斜管沉淀池處理轉爐除塵水斜管內積泥原因分析及對策

馬儉學 馬立儉 和安東

(安陽鋼鐵股份有限公司)

0 前言

安陽某煉鋼廠3 座轉爐除塵用水為循環(huán)使用，采用2 座(12 格)蜂窩式正六邊形斜管沉淀池進行水處理，斜管沉淀池設計處理能力為800 m3/h。由于斜管沉淀池斜管中積泥頻繁，為保證出水SS 低于100 mg/L，每天需要4 名工人對3 ～4 格沉淀池斜管積泥疏通清理，合計清理積泥斜管約1600 個/天，工作量很大。同時由于沉淀池斜管積泥，導致沉淀池水處理效果降低。

1 斜管積泥原因分析

該廠單爐煉鋼很少，基本為3 座轉爐煉鋼，斜管沉淀池長期進水量穩(wěn)定在790 m3/h 左右。可以排除沉淀池在進水量長期偏少時，斜管積泥厚度不夠、難下滑和變硬，進水量突然增大后，斜管快速堵塞的情況。沉淀池配水區(qū)高度1．5 m，沿池長方向縫隙隔條布水，每月對縫隙進行清理，整個沉淀池布水比較均勻。為進一步查找斜管積泥問題，對斜管沉淀池排泥口出泥取樣測含水率，并對斜管沉淀池設計參數進行了分析。

1．1 沉淀池靠經驗排泥，容易排泥不均

在12 格獨立沉淀池出泥口多次取樣和測含水率后，發(fā)現(xiàn)12 格沉淀池水樣差別很大，最大含水率為92%，最小含水率為73%。該除塵水處理工藝如圖1 所示。

圖1 除塵水處理工藝

12 格沉淀池利用12 臺渣漿泵將泥漿送往高位泥漿罐，該開/停泵工作由人工操作。由于沉淀池出泥口泥漿密度有差別，所以渣漿泵輸送較高密度泥漿時速度比較慢，反之則很快，所以工人一般通過觀察泥位指示牌下降速度快慢和沉淀池出水的濁度來判斷開幾號渣漿泵，開多長時間。每次往泥漿罐輸泥要試多個渣漿泵，經驗豐富則開泵準確率高。該沉淀池排泥的方法不但受經驗影響，而且操作繁瑣，容易疏漏，導致部分沉淀池泥漿不能及時排出，泥位上升至斜管下部，造成斜管積泥。

1．2 斜管傾角偏小，不利于管內沉泥下滑

蜂窩式斜管沉淀池設計參數見表1。

表1 蜂窩式斜管沉淀池設計參數

從設計參數上看，斜管傾斜角度為50 °，而一般斜管沉淀池斜管設計傾角為45 ° ～60 °。如果在除塵工藝不改變，沉淀池進水量穩(wěn)定，液面繼續(xù)保持以v 的速度上升時，將斜管傾角由50 °增加到60 °后，斜管流速v1=v/sinθ 隨θ 增大而減小。首先，斜管傾角增大明顯有利于斜管沉淀顆粒的滑落;其次，斜管液體流速降低也有利于斜管中積泥下滑。但是增大斜管傾角的前提是保證沉淀池對除塵水中顆粒物的去除率，即出水SS 低于100 mg/L，增大斜管傾角是否可行，需要計算論證。

2 改進措施

2．1 采用自動控制和人工調整向泥漿罐輸送泥漿

12 格沉淀池渣漿泵每6 臺一組，利用PLC 編程，實現(xiàn)6 臺泥漿泵同時向高位泥漿罐(25 m3)輸泥，同時在泥漿罐泥位指示牌上設高低泥位感應器，高、低泥位時渣漿泵自動關閉或開啟。該自動控制投入使用后，通過試驗和現(xiàn)場取樣分析，將部分泥漿含水率過低或過高的沉淀池單獨進行調整，最終12格沉淀池泥漿含水率逐步調整到80 % ～85 %，每組渣漿泵運行時間控制在4．5 min 左右。

2．2 增大斜管傾角

為保證顆粒物去除率，繪制斜管尺寸和速度矢量關系圖如圖2 所示。

圖2 斜管尺寸和速度矢量關系

從圖2 可以看出，可以通過速度矢量反推計算滿足顆粒物去除率，即改變斜管長度 和斜管孔d 的大小(或b)，使顆粒物固有沉降速度μ0不變，從而保證了顆粒物在原設計t0的時間內均能得到沉降，推導過程如下:

(1)采用正多邊形斜管特性參數計算公式，可求得μ0:

式中:S—正多變型特性參數;

μ0—顆粒物固有沉降速度，mm/s;

V1—斜管水流速度，mm/s;

l—斜管長度，mm;

b—斜管孔斜邊距，mm;

d—斜管孔邊距，mm;

θ—斜管傾角，°。

將v1=v/sinθ 帶入①式，可將①式轉化為:

(2)由②式可以看出，液面上升速度v 為定值，θ 為已知量，變量為斜管長度 和斜管孔的大小(d 或b)，取比例系數k，θ 由θ1變?yōu)棣?后，利用分式等效關系可得:

將③式帶入④式，斜管l2長為:

(3)設定斜管孔d2= d1=50 mm，θ2=60 °，則b2=d2/sinθ2=57．74 mm，將b1和b2代入③式得k=1．126;

將k、11(表1)、θ1和θ2代入⑤式求得l2=2036 mm。

由于斜管流速v2＜ v1，所以雷諾數Re =vd/ υ減小，斜管內仍然為層流。清水區(qū)高度h2=1300 －(2036 －1800)=1064 mm ＞1000 mm，沿該廠沉淀池長方向的鋼制布水區(qū)加高250 mm。將斜管傾角改為60 °后，單格沉淀池寬邊鋼支撐面角度調整為60 °，間隙用斜管補充。斜管傾角增大后，沉淀池各參數見表2。

表2 改造后新蜂窩式斜管沉淀池設計參數

通過以上計算論證，該沉淀池增大斜管傾角可行。

3 改造效果

3．1 自動控制和人工調整結合排泥降低沉淀池排泥不均衡

改造后，12 格沉淀池泥漿含水率基本穩(wěn)定在80% ～85%，渣漿泵調整次數逐步減少到1 ～2 次/周，沉淀池斜管清理積泥由3 ～4 格/天減少到2 ～3格/天，改造后效果明顯。

3．2 增大斜管傾角斜管內積泥明顯減少

在該廠斜管更新時，進行了斜管傾角增大改造。斜管傾角改造后，沉淀池斜管積泥清理周期再次縮短，由自動控制輸泥改造后2 ～3 格/每天減少至3 ～4 格/周。由于斜管積泥得到明顯改善，沉淀池水處理效果也有所提高，沉淀池出水SS 由改造前80 mg/L ～98 mg/L 降低到45 mg/L ～75 mg/L。

4 結束語

在借鑒該廠自動控制和人工調整向泥漿罐輸送泥漿時，如發(fā)現(xiàn)人工調整次數比較多，需要注意檢查各格沉淀池進水量和布水是否均勻，進水量和布水越均勻，調整次數越少。

該廠斜管傾角改造旨在介紹沉淀池斜管積泥時的一種解決辦法，對于類似改造需要先進行計算論證，注意現(xiàn)有沉淀池結構是否符合改造條件，特別是沉淀池清水區(qū)高度和提高布水區(qū)高度工作難易程度。

［1］盛國榮．斜管沉淀池管長若干問題的研究［J］．給水排水，1996，22(6):57 －58．

［2］周平，張戎． 斜管沉淀池穩(wěn)定運行因素探討［J］． 給水排水，2007，33(7):21 －22．