浅谈转炉一次除尘水处理系统

浅谈转炉一次除尘水处理系统

朱玉红

中冶赛迪工程技术股份有限公司 重庆 400000

【摘  要】转炉干法一次除尘工艺在2008年以后起步，在2008至今的十五年时间里，新建转炉的配套转炉煤气净化系统约95%的比例都采用了干法系统，给排水专业配套的水处理系统也从最初为湿法配套的浊环水处理系统转变到为干法除尘服务的水处理系统。干法除尘水处理系统经历了由净环水系统到浊环水系统的转变。本文阐述2种主流的一次除尘工艺及配套的水处理设施，重点阐述干法一次除尘水处理系统的演变过程及各种处理方式的优缺点，并针对现有问题提出对应的解决方案。

【关键词】湿法除尘 转炉干法一次除尘 净环水水处理系统 浊环水处理系统

一、前言

    转炉是一种炉体可转动的用于吹炼钢或吹炼锍的冶金炉，由于转炉要达到金属熔化的效果因此温度非常高，由此产生的高温烟气处理就是一个大课题。转炉煤气是钢铁企业冶炼过程中产生的的优质资源，其热值比高炉煤气高，产气量较大，有较高的回收价值。另外，由于转炉冶炼过程中产生的烟气温度高，达到~1500℃，粉尘含量也很高，可达到75~150g/Nm3，因此转炉煤气必须经过冷却、净化才能达到环保要求排放至大气或送入煤气柜储存供下游用户使用。转炉煤气净化及回收系统兼具以上功能，并且还能利用汽化冷却烟道（即余热锅炉）回收蒸汽，利用除尘设备回收含铁量很高的粉尘。因此，转炉煤气净化及回收系统是实现钢铁企业转炉负能炼钢的主要手段之一。

转炉煤气净化回收系统有湿法、干法两种主流工艺。湿法系统主要以第四代新OG环缝洗涤和老OG双文系统为代表，干法系统主要以LT系统为代表。目前应用较多的是新OG湿法工艺和LT干法工艺。

二、湿法工艺水处理系统

（一）流程介绍

新OG的工艺流程为：由活动烟罩捕集并经汽化冷却烟道冷却至900℃~1000℃左右的转炉煤气，进入烟气净化系统的喷淋塔、环缝洗涤器，经喷淋冷却处理后的温度下降到约63℃。当转炉工作状态处于前、后烧期或不能满足煤气回收条件时，烟气通过60m高放散塔在高空点火燃烧放散；当煤气符合回收条件时，煤气输送至煤气柜贮存。经系统净化处理后的转炉煤气含尘浓度≤50mg/m3。

喷淋塔、环缝洗涤器使用后的浊环水温度升高到~60℃，悬浮物含量~2300mg/l，排水通过车间内的钢制高架流槽进入粗颗粒分离机，去除粒径大于等于60微米[1]的粗颗粒（粗渣占悬浮物含量的15%~23%）后再进入斜板沉淀器进一步降浊处理，斜板将水中悬浮物含量降低至50mg/l。斜板沉淀器出水用泵提升上冷却塔降温到40℃后存入冷水池实现水的循环利用。

（二）系统特点

新OG湿法除尘工艺处理后的净煤气含尘量≤50mg/Nm3，不能满足目前的环保排放要求，煤气柜后外供用户使用需设煤气精除尘用电除尘器。湿法除尘近些年来的更新流程有OG+湿式径流式电除尘技术[3]，能大幅度提高排放环保指标，但配套的水处理浊环水系统一样存在水量大、流程较长、水处理设施占地大（水处理占地面积约为主体工艺占地面积的1.5倍）、粗颗粒产出的粗渣含水率高，综合回收利用不便等弱点。且新方式的成功案例较少，目前仅在首钢迁安某钢厂有应用，还不具备大规模推广的优势。

三、干法工艺水处理系统

（一）流程介绍

干法LT工艺中，由活动烟罩捕集并经汽化冷却烟道冷却至900℃~1000℃左右的转炉煤气，首先进入蒸发冷却器降温、调质、粗除尘，温度降至200℃左右后，进入静电除尘器进行精除尘。经精除尘后的净煤气，根据煤气品质及生产状况回收或放散。煤气若是回收，则需经煤气冷却器二次冷却，温度降至≤70℃后进入煤气柜贮存，回收煤气含尘浓度≤10 mg/m3（标）；煤气若是放散，则需点火燃烧后再排放，排放煤气含尘浓度≤20 mg/m3（标）。

干法烟气净化是上世纪80年代开发的新工艺，烟气经汽化冷却烟道后经蒸发冷却器、电除尘器净化后经风机送煤气冷却器冷却，近年来新流程将煤气冷却器前移至风机后三通切换阀站之前。

给排水专业为干法除尘配置的水处理系统在近15年来经历了从最早的净环水处理工艺过渡到部分过滤然后再发展到现在的浊环水处理流程。

最初大家认为煤气冷却器使用完的水只有温度升高而，没有其他污染物加入，故采用净环水处理流程，直接将用户使用完的重力流回水收到热水池后，用热水泵提升上冷却塔冷却后存入冷水池，再用冷水泵提升给用户循环使用。从汉钢、重钢、营口等钢铁厂现场的运行效果来看，净环水系统不能满足干法除尘水处理要求，系统投运时间不长就会出现水质浑浊异常，浊度超过200,冷热水池均出现严重的积泥情况，需要频繁清池清淤，影响转炉的正常生产。水质根本无法达到悬浮物含量≤20mg/l的要求。为了改善这个现状，我们在营口某现场增加了砂过滤器，在热水提升泵组出水总管上增加支管分流系统水量的12.5%进入砂过滤器过滤后回到系统。设计之初是想通过过滤器的长时间旁滤运行，将系统内累积的悬浮物排除以达到目标水质。但从现场反馈的情况来看，投运的过滤器负荷过重，投用不久就下线，没能达成最初的设计目标。山东某项目一期现场的净环水流程采用泵组出口安装自清洗过滤器的方式，运行一段时间后出现了悬浮物含量高达192mg/l，浊度已经无法用浊度仪测出，且自清洗过滤器堵塞严重，业主来函要求在二期设计中改进这个系统。从这几个项目之后，设计院开始重新思考干法除尘的水处理系统设计。

实践证明部分过滤法处理效果差，水质很难达标。全流量沉淀或者过滤法是目前主流趋势。沉淀法的普遍流程为：回水利用高差自流进入斜板沉淀器，斜板沉淀器处理后的出水存入热水池，经热水泵加压后送冷却塔冷却处理，出水存入浊环冷水池再由泵提升送到用水点；全流量过滤器法的普遍流程为：回水首先自流进入热水池，经水泵加压后送浅层砂过滤器或者高速砂过滤，过滤器出水利用余压上冷却塔处理后的出水进入浊环冷水池，再由泵提升送到用水点。斜板排泥或者过滤器反洗排水进入泥浆池，经过泥浆泵将泥浆送浓缩池浓缩，浓缩池排泥进入泥浆槽，再用泵送污泥脱水机脱水，产生的泥饼运至烧结单元综合利用。

山东莱芜某钢铁厂采用了斜板沉淀工艺，河北丰南某钢厂、昆明某钢厂、江苏徐州某钢厂、东北营口某钢厂及新疆八钢某基地均采用浅层砂或高速砂过滤器流程，从以上现场回访反馈来看，目前系统运行较稳定，出水水质也能满足工艺要求。所以从以上对比分析可以得到的结论是，系统采用全流量沉淀或者过滤的方式是较为稳妥的。

（二）系统特点

一般在转炉吹氧时含尘量高，不吹氧时含尘量低，其变化幅度很大，如某厂实测冶炼过程中，污水含尘量最高达~35000mg/L，最低时仅760mg/L。干法除尘的出现，其初衷是为了减少污水量和降低污泥处理负荷，但是由于电除尘器本身原理的限制，吹氧阶段烟气含尘量去除效果较差，且随着环保排放要求提高，国家为了深化工业污染治理，坚决打赢蓝天保卫战，在2019年4月底，生态环境部会同五部委联合印发了《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》，明确了推进钢铁行业超低排放工作势在必行，要求钢铁企业转炉一次烟气颗粒物排放限值≤10mg/m3[2]。排放含尘量标准大大降低，这就对干法除尘主体工艺及配套的水处理系统效果提出了更高的要求。煤气冷却器的冷却过程主要是冷却水经过煤气冷却器喷头喷洒与烟气直接接触降温。使用后的水蒸发一部分，烟气中的粉尘落入水中，水回至热水池，回水温度高、悬浮物含量较大、PH呈碱性，不能直接循环使用。

为了了解干法除尘的水质，我们取样分析了两个水质样本，分析的项目是水中悬浮物的颗粒粒径分布，两个样品的分析结果接近，以下只展示一个样品的结果。具体颗粒粒径数据如表1：

表1 干法除尘水样悬浮物粒径分析结果

将粒径分布做成柱状图纸如1所示：

图1 干法除尘浊环水中悬浮物粒径分布图

从上述图表中的数据可以看出，系统中的颗粒粒径相比于湿法除尘中颗粒粒径小很多，有50%的颗粒粒径≤2.616微米，有90%的颗粒粒径≤4.601微米。这个分析解释了只设置自清过滤器或者Y型过滤器的净环水系统无法将水中的悬浮物去除，因为这两种过滤器的过滤精度一般≤200微米，不能达到有效出去水中颗粒杂质的目的。

陕西汉中某现场曾经自行在原设计净环水系统的基础上自行增加了浅层砂过滤器，但是过滤器反洗水未能妥善处理，而是稍微沉淀后就将上清液打回系统热水池。过滤器运行之初有改善效果，但运行一段时间后由于上清液回流造成系统内悬浮物累积，浅层砂过滤器负荷过重导致系统瘫痪。这个案例说明了如果全过滤水处理系统不配置污泥处理系统或者不具备反洗泥浆水外排的条件，还是会因为上清液回流到系统内造成悬浮物累积，影响出水水质。

目前主流的处理方式中，斜板沉淀器流程可以通过降低表面负荷、配合投加助凝剂及絮凝剂来保证沉淀效果，砂过滤器可以依靠不同级配的过滤介质机械拦截和吸附等综合作用保证出水水质，控制出水水质悬浮物控制≤20mg/l,满足工艺要求。但是两种处理方式都要配备污泥处理系统或者具备将泥浆水外送处理的条件，如果过滤器选择的是高速砂过滤器则还需要另外配备反洗水泵。

浊环水处理流程是目前主流在使用的流程，但是现行的流程也同样存在一些问题。比如斜板流程中，前端为了减少一道水泵提升，需要将煤气冷却器整体抬升以提高排水管道标高，且斜板的处理负荷较低，一般取2m3/(m2.h)~4 m3/(m2.h),这就导致煤冷部分土建工程造价提高，水处理占地也很大。浅层砂过滤器的流程中，存在的问题是砂过滤器成组布置，每组罐体共用进水管，无法实现一个罐体或者某一个三通阀出问题时单独切出检修的功能， 经常需要将一组过滤器都停掉，影响正常的生产节奏。

四、结论及建议

综上所述，本文提出以下结论及建议：

1、转炉一次除尘的主流工艺应该是干法除尘。随着环保要求的提高，干法除尘工艺可以改进变成煤冷前移、LT+BF（布袋除尘器）或者增加湿式电除尘器[3]等适当加长流程的方式保证实现超低排放的目标。

2、干法除尘的水质特点是回水温度高、悬浮物含量较大、悬浮物粒径小、PH呈碱性，现阶段采用全流量沉淀或全流量过滤是比较稳妥的方法，但是在沉淀工艺中要注意配合投加高分子絮凝剂以提高沉淀效果[4],且需将系统产生的泥浆水外排；在使用浅层砂过滤器成组布置时，需要提醒设备供货商为每个罐体进出水管增设手动检修阀以提高生产运行的灵活性，且应该注意滤帽材质的选择以避免回水温度较高时出现漏砂问题。

3、针对现有处理方式存在的问题，也为了满足国家的环保要求的持续提高，以后还需要继续探索一次除尘水处理的其他方式。曾经有文献指出，转炉除尘水中的悬浮颗粒含铁量在60％左右，在强磁场的作用下，铁磁性颗粒被感应磁化后，可形成较大的磁聚体，增大了悬浮颗粒的粒径，从而达到加快沉降速度、提高沉淀效果的目的[5]。现在有很多永磁新材料出现，针对除尘水系统中颗粒具有磁性的特点，开发一种新的磁性材料处理流程也不失为一个较好的方向。

参考文献

【1】王笏曹、等.钢铁工业给水排水设计手册.冶金工业出版社，2002.1

【2】金润涛.浅谈转炉干法除尘的超低排放［C］．第十八届中国电除尘学术会议,2019:256－258.

【3】杨莹莉、李静、等.转炉一次除尘超低排放技术应用现状及挑战.冶金能源，Sep.2020.

【4】龙荷云∙循环冷却水处理［M］∙南京：江苏科学技术出版社2001∙39－41.

【5】王永民，210t 转炉除尘水处理系统的改造