高效澄清器在轉(zhuǎn)爐煙氣凈化水處理中的運(yùn)用

李 揚(yáng)

（中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司，北京 100176）

1 引言

轉(zhuǎn)爐煙氣凈化是氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼環(huán)節(jié)中的重要組成部分，由于轉(zhuǎn)爐煙氣凈化所需的循環(huán)水量在整個(gè)鋼廠的循環(huán)水系統(tǒng)中占有較大比例，因此如何快速高效的處理該部分污水，成為制約鋼廠發(fā)展的重要因素之一。

2 轉(zhuǎn)爐煙氣凈化污水特性

氧氣轉(zhuǎn)爐濕法煙氣凈化的污水特性（水質(zhì)、水溫、含塵量、煙塵密度、煙塵粒度、沉降特性）與煙氣凈化方式有關(guān)，而且隨不同冶煉周期的爐氣變化而變化。煙氣凈化系統(tǒng)中各凈化設(shè)備（一文、二文、噴淋塔等）的污水特性也有較大差異，“一文”的污水含塵量及水溫最高。

2.1 污水p H值

轉(zhuǎn)爐煙氣凈化采用未燃法，由于爐氣中的CO難溶于水，對(duì)污水的pH值影響較小，但由于冶煉時(shí)加入過(guò)量粉料石灰而使污水的pH值增高，呈堿性。

圖1為某廠30t轉(zhuǎn)爐未燃法煙氣凈化吹煉時(shí)污水pH值變化曲線。

圖1 某廠轉(zhuǎn)爐未燃法煙氣凈化吹煉時(shí)污水p H值變化曲線

0 min兌鐵水；1min時(shí)開(kāi)吹；5min時(shí)加二批料；9min時(shí)升罩；11min時(shí)停吹氧、取樣；12min時(shí)加三批料；14min時(shí)倒渣取樣。16min時(shí)降槍后吹氧30s；21min時(shí)出鋼

該資料來(lái)源于北京環(huán)境保護(hù)研究所

2.2 污水水溫

污水水溫隨冶煉過(guò)程煙氣溫度的變化而變化，不吹氧時(shí)水溫較低，吹氧時(shí)水溫急劇升高，溫升最高可升幅20℃/min。

圖2為30t轉(zhuǎn)爐未燃法煙氣凈化吹煉時(shí)循環(huán)水溫度變化曲線。

抄錄某廠《氧氣轉(zhuǎn)爐煙氣凈化系統(tǒng)測(cè)試報(bào)告》循環(huán)水無(wú)冷卻設(shè)施，噴淋塔用凈循環(huán)水

圖2 轉(zhuǎn)爐未燃法煙氣凈化吹煉時(shí)循環(huán)水溫度變化曲線

2.3 污水含塵量

當(dāng)轉(zhuǎn)爐吹煉時(shí)，在高溫下鐵的蒸發(fā)、氣流的劇烈攪拌、CO氣泡的爆裂，以及噴濺等原因，產(chǎn)生大量爐塵。一般在吹氧時(shí)爐塵量高，不吹氧時(shí)爐塵量低，其變化幅度很大。

煙氣凈化系統(tǒng)中各凈化設(shè)備（一文、二文、噴淋塔等）的污水含塵量也有較大差異，經(jīng)江西某鋼廠現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地測(cè)量，在冶煉過(guò)程中，污水含塵量最高可達(dá)14000mg/L，最低時(shí)僅820mg/L。

2.4 污水中煙塵成分、粒度、密度

煙塵的成分、粒度、密度在整個(gè)冶煉過(guò)程中也是不斷變化的，在前、后燃燒期，由于罩口吸入空氣，一部分FeO被氧化成Fe2O3，從而使粒度、密度比回收期小。煙塵粒徑在未燃燒時(shí)大部分在10μm以上，燃燒后則粒徑大部分在1μm以下。

煙塵成分見(jiàn)表1（鄧樣部位為一文前），煙塵顆粒分散度見(jiàn)表2。

表1 煙塵成分

表2 煙塵顆粒分級(jí)

某廠采用燃燒法處理煙氣，其煙塵顆粒分散度為：

煙塵密度約為4.5t/m3

煙塵堆積密度約為1.36t/m3

2.5 污水沉降特性

由于在整個(gè)冶煉過(guò)程中，煙氣凈化污水含塵量、煙塵粒徑、密度、水溫等不斷變化，導(dǎo)致污水沉降特性也隨之變化，給污水的沉淀帶來(lái)不利影響。未燃法煙氣凈化污水的煙塵粒徑較大，較易沉淀。

3 轉(zhuǎn)爐煙氣凈化污水處理工藝流程

3.1 水處理工藝流程概述

以江西某鋼廠為例，轉(zhuǎn)爐煙氣凈化所需循環(huán)水量為1500m3/h，主要供轉(zhuǎn)爐一文、二文及風(fēng)機(jī)閥類沖洗等處用水，上述用水在使用后不僅水溫升高，水質(zhì)也受到煙氣的污染，煙氣凈化污水中煙塵粒徑大于等于 60μm，占 10%～15%，大于等于 100μm，占5%～8%，這類粗顆粒易使后續(xù)的排泥管道和污泥脫水設(shè)備堵塞及泥漿泵的磨損，因此轉(zhuǎn)爐一、二文等的回水經(jīng)高架流槽先進(jìn)入粗顆粒分離器，去除粒徑大于等于60μm的粗顆粒，然后進(jìn)入高效澄清器處理。處理后的出水，自流回轉(zhuǎn)爐濁環(huán)熱水池，再由水泵加壓上冷卻塔冷卻，冷卻后的水，由水泵加壓供給上述循環(huán)水用戶。

高效澄清器底部排泥送往轉(zhuǎn)爐泥漿調(diào)節(jié)池，之后再用臥式渣漿泵打入板框壓濾機(jī)脫水，經(jīng)脫水后的泥餅送供綜合利用。

3.2 高效澄清器的工藝選型及參數(shù)

根據(jù)轉(zhuǎn)爐煙氣凈化所需循環(huán)水量為1500m3/h，進(jìn)水懸浮物 SS≤6000～15000mg/L，要求處理后的出水懸浮物SS≤30mg/L，選用7臺(tái)高效澄清器，單臺(tái)處理能力為250m3/h，考慮到煙氣凈化污水的進(jìn)水懸浮物變化范圍大，以及設(shè)備故障檢修等情況，故設(shè)備選型按單臺(tái)設(shè)備檢修時(shí)，其余設(shè)備仍能滿足全部污水處理要求設(shè)計(jì)。

3.3 高效澄清器的組成及工作過(guò)程

高效澄清器由以下部分組成：進(jìn)水管、配水室、均布器、帶壓罐、混合管、反應(yīng)室、分流器、擴(kuò)散器、集水槽、保護(hù)室、分離室、絮凝室、沉降室、排泥管、集沉室、泥渣室、助沖閥、電動(dòng)閥、池體、出水管、集水斗。

煙氣凈化污水在進(jìn)粗顆粒分離器之前加混凝劑聚合氯化鋁（PAC），進(jìn)高效澄清器進(jìn)水管之前投加助凝劑聚丙烯酰胺（PAM）和鈉鹽（NaCO3），有文獻(xiàn)表明，當(dāng)單獨(dú)使用PAC時(shí)，形成的絮粒往往松散細(xì)小，不易沉淀，加入了PAM以后，有效改善了絮體結(jié)構(gòu)，促使細(xì)小而松散的絮粒變得粗大而密實(shí)，沉淀效果顯著,同時(shí)，NaCO3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C02實(shí)現(xiàn)再生而循環(huán)利用。

上述污水經(jīng)過(guò)管道混合器充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，后進(jìn)入進(jìn)水管、配水室、均布器，經(jīng)過(guò)混合管充分混合后，從混合管的底端落下至分流器，由于水流的巨大沖擊力以及分流器的導(dǎo)向作用，從而使水流以反向的方式向上進(jìn)入反應(yīng)室,在此過(guò)程中，經(jīng)絮凝、凝聚產(chǎn)生的沉淀物沉降至泥渣室底部，污水在帶壓罐的罐體上部集中，此時(shí)污水與藥品進(jìn)一步的充分混合與反應(yīng)，然后污水從帶壓罐頂部噴出，由于帶壓罐均布器的特殊結(jié)構(gòu)，使水流得以整流、穩(wěn)流，從而有效的均勻分配水流，水流經(jīng)過(guò)配水室流向擴(kuò)散器中，并繼續(xù)進(jìn)行絮凝和凝聚過(guò)程，再次產(chǎn)生的沉淀物沉降在集沉室的底部，同時(shí)水流經(jīng)擴(kuò)散器流向絮凝室繼續(xù)發(fā)生絮凝和凝聚反應(yīng)并沉降，然后水流經(jīng)絮凝室流向分離室進(jìn)行徹底的處理，分離室由多個(gè)斜管共同組成，水流經(jīng)過(guò)這里繼續(xù)絮凝和凝聚反應(yīng)，從而使沉淀物沿斜管下壁下落至集沉室底部，經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后的水沿斜管上壁流出分離室進(jìn)入保護(hù)室穩(wěn)定，保護(hù)室具有一定的抗沖擊能力。

經(jīng)穩(wěn)定后的清水進(jìn)入集水槽，在集中流入集水斗，最終由出水管留出，集沉室底部的泥漿排放采用PLC控制，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，電動(dòng)排泥閥開(kāi)啟，自動(dòng)排泥至泥漿調(diào)節(jié)池，之后再用臥式渣漿泵打入板框壓濾機(jī)脫水，經(jīng)脫水后的泥餅外運(yùn)供綜合利用。

3.4 與斜板沉淀器的方案對(duì)比

仍以江西某鋼廠為例，轉(zhuǎn)爐煙氣凈化污水1500m3/h，進(jìn)水懸浮物 SS≤6000～15000mg/L，要求處理后的出水懸浮物SS≤50mg/L。

表3為分別采用高效澄清器和斜板沉淀器處理污水的占地、投資對(duì)比。

表3 高效澄清器和斜板沉淀器處理污水的占地、投資對(duì)比

通過(guò)表3，我們可以看到，使用高效澄清器處理轉(zhuǎn)爐煙氣凈化的污水，其工程占地、投資、運(yùn)行成本及處理效果均優(yōu)于普通的斜板沉淀器，自項(xiàng)目投產(chǎn)以來(lái)，高效澄清器的出水懸浮物均能達(dá)到SS≤30mg/L，既滿足了煉鋼工藝的運(yùn)行水質(zhì)要求，同時(shí)減少了藥劑的使用量，可見(jiàn)，高效澄清器屬于節(jié)能、清潔型新設(shè)備。

4 高效澄清器的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

以往國(guó)內(nèi)鋼廠通常選用圓形沉淀濃縮池、平流池、斜板沉淀器等傳統(tǒng)辦法處理煙氣凈化污水，因?yàn)樵O(shè)計(jì)的表面負(fù)荷小，往往占地較大，同時(shí)經(jīng)絮凝、凝聚產(chǎn)生的沉淀物分別以機(jī)械刮渣、刮泥的方式或螺旋輸泥機(jī)加氣力提升的方式將沉淀物排出，剩余比重較輕的顆粒雜質(zhì)等只能隨出水回用或外排，從中可以看出傳統(tǒng)的污水處理工藝存在設(shè)備占地大、空間高度高、動(dòng)力消耗大、運(yùn)行費(fèi)用高等不足之處，且出水效果差、機(jī)械故障多、操作維修困難。通過(guò)前文對(duì)高效澄清器的工作過(guò)程的闡述，不難看出高效澄清器充分利用設(shè)備有限的空間實(shí)現(xiàn)了絮凝、凝聚、沉淀以及“泥”水分離的功能，且占地緊湊、動(dòng)力消耗小、運(yùn)行費(fèi)用低、出水效果好。用高效澄清器替代傳統(tǒng)的圓形沉淀濃縮池、平流池、斜板沉淀器已成為目前鋼廠水處理的發(fā)展趨勢(shì)，用最小的占地實(shí)現(xiàn)水處理的多項(xiàng)功能，是順應(yīng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展原則的，同時(shí)我們可以看到，未來(lái)我們將進(jìn)一步優(yōu)化高效澄清器的水力模型，并逐步實(shí)現(xiàn)集混凝、絮凝、粗顆粒分離、沉淀、過(guò)濾等功能高效于一體的污水凈化處理設(shè)施，從而進(jìn)一步降低提升污水的動(dòng)力消耗，從而為鋼廠的節(jié)能降耗出一份力。

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