用pH試紙快速指導系統(tǒng)加藥

劉紅,吳迪,陶燦

（武鋼股份有限公司能源動力總廠供水廠,湖北武漢430080）

用pH試紙快速指導系統(tǒng)加藥

劉紅,吳迪,陶燦

（武鋼股份有限公司能源動力總廠供水廠,湖北武漢430080）

煉鋼系統(tǒng)煙氣洗滌水系統(tǒng)有時會出現(xiàn)異常情況，但因周六、周日不化驗，當班人員不能完全掌握該系統(tǒng)水質(zhì)的變化趨勢從而有效督促加藥。應用碳酸鈉軟化法和碳酸平衡原理，總結(jié)出用pH試紙來判斷該系統(tǒng)的結(jié)垢趨勢，及時補充或停止加藥，保證系統(tǒng)水質(zhì)達標，使水質(zhì)在受控范圍內(nèi)，解決化驗次數(shù)不足的問題。

煙氣洗滌水化驗;pH試紙;水質(zhì)調(diào)整

1 前言

轉(zhuǎn)爐煙氣洗滌系統(tǒng)是將來自轉(zhuǎn)爐爐頂?shù)臒煔馔ㄟ^水洗滌使之成為凈煤氣加以回收利用的工藝系統(tǒng)。煤氣的洗滌、冷卻是由一文、二文、洗滌塔中水氣接觸而實現(xiàn)的（轉(zhuǎn)爐煙氣凈化洗滌系統(tǒng)見圖1）。

圖1 轉(zhuǎn)爐煙氣凈化系統(tǒng)示意圖

在煤氣的凈化、洗滌過程中，因水氣接觸，大量有害物質(zhì)如酚、氰、一氧化碳及固體雜質(zhì)等進入水中，成為轉(zhuǎn)爐煙氣洗滌污水。加之煉鋼過程中投加造渣劑石灰（CaO），部分石灰粉末被煙氣帶出，洗氣時進入水中生成Ca(OH)2，使水中硬度大幅度升高。煉鋼吹煉時產(chǎn)生的煙氣中含有18%～30%CO2氣體與水接觸，部分溶解于水中，形成CaCO3沉淀，造成系統(tǒng)結(jié)垢，因此，該系統(tǒng)水質(zhì)的好壞，直接影響到主體廠的安全順行。

轉(zhuǎn)爐煙氣洗滌循環(huán)水處理系統(tǒng)其工藝流程見圖2；水的澄清處理采用兩級處理，即粗顆粒分離機加斜板式（輻射）沉淀池；主要脫水設(shè)備采用帶式（板框）壓濾機；泥輸送裝置采用氣體提升裝置，水質(zhì)穩(wěn)定方式采用碳酸鈉軟化法。

圖2 轉(zhuǎn)爐煙氣洗滌水系統(tǒng)工藝流程示意圖

2 存在的問題

轉(zhuǎn)爐煙氣洗滌水是結(jié)垢型水質(zhì)，復雜程度可概括為“三高”即硬度高、堿度高、懸浮物含量高且波動大。2011年10月以來，我廠某水站煙氣洗滌水水質(zhì)報表出現(xiàn)異常，pH 10左右，Na2CO3怎么加P堿都提不起來，硬度超標。2012年10月，另一水站煙氣洗滌水水質(zhì)現(xiàn)場出現(xiàn)異常，但報表顯示正常，懸浮物小于100 mg/L，硬度小于0.36 mmol/L以下，水質(zhì)完全符合《能源介質(zhì)供應標準》，但主體廠出現(xiàn)了嚴重的結(jié)垢現(xiàn)象，根據(jù)現(xiàn)場分析和攻關(guān)，找到了造成該問題的原因：

2.1 轉(zhuǎn)爐煙氣洗滌水回水pH9.5～10左右，系統(tǒng)中有大量HCO3-存在，與Ca2+、Mg2+生成Ca（HCO3）2和Mg（HCO3）2，在沉淀池內(nèi)很難形成沉淀去除，當HCO3-遇到CO2時，轉(zhuǎn)換成CO32-，部分HCO3-生成CaCO3沉淀，附著在設(shè)備表面形成硬垢，使管道直徑迅速變小，風機震動，影響主體廠生產(chǎn)。

2.2 煉鋼過程中加入造渣劑，其中加有：活性石灰和熒石（分子式CaF），為降低成本，2011年起，主體廠改為用石灰石和白云石（CaCO3·MgCO3）代替活性石灰和熒石，使系統(tǒng)Mg2+含量增加，石灰粉塵量減少，系統(tǒng)pH降低，HCO3-含量增加，HO-減少，硬度超標且結(jié)垢。

2.3 化驗：每天上午一次，當班人員不能根據(jù)水質(zhì)變化掌握該系統(tǒng)水質(zhì)的變化趨勢和加藥情況，且周六、日不化驗。

3 解決方案

為阻止系統(tǒng)結(jié)垢，采用我廠Na2CO3軟化法對煙氣洗滌水進行處理，其原理為：在含有大量Ca2+、Mg2+離子的煙氣洗滌水中，適量投加碳酸鈉，形成碳酸鈣沉淀。轉(zhuǎn)爐煙氣洗滌水中帶有二氧化碳氣體溶于水中與氫氧化鈉反應生成碳酸鈉，生成的碳酸鈉又與水中鈣離子作用生成碳酸鈣，經(jīng)絮凝沉淀達到降鈣之目的。其化學反應式如下：

碳酸鈉軟化法采用高堿度低硬度運行方式，投加碳酸鈉，提高水中碳酸根含量，而系統(tǒng)消耗的堿則由煙氣中帶入的CO2補充，達到降低系統(tǒng)硬度的目的。

系統(tǒng)Na2CO3投加量、pH如何控制對系統(tǒng)水質(zhì)都起著至關(guān)重要的意義，是實現(xiàn)Na2CO3軟化法的關(guān)鍵。圖3就三類碳酸的比例變化來分析在不同pH情況下CO2、CO32-、HCO3-之間含量的變化。

從圖3可以看出：

當pH＜4.3時，水中幾乎只有CO2一種形態(tài)，當pH＜8.3時，水中CO32-幾乎沒有，只有CO2和HCO3-兩種形態(tài)，當pH＞8.3時，CO2幾乎沒有了，而CO32-和HCO3-同時存在，當pH＞10時，HCO3-迅速減少，當pH＞12時，水中幾乎只有CO32-一種形態(tài)，三種碳酸在平衡時的濃度比例與水的pH值有完全相對應的關(guān)系，當每種碳酸的外界影響面變化時，就會引起其它各種碳酸濃度的變化，以及水的pH值的相應變化。同樣，水的pH值發(fā)生變化時，也會引起三種碳酸濃度之間的比例發(fā)生變化。由此可見，水中的碳酸平衡同pH是密切相關(guān)的。

圖3 三類碳酸的比例變化曲線

由三類碳酸的比例變化曲線可知水中各種堿度存在的形式和各種堿度的數(shù)量關(guān)系如表1。

表1 各種堿度存在的形式和各種堿度的數(shù)量關(guān)系一覽表

從表1可以看出：

（1）m=0時，系統(tǒng)有OH-堿度，總硬度上升，Ca2+含量升高；

（2）當P=0時，出現(xiàn)了碳酸氫鹽堿度，OH-偏低，Ca2+、Mg2+上升，硬度上升，未生產(chǎn)狀態(tài)（或檢修后大量補水）；

（3）當P=m，系統(tǒng)有剩余的碳酸鹽堿度，停止Na2CO3投加，提高P堿；

（4）當P＜m時，出現(xiàn)碳酸鹽和碳酸氫鹽，且這時pH偏低；系統(tǒng)OH-偏低，Mg2+硬會上升，且產(chǎn)生；

（5）當P＞m時，出現(xiàn)碳酸鹽和氫氧化物的平衡，是系統(tǒng)最理想狀態(tài)。硬度不超標。

4 各種水質(zhì)控制指標計算

以下為某水站的一組化驗數(shù)據(jù)，通過表1計算出能反映系統(tǒng)水質(zhì)情況的表2，表2化驗數(shù)據(jù)中Mg，OH，m，為計算值。

計算方法如下：

(2)Mg含量=由硬度查出Ca的含量-化驗單Ca的含量

(3)當P＞m時

(4)當P＜m時；

經(jīng)過對水質(zhì)化驗報告單數(shù)據(jù)進行計算后，從表2中可以看出：

(1)當pH達到12時，總堿達到38 mmol/L，P堿和m堿幾乎相等偏多，而系統(tǒng)沒有足夠的Ca2+與之結(jié)合反應，系統(tǒng)應停止加藥，提高P堿，防止浪費藥劑；

(2)當pH＜11時，P堿＜m堿，盡管硬度不超標，但Mg2+含量逐漸升高，無足夠OH-與Mg2+反應，硬度易超標，且出現(xiàn)了鹽，易產(chǎn)生鹽（特別是MgHCO3結(jié)垢）鹽垢不易去除，且硬度易超標，應適當增加投藥量；

(3)氯化物在逐漸升高，說明系統(tǒng)循環(huán)率較高，29日氯化物下降，反映出系統(tǒng)有排污現(xiàn)象；

5 用pH試紙快速指導系統(tǒng)加藥

根據(jù)表2的計算結(jié)果和理論計算可以得出以下結(jié)論：

(1)當用pH試紙測試出pH＜11時，應提醒藥劑承包單位，適當增加加藥量；有時，pH指標正常，但趨勢下降，也要提醒藥劑承包單位及時補充藥劑，等到指標不正常時再加藥水質(zhì)已超標；

(3)當系統(tǒng)pH過低調(diào)不起來時，Mg2+過高，選擇方式：進行系統(tǒng)排污或系統(tǒng)投加Ca（OH）2或NaOH，提高pH，防止形成HCO3-垢。

Using pH Test Paper to Quickly Guide Systematic Chemical Addition

Liu Hong;Wu Di;Tao Can
(Water Supply Plant of the Energy Power General Plant of WISCO,Wuhan,Hubei 430080,China)

The washing water system of steelmaking flue gas sometimes has abnormal conditions;and due to lack of laboratory analysis on Saturdays and Sundays,operators on duty could not know the changing trend of the water quality so as to effectively call for chemical addition.Applying the sodium carbonate softening method and sodium carbonate balance principle it was concluded that using pH test paper can judge the fouling trend, guide to increase or stop chemical addition in time,and ensure system water quality up to requirement and within controlled range,which solved the problem of insufficient laboratory analysis.

laboratory analysis of flue gas washing water;pH test paper;water quality modification

表2 某煉鋼水站煙氣洗滌水水質(zhì)化驗數(shù)據(jù)

TF085

B

1006-6764（2015）03-0048-04

2014-05-07

劉紅（1963-）女，大學本科學歷，高級工程師，現(xiàn)從事給排水技術(shù)工作。