轉爐煉鋼煙氣除塵污水處理實踐

[摘要] 轉爐除塵水具有高硬度、高懸浮物、高pH值等水質特點。循環使用過程中，如水中含有大量的結垢物質會給除塵設備造成嚴重的堵塞，影響煉鋼廠正常生產。文章介紹了碳酸鈉軟化法及選擇復合配方水質穩定劑處理轉爐煉鋼除塵水的運用效果。實踐證明，此法能解決煉鋼除塵水系統結垢問題。

[關鍵詞] 轉爐除塵水 水質 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境內，是我省第二大鋼鐵生產企業。目前有60m²燒結機2臺，380m³高爐2座，30t轉爐2座，年產120萬t鋼，轉爐除塵污水量達到720t/h。轉爐煙氣除塵污水含有大量的氧化鐵皮等雜質，懸浮物含量達10000mg/L，硬度達200mg/L，pH值達10.5以上，且在每個冶煉周期不同時間段變化很大。另外由于煉鋼時需投加石灰作為造渣料，大量的石灰粉塵隨煙氣進入除塵水中，使之具有高pH值、高懸浮物、高硬度的特點。如果轉爐煙氣除塵污水不經處理直接排放，不僅浪費大量的水資源，而且會對環境和水體造成嚴重污染。因此對轉爐煙氣除塵污水進行處理后，可循環使用，但因其水質特點，易在除塵設備中產生結垢，影響生產正常的進行。

1 存在的問題

2006年5月開始，發現轉爐煉鋼1號爐、2號爐除塵設備內一文水平煙道、二文過濾網堵塞頻繁，二文煙道喉口表面附著一層厚度為20～30mm的硬垢，結垢嚴重，造成轉爐煉鋼煙氣不能被風機抽走，直接影響到轉爐煉鋼廠正常生產。對垢樣進行分析：CaO: 47.5％，MgO: 3.1％，Fe2O₃: 1.57％。2006年1月至6月轉爐煙氣除塵污水水質分析結果見表1。

通過水質分析結果，計算出Ryznar穩定指數R.S.L。

R.S.L=2pHs-pH

式中，pH—水的實測pH值；pHs—水在碳酸鈣飽和平衡時的pH值。

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

式中，A—總溶解固體系數；B—溫度系數；C—鈣硬度系數；D——總堿度系數。

計算得出，Ryznar穩定指數R.S.L平均為3.6，屬于嚴重結垢型水質。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，洗滌時進入系統生成Ca(OH)₂，使循環水中硬度大幅度升高，煉鋼吹煉產生的煙氣含有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⁺是結垢的主要原因。

當水循環使用時，水中Ca²⁺逐步增加。在高熱負荷區(一文、二文、噴嘴處等)，由于水的急劇汽化，極易產生鹽濃縮結垢現象。要解決這一問題，只有盡可能去除水中鈣離子。另外，轉爐煙氣除塵污水還有高懸浮物的特點，因此降低除塵污水中懸浮物的含量及硬度，是保證除塵設備安全運行的關鍵。

2 轉爐煙氣除塵污水處理

2.1 粗顆粒的預處理

轉爐污水經高架流槽進入粗顆粒分離池，其停留時間為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荷量，減少設備磨損，管道堵塞。

2.2 磁凝聚與藥凝聚復合去除懸浮物

轉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，無法達到循環水的水質要求，必須采用絮凝方法增大懸浮物粒徑加速沉淀。

據有關資料表明，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微顆粒形成絮凝體，且絮體經不起強力攪動，會發生解聚現象，一旦斷鏈難于重聚。轉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化污水的凈化效果。其原理就是在污水經過的途中人為增加外界磁場，使污水中的鐵磁性懸浮物磁化并且相互吸引加速凝聚。采用磁凝聚加藥復合工藝，凝聚體密而不散，絮凝效果較好。轉爐除塵污水中鐵的氧化物產生磁感應，而離開磁場時又具有剩磁。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產生絮凝或凝聚作用，微粒在沉淀池中互相碰撞吸引凝結成較大的絮凝團從而加速沉淀，提高了沉淀效果。轉爐煙氣除塵水處理工藝流程見圖1。

2.3 水質穩定

轉爐除塵污水處理要使水質澄清，關鍵是要去除污水中的Ca²⁺和Mg²⁺，保持水質穩定。轉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，石灰遇水變成Ca(OH)₂。煙氣中存在的大量CO₂溶于水中，可發生化學反應：

CaO+H₂0→Ca(OH)₂

Ca(OH)₂→Ca²⁺+20H^-

CO₂+OH-→HC0₃^-

HC0₃^-+OH-→CO₃^2-+H₂0

C0₃^2-+Ca²⁺→CaC0₃↓

轉爐除塵污水水質穩定的關鍵條件是系統中要有適量的CO₃^2-，與不斷溶入水系統的Ca²⁺反應生成CaCO₃沉淀，同時系統中又要有適量的OH-，在洗滌過程中與煙氣中的CO₂生成CO₃^2-，補充與Ca²⁺結合生成CaCO₃的消耗。實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充損失的Na+，其阻垢機理如下：

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實現再生而循環利用。關鍵是系統必須保持密閉，不得外排而破壞平衡。另一方面針對轉爐除塵污水系統高pH值、高硬度、易結垢的特點，定量加入HL-9O₃有機磷類緩蝕阻垢劑，與Ca²⁺生成穩定的絡合物，并使垢層晶格發生畸變，起到復合藥劑阻垢的協同效應。轉爐除塵污水系統按照碳酸鈉軟化法及水質穩定處理，較好地解決了除塵系統快速結垢的問題。采用此法后，除塵水質明顯改善。表2是2007年2月至8月轉爐除塵污水水質控制情況。

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鍵。實際運行中控制總堿度≥500mg/L，其中M堿度-P堿度在150mg/L以上，保證水中硬度≤50mg/L，系統可不產生結垢。

結合現場實際，對水處理運行方式進行調整：

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

(2)當水中2倍的P堿度小于M堿度或P堿度=0時，水中堿度主要以碳酸氫根為主要形式存在，此時水中鈣、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，此時加入一定的液堿，可以去除這部分硬度，同時可以去除水中非碳酸鹽硬度；

(3)當水中硬度大于30mg/L且有上升趨勢時，考慮投加碳酸鈉；

(4)當系統內有泄漏，補充水量增大時，考慮投加碳酸鈉。

3 效果

3.1 2007年2月轉爐除塵污水系統采用碳酸鈉軟化法，在實際運行中控制總堿度≥500mg/L，其中M堿度-P堿度在150mg/L以上，保證水中硬度≤50mg/L，另外經處理后水中懸浮物控制在80mg/L以下，系統基本不產生結垢。

3.2 經過幾個月的實踐證明，采用碳酸鈉軟化法較好地解決了系統快速結垢的問題。在轉爐定修時檢查噴嘴、煙道喉口等處，均未有結垢現象的發生，確保了轉爐煉鋼生產的正常進行。

參考文獻

[1] 周本省. 工業水處理技術[M]. 北京：化學工業出版社， 1996.