焦爐配加冷軋乳化液含油污泥煉焦技術研究與應用

陳萬福

（山東鋼鐵集團有限公司研究院，山東 濟南 250101）

1 前言

鋼鐵冶金工業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的含油污泥，含油污泥不加以處理直接排放，不僅對環(huán)境造成重大污染，而且造成有用資源的嚴重浪費。隨著科學的發(fā)展，含油污泥的處理技術不斷進步，但目前還缺乏成熟、穩(wěn)妥可靠的綜合處理技術。

在軋鋼生產(chǎn)中，冷軋含油、乳化液污泥主要來自軋機機組、磨輥間和帶鋼脫脂機組以及各機組的油庫排水等，經(jīng)過化學法處理的產(chǎn)物，其體積約占處理污水體積的0.5%～1%，而污泥的處理費用約占整個水處理費用的10%～20%。隨著企業(yè)生產(chǎn)能力的提高，用水量增大，污泥的排放量也相應增加。含油污泥的共同特點是：成分復雜，屬于較穩(wěn)定的多相體系；油包水（W/0）、水包油（0/W）、懸浮固體雜質(zhì)為主要成分；黏度較大，乳化充分，沉降十分困難，脫水效果差。

2 國內(nèi)外含油污泥處理技術

美國、日本、德國等發(fā)達國家從70年代初期就開始研究處理含油污泥的方法和工藝，尤其是美國，在較為充分地研究了含油污泥組成、結構以及特性的基礎上，研制出了多種含油污泥處理新工藝。20 世紀80 年代末，我國開始探索研究處理處置含油污泥的技術，在研究技術水平上與發(fā)達國家有較大差距。

國內(nèi)外處理含油污泥的方法一般有：焚燒法、生物處理法、熱洗滌法、溶劑萃取法、化學破乳法、固液分離法、焦化法、含油污泥調(diào)剖、含油污泥綜合利用、氣浮技術（鞍鋼）、制型焦煉焦（太鋼）等。由于含油污泥的成分復雜、性質(zhì)各異、處理難度大，許多方法都存在著一些問題，對于實際應用很不適合。如焚燒法耗能大、易產(chǎn)生二次污染，油資源也沒得到回收利用；生物處理法需歷時41 d 才能將97%的石油烴生物降解，同樣油資源也沒有得到回收利用；溶劑萃取法存在的問題是流程長，工藝復雜，處理費用高，只對含大量難降解有機物的含油污泥適用；化學破乳法對乳化嚴重的含油污泥需另加破乳劑和加熱；固液分離法對于含油高、污染嚴重的含油污泥的油回收率低，所以這些方法未能在國內(nèi)有效地普及應用。

某公司外委有資質(zhì)的單位處理的冷軋乳化液污泥產(chǎn)量約300 t/a。該油泥是在冷軋帶鋼的軋制和清洗過程中，產(chǎn)生大量的含鐵油泥，呈黑色漿狀，具有明顯的流動性，給裝載外運處理帶來了很大困難。油泥組成為水、油、鐵粉，其余為灰塵等固體物，含有大量具有高回收價值的有機物質(zhì)，同時冷軋段油脂多為礦化的軋制油，可生化降解性差、處理難度大、環(huán)境毒害大，目前全部委托外部有資質(zhì)的專業(yè)公司處理，每年需要支付處理費用超過100萬元。

3 焦爐配加冷軋乳化液污泥煉焦技術工藝

含有污泥的處理技術很多，但是均不能達到資源化利用。焦爐配加乳化液污泥煉焦技術與現(xiàn)場結合，充分利用現(xiàn)有的配加焦油渣設備，將乳化液污泥按照一定的比例與煉焦煤混合后進入焦爐中，進而形成焦炭供高爐冶煉使用。該技術不需額外增加設備，操作簡單，安全可靠，成本低，見效快，效率高，綠色環(huán)保，完全符合減量化、無害化、資源化的原則。

3.1 冷軋乳化液含油污泥的性能分析

選取了某公司的冷軋乳化液污泥及焦油渣，采用低溫無氧裂解的方法進行實驗，并對焦油渣及乳化液的裂解后的固態(tài)產(chǎn)物、氣態(tài)產(chǎn)物及熱重等進行分析。焦油渣、乳化液污泥的原樣分析、熱解渣分析、熱解氣體分析分別見表1～3。由表1～3 數(shù)據(jù)可知，乳化液含油污泥的原樣性能與現(xiàn)在配加的焦油渣性能有很大的相似，不同點是乳化液含油污泥裂解后的固態(tài)產(chǎn)物中含F(xiàn)e、Cr 及As 元素高于焦油渣，這些元素存在，不會對焦炭質(zhì)量產(chǎn)生影響。

表1 焦油渣、乳化液污泥原樣分析

表2 焦油渣、乳化液污泥熱解渣分析

表3 焦油渣、乳化液污泥熱解氣體分析 %

含油污泥樣品以10 ℃/min 的升溫速率升溫至900 ℃的TG 和DTG 曲線如圖1 所示。從圖1 中可知，含油污泥在惰性氣氛下的失重曲線較為相似。隨著溫度的升高，含油污泥中乳化水首先開始蒸發(fā)，因此出現(xiàn)了100 ℃左右的失重峰；當溫度從200 ℃升高至500 ℃，大部分有機揮發(fā)分在這個階段析出；而500 ℃之后，熱重曲線基本達到穩(wěn)定，這說明含油污泥基本完成熱解，剩下主要為熱解殘渣。

圖1 乳化液污泥的TG和DTG曲線

3.2 焦爐配加冷軋乳化液污泥煉焦技術工藝流程

根據(jù)對焦油渣和冷軋乳化液污泥的性能分析可知，利用現(xiàn)有的配加焦油渣的設備，處理冷軋乳化液含有污泥是可行的?，F(xiàn)有的配加焦油渣工藝流程如圖2 所示。構建配加冷軋乳化液含有污泥的工藝流程如圖3所示。

圖2 某鋼鐵公司焦化處理污泥、焦油渣工藝流程

圖3 某鋼鐵公司冷軋污泥配加流程

4 焦爐配加冷軋乳化液污泥煉焦鐵桶試驗

4.1 配加與煤餅制作

取40 kg煉焦煤平均分成4份，1號樣不加入乳化液油泥，2號樣加入乳化液油泥100.3 g，3號樣加入乳化液油泥100.6 g，4 號樣加入乳化液油泥200.1 g；分別代表不配加乳化液油泥，乳化液油泥配加比例1%，配加比例2%的情況。加入油泥后將乳化液油泥與煉焦煤攪拌混合均勻。

4.2 裝煤與熄焦裝桶

試驗時將煤樣分3次裝入模具內(nèi)，每次搗固50次，將搗固好的煤餅，模擬推焦方法推入鐵桶內(nèi)，煤餅與鐵桶留有一定間隙裝煤結束，把桶蓋用鐵絲固定在鐵桶上。

將按前述步驟裝好的鐵桶埋入工業(yè)焦爐煤餅的上部，埋放時盡量置于煤餅中部，防止壓塌煤餅出焦時，鐵桶隨工業(yè)焦爐焦炭從焦側(cè)一同推出，熄焦后推入涼焦臺。試驗時需迅速找到鐵桶，并立即澆注冷水進行二次熄焦。如鐵桶中的焦炭在熄焦車上未完成熄焦過程，易導致焦炭被氧化，從而影響試驗結果的準確性。

4.3 焦炭性能檢測

焦炭進行灰分、內(nèi)水分、揮發(fā)分、硫分、反應強度、反應性的性能檢測。配加冷軋污泥前后焦炭成分變化見表4。

表4 配加冷軋污泥前后焦炭成分變化

5 焦爐配加乳化液煉焦技術現(xiàn)場應用

根據(jù)前期實驗室檢測分析及鐵桶試驗效果，結合現(xiàn)場實際生產(chǎn)情況，某鋼廠每天消耗煉焦煤4 000 t，軋線油泥每天產(chǎn)量約1 t，采用每兩個月集中10 d，每天8 h的消納方法。每天處理量約6 t，油泥在煉焦煤中的占比約0.5%。

5.1 工藝流程

在冷軋乳化液污泥池采用料斗裝存方式，運輸?shù)浇够瘡S污泥緩沖槽，然后通過螺旋輸送泵，將乳化液污泥打到煤粉運輸?shù)钠?，與煤粉一起進入雙軸攪拌器，在強力攪拌的作用下，使得乳化液污泥與煤粉均勻混合，再通過皮帶輸送到煤倉內(nèi)，利用裝煤車將混合好的煤粉裝入焦爐內(nèi)煉焦。

5.2 應用效果

焦爐配加冷軋乳化液污泥后，控制合適的比例，不會對焦炭質(zhì)量產(chǎn)生影響，現(xiàn)場的焦炭實物與不配加時焦炭外觀也沒有明顯區(qū)別，具體檢測結果如表5。

表5 焦爐配加冷軋乳化液油泥焦炭質(zhì)量分析 %

5.3 應用遇到的問題

工業(yè)應用過程中，開始階段經(jīng)常會出現(xiàn)螺旋輸送泵堵塞現(xiàn)象，導致乳化液污泥配加不均勻，主要原因是乳化液儲存過程中混有雜物。針對這個問題，一是要求冷軋在儲存時要保持乳化液污泥干凈，二是在污泥緩沖槽加裝過濾設施。另外，因乳化液污泥具有一定的流動性，運輸時采用敞口式料斗，出現(xiàn)撒漏現(xiàn)象，在敞口處增設了可滑動密封的裝置，很好地解決了該問題。

6 結語

（1）焦爐配加冷軋乳化液污泥煉焦技術充分與現(xiàn)場結合，利用現(xiàn)有的設備，將乳化液污泥按照一定的比例與煉焦煤混合后進入焦爐中，進而形成焦炭供高爐冶煉使用。該技術不需額外增加設備，操作簡單，安全可靠，成本低，見效快，效率高，綠色環(huán)保，完全符合減量化、無害化、資源化的原則。

（2）通過鐵桶試驗和實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析，焦爐配加乳化液污泥比例在合理的范圍內(nèi)，煉焦后焦炭質(zhì)量幾乎沒有影響。

（3）采用焦爐配加乳化液污泥煉焦技術，乳化液污泥達到100%利用，不需要再外委處理，生成產(chǎn)品達到100%全資源化利用，無廢棄物產(chǎn)生，不產(chǎn)生二次污染，該項工藝技術為鋼鐵工業(yè)冷軋乳化液污泥處理開辟了一條全新的內(nèi)部資源化、高值化利用途徑。