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優化碳酸鈉軟化法處理轉爐煙氣洗滌水的探討與實踐

齊娜1 ,何芳1,梁平2 ,王鋒3

( 齊娜、梁平:湖北海力化工科技有限公司,湖北,武漢 430000;

何芳、王鋒:華菱湘潭鋼鐵股份有限公司,湖南,湘潭,411100)

    摘  要  目前,轉爐煙氣洗滌水主要采用絮凝—碳酸鈉軟化處理法,由于轉爐在煉鋼生產過程中,各個冶煉階段所產生的煙氣量和成分不同,轉爐煙氣除塵水水質也隨之變化。本文主要研究不同的水質情況下,對碳酸軟化法降低硬度的有效方法進行優化。水處理藥劑選擇取決于P堿與M-P堿的關系,藥劑的用量取決與水量及循環水中硬度的含量。

    關鍵詞  轉爐煙氣洗滌水、鎂硬、鈣硬、。

 

Optimization of sodium carbonate softening treatment  of converter gas washing water exploration and practiceQI Na1,HeFang1,Ling Ping2, Wang Feng3(QINa,LiangPing.Hubei Haili Chemical Technology Co., Ltd. Hubeiwuhan, 430000 china ;HeFang,WangFeng. Hunan Valin Xiangtan Iron and Steel Co., Ltd. (XISC)hunanxiangtan 411100 china)

Abstract: At present, the major chemistry treatmeng way of washing water of converter smoke is sodiumcarbonate softening, but in different phases of steel making proceduce,the water quality vary with the changeof the components and amount of converter gas.This article mainly study the optimization of the  sodium carbonate softening methods to reduce the general hardness in different situations.It’s decided by the relatis of P andM-P basicity to select the watetreatmedicine .The amount of pharmacy isalso determined by the circulation flow rate and the general hardness.

Keyword: Washing water of converter smoke; calcium Hardness; magnesium Hardness;

    0  引言

    轉爐煙氣洗滌水是氧氣頂吹轉爐在吹煉過程中產生的大量的高溫濃塵煙氣,采用濕法降溫除塵過程中,煙氣與水直接接觸產生的產物。其形成過程可表示如下:

 

優化碳酸鈉軟化法處理轉爐煙氣洗滌水的探討與實踐工藝圖片

    由于轉爐在在煉鋼生產過程中,各個冶煉階段所產生的煙氣量和成分不同,凈化煙氣的廢水水質也隨之變化。一般在吹煉過程時煙塵多,相應的廢水中懸浮物質量濃度較高,一般為2000-5000mg/l。廢水中的PH值也由冶煉方法的本身決定的,同時廢水水溫變化也較大,一般溫升在10-20℃,因此轉爐濁環水具有高溫高濁的特點。根據轉爐濁環水的特點,水處理的主要目的為降溫、降濁、減少高溫構件的結垢問題。從目前的水處理技術看,轉爐煙氣洗滌水的水處理共經歷了以下幾個階段:

    第一階段——投加高效阻垢分散劑,避免形成硬垢;

    第二階段——投加高分子絮凝劑---投加高效阻垢分散劑,

    第三階段——形成了以絮凝----碳酸鈉軟化法---投加高效阻垢分散劑為主的藥劑處理工藝,使得轉爐濁環水系統水處理趨于成熟。在長期的運行過程中,碳酸鈉軟化法降低了結垢速率,設備在長期運行過程中結垢情況控制良好,但由于轉爐煙氣洗滌水的本身特征在很大程度上受生產過程中輔料的影響,因此使得碳酸鈉軟化法在特定的水環境中

    受到一定限制。

    1 影響碳酸鈉軟化法穩定運行的主要因素

    水質穩定的前提是根據生產工藝和水質條件,因地制宜,對癥下藥。由于水質處理過程中處于動態平衡,受諸多因素影響,當平衡被打破時,水質不能滿足要求,以下就對影響碳酸鈉軟化法的因素進行分析:

    1.1  煉鋼造渣輔料活性灰。鐵水中的含硅量是決定活性灰用量的主要因素,含硅高,活性灰用量偏高。在吹氧時部分石灰還未與鋼液接觸就被吹出爐外,所以活性灰的性狀應采用大塊顆粒,不宜含粉狀居多。主要因為活性灰中含有大量CaO等堿性物質,是制約硬度平衡的重要因素。

    1.2  吹煉過程中形成的酸性物質:如CO2、SiO2等。CO2約占轉爐煙氣的成分的17%~22%(體積分數)。吹煉中期水溫最高,煙氣量最大,CO2、SiO2 等主要在吹煉前期形成的。

    1.3  其他輔料:輕燒白云石、熒石、鎂球等。 

    1.4  現場的水處理管理及投藥管理等。本文主要就1.1、1.2影響因素進行實驗分析與詳細討論。

    2  現場實驗及討論

     2.1鎂硬高

    某鋼廠有三座30t轉爐,Q=266--340 m3/h,保有水量約800 m3。轉爐濁環水主要特征:pH偏低,鈣硬與鎂硬共存,鎂硬偏高。

    2.1.1指標控制要求:SS<100 mg/L,硬度<50mg/L;

    2.1.2水質特點:8.0

    補水特點:硬度在100-130 mg/L,鎂硬15—30mg/L;

    2.1.3持續時間:10個月;

    2.1.4水質檢驗項目:pH、總硬、鈣硬、鎂硬、P堿、M-P堿;

    2.1.5常規碳酸鈉軟化硬度法:投加加碳酸鈉。缺點:雖然在一定程度上鈣硬有所下降,但鎂硬幾乎不變。以下是投加碳酸鈉后的數據;

 

優化碳酸鈉軟化法處理轉爐煙氣洗滌水的探討與實踐的日常數據
    2.1.7解決方法:a:投加片堿或粉狀石灰,中和過量的HCO3-,使系統達到新的平衡。b:補水中大部分為HCO3-且鎂硬偏低,可考慮適當排水。2.1.6根據日常檢驗數據分析原因如下:冶煉期間投加石灰量偏少,造渣選用的礦石含鎂化合物較高,煉鋼過程中使用酸性礦石,使系統pH偏低。

    2.1.8水處理調試數據

    (1):投加粉狀石灰法

 

優化碳酸鈉軟化法處理轉爐煙氣洗滌水的探討與實踐日常數據檢測

    結果與討論:投加石灰乳后pH明顯上升,鈣硬與鎂硬同時降低,石灰乳中含有OH-,中和水體中大量的HCO3-,生成CO32-;同時與系統中的Ca2+和自身引進的Ca2+反應生成沉淀CaCO3,OH-與Mg2+生成沉淀Mg(OH)2;水質濁度明顯降低,pH偏高對降低硬度有利,但pH不宜過高。缺點:加藥量大,一般需要多一組石灰加藥設備,且加藥設備易堵塞,投加藥劑時耗時耗人力。如果煙氣中酸性成分不斷引入,則這種方法僅能維持一段時間。

   (2):投加片堿法

 

優化碳酸鈉軟化法處理轉爐煙氣洗滌水的探討與實踐片堿投加法

    結果與討論:投加后pH明顯上升,鈣硬與鎂硬同時降低,片堿中含有OH-,中和水體中大量的HCO3-,生成CO32-;同時與系統中的Ca2+、Mg2+反應生成沉淀。水質濁度明顯降低,pH偏高對降低硬度有利,但pH不宜過高。缺點:加藥量大,藥劑成本高,投加藥劑時耗時耗人力。如果煙氣中酸性成分不斷引入,則這種方法僅能維持一段時間。結果與討論:投加后pH明顯上升,鈣硬與鎂硬同時降低,片堿中含有OH-,中和水體中大量的HCO3-,生成CO32-;同時與系統中的Ca2+、Mg2+反應生成沉淀。水質濁度明顯降低,

    pH偏高對降低硬度有利,但pH不宜過高。

    (3):排水法:

優化碳酸鈉軟化法處理轉爐煙氣洗滌水的探討與實踐排水法

 

 

    結果與討論:排水前后pH變化不大,排水后鈣硬略有上升,鎂硬隨之下降。可通過適當排水后輔以投加碳酸鈉來降低總硬。具體的排水量應根據現場情況通過實驗加以確定。過量排水則會影響藥劑濃度,使硬度難以合格。

    優點:省人力,不需要額外增加加藥設備;

    缺點:排水會污染周圍環境。

    2.2 鈣硬高

    某鋼廠有四座30 t轉爐,Q=780 m3/h,保有水量約1500m3。轉爐濁環水主要特征:pH偏高,硬度很高,鈣硬高達幾百mg/L,其中鎂硬幾乎為0。

    2.2.1指標控制要求:SS<100 mg/L;硬度<50mg/L。

    2.2.2水質特點: pH在12左右,硬度在200—450mg/L,其中大部分硬度為鈣硬。補水特點:硬度在240mg/L左右。

    2.2.3持續時間:鈣硬居高的情況不連續出現,每月10—20天不等。

    2.2.4水質檢驗項目:pH、總硬、鈣硬、鎂硬、P堿、M-P堿。

    2.2.5常規軟化硬度法:投加碳酸鈉。缺點:雖然在一定程度上鈣硬有所下降,但效果不理想。

    以下是投加碳酸鈉后的數據

 

優化碳酸鈉軟化法處理轉爐煙氣洗滌水的探討與實踐之投加碳酸鈉數據

    2.2.6根據日常檢驗數據分析原因如下:冶煉期間投加石灰量偏多,且活性石灰含粉塵較多,吹煉時粉狀活性灰隨煙氣上升,CaO與CO2的平衡被破壞,與洗滌水反應后使得表觀現象為水體表面漂浮有一層灰白狀粉。通常水質檢測表現為P>M-P,M-P非常低,且pH偏高, CO32-與OH-共存,大部分為OH-,Ca2+、 Mg2+與CO32-與OH-的平衡被破壞。

    2.2.7解決方法:a:投加HCl與碳酸鈉,中和過量的OH-,使系統達到新的平衡。b:投加碳酸氫鈉。c:向系統中充CO2。

    2.2.8水處理調試數據

    (1):投加適量HCL后投加碳酸鈉,雖然實驗室小試證明其可行性,但在現場調試過程中由于加酸的速度不足以中和來水中大量的OH-,調試失敗。

    (2):投加碳酸氫鈉。以下為實驗室小試數據。

 

優化碳酸鈉軟化法處理轉爐煙氣洗滌水的探討與實踐投加后數據表

    結果與討論:將小試放大,這種情況對硬度降低較為明顯有效,且見效時間較快。現場調試后證明此方法可行。HCO3-可中和掉過量的OH-,同時引進CO32-與Ca2+反應生成沉淀。但應注意碳酸氫鈉投加不可過多。3   總結結果與討論:將小試放大,這種情況對硬度降低較為明顯有效,且見效時間較快。現場調試后證明此方法可行。HCO3-可中和掉過量的OH-,同時引進CO32-與Ca2+反應生成沉淀。但應注意碳酸氫鈉投加不可過多。

    3 總結

    轉爐煙氣洗滌水是個復雜的系統,是循環水中處理難度較高的系統。用碳酸鈉軟化法處理轉爐煙氣除塵水水質,關鍵在于控制水中硬度與堿度的平衡,生產實踐過程中可監控轉爐濁環水的pH值,臨界值根據現場的具體情況進行確定,一般認為9

    (1)一般情況下投加碳酸鈉即可很好的控制硬度與堿度的平衡,使得水系統平穩運行。

    (2)pH小于9時,易發生鎂硬偏高的情況,此時適當排水后輔助投加碳酸鈉效果比較明顯,但碳酸鈉投加后不宜溢流,以免藥劑流失。或投加石灰或片堿,其用量必須控制在合理范圍內。

    (3)pH超高或接近12時易出現鈣硬很高的現象,此時使硬度快速降低的方法就是投加碳酸氫鈉,中和水中過量的OH-,同時生成CO32-,同時,其用量必須控制在合理范圍內。通過本次實驗及現場的實際運行效果顯示,針對不同的轉爐煙氣除塵水水質,采用的不同方法配合碳酸鈉軟化法,能有效地降低硬度。

參考文獻

   〔1〕煉鋼轉爐煙氣回收利用技術。中國環比科學出版社,1991。

   〔2〕循環冷卻水處理手冊。天津科學技術出版社,1991。

   〔3〕3*90t轉爐除塵循環水水處理技術改造與效果分析,2006。

   〔4〕優化碳酸鈉軟化法處理轉爐煙氣洗滌水的探討與實踐,《節能水處理》2013。

 

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