月開始，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煉鋼1號(hào)爐、2號(hào)爐除塵設(shè)備內(nèi)一文水平煙道、二文過濾網(wǎng)堵塞頻繁，二文煙道喉口表面附著一層厚度為20～30mm的硬垢，結(jié)垢嚴(yán)重，造成轉(zhuǎn)爐煉鋼煙氣不能被風(fēng)機(jī)抽走，直接影響到轉(zhuǎn)爐煉鋼廠正常生產(chǎn)。對(duì)垢樣進(jìn)行分析：CaO: 47.5％，MgO: 3.1％，F(xiàn)e2O₃: 1.57％。2006年1月至6月轉(zhuǎn)爐煙氣除塵污水水質(zhì)分析結(jié)果見表1。

通過水質(zhì)分析結(jié)果，計(jì)算出Ryznar穩(wěn)定指數(shù)R.S.L。

R.S.L=2pHs-pH

式中，pH—水的實(shí)測(cè)pH值；pHs—水在碳酸鈣飽和平衡時(shí)的pH值。

pHs=(9.3+A+B)-(C+D)

式中，A—總?cè)芙夤腆w系數(shù)；B—溫度系數(shù)；C—鈣硬度系數(shù)；D——總堿度系數(shù)。

計(jì)算得出，Ryznar穩(wěn)定指數(shù)R.S.L平均為3.6，屬于嚴(yán)重結(jié)垢型水質(zhì)。由于煉鋼過程中要加入造渣劑石灰，部分石灰粉末被煙氣帶走，洗滌時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)生成Ca(OH)₂，使循環(huán)水中硬度大幅度升高，煉鋼吹煉產(chǎn)生的煙氣含有18％～30％的CO₂氣體，與水接觸，部分溶解于水中，形成CaCO₃沉淀，因此Ca²⁺是結(jié)垢的主要原因。

當(dāng)水循環(huán)使用時(shí)，水中Ca²⁺逐步增加。在高熱負(fù)荷區(qū)(一文、二文、噴嘴處等)，由于水的急劇汽化，極易產(chǎn)生鹽濃縮結(jié)垢現(xiàn)象。要解決這一問題，只有盡可能去除水中鈣離子。另外，轉(zhuǎn)爐煙氣除塵污水還有高懸浮物的特點(diǎn)，因此降低除塵污水中懸浮物的含量及硬度，是保證除塵設(shè)備安全運(yùn)行的關(guān)鍵。

2 轉(zhuǎn)爐煙氣除塵污水處理

2.1 粗顆粒的預(yù)處理

轉(zhuǎn)爐污水經(jīng)高架流槽進(jìn)入粗顆粒分離池，其停留時(shí)間為0.3h，可以去除約10％60μm以上的粗顆粒，這樣可以降低后序二次沉淀負(fù)荷量，減少設(shè)備磨損，管道堵塞。

2.2 磁凝聚與藥凝聚復(fù)合去除懸浮物

轉(zhuǎn)爐除塵污水中含塵顆粒粒徑較小，懸浮物含量高，其顆粒粒徑大多在1～20μm，僅靠自然沉淀的處理方法，無法達(dá)到循環(huán)水的水質(zhì)要求，必須采用絮凝方法增大懸浮物粒徑加速沉淀。

據(jù)有關(guān)資料表明，單純采用磁絮凝則存在絮體散而不緊的缺陷，而單純采用加藥絮凝無法使水中的細(xì)微顆粒形成絮凝體，且絮體經(jīng)不起強(qiáng)力攪動(dòng)，會(huì)發(fā)生解聚現(xiàn)象，一旦斷鏈難于重聚。轉(zhuǎn)爐除塵污水中鐵的氧化物約占60％，所以污水中的懸浮物也可以稱為鐵磁性懸浮物。這樣，利用磁凝聚的作用可以強(qiáng)化污水的凈化效果。其原理就是在污水經(jīng)過的途中人為增加外界磁場(chǎng)，使污水中的鐵磁性懸浮物磁化并且相互吸引加速凝聚。采用磁凝聚加藥復(fù)合工藝，凝聚體密而不散，絮凝效果較好。轉(zhuǎn)爐除塵污水中鐵的氧化物產(chǎn)生磁感應(yīng)，而離開磁場(chǎng)時(shí)又具有剩磁。因此，在斜板沉淀池前加入0.1％～0.2％的聚丙烯酰胺藥劑，促使污水中帶有磁性和非磁性的氧化物質(zhì)產(chǎn)生絮凝或凝聚作用，微粒在沉淀池中互相碰撞吸引凝結(jié)成較大的絮凝團(tuán)從而加速沉淀，提高了沉淀效果。轉(zhuǎn)爐煙氣除塵水處理工藝流程見圖1。

2.3 水質(zhì)穩(wěn)定

轉(zhuǎn)爐除塵污水處理要使水質(zhì)澄清，關(guān)鍵是要去除污水中的Ca²⁺和Mg²⁺，保持水質(zhì)穩(wěn)定。轉(zhuǎn)爐冶煉過程中加入的石灰塵粒隨煙氣氣流帶入濕式除塵凈化系統(tǒng)，石灰遇水變成Ca(OH)₂。煙氣中存在的大量CO₂溶于水中，可發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：

CaO+H₂0→Ca(OH)₂

Ca(OH)₂→Ca²⁺+20H^-

CO₂+OH-→HC0₃^-

HC0₃^-+OH-→CO₃^2-+H₂0

C0₃^2-+Ca²⁺→CaC0₃↓

轉(zhuǎn)爐除塵污水水質(zhì)穩(wěn)定的關(guān)鍵條件是系統(tǒng)中要有適量的CO₃^2-，與不斷溶入水系統(tǒng)的Ca²⁺反應(yīng)生成CaCO₃沉淀，同時(shí)系統(tǒng)中又要有適量的OH-，在洗滌過程中與煙氣中的CO₂生成CO₃^2-，補(bǔ)充與Ca²⁺結(jié)合生成CaCO₃的消耗。實(shí)踐中采取一次性投加足量的Na₂CO₃，使水中的Ca²⁺濃度下降，然后加入適量鈉鹽補(bǔ)充損失的Na+，其阻垢機(jī)理如下：

Ca(OH)₂+ Na₂CO₃→CaC0₃↓+2NaOH

2NaOH+CO₂→Na₂CO₃+H₂0

Na₂CO₃作為緩沖溶液起到中介作用，既能去除溶于水中的Ca²⁺以降低硬度，又能吸收煙氣中的CO₂實(shí)現(xiàn)再生而循環(huán)利用。關(guān)鍵是系統(tǒng)必須保持密閉，不得外排而破壞平衡。另一方面針對(duì)轉(zhuǎn)爐除塵污水系統(tǒng)高pH值、高硬度、易結(jié)垢的特點(diǎn)，定量加入HL-9O₃有機(jī)磷類緩蝕阻垢劑，與Ca²⁺生成穩(wěn)定的絡(luò)合物，并使垢層晶格發(fā)生畸變，起到復(fù)合藥劑阻垢的協(xié)同效應(yīng)。轉(zhuǎn)爐除塵污水系統(tǒng)按照碳酸鈉軟化法及水質(zhì)穩(wěn)定處理，較好地解決了除塵系統(tǒng)快速結(jié)垢的問題。采用此法后，除塵水質(zhì)明顯改善。表2是2007年2月至8月轉(zhuǎn)爐除塵污水水質(zhì)控制情況。

從表2可以看出，水中碳酸鹽堿度的控制是碳酸鈉軟化法成功與否的關(guān)鍵。實(shí)際運(yùn)行中控制總堿度≥500mg/L，其中M堿度-P堿度在150mg/L以上，保證水中硬度≤50mg/L，系統(tǒng)可不產(chǎn)生結(jié)垢。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，對(duì)水處理運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)整：

(1)當(dāng)水中P堿度-M堿度時(shí)，說明水中CO₃^2-含量為零，此時(shí)必須投加碳酸鈉；

(2)當(dāng)水中2倍的P堿度小于M堿度或P堿度=0時(shí)，水中堿度主要以碳酸氫根為主要形式存在，此時(shí)水中鈣、鎂與碳酸氫根形成碳酸氫鈣、碳酸氫鎂，其溶解度大，不易沉淀而去除，此時(shí)加入一定的液堿，可以去除這部分硬度，同時(shí)可以去除水中非碳酸鹽硬度；

(3)當(dāng)水中硬度大于30mg/L且有上升趨勢(shì)時(shí)，考慮投加碳酸鈉；

(4)當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)有泄漏，補(bǔ)充水量增大時(shí)，考慮投加碳酸鈉。

3 效果

3.1 2007年2月轉(zhuǎn)爐除塵污水系統(tǒng)采用碳酸鈉軟化法，在實(shí)際運(yùn)行中控制總堿度≥500mg/L，其中M堿度-P堿度在150mg/L以上，保證水中硬度≤50mg/L，另外經(jīng)處理后水中懸浮物控制在80mg/L以下，系統(tǒng)基本不產(chǎn)生結(jié)垢。

3.2 經(jīng)過幾個(gè)月的實(shí)踐證明，采用碳酸鈉軟化法較好地解決了系統(tǒng)快速結(jié)垢的問題。在轉(zhuǎn)爐定修時(shí)檢查噴嘴、煙道喉口等處，均未有結(jié)垢現(xiàn)象的發(fā)生，確保了轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 周本省. 工業(yè)水處理技術(shù)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 1996.