轉爐煙氣凈化污水處理系統設計探討
1 工程簡介
1.1 煙氣凈化設施對用水的要求
給水水量：
給水水壓：0.4MPa
給水水溫：≤
給水水質：懸浮物<100mg/l、PH=6.5～8.5、硬度<10dH
給水制度: 連續
1.2 煙氣凈化后排水的特性
排水水壓：無壓
排水水溫：≌
排水含塵：～
1.3 煙氣凈化污水處理系統工藝流程
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1.4 污水處理設備設計參數
高架流槽采用鋼制圓底矩形流槽，B=
粗顆粒分離機采用2臺，型號為CFJ-600，單臺最大處理水量Q=
斜板沉淀池采用8格，型號為HB-250，單臺沉淀面積為
水泵采用3臺，型號為10SAP
加藥裝置采用4套，分別為FYZ-
1.5 污水處理系統運行實測數據
目前兩座轉爐生產，實測給水水量810～880m3/h，給水水壓0
從以上運行數據看，該工程轉爐煙氣凈化污水處理系統設計是成功的，工藝流程是合理的，達到了設計的預期目標。但煙氣凈化污水處理在工程設計中被認為是鋼鐵廠所有污水處理難度較大的一種，主要是轉爐煙氣凈化污水的水質與冶煉鋼種、鐵水含碳量的高低、加料情況、吹氧強度、吹煉時間、煙氣凈化方式等因素有關，在轉爐冶煉和煙氣凈化過程中，污水含塵量、溫度、煙塵粒度等也就不斷變化而增加了污水的處理難度。因此要成功地做好污水處理系統設計，確定合理的工藝流程和設備設計參數，還要對主體工藝生產過程深入了解。
2 轉爐煙氣凈化主體工藝生產過程
2.1 轉爐煙氣的產生與回收價值
轉爐煙氣的產生主要來自轉爐的吹煉過程鐵水中碳的氧化而產生的大量氣體，在吹煉中還要加入造渣劑如石灰及冷卻劑等。一般設計參考資料上表明，轉爐煙氣中CO的含量約為70%左右，含塵量為金屬爐料的1～2%，其主要成分是FeO、Fe2O3，顆粒粒徑大部分為10～30μm。而CO可通過凈化回收成為可燃燒的轉爐煤氣，氧化鐵粉可送燒結廠作高爐原料或采用炭化成球法作轉爐的冷卻劑，這就是轉爐煙氣凈化與回收的主要原因。
轉爐煙氣凈化與回收既變廢為寶、回收能源，也是減少環境污染的重要措施。據國內生產實測數據，一般轉爐每煉一噸鋼，可回收CO含量60%左右的轉爐煤氣60nm3，含鐵量60%的氧化鐵粉塵10～20kg，蒸汽60～70kg。
2.2 轉爐煙氣凈化的方式
轉爐煙氣凈化的方式有燃燒法和未
未燃法凈化與回收煤氣，不是在轉爐整個吹煉期都能回收，在吹煉初期即前燒期和吹煉末期既后燒期的數分鐘內，煙氣發生量少且CO含量低，回收時間只取中間的一段既回收期，前后兩段煙氣與一定比例的空氣混合燃燒后凈化放散。
未燃法產生的污水由于煙氣中CO2難溶于水，對污水PH值影響較小，但冶煉中加入石灰粉料，使PH值增高呈堿性，煙塵粒度相對較粗，污水呈黑褐色，難以沉淀。
2.3 轉爐煙氣凈化的過程
在轉爐煙氣凈化的生產過程中，文氏管起著降低煙氣溫度與除去煙氣含塵的作用，是主要用水點。一級文氏管也稱降溫文氏管，主要是蒸發降溫和除去較粗的塵粒，使煙氣溫度從
從以上敘述不難得出，轉爐煙氣凈化污水處理中必須解決的關鍵問題：一是污水中含塵量即懸浮物的去除，二是污水溫度的降低，三是水質穩定。
3 污水處理系統工藝流程探討
3.1 設置粗顆粒分離機的必要性
轉爐煙氣凈化污水中含有一定量的粒徑較大的顆粒，據有關資料記載，有些顆粒粒徑大于
| 粒徑(μm) | >100 | 100-60 | 60-40 | 40-30 | 30-20 | 20-10 | < 10 |
| %(重量) | 8 | 7 | 10 | 15 | 24 | 20 | 16 |
粗顆粒分離機運用先是在某工程中從國外引進，主要去除污水中懸浮物粒徑≥60μm的顆粒，表中這部分顆粒占15%以上，運行實測數據也證實了這一點。
當然，在有的轉爐煙氣凈化污水處理工程中沒有使用粗顆粒分離機，如合肥鋼鐵公司轉爐工程其實測出水懸浮物為50～72mg/l，處理效果也很好。但不去除粒徑≥60μm的這部分顆粒，將對后續沉淀設施增加了處理負荷，也增加了污泥脫水處理量，影響了沉淀設施出水水質和增大了污泥處理系統的運行費用。
3.2 沉淀設施型式的選擇與污泥氣力提升
去除轉爐煙氣凈化污水中的懸浮物可采用豎流式沉淀池、輻射式沉淀池、斜板沉淀池。
豎流式沉淀池直徑不宜過大，處理負荷較低，適應小水量處理，這種池型對水質、水量變化的適應性也較差，實際工程中一般較少使用。輻射式沉淀池耐沖擊負荷，出水水質相對比較穩定，但處理負荷也較低，圓形池體直徑較大，易受占地的限制，一般2個輻射式沉淀池中1個池子檢修時，另1個池子要承擔100%的處理水量，使出水水質下降。輻射式沉淀池沉淀下來的污泥含水率在80～95%之間，一般需經濃縮池濃縮后方可進行污泥脫水處理，顯然增加了工程投資。從目前國內有關轉爐煙氣凈化污水處理中采用這兩種池型的運行情況看，處理效果均不夠理想。
斜板沉淀池的基本原理是應用了淺池沉淀理論，具有停留時間短（一般為8min）、沉淀效率高（一般為98%以上）、沉淀面積小、適應原水水質變化范圍大、
對于斜板沉淀池的排泥問題，一直是實際工程使用中和工程設計時爭論的焦點問題。在平爐改轉爐工程中斜板沉淀池通過螺旋輸泥機和氣力提升器排泥并送到高位貯泥罐，經調試測定和實際運行已取得了良好的效果和經驗。氣力提升器所使用的壓縮空氣壓力并不是越高越好，一般在0.4MPa即可，而污泥的提升量與所供給的壓縮空氣量有著直接的關系。采用氣力提升可使斜板沉淀池的排泥達到自動控制的要求。
3.3 煙氣凈化污水處理系統中是否設置冷卻塔
轉爐煙氣凈化污水處理系統中是否設置冷卻塔是工藝流程設計中的重要環節。平爐改轉爐工程中沒有設置冷卻塔，設計中考慮讓污水在處理設備及構筑物中自然冷卻來滿足煙氣凈化給水溫度的要求，從實測運行數據給水水溫
某工程煙氣凈化污水處理系統中也沒有設置冷卻塔，但設計有調節池、大沉淀面積的輻射式沉淀池和大面積的敞開式吸水井。因為自然冷卻是利用與空氣接觸，通過蒸發散熱、對流傳熱、輻射傳熱等方式來降低水溫的，采用自然冷卻在工程設計中應詳細計算。
轉爐煙氣凈化污水處理系統中是否設置冷卻塔，關鍵還在于煙氣凈化主體工藝中除塵風機對溫度的適應能力，以及貯氣裝置對回收的煤氣溫度的要求。某工程中除塵風機和貯氣裝置對溫度有較強的適應能力，平爐改轉爐工程中通風專業主體工藝沒有充分考慮實際運用設備的適應能力而參照了某工程的模式，出現了上面敘述的問題。從此也得出污水處理系統工藝流程設計的成功與否和深入了解主體工藝有著密切的關系。
目前，平爐改轉爐工程煙氣凈
3.4 煙氣凈化污水的水質穩定
煙氣凈化污水的水質穩定是滿足煙氣凈化設施的用水要求和使污水循環系統長期穩定地運行必不可少的重要環節。未燃法產生的污水由于煙氣中CO2難溶于水，溶于污水中的CaO多，使污水中硬度增高，而導致煙氣凈化設備和污水處理設備嚴重結垢，影響了生產的正常運行。
在煙氣凈化污水中，投加Na2CO3使污水中鈣硬度保持在1mg-N/l左右，生產運行實踐證明是達到防垢目的和保證水質穩定的重要措施，其化學反應式如下：
Ca(OH)2+Na2CO3→CaCO3↓+2NaOH
2NaOH+CO2→Na2CO3+H2O
Na2CO3+ CO2+H2O→2NaHCO3
Ca(OH)2+2NaHCO3→CaCO3↓+Na2CO3+2H2O
從上面的化學反應式可以看出， Na2CO3能通過直接和間接兩種方式吸收污水中CO2，其本身只起中間作用，一次性投加就會有很好的運行效果。平爐改轉爐工程煙氣凈化污水處理系統調試運行中根據系統總水量投加了Na2CO3，目前在系統中投加一定量的新型SN-103緩蝕阻垢劑，運行效果良好。
4 設備的設置與設計要點
4.1 粗顆粒分離機電機需變頻調速
在平爐改轉爐工程中粗顆粒分離機調試時，由于電機轉速過快，無軸螺旋體與U形槽體間摩擦力較大，又因減速機斜裝內部潤滑油不充滿，致使粗顆粒分離機不能正常運行及減速機摩損較大，且分離出的粗顆粒含水率高。
設計中曾考慮了粗顆粒分離機電機的變頻調速，因工程投資問題被減掉。調試后，加裝了日本YASKAWA公司的CIMR-G
4.2 斜板沉淀池排泥總管的設計
在目前國內有關轉爐煙氣凈化工程和平爐改轉爐工程轉爐煙氣凈化的實際生產過程中，實測污水中含塵量已達到金屬爐料的3%或更高，這就說明斜板沉淀池中沉淀下來的污泥量已增加，排泥周期縮短，對一根DN100的排泥總管已不能滿足實際生產運行的要求。平爐改轉爐工程中已增加了一根DN100的排泥總管。
所以在以后類似工程的設計中應充分考慮煙氣凈化污水中含塵量的問題，這也是沉淀構筑物設計負荷確定的依據。
4.3 供煙氣凈化設施水泵臺數的確定
轉爐煙氣凈化污水處理系統的處理水量宜按工程最終規模時的轉爐座數考慮。相應為使對煙氣凈化設施給水水量及壓力的供給穩定，應盡量采用一爐一泵的原則。為了滿足煙氣凈化設施用水量變化的要求，可采取流量調節的措施。
5 主要結論
水處理系統設計要對主體工藝生產過程進行深入了解，設計出的系統應真正對主體工藝的用水設施提供符合水量、水壓、水溫、水質要求的供水，并能滿足其生產過程中復雜多變的狀況。
轉爐煙氣凈化污水處理系統中設置粗顆粒分離機是必要的，其電機應采取變頻調速措施。對于實際工程，斜板沉淀池設計負荷的確定要充分考慮污水中含塵量占金屬爐料的比例，系統中是否設置冷卻塔要根據煙氣凈化主體工藝的要求來考慮。對處理系統還應做好相應的技術經濟分析和比較。
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