鋼渣熱悶工藝循環(huán)水處理
摘 要:對(duì)鋼渣熱悶工藝產(chǎn)生的“高蒸發(fā)（70％）、高堿度污染（pH13）、高溫水（75℃～90℃）”為主要特點(diǎn)的生產(chǎn)廢水循環(huán)利用工程進(jìn)行了總結(jié)分析。
關(guān)鍵詞:鋼渣熱悶;循環(huán)水;高蒸發(fā);高堿度;高溫水
國(guó)內(nèi)有關(guān)企業(yè)對(duì)鋼渣處理回用技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了數(shù)十年的研究，作為鋼渣熱悶法處理工藝配套的循環(huán)供水系統(tǒng)，自2003年開(kāi)始在實(shí)際工程項(xiàng)目中應(yīng)用。處理水量為800～1000m3/h，以“高蒸發(fā)（70％）、高堿度污染（pH13）、高溫水（75℃～90℃）”為主要特點(diǎn)的生產(chǎn)廢水得到循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)了零排放。目前已在本溪北營(yíng)鋼鐵集團(tuán)公司、太原鋼鐵集團(tuán)有限公司、天鐵資源有限責(zé)任公司、廣東韶關(guān)鋼鐵有限公司、日照京華新型建材有限公司、首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合公司、鞍山鋼鐵集團(tuán)公司、唐山國(guó)豐有限公司等數(shù)十家鋼鐵企業(yè)應(yīng)用，效果良好。根據(jù)特殊水質(zhì)要求，通過(guò)工程實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)了該工藝經(jīng)常遇到的一些問(wèn)題，現(xiàn)針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行相應(yīng)分析。
1 鋼渣熱悶處理工藝
1.1 鋼渣處理的必要性和鋼渣熱悶處理工藝
冶金工業(yè)在冶煉過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量鋼鐵渣，過(guò)去一直被視為廢物而丟棄。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐，鋼渣現(xiàn)已成為建材工業(yè)質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的寶貴原料。鋼渣資源化利用的一批科研成果已被列入了國(guó)家推廣項(xiàng)目。近幾年來(lái)，隨著鋼渣處理和資源化利用技術(shù)的不斷創(chuàng)新，一些鋼鐵企業(yè)為解除“渣滿(mǎn)為患”，從企業(yè)可持續(xù)發(fā)展角度考慮，堅(jiān)持“利廢、節(jié)能、綜合治理”的方針，根據(jù)本企業(yè)實(shí)際情況，安排資金建設(shè)了鋼渣資源化利用工程，取得了良好的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
近幾年，國(guó)內(nèi)企業(yè)自行研發(fā)的“鋼渣余熱自解熱悶技術(shù)”已推廣應(yīng)用，該技術(shù)在鋼渣經(jīng)熱悶粉化后可使鋼渣中的廢鋼全部回收，并消除了鋼渣的不穩(wěn)定性，可實(shí)現(xiàn)鋼渣的100%利用。
1.2 鋼渣熱悶工藝簡(jiǎn)介
熱悶工藝是將熱熔鋼渣直接倒入熱悶裝置中，用水使鋼渣冷卻到1100℃以下，加蓋、噴水霧，鋼渣與水進(jìn)行反應(yīng)：
f-CaO + H2O → Ca(OH)2 體積膨脹97.8％
f-MgO + H2O → Mg(OH)2 體積膨脹148％
利用鋼渣余熱熱悶自解粉化，熱悶后鋼渣粉化，渣鐵分離。熱悶時(shí)消解了鋼渣中的f-CaO和f-MgO，解決了f-CaO和f-MgO遇水體積膨脹問(wèn)題，避免造成鋼渣應(yīng)用時(shí)穩(wěn)定性不合格的現(xiàn)象。
2 鋼渣熱悶工藝中的用水情況
在整個(gè)鋼渣熱悶處理工藝中，水作為轉(zhuǎn)爐鋼渣熱悶的工作介質(zhì)，熱悶需要通過(guò)加水完成，因此水的正常供應(yīng)是關(guān)鍵。熱悶噴水過(guò)程分為兩步：第一步為倒入每罐熔融鋼渣后噴水冷卻，第二步為熱悶裝置裝滿(mǎn)鋼渣后噴水熱悶。對(duì)單個(gè)熱悶裝置而言，第一步和第二步分開(kāi)噴水，但對(duì)多個(gè)熱悶裝置而言，第一步和第二步有可能重合。
（1）第一步噴水冷卻
每次將一組鋼渣倒入熱悶裝置后，排蒸汽罩車(chē)移動(dòng)到熱悶裝置上，開(kāi)始進(jìn)行噴水冷卻，倒渣后噴水冷卻用水最大噴水量為100m3/h，每次噴水冷卻時(shí)間為10分鐘，間隔30分鐘，再?lài)?0分鐘，最大噴水量為100m3/h，靜停，進(jìn)行第二次倒渣。最多有2個(gè)熱悶裝置同時(shí)噴水冷卻，設(shè)計(jì)最大噴水量為200m3/h，水壓為0.35M～0.40MPa。每天2個(gè)熱悶裝置同時(shí)倒渣后同時(shí)噴水冷卻約18次，用水點(diǎn)標(biāo)高1.0m，倒渣后噴水冷卻用水不考慮回水。
噴水制度：每倒入一罐熔融鋼渣后開(kāi)始噴水冷卻，噴水時(shí)間為10分鐘，然后靜停30分鐘，再次噴水時(shí)間為10分鐘，靜停。等待第二次運(yùn)渣車(chē)，至6小時(shí)最后一車(chē)渣倒完之后，進(jìn)入第二步。
（2）第二步噴水熱悶
轉(zhuǎn)爐鋼渣處理一般需要8～12個(gè)熱悶裝置，一個(gè)熱悶裝置最大噴水量為100m3/h，最多有4～8個(gè)熱悶裝置同時(shí)噴水，設(shè)計(jì)最大噴水量為400～800m3/h，水壓為0.35M～0.40MPa。
噴水制度：當(dāng)?shù)谝徊絿娝鋮s過(guò)程結(jié)束后，開(kāi)始進(jìn)入第二步噴水熱悶過(guò)程，熱悶過(guò)程分4次噴水，每次噴水時(shí)間為1小時(shí)，兩次噴水間隔時(shí)間也為1小時(shí)，第一次噴水量為100m3/h，第二次噴水量為77m3/h，第三次噴水量為77m3/h，第四次噴水量為71m3/h。其它時(shí)間為熱悶時(shí)間，不噴水，熱悶用水點(diǎn)標(biāo)高0.7m，回水量按30％考慮，回水水溫90℃。
（3）最大用水量
第一步與第二步重疊時(shí)有4～8個(gè)熱悶噴水，兩個(gè)冷卻噴水，則此時(shí)用水量為二者之和，每天為兩次。從以上用水情況可以看出，熱悶用水情況復(fù)雜，且不連續(xù)穩(wěn)定。而且經(jīng)熱悶后水溫極高，蒸發(fā)量大，回水量小。
3 水處理工藝流程
鋼渣熱悶處理生產(chǎn)線用水采用全廠廢水處理系統(tǒng)處理后的回用水。本著節(jié)約用水、提高水資源重復(fù)利用率的原則，生產(chǎn)線采用循環(huán)系統(tǒng)。除停產(chǎn)檢修時(shí)，正常生產(chǎn)不向外排水。
生產(chǎn)用水系統(tǒng)主要是轉(zhuǎn)爐鋼渣熱悶用水、抑塵冷卻用水。生產(chǎn)系統(tǒng)用水采用循環(huán)給水系統(tǒng)。該系統(tǒng)由以下部分組成：
回水井→回水泵房→冷卻沉淀池→吸水井→供水泵房→各用水點(diǎn)鋼渣熱悶用水， 一部分水變成蒸汽與鋼渣中f-CaO、f-MgO發(fā)生水化反應(yīng)使鋼渣自解粉化，鋼渣含有3％～5％的水分；另一部分水為使鋼渣降溫由熱悶裝置底部排水孔流入排水溝。回水經(jīng)排水溝收集后匯同進(jìn)入回水井。進(jìn)入回水井后，由耐熱潛污泵（90℃）提升后進(jìn)入沉淀池。
在沉淀池的一端底部有污泥池，懸浮物聚集到污泥池便于清運(yùn)。在沉淀池上方安裝有電動(dòng)單軌抓斗起重機(jī)，可以定期將沉淀在污泥池中的污泥吊運(yùn)至運(yùn)輸車(chē)中，待脫水后將污泥送到鋼渣處理生產(chǎn)線的受料斗從而進(jìn)入生產(chǎn)線。平流沉淀池出水進(jìn)入吸水井和供水泵房，供水泵房出水供熱悶循環(huán)使用。
4 水處理設(shè)施
水處理設(shè)施包括管廊、排水溝、回水井、平流沉淀池、循環(huán)水泵房、加藥間，以及必要的設(shè)備設(shè)施。
4.1 管廊
熱悶裝置使用過(guò)的水經(jīng)由熱悶裝置底部排水孔通過(guò)一道篦網(wǎng)進(jìn)入排水溝（排水溝深度根據(jù)工藝要求確定），為了節(jié)省占地、減少投資和方便維護(hù)檢修，管廊在熱悶裝置邊與排水溝合并，污水由排水溝兩端向中間匯流，最后流入回水井。管廊出口端設(shè)置人行步道。為了防止蒸汽彌漫，影響人員操作，排水溝上部加罩，出口加風(fēng)機(jī)抽蒸汽。排水溝設(shè)沖洗水點(diǎn)。
4.2 回水井
兩股污水經(jīng)匯集后進(jìn)入回水井，由耐磨雜質(zhì)泵（90℃）提升后進(jìn)入沉淀池。為防止顆粒物在回水井內(nèi)沉積，設(shè)有壓縮空氣攪拌裝置。
4.3 平流沉淀池
選用平流沉淀池兩座，上設(shè)GYZ－6.3型刮渣機(jī)。污泥由刮渣機(jī)刮到泥斗，通過(guò)電動(dòng)單軌抓斗被起重機(jī)抓走。
4.4 水泵房及吸水井
水泵為熱悶及噴霧沉降室噴水供水系統(tǒng)，一般選用臥式離心泵，用水壓力為0.35M~0.45MPa，懸浮物顆粒小于0.25mm，間斷使用并對(duì)水溫沒(méi)有要求，采用就地和在值班室兩處操作，采用變頻水泵組，定壓變量供水。
5 水處理工藝運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題
鋼渣熱悶工藝產(chǎn)生的以高蒸發(fā)、高堿度污染、高溫水結(jié)垢為主要特征的污水處理尚未發(fā)現(xiàn)工程實(shí)例文獻(xiàn)。國(guó)內(nèi)的鋼渣熱悶工程已有應(yīng)用推廣，與之配套的用水系統(tǒng)在實(shí)踐中也總結(jié)出了若干問(wèn)題。
通過(guò)天鐵、鞍鋼、本鋼等鋼渣處理項(xiàng)目的工程實(shí)踐，水處理工藝的主要難點(diǎn)主要是由鋼渣熱悶工藝的特點(diǎn)決定的。用于處理的鋼渣溫度高達(dá)1600℃，水作為轉(zhuǎn)爐鋼渣熱悶的工作介質(zhì)，因工藝需要造成的“高蒸發(fā)（70％）、高堿度污染（pH13）、高溫水（75℃～90℃）”問(wèn)題，帶來(lái)的工程實(shí)際問(wèn)題有：
（1）蒸發(fā)嚴(yán)重，排水管廊、回水井等處高溫蒸汽彌漫，給檢修帶來(lái)極大困難和危險(xiǎn)；
（2）回水溫度高，設(shè)備、儀表均需選用耐高溫的特殊型號(hào)，而且損壞頻繁，回水井中所用回水泵和液位計(jì)損壞情況尤其嚴(yán)重；
（3）由于“高蒸發(fā)、高堿度污染、高溫水”問(wèn)題，致使循環(huán)系統(tǒng)水質(zhì)極不穩(wěn)定，系統(tǒng)結(jié)垢嚴(yán)重。
6 對(duì)策及解決辦法
針對(duì)排水管廊、回水井等處高溫蒸汽彌漫、排氣不暢的問(wèn)題，由通風(fēng)專(zhuān)業(yè)做出計(jì)算，對(duì)管道進(jìn)行隔熱、管廊進(jìn)行通風(fēng)處理。
對(duì)回水溫度過(guò)高（90℃左右）以及回水泵、液位計(jì)等設(shè)備儀表極易損壞的問(wèn)題，盡量不選與回水直接接觸的潛水泵，改用液下泵或增設(shè)干式泵房，減少設(shè)備與高溫水的接觸；選用耐高溫的儀表，如雷達(dá)液位計(jì)等，為保證安全，可設(shè)兩種液位計(jì)備用。系統(tǒng)結(jié)垢是一個(gè)棘手的問(wèn)題，目前主要的應(yīng)對(duì)方法有：（1）另設(shè)一套備用管道系統(tǒng)，方便定期對(duì)結(jié)垢嚴(yán)重的管道進(jìn)行處理、更換，同時(shí)保證生產(chǎn)的正常運(yùn)行。鞍鋼項(xiàng)目采用了這種備用管道系統(tǒng)。（2）與專(zhuān)業(yè)清洗公司結(jié)合，定期通過(guò)清洗劑對(duì)管道進(jìn)行清洗，首鋼鋼渣熱悶項(xiàng)目采取了這種方式緩解管道結(jié)垢問(wèn)題，目前效果良好。缺點(diǎn)是經(jīng)常需要停產(chǎn)清洗。（3）在系統(tǒng)運(yùn)行中減緩結(jié)垢的方法主要有物理法和化學(xué)法，如可采取在管道上安裝電磁除垢儀、在管道中投加緩蝕劑、噴入CO2等等方法。這些方法大部分還在探索之中，目前效果還不顯著。
通過(guò)工藝流程設(shè)置、構(gòu)筑物的增建，盡量減少易出問(wèn)題的部位。主要作法有以下幾種：（1）將管廊中的供回水管道架空敷設(shè)，不再設(shè)放在管廊中，方便檢修，減少工作人員下管廊的風(fēng)險(xiǎn)；（2）取消回水井及回水泵，熱悶回水自流入沉淀池處理，雖然增加了沉淀池埋深，增加了土建工程量，但避免了由于回水溫度高，造成回水泵及其配套儀表出故障等問(wèn)題；（3）將沉淀池、吸水井、供水泵房采用一體化形式設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)更緊湊，減少連接管道。
7 總結(jié)
依據(jù)熱悶工藝配套的循環(huán)供水系統(tǒng)數(shù)年的工程實(shí)踐，并針對(duì)其高蒸發(fā)、高堿度污染、高溫水結(jié)垢的主要特點(diǎn)，總結(jié)出較完善的工藝流程和構(gòu)筑物形式。對(duì)于管道結(jié)垢問(wèn)題嚴(yán)重，在現(xiàn)有的一些緩解方法的基礎(chǔ)上，還將進(jìn)行進(jìn)一步的研究。
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