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转炉烟气除尘废水回用处理技术（一）时间：2009-09-28来源：阳光学习网作者：肖波 成爱萍 内容摘要 本文论述了采用低硬度法处理120T氧气顶吹转炉烟气除尘废水的工艺流程及水处理药剂的原理、技术创新和特点。经实际运行证明，不仅满足了生产高效稳定运行的要求，同时实现了节水减排的良性循环。 关键词 转炉烟气除尘 废水回用 处理技术 1、前言 钢铁工业中炼钢工序是整个钢铁生产过程的中心环节，而转炉吹氧工艺是目前应用最广泛的炼钢方法。在此工艺环节中需要吹入大量的氧气，同时会产生含大量浓重粉尘的烟气，经炉口冒出，为保证生产安全进行，必需对此部分烟气进行降温除尘处理，常采用两级文氏管工艺，用水进行降温除尘。因此，钢铁工业既是用水大户，但又在生产过程中不可避免地在产生外排废水，过程中且对水资源造成浪费和污染。要实现钢铁工业的可持续发展，在钢铁工业中开展节水技术的研究是十分必要的。 为节约用水、保护水环境，保障炼钢工序的稳定，安全和低成本运行，具有国家工业废水甲级运行资质的韶关市雅鲁环保实业有限公司承担了广东韶关钢铁集团有限公司（简称韶钢）第三炼钢厂转炉烟气除尘废水的处理工作系统。广东韶钢第三炼钢厂两座120T的氧气顶吹转炉产生的烟气是采用湿法除尘工艺进行净化和冷却，根据炼钢用水水质要求，我们开发了高效的废水治理技术和创新复配多种高效的水处理药剂，利用水质化学处理新技术实现了除尘水系统稳定、清洁、高效运行，实现了废水再利用，提高了废水的循环利用率和水的重复利用率，实现了转炉烟气除尘废水的零排放，减少了新水的使用量，为生产的安全稳定运行提供基本保障。该项技术的成功应用，对降低钢铁企业新消耗水量，减少烟气、污水排放等具有重要的社会意义、并取得较好的经济效益和环保效益。 2、转炉烟气除尘水系统及水质特点 2.1转炉烟气净化工艺特点 韶钢第三炼钢厂两座120T的氧气顶吹转炉产生的烟气是采用湿法除尘工艺进行净化和冷却。采用活动烟罩收集烟气,高温烟气(12001400 )经汽化冷却、烟道冷却，烟气温度降为8001000。依次经过一级、二级文丘里洗涤装置，将烟气中的灰尘除掉，同时降低烟气温度，供给后道工序精处理回收利用。一文(溢流文氏管)采用溢流和喷水相结合的供水方式；二文采用矩形“R-D”线性可调文氏管，供水采用两侧喷入除尘的方式，采用防卡型喷嘴，可防止在非吹炼期间喷嘴堵塞。弯头脱水器内设弧形挡板和多折挡板进行脱水和除雾，在非吹炼期用高压水清洗，以防堵塞。该工艺除尘效率高。 由于炼钢吹氧时，将大量石灰、氧化铁、CO2，CO和其它添加剂等杂质带入烟气中，经汽水接触进入循环的除尘水，造成除尘水污染严重，悬浮物含量最高可达20000mg/ L。且烟气温度最高可达1600，易在关键部位形成硬垢或氧化铁的沉淀，影响除尘效率，造成环境污染，更严重的是影响到生产的稳定运行。同时该部分除尘污废水含有大量重金属物质元素，必须进行有效合格的处理，避免污水未经处理而排出循环系统，污染环境。 2.2转炉烟气除尘废水性质及废水处理、循环工艺流程 2.2.1转炉烟气除尘废水性质： （1）废水悬浮物(SS)含量 转炉除尘废水含有较高的悬浮物，随吹炼期的不同，其含量变化范围也很大，一般在500015000mg/L范围内，最高可达20000mg/ L。废水中的悬浮物以FeO为主，为黑褐色;由于炼钢时投加石灰作为造渣剂，因此有大量的Ca2+进入废水中，废水中悬浮物的粒度在整个冶炼过程中不断变化，但大部份为l0m以上。 转炉烟气除尘废水回用处理技术（二）时间：2009-09-28来源：阳光学习网作者：肖波 成爱萍 （2） 废水的PH值 转炉除尘废水，由于烟气中的二氧化碳难溶于水，因此对废水的PH值影响较小，但由于冶炼时加入石灰作造渣料剂而往往使废水呈现碱性，一般为PH78123左右。 （3）废水的温度 废水温度随冶炼过程中烟气温度的变化而变化，一般不吹氧时水温较低，吹氧时水温急剧上升，水温上升梯度可达20/ l0min 。 （4）废水沉淀特性 未燃法烟气净化废水的悬浮物粒径较大，相对较易沉淀，但由于在整个冶炼过程中废水温度、含尘量、烟尘粒度不断变化，因此，废水沉淀特性也随之变化，给废水沉淀带来不利影响。 如对废水不进行处理或处理不合格就会导致以下问题产生： （1）一文、二文候口结垢，影响烟气的除尘和冷却效果，调节风量的重锤结垢，可能会造成煤气从炉口溢出，烟气排放不达标，对周围大气环境造成严重污染。（2）喷嘴结垢；。由于该位置温度较高，容易积灰结垢，降低水流量，引发喉口、重锤、风机叶轮的结垢。（3）引风机叶轮表面严重结垢，加速风机叶轮磨损，严重时影响生产的稳定。（4）管道、水泵结垢，降低通水量，影响除尘效率和系统平衡，严重时会影响生产。 （5）弯头脱水器及水封结垢沉积，影响通风、通水量，破坏系统平衡，加重喉口听结垢，造成恶性循环。 为解决上述问题，通常是停产进行人工清洗，既影响生产，又增加检修成本，并且增加工人劳动强度和伤害工人身体健康。2.2.2传统转炉烟气除尘废水处理工艺流程见图1：转炉煤气洗涤塔（二级文氏管）转炉煤气洗涤塔（一级文氏管）高位槽粗颗粒分离机斜板沉淀池热水池冷却塔冷水池污泥脱水回用补充新水粗颗粒回收 图1: 传统转炉烟气除尘废水处理工艺流程示意图采用此简单的物理沉降技术路线，能去除污水中所含的大部分悬浮杂质，若设计沉淀装置，沉淀池的容积足够大，保证能达到3个小时以上的水力停留时间，能保证出水的悬浮物低于150mg/L。但如此一来，沉淀池占地面积和空间大大增加，利用率偏低，且造价昂贵，同时污泥的脱水性能很差，新建炼钢厂大都设计为1至1.5个小时的水力停留时间，扩建或扩大产能的炼钢厂大都沿用原来老系统，水力停留时间甚至少于45分钟。目前各炼钢厂采用在高位槽或沉淀池投加絮凝剂的方案。2.2.3 一般投加药剂的转炉除尘废水处理工艺流程 为防止循环水系统管道结垢堵塞，尤其是避免文氏管的堵塞从而造成除尘效果差，甚至发生生产事故，各炼钢厂采用降钙剂，并投加阻垢分散剂，其工艺流程见图2：转炉煤气洗涤塔（二级文氏管）转炉煤气洗涤塔（一级文氏管）高位槽粗颗粒分离机斜板沉淀池热水池冷却塔冷水池污泥脱水回用补充新水粗颗粒回收絮凝剂降钙剂阻垢分散剂 图2:一般转炉烟气除尘废水处理工艺流程示意图从理论上来讲，此工艺能完全达到应有的效果，但由于目前市面上的阻垢分散剂多为聚羧酸类，在碱性条件下阻垢效果一般，且耐热效果不佳，在高温炉气的作用下易丧失作用，同时缺乏与降钙剂的协调作用，目前各炼钢厂的管路堵塞的问题依然突出。2.3 除尘废水处理工艺、关键创新技术及药剂特点2.3.1创新除尘废水处理工艺 针对实际问题，我们改进如前所述技术路线，并开发了三种新型水处理药剂，创新低硬度法处理转炉烟气除尘废水处理工艺流程见图3:转炉煤气洗涤塔（二级文氏管）转炉煤气洗涤塔（一级文氏管）高位槽粗颗粒分离机斜板沉淀池热水池冷却塔冷水池污泥脱水回用补充新水粗颗粒回收无机絮凝剂有机絮凝剂降钙剂高效阻垢分散剂 图3: 低硬度法处理转炉烟气除尘废水工艺流程示意图转炉烟气除尘废水回用处理技术（三）时间：2009-09-28来源：阳光学习网作者：肖波 成爱萍 2.3.2解决转炉除尘废水的关键技术： （1）悬浮物的去除 纯氧顶吹转炉除尘废水中的悬浮物杂质均为无机化合物，采用自然沉淀的物理方法，虽能使出水悬浮物含量达到150200mgL的水平，但循环利用效果不佳，必须采用强化沉淀的措施。 （2）水质稳定问题 由于炼钢过程中必须投加石灰，在吹氧时部分石灰粉尘还未与钢液接触就被吹出炉外，随烟气一道进入除尘系统，造成废水中硬度极高，需要降低硬度并且需对水质进行稳定处理，防止系统管道结垢。 本技术通过新型复配的无机系与有机系絮凝剂的强化絮凝，使转炉除尘废水的悬浮物含量低于50mg/L，采用具有永硬脱除功能的降钙剂大幅降低水质硬度（总硬度由1000mg/L降至50mg/L），达到低硬度抑制结垢的目的，同时添加以水解马来酸酐为主体的高效阻垢分散剂，确保高浊、高硬除尘废水在循环回用过程中，不会使管路系统结垢腐蚀。 （3）投加合理浓度的高效絮凝剂以对污水中悬浮物的高效沉淀及回收； （4）投加足量的降钙剂以对污水中致垢硬度的有效降低； （5）投加适量浓度的阻垢分散剂以确保管路系统不结垢。 而在目前转炉废水处理技术工艺中，在此三方面还存在很大的不足： （1）无机絮凝剂在高碱度和高pH条件下常规无机絮凝剂作用效果差； （2）由于无机絮凝剂的效果差，需投加高浓度有机絮凝剂，成本高昂； （3）悬浮物和硬度去除率低，阻垢分散剂耐热性差，结垢问题依然突出。 我们经过研究试验采用新型复配的无机系与有机系絮凝剂的强化絮凝，使转炉除尘废水的悬浮物含量低于50mg/L（悬浮物含量由500015000mg/L降至50mg/L），采用具有永硬脱除功能的降钙剂大幅度降低水质硬度（总硬度由1000mg/L降至50mg/L），达到低硬度抑制结垢的目的，同时添加以水解马来酸酐为主体的高效阻垢分散剂，确保高浊、高硬除尘废水在循环回用过程中，不会使管路系统结垢腐蚀。 2.3.3 水质稳定处理创新技术及药剂特点 （1） 净化、改善水质。该系统水质高悬浮物和高硬度是主要影响因素，采用降钙剂配合絮凝剂提高斜板沉淀池的沉淀效果，并将大部分硬度物质排出除尘水系统。 （2）加碱降硬法 因烟气中含有18-30%的CO2气体与水接触，部分溶解于水中形成HCO3 ，CO23 ，与Ca、Mg离子生成CaCO3、MgCO3沉淀。其反应如下（以Ca为例）： CaO + H2O = Ca（0H）2 Ca（0H）2 Ca2 + 2OH 3 CO2 + OH = HCO3 HCO3 + OH CO23 + H2O Ca2+ + CO23 = CaCO3 所以，要保持水质稳定的关键条件是系统中要有足量的CO23 与不断溶入水中的Ca2+ 及时生成CaCO3 沉淀，随泥浆排出。同时，系统又要有足量的OH ，与烟气的CO2生成CO23来补充反应物的离子浓度。而采用投加Na2CO3的方法，恰好能解决这一问题。其主要反应如下： Na2CO3 + Ca（0H）2 CaCO3 + 2 Na0H Na0H + CO2 Na2CO3 +H2O 由此可见，所生成的Na2CO3 又与水中的Ca2 作用生成CaCO3沉淀，以达到降低硬度的作用，同时又能吸收烟气中的CO2 实现再生而循环利用。在运行过程中根据水中硬度定量补充碱度，保持在高碱度、低硬度的运行方式，保证水质的相对稳定。 （3） 由于使用单独混凝剂和单独助凝剂存在一定的局限性，根据转炉除尘废水水质特点，采用新型无机高效絮凝剂,以铁基、铝基为主体，与其它类型或品种的水处理剂复配，在使用时就可以提高水处理效果。 （4）利用不同类型水处理剂之间的协同效应，以提高水处理效果。 利用阳极型的缓蚀剂和阴极型的缓蚀剂，将两者按一定的比例复配后可相互弥补原先各自的局限，实现优势互补，提高和增强缓蚀效果。 （5）利用不同水处理剂的不同功能，通过复配构成多功能的水处理剂， 利用缓蚀剂和阻垢剂复配或复合联用，就形成了既具有缓蚀作用，又具有阻垢作用的多功能水处理缓蚀阻垢剂。 （6）单一的水处理药剂在现场使用时，往往需分别溶解和投加，造成操作不便，如能事先复配成水处理剂的复合配方就可以一次投加，简化和方便加药操作。 （7）有时单一的水处理剂使用浓度高时价格贵，如与其它廉价水处理剂复配，可以降低原先的投加浓度，从而降低药剂总的成本和费用。 （8）转炉烟气除尘水的水质、水温、悬浮物含量随着每炉钢的吹炼周期变化而变化，是很不稳定的复杂体系，水中带有大量的氧化铁粉、无机碱金属盐、沉淀物种类较多，经采用无机高效絮凝剂、有机高效絮凝剂高效阻垢分散剂等化学方法处理后，达到炼钢工业生产用水水质标准，使炼钢烟气除尘水经处理后全部实现闭路循环，大大提高了循环水系统水的重复利用率。但由于循环率的提高，蒸发浓宿使水质恶化，水中的含盐量和总残渣增大，存在着强烈的结垢倾向，结垢速率提高。针对结垢速率提高的问题，我们又采用局部强化控制技术。抑制在转炉吹炼期文氏管洗涤器的强结垢沉积，这更是转炉除尘废水处理工艺的创新特点之一。 （9）高效阻垢分散剂ZF121YL是炼钢除尘水中氧化铁垢、钙盐垢专用分散剂，用量低抑制沉积物性能强。能有效地抑制碳酸钙、硫酸钙、磷酸钙垢的形成和沉积，低剂量可抑制整个系统和喉口局部的水质强结垢倾向。特别是对防止磷酸钙垢的析出具有显著效果，它对水中的钙离子有很大的宽容度，适用于高碱度、高硬度、高浓缩倍数、高浊度、高有机物含量的循环冷却水中作阻垢分散剂。采用新型高效阻垢分散剂全面控制除尘废水系统的结垢倾向。 转炉烟气除尘废水回用处理技术（四）时间：2009-09-28来源：阳光学习网作者：肖波 成爱萍 2.4研究开发的四种创新药剂：（1）、无机絮凝剂XN211YL：聚合氯化铝（铝基类）目前市售最普遍效果最肯定的无机类絮凝剂适用pH范围为5-9，不在转炉除尘水pH9-12的范围，应用基本失效硫酸铁（铁基类）市售耐碱性最好的药剂，适用pH范围4-12絮凝沉降效果差，用量大，与有机絮凝剂协同作用弱无机高效絮凝剂以铁基、铝基为主体，结合现场水质正交试验配比，同时添加部分稳定剂达到高碱性条件下的出色作用，且用量少，与有机絮凝剂协同效应强，成本低廉（2）、有机絮凝剂XN321YL：低分子量聚丙烯酰胺价廉效果差，用量大高分子量聚丙烯酰胺效果出色价格高昂，由于转炉除尘水悬浮物变化范围大，若不能及时调整用量，投加过量时浪费药剂，投加不足则达不到效果有机高效絮凝剂低分子量聚丙烯酰胺与高分子量复配，同时添加适量淀粉聚合物，绿色环保具有很好的缓冲效应，投加效果稳定，成本合理，悬浮物去除率最高可达99%以上，同高分子量聚丙烯酰胺效力相当（3）、降钙剂QT611YL：Na2CO3暂时硬度经典去除药剂永硬和镁硬脱除困难降钙剂Na2CO3与少量永硬脱除剂复配，针对炼钢工艺水质永硬与镁硬情况调节配比解决了钢厂出现永硬钙垢和镁垢现象（4）、高效阻垢分散剂ZF121YL：聚丙烯酸类价廉，碳酸钙硬分散明显永硬分散效果差，耐热性差。高于121阻垢效果迅速降低，不适应转炉除尘水系统文氏管类高温条件水解聚马来酸酐类耐热性好，高于175可正常使用价格高，有效浓度要求高，投加量大高效阻垢分散剂以水解聚马来酸酐为主体，添加其他多元共聚物及有机膦类阻垢分散通过最优化复配，可使原本水解聚马来酸酐10mg/L的作用浓度降至5mg/L，同时由于协同作用，阻垢分散效果增强20%（实验室数据） 2.5本项目与同类工艺技术的比较： 分类 项目普通工艺 低硬度法备注运行总硬度高（一般500mg/L）极低（50mg/L）硬度高，加大了结垢的几率，同时也会大量消耗阻垢分散剂的用量pH值需调节不调节，自然pH值运行传统阻垢分散剂为聚羧酸类，碱性条件下运行效果较差。传统方法若采用加酸工艺，将提高成本，同时带来系统腐蚀风险。腐蚀风险大极小控制水质pH值813，碳钢表面钝化，腐蚀极小系统微粒电荷不可确定，时正时负始终为负电荷单一性，提高絮凝作用的稳定性，易于控制悬浮物过程控制容易结垢，且不可逆转从源头控制成垢因素采用科学的多因素水质分析方法，提供24小时全天及时有效分析支持阻垢分散剂量pH适用范围外，用量大pH适用范围以内，用量大传统使用聚羧酸类阻垢分散剂，不在最适pH值范围内，用量大补充水质一般为软水普通工业用水节省软水费用开系统循环率低，为降低硬度需定期置换闭路100%循环降低用水量，节省成本，且保护环境系统检修需定期去除冷却塔和管路的垢，甚至需要酸洗，频率高陈垢可逐步去除检修频率大大降低，提高设备的使用率，节省维修开支排泥系统易结垢，堵塞，排泥困难不结垢，不堵塞，易抽排，易压泥排泥系统通畅，直接关系水处理系统的正常稳定运行自动控制难可实现自动化控制控制参数简单合理，可以实现自动化或远程控制运行费用高低低硬度法可直接降低药剂费用三分之一转炉烟气除尘废水回用处理技术（五）时间：2009-09-28来源：阳光学习网作者：肖波 成爱萍 3. 效益分析 3.1 经济效益 （1）采用该技术后，能确保废水处理后的水质指标符合回用标准，杜绝了不合格废水的外排，废水循环利用率由97%提高到100%，新水补充量主要为补充蒸发损失，补充量由占循环水量的59%降低至2.8%，节约新水52.5%，依照循环水量1580吨/小时，年作业360天计，则年节水4231872吨，按工业用水取用成本0.5元/吨计算，节省水费开支211.59万元。 4231872吨0.5元/吨=211.59万元/年 年节约新水量为： 1580吨/小时24小时/天360天/年（5.9%-2.8%）=423187吨/年 按工业吨水取用成本0.5元计算： 年节约新水成本费用:423187吨0.5元/吨=2.16万元/年 合计:211.59万元/年 + 2.16万元/年=213.75万元/年 （2）由于采用该项水处理技术，废水出水水质悬浮物50mg/L降低至约20mg/L，大幅度提高了污泥的产出量，年增加污泥产量683吨，其含铁量超过60%，按精铁矿粉1200元/吨，则年增加韶钢产值4.92万元。 年增加回收污泥量为： 1580吨/小时24小时/天360天/年（0.00005吨/吨水-0.00002吨/吨水） =683吨/年 折算为精铁矿粉则为： 683吨60%=410吨 以市场精铁矿粉1200元/吨计，则回收效益为： 410吨1200元/吨=4.920万元/年 由于污泥压滤回收成本较低，故忽略该部分增加的支出。 （3）由于水质控制可靠，减少了系统结垢腐蚀现象的发生，从而减少了水处理系统检修的任务量。由于设备故障率的大幅下降，该系统的检修费用由以前预算的300万元/年减少到目前100万元/年的控制水平，为客户产生效益200万元/年。 （4）维修任务的减少，相应地也提高了工厂开工率，统计表明由于水处理系统的故障占炼钢厂停产检修故障的31.7%，要求检修作业时间为284小时/年，通过该技术的运用，水处理系统检修作业时间缩短至72小时/年，极大地提高了生产的开工率，依照年300万吨钢产量计