水力旋流分离技术在瓦斯泥脱锌工程中的研究

1、! "! "!"冶金动力年第期总第期供排水! ! ! ! ! ! "【摘水力旋流分离技术在瓦斯泥脱锌工程中的研究曹克，胡利光，贾永铭（上海宝钢工程技术有限公司；宝钢股份公司宝钢分公司能源部，上海）要】利用水力旋流技术对瓦斯泥进行湿法脱锌，是现有瓦斯泥脱锌技术中设备最简单、占地面积最小、运行费用最省的技术。介绍了宝钢利用水力旋流技术进行一高炉瓦斯泥脱锌的科研及工程实施的情况，着重从工程设计角度介绍实施瓦斯泥脱锌工程需解决的一系列关键问题，并对采用水力旋流分离技术实施高炉瓦斯泥脱锌工程的投入与产出进行了初步分析。【关键词】水力旋流；分离；脱锌；工程设计【中图

2、分类号】【文献标识码】【文章编号】（），（，）【】，【】；前言环保、节能和废弃物综合利用是钢铁工业实现为延长高炉炉龄，都严格控制入炉锌量。如果能够解决瓦斯泥脱锌问题，将含锌量控制在一定指标以下，瓦斯泥完全可以作为炼铁原料回收利用，发挥其二次资源的综合效益。为此，宝钢加强科研投入，与高等院校联合对宝钢高炉瓦斯泥采用旋流分离器脱锌进行专题研究及现场试验，取得了预想的效果，瓦斯泥脱锌率和污泥回收率均可达到及以上，科研项目结题后马上转入工业化生产实施阶段，计划工程项目在年上半年正式投产，投产后这部分弃置资源将得到有效利用，预示着宝钢在废弃物综合利用技术方面又迈出了可喜的一步，丰富了瓦斯泥湿法脱锌技术，

3、同时为国内大型钢铁行业瓦斯泥脱锌提供了样板工程。循环经济和可持续发展的必由之路。一项好的废弃物综合利用技术的应用不仅可以减轻环境压力，还可以实现废弃物的资源化，具有经济和环保双重效益。瓦斯泥是高炉在炼铁过程中产生的煤气经湿法洗涤除尘后的一种含锌含铁污泥，宝钢一高炉瓦斯泥含铁量在之间，含锌量在之间，如果仅从含铁量单一指标分析，完全可以回用于烧结经配料后，返回高炉炼铁。但是由于瓦斯泥中含锌量超过了高炉入炉锌量的限制，目前无法返回高炉作为炼铁原料回用，只能废弃。锌对大型高炉冶炼而言是一种有害元素，主要原因是锌在高炉内遇高温后挥发，在炉口上部及烟道处遇低温后结瘤，侵蚀耐火材料，影响大型高炉使用寿命。因

4、此大型高炉高炉瓦斯泥脱锌技术现状高炉瓦斯泥作为一种可以再循环利用的废弃资年第期总第期冶金动力源，越来越受到国内外钢铁企业的重视，由于瓦斯泥中含有锌、铅等元素，限制了其应有的回收利用价值。国内外钢铁企业投入人力和物力研究和开发了很多脱锌方法和工艺。据了解目前国内外高炉瓦斯泥脱锌的方法主要有高温冶炼法、水力旋流器分离法、磁选法、浮选法和化学萃取法等等。高温冶炼法设备投资大、运行和维护成本高，且存在二次污染问题；磁选法、浮选法和化学萃取法等由于对污泥中有作业环价值成份的回收率低，或者由于占地面积大、境差、运行和维护成本高，均没有得到广泛推广应用。国内外很多钢铁公司都在积极寻求一种既经济又环保，符合钢

5、铁工业可持续发展的瓦斯泥脱锌新工艺。据资料介绍，国外在上世纪八十年代就致力于高炉瓦斯泥的水力旋流脱锌技术的研究，并已在英国的英钢联、美国钢铁公司、韩国浦项以及中国台湾的中钢有实际的工程应用，其污泥脱锌率在以上，污泥回收率在，都取得了良好的经济和环保效益。这些成功的工程事例，预示着瓦斯泥脱锌回收技术的发展动向以及脱锌技术的丰富多样。根据掌握的资料和数据表明，利用水力旋流技术对瓦斯泥进行湿法脱锌，是现有瓦斯泥脱锌技术中设备最简单、投资较少、占地面积最小、运行费用最省的技术，有着美好的发展前景和推广价值。国内钢铁企业也在积极探索和应用瓦斯泥脱锌新工艺，比如鞍钢和邯钢主要采用磁选或浮选相结合的工艺进行

6、瓦斯泥脱锌，取得了较好的经济效益，但该工艺的缺点是占地面积大，作业环境差，二次污染严重，尤其对于宝钢这样一个布局紧凑的现代化无污钢铁企业难以推广应用，必须寻求一种占地省、染、自动化程度高的新型工艺解决宝钢瓦斯泥的脱锌问题。：；：；：；：；：；：。含锌量与颗粒粒径分布见表。表筛子间隔瓦斯泥颗粒粒径与含锌量关系粒径分档含锌量根据宝钢高炉瓦斯泥特性，宝钢于年开展了水力旋流器进行瓦斯泥脱锌的现场试验。试验的目标是将瓦斯泥的平均含锌量控制在以下，这个目标是基于烧结能够接受的瓦斯泥回收利用标准，经过对宝钢一高炉瓦斯泥特性的分析表明，瓦斯泥的含锌量在之间，瓦斯泥中约有的锌是包含在粒径以下的颗粒中，因此采用水

7、力旋流分离器对瓦斯泥的粗、细颗粒分离，从而回收其中的粗颗粒（低锌泥）在理论上是可行的，关键是什么规格类型的旋流分离器可以得到在脱锌率和污泥回收率之间的最佳结合点。试验采用了英国公司生产的几种规格的旋分器，采用几种规格和不同部件的组合，经过一段时间的试验，进行了试样化验并进行了数据整理和分析，得出了重要结论：（）试验所采用的水力旋流器可以将高炉瓦斯泥进行一定程度的粗细粒分级和脱锌，旋流器上部溢流产品为细粒高锌部分，底流产品为粗粒低锌产品，底流污泥可以作为炼铁原料回收。（）除瓦斯泥本身特性受实际生产情况限定外，其它可以人为控制的影响瓦斯泥脱锌的主要因素，按其重要性依此排序为：溢流口直径和底流口直径

8、比、溢流口直径、底流口直径、旋流器（柱体段）直径、泥浆浓度、入口压力；旋流器柱段长度对瓦斯泥脱锌率的影响很小。宝钢开展瓦斯泥脱锌的科研情况高炉瓦斯泥采用水力旋流器进行脱锌，在国外钢铁企业和中国台湾中钢已有着很好的使用实绩。但是由于每座高炉的入炉原料配比成份不同，冶炼工艺和技术也有差异，造成瓦斯泥的成份和颗粒特性也不尽相同。因此其他钢铁企业瓦斯泥脱锌的应用实绩虽有一定的借鉴作用，但不能照搬照套，必须针对宝钢瓦斯泥自身的成份和特性，选择适合的旋流分离器各部件尺寸和处理工艺，才能取得预期的脱锌效果。宝钢高炉瓦斯泥成份如下：（）在试验研究范围内，瓦斯泥的脱锌率随着溢流管直径的增大而降低，随底流管直径和

9、压力的增大而提高。（）综合考虑脱锌率和污泥回收率两个因素，对于宝钢高炉瓦斯泥脱锌，推荐以下参数：水力旋流器为寸，溢流口内径为，底流口内径为；旋流器的进料质量浓度在左右，进料压力在为宜。：；：；（）在以上推荐的参数下，试验得到的脱锌率和冶金动力年第期总第期低锌泥回收率关系是，在保证脱锌率为时，回收率可达以上。科研项目的现场试验数据、基本结构参数和得出的结论，为瓦斯泥脱锌工程的实施打下了基础，宝钢高炉煤气洗涤水系统瓦斯泥平均发生量为（泥浆浓度，比重约为瓦斯泥从煤气洗涤水系统沉淀池排泥泵出泥）。到高、低锌泥分离以及高、低锌泥脱水这一运行过程是一项系统工程，水力旋流器是瓦斯泥脱锌工程的核心设备，主体工

10、艺设备的确定为宝钢高炉瓦斯泥脱锌工程的实施奠定了基础，虽然现场中试采用一级旋流分离即可以满足脱锌率和污泥回收率以上的要求，但是瓦斯泥中含锌量受高炉原料和喷煤量影响，含锌量一直在范围内波动，为确保项目取得预期的脱锌效果，工程设计中采用了二级旋流分离。工艺流程如图：年底宝钢分公司正式立项实施高炉瓦斯泥脱锌工程，目前工程实施进展顺利。瓦斯泥脱锌工程目前宝钢分公司高炉瓦斯泥从煤气洗涤水系统、沉淀池排出后，直接送往真空脱水机进行脱水处理，其处理后的泥饼由卡车送往指定地点堆放。瓦斯泥脱锌工程项目立项后，工程的实施地点在现有脱水机房周围的空地上，除污泥脱水设备外，工程占地面积为 （×）。图二级旋流

11、分离工艺流程水力旋流分离器级数的选择是以原料瓦斯泥中的含锌量以及低锌泥含锌量目标值所决定的，根据宝钢分公司科研结题选择的旋流分离器规格，一级旋流分离的脱锌率为，高炉瓦斯泥含锌量平均为左右，低锌泥含锌量目标值要求低于心脱水机最为理想，为了减少工程投资，本工程设计中利用了现有瓦斯泥脱水设备真空脱水机进行低锌泥脱水，可以保证泥饼含水率低于。；高锌泥基本上为细颗粒，采用板框脱水机可以保证泥饼含水率低于。，根据低锌泥回收要求，本工程采用二级旋流分离可以满足指标要求。为了有效回收低锌泥，设计将二级旋流分离溢流口排出的高锌泥浆返回煤气洗涤水系统沉淀池沉淀后，再进入污泥脱锌系统进行处理，以最大限度地回收瓦斯泥

12、。从高、低锌泥颗粒粒径分析，低锌泥基本以大颗粒为主，其脱水采用离瓦斯泥脱锌工程中的几个关键问题水力旋流器的选型问题水力旋流器是瓦斯泥脱锌工艺中的关键设备，其选型的正确与否直接影响脱锌效果，而瓦斯泥成份以及含锌量与颗粒粒径的分布关系是决定旋流分离器选型的重要因素。因此在旋流分离器选型前必年第期总第期冶金动力须进行瓦斯泥成分分析，根据其成份和含锌量与颗粒粒径的分布关系，有针对性地开展选型工作，瓦斯泥实际取样后进行中试是必不可少的环节，从目前开展的现场试验情况分析，颗粒越细，其选用的旋分器筒体直径越小，相应的旋分器溢流口和底流口的口径也越小。度的仪表，市政生活污水处理厂使用较多，在其精度范围内，其检

13、测的浓度上限不超过，而对于的高浓度泥浆，目前还没有在线直接检测浓度的仪表。根据分析，对于含相同溶质的液体，其浓度和密度存在一定的对应关系，可以通过检测泥浆密度间接得出泥浆的浓度，从而解决了泥浆浓度检测的问题。目前检测泥浆密度的仪表为质量流量计（密度计），采用科里奥利原理，其精度很高，完全可以满足要求。通过质量流量计（密度计）检测来料瓦斯泥密度后，投加一定量的稀释水，可以将浓度调整到水力旋流器入口所需要的浓度范围内，从而保证水力旋流器工作处于脱锌率和回收率的最佳结合点。如果瓦斯泥干泥的比重以计，则对应的泥浆浓度和密度的关系见下表：泥浆浓度在线调整问题泥浆浓度是决定脱锌率和回收率关系的一个重要参数

14、，只有在合适的泥浆浓度范围，才能在保证脱锌率的同时，最大限度地回收低锌污泥，实现经济效益最大化。由于煤气洗涤水系统沉淀池底部排出的泥浆浓度较高，必须经过浓度调整后，才能进入水力旋流器进行分离。沉淀池底部排出的污泥浓度约为（质量浓度），而现有在线直接检测泥浆浓表浓度密度（）浓度与密度对应表含锌量的检测问题瓦斯泥含锌量是指瓦斯泥中所含有锌元素的质此流速选择尤为重要，在选择浆体流速时首先必须根据固体密度、颗粒、浓度、管径等因素确定临界流速，临界流速是固体颗粒在输送管道中保持悬浮状态而不产生滑动层和淤积层的最低流速，管道的工作流速一般应大于临界流速，才能使管道不产生沉积或不均匀磨损。临界流速一般根据物

15、料性质，由试验确定，而本工程参照宝钢泥临界流速经验公式进行计算，工作流速在临界流速的计算结果上加量占污泥中固体物质质量的比例，工程实施的目的是去除瓦斯泥中的有害物质锌，以满足瓦斯泥中的含锌量达到烧结厂允许接纳的指标，因此含锌量是衡量经水力旋流器分离后的瓦斯泥是否达到要求的关键指标。通过水力旋流器分离后底流作为回收污泥，其含锌量是需要监控的对象，而直接在线测定含锌量很难达到，目前测定含锌量一般在检验室采用原子发射光谱法进行，虽然仪器设备不断更新，并通过计算机的运用，使分析过程进入了光电化、自动化，但要在工程中做到实时在线检测很难。由于宝钢高炉原料来源比较稳定，瓦斯泥成份相对稳定，对于回收的低锌瓦

16、斯泥只要其平均含锌量达到控制指标，即可以满足要求，因此水力旋流器底流污泥的含锌量采用定期取样检验测定的方式，以检验水力旋流器的整体脱锌效果。即确定为工作流速。除了考虑选择合适的工作流速以防止管道磨损或结垢型堵塞外，在系统中设置必要的管路冲洗装置防止长期停运造成的泥浆沉积堵塞问题是必不可少的，在系统泥浆供料泵入口和出口设置冲洗点可以保证水泵重新启动后管路通畅，冲洗必须保持足够的水量和压力，同时在泥浆储存构筑物，如储槽、浓缩槽等易沉积部位设置冲洗点，防止停运后底部沉积堵塞。此外在各类泥浆储槽设置搅拌机，防止泥浆停留一段时间后自然沉降，也是消除水泵吸水管道堵塞和储槽底部淤积的另一项措施。减少管道磨损

17、和堵塞问题合适的工作流速既可以使管道的磨损降低到最小限度，同时也可以防止管道结垢和淤积。瓦斯泥中含有铁颗粒和等细小坚硬物同时含有、经济效益分析一高炉污泥脱锌项目年作业率，设计年处易结垢物质，在泥浆管道输送中工作流速过大，对金属管道的冲刷和磨损比较强，目前从煤气洗涤水系统至真空脱水机的连接管道因磨损穿孔而每半年更换一次，经常出现弯头处磨穿后喷水现象；而瓦斯泥浆在管道内如果流速太小或停留一定的时间，又会出现管内沉积和结垢现象，且结垢非常坚硬，因理规模在万瓦斯泥（干泥），系统采用全自动控制的运行模式，项目建成投产后其污泥回收量预测：按脱锌试验结论，低锌回收率可达，全年可回收全铁含量在的低锌瓦斯泥约万

18、，可以作为炼铁原料资源，（下转第页）冶金动力年第期总第期实施后效果及效益实施后效果加强进厂水处理药剂管理，完善水处理药剂监降低，从而在一定程度上减少了风机的耗气量，降低了发电成本和供风成本，并避免了凝气器的清洗。另外提高水处理药剂质量后，三台发电机及两台风机凝气器的腐蚀率降低，避免了凝气器因腐蚀泄漏而造成的停机事故。环保效益显著：提高水处理药剂质量后，由于浓缩倍数提高，减少了外排污水的量。督机制，至今已二年的时间，实践证明：水处理药剂加强管理后，从源头上杜绝了不合格药剂进厂，水处理药剂质量明显提高，四大水处理系统的水处理效果进一步提高，保证了煤气洗涤水系统、发电机循环水系统、高炉风机系统的安全

19、、经济运行，更重要的是随着水处理药剂质量的提高，三台发电机及两台风机凝气器的结垢速度及腐蚀率由此降低，从而减少了风机的耗气量，降低了发电成本和供风成本。经济效益杜绝了不合格药剂的进厂：年至今已拒收或扣除水处理药剂，合计费用×万元万元。节水效益明显：提高水处理药剂质量后，系统的浓缩倍数由提高到，汽轮鼓风机及汽轮发电机净循环水及汽轮鼓风机净循环水系统补水量总计降低，全年节水，按吨水元计算，总节约费用为万元。综上所述，其产生的经济效益总计：万元实施后效益动力厂通过建立水处理药剂进厂管理制度，加强进厂药剂质量管理，提高水处理药剂质量后取得了比较可观的效益，其主要表现在以下几个方面：社会效益水

20、处理药剂分析化验工作实现了标准化管理：水处理药剂评定采用统一的配水标准、阻垢率和缓蚀率评定标准，减少了人为误差和设备误差，从而保证了分析结果的准确。降低了发电成本和供风成本，保证了机组的安全经济运行：提高水处理药剂质量后，三台发电机及两台风机凝气器的结垢速度由此万元万元。收稿日期：作者简介：吴燕（），女，年毕业于河北唐山工程技术学院，工学学士学位，水处理高级工程师，现从事水处理及环保管理工作。!（上接第页）因此，该项目不仅可以产生可解决在工程应用中的其它一些关键问题，这样才能使瓦斯泥脱锌系统的可靠运行得到保证。观的经济效益，而且也减少了瓦斯泥的排放和环境污染，产生了积极的社会效益。（）采用水力旋流分离技术进行高炉瓦斯泥