轉爐煙氣除塵廢水回用處理技術（一）時間：2009-09-28來源：陽光學習網作者：肖波 成愛萍 內容摘要 本文論述了采用低硬度法處理120T氧氣頂吹轉爐煙氣除塵廢水的工藝流程及水處理藥劑的原理、技術創新和特點。經實際運行證明，不僅滿足了生產高效穩定運行的要求，同時實現了節水減排的良性循環。 關鍵詞 轉爐煙氣除塵 廢水回用 處理技術 1、前言 鋼鐵工業中煉鋼工序是整個鋼鐵生產過程的中心環節，而轉爐吹氧工藝是目前應用最廣泛的煉鋼方法。在此工藝環節中需要吹入大量的氧氣，同時會產生含大量濃重粉塵的煙氣，經爐口冒出，為保證生產安全進行，必需對此部分煙氣進行降溫除塵處理，常采用兩級文氏管工藝，用水進行降溫除塵。因此，鋼鐵工業既是用水大戶，但又在生產過程中不可避免地在產生外排廢水，過程中且對水資源造成浪費和污染。要實現鋼鐵工業的可持續發展，在鋼鐵工業中開展節水技術的研究是十分必要的。 為節約用水、保護水環境，保障煉鋼工序的穩定，安全和低成本運行，具有國家工業廢水甲級運行資質的韶關市雅魯環保實業有限公司承擔了廣東韶關鋼鐵集團有限公司（簡稱韶鋼）第三煉鋼廠轉爐煙氣除塵廢水的處理工作系統。廣東韶鋼第三煉鋼廠兩座120T的氧氣頂吹轉爐產生的煙氣是采用濕法除塵工藝進行凈化和冷卻，根據煉鋼用水水質要求，我們開發了高效的廢水治理技術和創新復配多種高效的水處理藥劑，利用水質化學處理新技術實現了除塵水系統穩定、清潔、高效運行，實現了廢水再利用，提高了廢水的循環利用率和水的重復利用率，實現了轉爐煙氣除塵廢水的零排放，減少了新水的使用量，為生產的安全穩定運行提供基本保障。該項技術的成功應用，對降低鋼鐵企業新消耗水量，減少煙氣、污水排放等具有重要的社會意義、并取得較好的經濟效益和環保效益。 2、轉爐煙氣除塵水系統及水質特點 2.1轉爐煙氣凈化工藝特點 韶鋼第三煉鋼廠兩座120T的氧氣頂吹轉爐產生的煙氣是采用濕法除塵工藝進行凈化和冷卻。采用活動煙罩收集煙氣,高溫煙氣(12001400 )經汽化冷卻、煙道冷卻，煙氣溫度降為8001000。依次經過一級、二級文丘里洗滌裝置，將煙氣中的灰塵除掉，同時降低煙氣溫度，供給后道工序精處理回收利用。一文(溢流文氏管)采用溢流和噴水相結合的供水方式；二文采用矩形“R-D”線性可調文氏管，供水采用兩側噴入除塵的方式，采用防卡型噴嘴，可防止在非吹煉期間噴嘴堵塞。彎頭脫水器內設弧形擋板和多折擋板進行脫水和除霧，在非吹煉期用高壓水清洗，以防堵塞。該工藝除塵效率高。 由于煉鋼吹氧時，將大量石灰、氧化鐵、CO2，CO和其它添加劑等雜質帶入煙氣中，經汽水接觸進入循環的除塵水，造成除塵水污染嚴重，懸浮物含量最高可達20000mg/ L。且煙氣溫度最高可達1600，易在關鍵部位形成硬垢或氧化鐵的沉淀，影響除塵效率，造成環境污染，更嚴重的是影響到生產的穩定運行。同時該部分除塵污廢水含有大量重金屬物質元素，必須進行有效合格的處理，避免污水未經處理而排出循環系統，污染環境。 2.2轉爐煙氣除塵廢水性質及廢水處理、循環工藝流程 2.2.1轉爐煙氣除塵廢水性質： （1）廢水懸浮物(SS)含量 轉爐除塵廢水含有較高的懸浮物，隨吹煉期的不同，其含量變化范圍也很大，一般在500015000mg/L范圍內，最高可達20000mg/ L。廢水中的懸浮物以FeO為主，為黑褐色;由于煉鋼時投加石灰作為造渣劑，因此有大量的Ca2+進入廢水中，廢水中懸浮物的粒度在整個冶煉過程中不斷變化，但大部份為l0m以上。 轉爐煙氣除塵廢水回用處理技術（二）時間：2009-09-28來源：陽光學習網作者：肖波 成愛萍 （2） 廢水的PH值 轉爐除塵廢水，由于煙氣中的二氧化碳難溶于水，因此對廢水的PH值影響較小，但由于冶煉時加入石灰作造渣料劑而往往使廢水呈現堿性，一般為PH78123左右。 （3）廢水的溫度 廢水溫度隨冶煉過程中煙氣溫度的變化而變化，一般不吹氧時水溫較低，吹氧時水溫急劇上升，水溫上升梯度可達20/ l0min 。 （4）廢水沉淀特性 未燃法煙氣凈化廢水的懸浮物粒徑較大，相對較易沉淀，但由于在整個冶煉過程中廢水溫度、含塵量、煙塵粒度不斷變化，因此，廢水沉淀特性也隨之變化，給廢水沉淀帶來不利影響。 如對廢水不進行處理或處理不合格就會導致以下問題產生： （1）一文、二文候口結垢，影響煙氣的除塵和冷卻效果，調節風量的重錘結垢，可能會造成煤氣從爐口溢出，煙氣排放不達標，對周圍大氣環境造成嚴重污染。（2）噴嘴結垢；。由于該位置溫度較高，容易積灰結垢，降低水流量，引發喉口、重錘、風機葉輪的結垢。（3）引風機葉輪表面嚴重結垢，加速風機葉輪磨損，嚴重時影響生產的穩定。（4）管道、水泵結垢，降低通水量，影響除塵效率和系統平衡，嚴重時會影響生產。 （5）彎頭脫水器及水封結垢沉積，影響通風、通水量，破壞系統平衡，加重喉口聽結垢，造成惡性循環。 為解決上述問題，通常是停產進行人工清洗，既影響生產，又增加檢修成本，并且增加工人勞動強度和傷害工人身體健康。2.2.2傳統轉爐煙氣除塵廢水處理工藝流程見圖1：轉爐煤氣洗滌塔（二級文氏管）轉爐煤氣洗滌塔（一級文氏管）高位槽粗顆粒分離機斜板沉淀池熱水池冷卻塔冷水池污泥脫水回用補充新水粗顆粒回收 圖1: 傳統轉爐煙氣除塵廢水處理工藝流程示意圖采用此簡單的物理沉降技術路線，能去除污水中所含的大部分懸浮雜質，若設計沉淀裝置，沉淀池的容積足夠大，保證能達到3個小時以上的水力停留時間，能保證出水的懸浮物低于150mg/L。但如此一來，沉淀池占地面積和空間大大增加，利用率偏低，且造價昂貴，同時污泥的脫水性能很差，新建煉鋼廠大都設計為1至1.5個小時的水力停留時間，擴建或擴大產能的煉鋼廠大都沿用原來老系統，水力停留時間甚至少于45分鐘。目前各煉鋼廠采用在高位槽或沉淀池投加絮凝劑的方案。2.2.3 一般投加藥劑的轉爐除塵廢水處理工藝流程 為防止循環水系統管道結垢堵塞，尤其是避免文氏管的堵塞從而造成除塵效果差，甚至發生生產事故，各煉鋼廠采用降鈣劑，并投加阻垢分散劑，其工藝流程見圖2：轉爐煤氣洗滌塔（二級文氏管）轉爐煤氣洗滌塔（一級文氏管）高位槽粗顆粒分離機斜板沉淀池熱水池冷卻塔冷水池污泥脫水回用補充新水粗顆粒回收絮凝劑降鈣劑阻垢分散劑 圖2:一般轉爐煙氣除塵廢水處理工藝流程示意圖從理論上來講，此工藝能完全達到應有的效果，但由于目前市面上的阻垢分散劑多為聚羧酸類，在堿性條件下阻垢效果一般，且耐熱效果不佳，在高溫爐氣的作用下易喪失作用，同時缺乏與降鈣劑的協調作用，目前各煉鋼廠的管路堵塞的問題依然突出。2.3 除塵廢水處理工藝、關鍵創新技術及藥劑特點2.3.1創新除塵廢水處理工藝 針對實際問題，我們改進如前所述技術路線，并開發了三種新型水處理藥劑，創新低硬度法處理轉爐煙氣除塵廢水處理工藝流程見圖3:轉爐煤氣洗滌塔（二級文氏管）轉爐煤氣洗滌塔（一級文氏管）高位槽粗顆粒分離機斜板沉淀池熱水池冷卻塔冷水池污泥脫水回用補充新水粗顆粒回收無機絮凝劑有機絮凝劑降鈣劑高效阻垢分散劑 圖3: 低硬度法處理轉爐煙氣除塵廢水工藝流程示意圖轉爐煙氣除塵廢水回用處理技術（三）時間：2009-09-28來源：陽光學習網作者：肖波 成愛萍 2.3.2解決轉爐除塵廢水的關鍵技術： （1）懸浮物的去除 純氧頂吹轉爐除塵廢水中的懸浮物雜質均為無機化合物，采用自然沉淀的物理方法，雖能使出水懸浮物含量達到150200mgL的水平，但循環利用效果不佳，必須采用強化沉淀的措施。 （2）水質穩定問題 由于煉鋼過程中必須投加石灰，在吹氧時部分石灰粉塵還未與鋼液接觸就被吹出爐外，隨煙氣一道進入除塵系統，造成廢水中硬度極高，需要降低硬度并且需對水質進行穩定處理，防止系統管道結垢。 本技術通過新型復配的無機系與有機系絮凝劑的強化絮凝，使轉爐除塵廢水的懸浮物含量低于50mg/L，采用具有永硬脫除功能的降鈣劑大幅降低水質硬度（總硬度由1000mg/L降至50mg/L），達到低硬度抑制結垢的目的，同時添加以水解馬來酸酐為主體的高效阻垢分散劑，確保高濁、高硬除塵廢水在循環回用過程中，不會使管路系統結垢腐蝕。 （3）投加合理濃度的高效絮凝劑以對污水中懸浮物的高效沉淀及回收； （4）投加足量的降鈣劑以對污水中致垢硬度的有效降低； （5）投加適量濃度的阻垢分散劑以確保管路系統不結垢。 而在目前轉爐廢水處理技術工藝中，在此三方面還存在很大的不足： （1）無機絮凝劑在高堿度和高pH條件下常規無機絮凝劑作用效果差； （2）由于無機絮凝劑的效果差，需投加高濃度有機絮凝劑，成本高昂； （3）懸浮物和硬度去除率低，阻垢分散劑耐熱性差，結垢問題依然突出。 我們經過研究試驗采用新型復配的無機系與有機系絮凝劑的強化絮凝，使轉爐除塵廢水的懸浮物含量低于50mg/L（懸浮物含量由500015000mg/L降至50mg/L），采用具有永硬脫除功能的降鈣劑大幅度降低水質硬度（總硬度由1000mg/L降至50mg/L），達到低硬度抑制結垢的目的，同時添加以水解馬來酸酐為主體的高效阻垢分散劑，確保高濁、高硬除塵廢水在循環回用過程中，不會使管路系統結垢腐蝕。 2.3.3 水質穩定處理創新技術及藥劑特點 （1） 凈化、改善水質。該系統水質高懸浮物和高硬度是主要影響因素，采用降鈣劑配合絮凝劑提高斜板沉淀池的沉淀效果，并將大部分硬度物質排出除塵水系統。 （2）加堿降硬法 因煙氣中含有18-30%的CO2氣體與水接觸，部分溶解于水中形成HCO3 ，CO23 ，與Ca、Mg離子生成CaCO3、MgCO3沉淀。其反應如下（以Ca為例）： CaO + H2O = Ca（0H）2 Ca（0H）2 Ca2 + 2OH 3 CO2 + OH = HCO3 HCO3 + OH CO23 + H2O Ca2+ + CO23 = CaCO3 所以，要保持水質穩定的關鍵條件是系統中要有足量的CO23 與不斷溶入水中的Ca2+ 及時生成CaCO3 沉淀，隨泥漿排出。同時，系統又要有足量的OH ，與煙氣的CO2生成CO23來補充反應物的離子濃度。而采用投加Na2CO3的方法，恰好能解決這一問題。其主要反應如下： Na2CO3 + Ca（0H）2 CaCO3 + 2 Na0H Na0H + CO2 Na2CO3 +H2O 由此可見，所生成的Na2CO3 又與水中的Ca2 作用生成CaCO3沉淀，以達到降低硬度的作用，同時又能吸收煙氣中的CO2 實現再生而循環利用。在運行過程中根據水中硬度定量補充堿度，保持在高堿度、低硬度的運行方式，保證水質的相對穩定。 （3） 由于使用單獨混凝劑和單獨助凝劑存在一定的局限性，根據轉爐除塵廢水水質特點，采用新型無機高效絮凝劑,以鐵基、鋁基為主體，與其它類型或品種的水處理劑復配，在使用時就可以提高水處理效果。 （4）利用不同類型水處理劑之間的協同效應，以提高水處理效果。 利用陽極型的緩蝕劑和陰極型的緩蝕劑，將兩者按一定的比例復配后可相互彌補原先各自的局限，實現優勢互補，提高和增強緩蝕效果。 （5）利用不同水處理劑的不同功能，通過復配構成多功能的水處理劑， 利用緩蝕劑和阻垢劑復配或復合聯用，就形成了既具有緩蝕作用，又具有阻垢作用的多功能水處理緩蝕阻垢劑。 （6）單一的水處理藥劑在現場使用時，往往需分別溶解和投加，造成操作不便，如能事先復配成水處理劑的復合配方就可以一次投加，簡化和方便加藥操作。 （7）有時單一的水處理劑使用濃度高時價格貴，如與其它廉價水處理劑復配，可以降低原先的投加濃度，從而降低藥劑總的成本和費用。 （8）轉爐煙氣除塵水的水質、水溫、懸浮物含量隨著每爐鋼的吹煉周期變化而變化，是很不穩定的復雜體系，水中帶有大量的氧化鐵粉、無機堿金屬鹽、沉淀物種類較多，經采用無機高效絮凝劑、有機高效絮凝劑高效阻垢分散劑等化學方法處理后，達到煉鋼工業生產用水水質標準，使煉鋼煙氣除塵水經處理后全部實現閉路循環，大大提高了循環水系統水的重復利用率。但由于循環率的提高，蒸發濃宿使水質惡化，水中的含鹽量和總殘渣增大，存在著強烈的結垢傾向，結垢速率提高。針對結垢速率提高的問題，我們又采用局部強化控制技術。抑制在轉爐吹煉期文氏管洗滌器的強結垢沉積，這更是轉爐除塵廢水處理工藝的創新特點之一。 （9）高效阻垢分散劑ZF121YL是煉鋼除塵水中氧化鐵垢、鈣鹽垢專用分散劑，用量低抑制沉積物性能強。能有效地抑制碳酸鈣、硫酸鈣、磷酸鈣垢的形成和沉積，低劑量可抑制整個系統和喉口局部的水質強結垢傾向。特別是對防止磷酸鈣垢的析出具有顯著效果，它對水中的鈣離子有很大的寬容度，適用于高堿度、高硬度、高濃縮倍數、高濁度、高有機物含量的循環冷卻水中作阻垢分散劑。采用新型高效阻垢分散劑全面控制除塵廢水系統的結垢傾向。 轉爐煙氣除塵廢水回用處理技術（四）時間：2009-09-28來源：陽光學習網作者：肖波 成愛萍 2.4研究開發的四種創新藥劑：（1）、無機絮凝劑XN211YL：聚合氯化鋁（鋁基類）目前市售最普遍效果最肯定的無機類絮凝劑適用pH范圍為5-9，不在轉爐除塵水pH9-12的范圍，應用基本失效硫酸鐵（鐵基類）市售耐堿性最好的藥劑，適用pH范圍4-12絮凝沉降效果差，用量大，與有機絮凝劑協同作用弱無機高效絮凝劑以鐵基、鋁基為主體，結合現場水質正交試驗配比，同時添加部分穩定劑達到高堿性條件下的出色作用，且用量少，與有機絮凝劑協同效應強，成本低廉（2）、有機絮凝劑XN321YL：低分子量聚丙烯酰胺價廉效果差，用量大高分子量聚丙烯酰胺效果出色價格高昂，由于轉爐除塵水懸浮物變化范圍大，若不能及時調整用量，投加過量時浪費藥劑，投加不足則達不到效果有機高效絮凝劑低分子量聚丙烯酰胺與高分子量復配，同時添加適量淀粉聚合物，綠色環保具有很好的緩沖效應，投加效果穩定，成本合理，懸浮物去除率最高可達99%以上，同高分子量聚丙烯酰胺效力相當（3）、降鈣劑QT611YL：Na2CO3暫時硬度經典去除藥劑永硬和鎂硬脫除困難降鈣劑Na2CO3與少量永硬脫除劑復配，針對煉鋼工藝水質永硬與鎂硬情況調節配比解決了鋼廠出現永硬鈣垢和鎂垢現象（4）、高效阻垢分散劑ZF121YL：聚丙烯酸類價廉，碳酸鈣硬分散明顯永硬分散效果差，耐熱性差。高于121阻垢效果迅速降低，不適應轉爐除塵水系統文氏管類高溫條件水解聚馬來酸酐類耐熱性好，高于175可正常使用價格高，有效濃度要求高，投加量大高效阻垢分散劑以水解聚馬來酸酐為主體，添加其他多元共聚物及有機膦類阻垢分散通過最優化復配，可使原本水解聚馬來酸酐10mg/L的作用濃度降至5mg/L，同時由于協同作用，阻垢分散效果增強20%（實驗室數據） 2.5本項目與同類工藝技術的比較： 分類 項目普通工藝 低硬度法備注運行總硬度高（一般500mg/L）極低（50mg/L）硬度高，加大了結垢的幾率，同時也會大量消耗阻垢分散劑的用量pH值需調節不調節，自然pH值運行傳統阻垢分散劑為聚羧酸類，堿性條件下運行效果較差。傳統方法若采用加酸工藝，將提高成本，同時帶來系統腐蝕風險。腐蝕風險大極小控制水質pH值813，碳鋼表面鈍化，腐蝕極小系統微粒電荷不可確定，時正時負始終為負電荷單一性，提高絮凝作用的穩定性，易于控制懸浮物過程控制容易結垢，且不可逆轉從源頭控制成垢因素采用科學的多因素水質分析方法，提供24小時全天及時有效分析支持阻垢分散劑量pH適用范圍外，用量大pH適用范圍以內，用量大傳統使用聚羧酸類阻垢分散劑，不在最適pH值范圍內，用量大補充水質一般為軟水普通工業用水節省軟水費用開系統循環率低，為降低硬度需定期置換閉路100%循環降低用水量，節省成本，且保護環境系統檢修需定期去除冷卻塔和管路的垢，甚至需要酸洗，頻率高陳垢可逐步去除檢修頻率大大降低，提高設備的使用率，節省維修開支排泥系統易結垢，堵塞，排泥困難不結垢，不堵塞，易抽排，易壓泥排泥系統通暢，直接關系水處理系統的正常穩定運行自動控制難可實現自動化控制控制參數簡單合理，可以實現自動化或遠程控制運行費用高低低硬度法可直接降低藥劑費用三分之一轉爐煙氣除塵廢水回用處理技術（五）時間：2009-09-28來源：陽光學習網作者：肖波 成愛萍 3. 效益分析 3.1 經濟效益 （1）采用該技術后，能確保廢水處理后的水質指標符合回用標準，杜絕了不合格廢水的外排，廢水循環利用率由97%提高到100%，新水補充量主要為補充蒸發損失，補充量由占循環水量的59%降低至2.8%，節約新水52.5%，依照循環水量1580噸/小時，年作業360天計，則年節水4231872噸，按工業用水取用成本0.5元/噸計算，節省水費開支211.59萬元。 4231872噸0.5元/噸=211.59萬元/年 年節約新水量為： 1580噸/小時24小時/天360天/年（5.9%-2.8%）=423187噸/年 按工業噸水取用成本0.5元計算： 年節約新水成本費用:423187噸0.5元/噸=2.16萬元/年 合計:211.59萬元/年 + 2.16萬元/年=213.75萬元/年 （2）由于采用該項水處理技術，廢水出水水質懸浮物50mg/L降低至約20mg/L，大幅度提高了污泥的產出量，年增加污泥產量683噸，其含鐵量超過60%，按精鐵礦粉1200元/噸，則年增加韶鋼產值4.92萬元。 年增加回收污泥量為： 1580噸/小時24小時/天360天/年（0.00005噸/噸水-0.00002噸/噸水） =683噸/年 折算為精鐵礦粉則為： 683噸60%=410噸 以市場精鐵礦粉1200元/噸計，則回收效益為： 410噸1200元/噸=4.920萬元/年 由于污泥壓濾回收成本較低，故忽略該部分增加的支出。 （3）由于水質控制可靠，減少了系統結垢腐蝕現象的發生，從而減少了水處理系統檢修的任務量。由于設備故障率的大幅下降，該系統的檢修費用由以前預算的300萬元/年減少到目前100萬元/年的控制水平，為客戶產生效益200萬元/年。 （4）維修任務的減少，相應地也提高了工廠開工率，統計表明由于水處理系統的故障占煉鋼廠停產檢修故障的31.7%，要求檢修作業時間為284小時/年，通過該技術的運用，水處理系統檢修作業時間縮短至72小時/年，極大地提高了生產的開工率，依照年300萬噸鋼產量計