轉(zhuǎn)爐煙氣凈化污水處理系統(tǒng)設(shè)計探討

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簡介： 本文結(jié)合該工程實例及投產(chǎn)后的運行實測數(shù)據(jù)，通過了解主體工藝的重要性、污水處理系統(tǒng)工藝流程、設(shè)備的設(shè)置與設(shè)計要點等幾方面對轉(zhuǎn)爐煙氣凈化污水處理系統(tǒng)設(shè)計進行探討。
關(guān)鍵字：轉(zhuǎn)爐煙氣凈化 污水處理系統(tǒng) 設(shè)計 探討

　　 本文結(jié)合該工程實例及投產(chǎn)后的運行實測數(shù)據(jù)，通過了解主體工藝的重要性、污水處理系統(tǒng)工藝流程、設(shè)備的設(shè)置與設(shè)計要點等幾方面對轉(zhuǎn)爐煙氣凈化污水處理系統(tǒng)設(shè)計進行探討。

　　 1 工程簡介

　　 1.1 煙氣凈化設(shè)施對用水的要求

　　 給水水量：400m³/h·爐×2爐

　　 給水水壓：0.4MPa

　　 給水水溫：≤50℃

　　 給水水質(zhì)：懸浮物<100mg/l、PH=6.5～8.5、硬度<10dH

　　 給水制度: 連續(xù)

　　 1.2 煙氣凈化后排水的特性

　　 排水水壓：無壓

　　 排水水溫：≌62℃

　　 排水含塵：～35g/kg

　　 1.3 煙氣凈化污水處理系統(tǒng)工藝流程

　　 1.4 污水處理設(shè)備設(shè)計參數(shù)

　　 高架流槽采用鋼制圓底矩形流槽，B=800mm，i=0.015，v=2.20m/s，h/B=0.26。

　　 粗顆粒分離機采用2臺，型號為CFJ-600，單臺最大處理水量Q=1332m³/h，轉(zhuǎn)速1.8～8.5r/min，功率N=11kW。

　　 斜板沉淀池采用8格，型號為HB-250，單臺沉淀面積為35m²，設(shè)計表面負(fù)荷q=3m³/m²·h，設(shè)計出水懸浮物≤100mg/l。斜板沉淀池螺旋輸泥機直徑Φ600mm，轉(zhuǎn)速n=5.2r/min，電機功率N=5.5kW。排泥采用氣力提升，排泥能力0.8m³/min（含水率60～70%），壓縮空氣耗量8m³/min，壓縮空氣壓力0.6MPa。

　　 水泵采用3臺，型號為10SAP-6A，單臺流量Q=400m³/h，揚程H=86m。配JS126-4型電機，功率N=225kW。

　　 加藥裝置采用4套，分別為FYZ-2/10/2/50-1型粉體（PAM）加藥裝置1套，JYW-3B型液體（陽離子）加藥裝置1套，JYW-3A型固體（Na₂CO₃）加藥裝置1套，JYW-2H型液體加藥裝置1套，均配有溶解槽或配制槽、儲液槽、主要附件、計量泵或藥劑投加泵。

　　 1.5 污水處理系統(tǒng)運行實測數(shù)據(jù)

　　 目前兩座轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)，實測給水水量810～880m³/h，給水水壓0.85～0.82MPa，給水水溫40℃左右。粗顆粒分離機分離出的粗顆粒為污水中總煙塵含量的18～20%(重量比)。斜板沉淀池進水懸浮物2000～3000mg/l（較少瞬時8000mg/l），出水懸浮物40～50mg/l（較少瞬時>100mg/l）。一文排水水溫68～75℃，二文排水水溫58～65℃。系統(tǒng)中投加了PAM混凝劑和SN-103緩蝕阻垢劑。

　　 從以上運行數(shù)據(jù)看，該工程轉(zhuǎn)爐煙氣凈化污水處理系統(tǒng)設(shè)計是成功的，工藝流程是合理的，達(dá)到了設(shè)計的預(yù)期目標(biāo)。但煙氣凈化污水處理在工程設(shè)計中被認(rèn)為是鋼鐵廠所有污水處理難度較大的一種，主要是轉(zhuǎn)爐煙氣凈化污水的水質(zhì)與冶煉鋼種、鐵水含碳量的高低、加料情況、吹氧強度、吹煉時間、煙氣凈化方式等因素有關(guān)，在轉(zhuǎn)爐冶煉和煙氣凈化過程中，污水含塵量、溫度、煙塵粒度等也就不斷變化而增加了污水的處理難度。因此要成功地做好污水處理系統(tǒng)設(shè)計，確定合理的工藝流程和設(shè)備設(shè)計參數(shù)，還要對主體工藝生產(chǎn)過程深入了解。

　　 2 轉(zhuǎn)爐煙氣凈化主體工藝生產(chǎn)過程

　　 2.1 轉(zhuǎn)爐煙氣的產(chǎn)生與回收價值

　　 轉(zhuǎn)爐煙氣的產(chǎn)生主要來自轉(zhuǎn)爐的吹煉過程鐵水中碳的氧化而產(chǎn)生的大量氣體，在吹煉中還要加入造渣劑如石灰及冷卻劑等。一般設(shè)計參考資料上表明，轉(zhuǎn)爐煙氣中CO的含量約為70%左右，含塵量為金屬爐料的1～2%，其主要成分是FeO、Fe₂O₃，顆粒粒徑大部分為10～30μm。而CO可通過凈化回收成為可燃燒的轉(zhuǎn)爐煤氣，氧化鐵粉可送燒結(jié)廠作高爐原料或采用炭化成球法作轉(zhuǎn)爐的冷卻劑，這就是轉(zhuǎn)爐煙氣凈化與回收的主要原因。

　　 轉(zhuǎn)爐煙氣凈化與回收既變廢為寶、回收能源，也是減少環(huán)境污染的重要措施。據(jù)國內(nèi)生產(chǎn)實測數(shù)據(jù)，一般轉(zhuǎn)爐每煉一噸鋼，可回收CO含量60%左右的轉(zhuǎn)爐煤氣60nm³，含鐵量60%的氧化鐵粉塵10～20kg，蒸汽60～70kg。

　　 2.2 轉(zhuǎn)爐煙氣凈化的方式

　　 轉(zhuǎn)爐煙氣凈化的方式有燃燒法和未燃法。燃燒法是將煙氣充分燃燒后凈化放散處理。未燃法是設(shè)法用可以升降的活動煙罩和控制抽氣量的調(diào)節(jié)裝置，使煙氣在收集過程中盡量不燃燒或燃燒量處于低限，以回收煤氣，綜合利用?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)爐煙氣凈化的方式一般采用未燃法。

　　 未燃法凈化與回收煤氣，不是在轉(zhuǎn)爐整個吹煉期都能回收，在吹煉初期即前燒期和吹煉末期既后燒期的數(shù)分鐘內(nèi)，煙氣發(fā)生量少且CO含量低，回收時間只取中間的一段既回收期，前后兩段煙氣與一定比例的空氣混合燃燒后凈化放散。

　　 未燃法產(chǎn)生的污水由于煙氣中CO₂難溶于水，對污水PH值影響較小，但冶煉中加入石灰粉料，使PH值增高呈堿性，煙塵粒度相對較粗，污水呈黑褐色，難以沉淀。

　　 2.3 轉(zhuǎn)爐煙氣凈化的過程

　　 在轉(zhuǎn)爐煙氣凈化的生產(chǎn)過程中，文氏管起著降低煙氣溫度與除去煙氣含塵的作用，是主要用水點。一級文氏管也稱降溫文氏管，主要是蒸發(fā)降溫和除去較粗的塵粒，使煙氣溫度從900℃降至72℃。二級文氏管也稱除塵文氏管，主要是噴水霧化除去細(xì)塵和冷凝降溫，為滿足除塵風(fēng)機的運行要求，煙氣溫度需從65℃降至53℃。

　　 從以上敘述不難得出，轉(zhuǎn)爐煙氣凈化污水處理中必須解決的關(guān)鍵問題：一是污水中含塵量即懸浮物的去除，二是污水溫度的降低，三是水質(zhì)穩(wěn)定。

　　 3 污水處理系統(tǒng)工藝流程探討

　　 3.1 設(shè)置粗顆粒分離機的必要性

　　 轉(zhuǎn)爐煙氣凈化污水中含有一定量的粒徑較大的顆粒，據(jù)有關(guān)資料記載，有些顆粒粒徑大于1mm。下表為污水中懸浮物顆粒粒徑組成分析：

粒徑(μm)_{>100100-6060-4040-3030-2020-10<10}%(重量)_871015242016

　　 粗顆粒分離機運用先是在某工程中從國外引進，主要去除污水中懸浮物粒徑≥60μm的顆粒，表中這部分顆粒占15%以上，運行實測數(shù)據(jù)也證實了這一點。

　　當(dāng)然，在有的轉(zhuǎn)爐煙氣凈化污水處理工程中沒有使用粗顆粒分離機，如合肥鋼鐵公司轉(zhuǎn)爐工程其實測出水懸浮物為50～72mg/l，處理效果也很好。但不去除粒徑≥60μm的這部分顆粒，將對后續(xù)沉淀設(shè)施增加了處理負(fù)荷，也增加了污泥脫水處理量，影響了沉淀設(shè)施出水水質(zhì)和增大了污泥處理系統(tǒng)的運行費用。

　　 3.2 沉淀設(shè)施型式的選擇與污泥氣力提升

　　 去除轉(zhuǎn)爐煙氣凈化污水中的懸浮物可采用豎流式沉淀池、輻射式沉淀池、斜板沉淀池。

　　 豎流式沉淀池直徑不宜過大，處理負(fù)荷較低，適應(yīng)小水量處理，這種池型對水質(zhì)、水量變化的適應(yīng)性也較差，實際工程中一般較少使用。輻射式沉淀池耐沖擊負(fù)荷，出水水質(zhì)相對比較穩(wěn)定，但處理負(fù)荷也較低，圓形池體直徑較大，易受占地的限制，一般2個輻射式沉淀池中1個池子檢修時，另1個池子要承擔(dān)100%的處理水量，使出水水質(zhì)下降。輻射式沉淀池沉淀下來的污泥含水率在80～95%之間，一般需經(jīng)濃縮池濃縮后方可進行污泥脫水處理，顯然增加了工程投資。從目前國內(nèi)有關(guān)轉(zhuǎn)爐煙氣凈化污水處理中采用這兩種池型的運行情況看，處理效果均不夠理想。

　　 斜板沉淀池的基本原理是應(yīng)用了淺池沉淀理論，具有停留時間短（一般為8min）、沉淀效率高（一般為98%以上）、沉淀面積小、適應(yīng)原水水質(zhì)變化范圍大、便于維護管理等優(yōu)點。斜板沉淀池外形為矩形，可單格或多格組合使用，有適應(yīng)因處理水量變化而產(chǎn)生沖擊負(fù)荷的承受能力。斜板沉淀池沉淀下來的污泥，其含水率一般在60～70%之間或更低，不需經(jīng)過濃縮池濃縮，可直接送污泥處理系統(tǒng)進行脫水處理。對于改造工程，斜板沉淀池更有占地小的優(yōu)越性。

　　 對于斜板沉淀池的排泥問題，一直是實際工程使用中和工程設(shè)計時爭論的焦點問題。在平爐改轉(zhuǎn)爐工程中斜板沉淀池通過螺旋輸泥機和氣力提升器排泥并送到高位貯泥罐，經(jīng)調(diào)試測定和實際運行已取得了良好的效果和經(jīng)驗。氣力提升器所使用的壓縮空氣壓力并不是越高越好，一般在0.4MPa即可，而污泥的提升量與所供給的壓縮空氣量有著直接的關(guān)系。采用氣力提升可使斜板沉淀池的排泥達(dá)到自動控制的要求。

　　 3.3 煙氣凈化污水處理系統(tǒng)中是否設(shè)置冷卻塔

　　 轉(zhuǎn)爐煙氣凈化污水處理系統(tǒng)中是否設(shè)置冷卻塔是工藝流程設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)。平爐改轉(zhuǎn)爐工程中沒有設(shè)置冷卻塔，設(shè)計中考慮讓污水在處理設(shè)備及構(gòu)筑物中自然冷卻來滿足煙氣凈化給水溫度的要求，從實測運行數(shù)據(jù)給水水溫40℃左右看也的確滿足了供水的要求，但在實際運行中加入了較大量的補充水。

　　 某工程煙氣凈化污水處理系統(tǒng)中也沒有設(shè)置冷卻塔，但設(shè)計有調(diào)節(jié)池、大沉淀面積的輻射式沉淀池和大面積的敞開式吸水井。因為自然冷卻是利用與空氣接觸，通過蒸發(fā)散熱、對流傳熱、輻射傳熱等方式來降低水溫的，采用自然冷卻在工程設(shè)計中應(yīng)詳細(xì)計算。

　　 轉(zhuǎn)爐煙氣凈化污水處理系統(tǒng)中是否設(shè)置冷卻塔，關(guān)鍵還在于煙氣凈化主體工藝中除塵風(fēng)機對溫度的適應(yīng)能力，以及貯氣裝置對回收的煤氣溫度的要求。某工程中除塵風(fēng)機和貯氣裝置對溫度有較強的適應(yīng)能力，平爐改轉(zhuǎn)爐工程中通風(fēng)專業(yè)主體工藝沒有充分考慮實際運用設(shè)備的適應(yīng)能力而參照了某工程的模式，出現(xiàn)了上面敘述的問題。從此也得出污水處理系統(tǒng)工藝流程設(shè)計的成功與否和深入了解主體工藝有著密切的關(guān)系。

　　 目前，平爐改轉(zhuǎn)爐工程煙氣凈化污水處理系統(tǒng)中正在考慮增加冷卻塔的問題。在以往工程中設(shè)置了冷卻塔，由于污水含塵量較大經(jīng)長期運行后會發(fā)生冷卻塔填料被堵塞而導(dǎo)致冷卻塔不能使用的情況，現(xiàn)已設(shè)計出了無填料冷卻塔解決了這個問題。

　　 3.4 煙氣凈化污水的水質(zhì)穩(wěn)定

　　 煙氣凈化污水的水質(zhì)穩(wěn)定是滿足煙氣凈化設(shè)施的用水要求和使污水循環(huán)系統(tǒng)長期穩(wěn)定地運行必不可少的重要環(huán)節(jié)。未燃法產(chǎn)生的污水由于煙氣中CO₂難溶于水，溶于污水中的CaO多，使污水中硬度增高，而導(dǎo)致煙氣凈化設(shè)備和污水處理設(shè)備嚴(yán)重結(jié)垢，影響了生產(chǎn)的正常運行。

　　 在煙氣凈化污水中，投加Na₂CO₃使污水中鈣硬度保持在1mg-N/l左右，生產(chǎn)運行實踐證明是達(dá)到防垢目的和保證水質(zhì)穩(wěn)定的重要措施，其化學(xué)反應(yīng)式如下：

　　 Ca(OH)₂+Na₂CO₃→CaCO₃↓+2NaOH

　　 2NaOH+CO₂→Na₂CO₃+H₂O

　　 Na₂CO₃+ CO₂+H₂O→2NaHCO₃

　　 Ca(OH)₂+2NaHCO₃→CaCO₃↓+Na₂CO₃+2H₂O

　　 從上面的化學(xué)反應(yīng)式可以看出， Na₂CO₃能通過直接和間接兩種方式吸收污水中CO₂，其本身只起中間作用，一次性投加就會有很好的運行效果。平爐改轉(zhuǎn)爐工程煙氣凈化污水處理系統(tǒng)調(diào)試運行中根據(jù)系統(tǒng)總水量投加了Na₂CO₃，目前在系統(tǒng)中投加一定量的新型SN-103緩蝕阻垢劑，運行效果良好。

　　 4 設(shè)備的設(shè)置與設(shè)計要點

　　 4.1 粗顆粒分離機電機需變頻調(diào)速

　　 在平爐改轉(zhuǎn)爐工程中粗顆粒分離機調(diào)試時，由于電機轉(zhuǎn)速過快，無軸螺旋體與U形槽體間摩擦力較大，又因減速機斜裝內(nèi)部潤滑油不充滿，致使粗顆粒分離機不能正常運行及減速機摩損較大，且分離出的粗顆粒含水率高。

　　 設(shè)計中曾考慮了粗顆粒分離機電機的變頻調(diào)速，因工程投資問題被減掉。調(diào)試后，加裝了日本YASKAWA公司的CIMR-G5A4011型電機變頻調(diào)速裝置，電壓400v、功率11kW，生產(chǎn)運行正常。因此，粗顆粒分離機的電機必須有變頻調(diào)速裝置，且在運行過程中能更好地適應(yīng)污水中含塵量及含塵粒徑的變化。

　　 4.2 斜板沉淀池排泥總管的設(shè)計

　　 在目前國內(nèi)有關(guān)轉(zhuǎn)爐煙氣凈化工程和平爐改轉(zhuǎn)爐工程轉(zhuǎn)爐煙氣凈化的實際生產(chǎn)過程中，實測污水中含塵量已達(dá)到金屬爐料的3%或更高，這就說明斜板沉淀池中沉淀下來的污泥量已增加，排泥周期縮短，對一根DN100的排泥總管已不能滿足實際生產(chǎn)運行的要求。平爐改轉(zhuǎn)爐工程中已增加了一根DN100的排泥總管。

　　 所以在以后類似工程的設(shè)計中應(yīng)充分考慮煙氣凈化污水中含塵量的問題，這也是沉淀構(gòu)筑物設(shè)計負(fù)荷確定的依據(jù)。

　　 4.3 供煙氣凈化設(shè)施水泵臺數(shù)的確定

　　 轉(zhuǎn)爐煙氣凈化污水處理系統(tǒng)的處理水量宜按工程最終規(guī)模時的轉(zhuǎn)爐座數(shù)考慮。相應(yīng)為使對煙氣凈化設(shè)施給水水量及壓力的供給穩(wěn)定，應(yīng)盡量采用一爐一泵的原則。為了滿足煙氣凈化設(shè)施用水量變化的要求，可采取流量調(diào)節(jié)的措施。

　　 5 主要結(jié)論

　　 水處理系統(tǒng)設(shè)計要對主體工藝生產(chǎn)過程進行深入了解，設(shè)計出的系統(tǒng)應(yīng)真正對主體工藝的用水設(shè)施提供符合水量、水壓、水溫、水質(zhì)要求的供水，并能滿足其生產(chǎn)過程中復(fù)雜多變的狀況。

　　 轉(zhuǎn)爐煙氣凈化污水處理系統(tǒng)中設(shè)置粗顆粒分離機是必要的，其電機應(yīng)采取變頻調(diào)速措施。對于實際工程，斜板沉淀池設(shè)計負(fù)荷的確定要充分考慮污水中含塵量占金屬爐料的比例，系統(tǒng)中是否設(shè)置冷卻塔要根據(jù)煙氣凈化主體工藝的要求來考慮。對處理系統(tǒng)還應(yīng)做好相應(yīng)的技術(shù)經(jīng)濟分析和比較。