CN105906075B - 一种应用于高炉煤气洗涤水零排放水处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于高炉煤气洗涤水零排放水处理工艺，包括下述步骤：高炉煤气洗涤水通过文氏塔洗涤煤气后收集汇入回水流槽，在流槽入口处先投加0.1mg/L氢氧化钠，控制PH在8.3‑9，再投加0.001mg/L‑0.1mg/L碳酸钠；再于回水流槽中部投加浓度为15‑25mg/L的聚合氯化铁；然后在洗涤水进入幅流沉淀池前，投加浓度为0.5‑1.0mg/L的聚丙烯酰胺；将幅流沉淀池上清液依次通入热水井及冷水井，在冷水井里投加硫酸，将PH值降至7.5以下；最后通过供水泵将冷水井里的水泵入高炉喉口，在泵入口处投加浓度为2‑4mg/L的阻垢分散剂。本发明通过化学和物理方法，科学调整水质，充分创造阻垢分散剂适用条件，通过物理冲刷减轻结垢问题，有着比同类方案更好的阻垢性能，同时解决了他们的成本高、需要排放等问题。

Description

一种应用于高炉煤气洗涤水零排放水处理工艺

技术领域

本发明涉及一种炼铁厂的高炉煤气洗涤水系统，具体是一种应用于高炉煤气洗涤水零排放水处理工艺，有效解决高炉煤气洗涤水结垢问题。

背景技术

循环冷却水在使用过程中，由于水具有溶解、携带悬浮固体、液体或气体的能力，而这些物质也会影响用水的纯度，并影响管道、设备和冷却效果。在许多情况下，水的污染会限制其使用，只有对水中成分进行适宜的处理才能满足使用的条件。在冷却水系统中，水冷设备易发生的问题主要可分为以下几类：腐蚀问题、结垢问题、粘泥问题或微生物问题，一般情况下，这些问题是同时发生的。

腐蚀问题：所谓腐蚀，即金属与其所在循环之间的化学或电化学反应而引起金属的破坏或性能恶化的过程，包括均匀腐蚀、局部腐蚀、电化学腐蚀等。

阳极反应是金属(如：Fe)的溶解过程，2Fe→2Fe²⁺+4e

阴极是氧的还原反应(中性或弱碱性)，O₂+2H₂O+4e→4OH^-。

在冷却水系统中，腐蚀主要以氧腐蚀为主，这种腐蚀反应在敞开式循环冷却水系统中引起的危害，除了使系统的输水管线、水冷设备的寿命减少及损坏等直接的损失之外，同时由于腐蚀产生的锈瘤，也会引起水冷器传热效率下降或管线阻塞等结垢障碍，一般在冷却水系统中，如不使用化学处理方法，碳钢的腐蚀速度，一般平均腐蚀率在0.32-0.69mm/a范围之内，但发生点蚀的部位腐蚀速度可达到平均腐蚀率的2-10倍。

结垢问题：结垢是指在水中溶解或悬浮的无机物，由于种种原因，而沉积在金属表面，敞开式循环冷却水系统的结垢主要成分有CaCO₃和腐蚀产物二种，由于缓蚀剂使用使腐蚀产物大大减少，而以CaCO₃垢、Ca₃(PO₄)₂垢、Zn垢等为主要成份。

高炉煤气洗涤水的水质成分与高炉炼铁所投加的原料、冶炼工艺、操作方法有着密切的关系。煤气洗涤水在洗涤过程中发生如下化学反应:

当反应达到平衡时，水中溶解的CaCO₃、CO₂和Ca(HCO₃)₂量保持不变，这时不会在管道和用水设备上产生结垢。当水中HCO₃-离子超过平衡的需要量时，那么反应向左进行，水中出现CaCO₃沉淀。CaCO₃沉淀附在管壁就产生了结垢。温度升高，也能促使CaCO₃析出。如果循环水中pH升高，也使反应向左移动而产生CaCO₃沉淀。反过来，当水中CO₂含量超过平衡所需的含量时，反应向右进行，这样就会有腐蚀产生。由此可见高炉煤气洗涤水系统产生结垢的主要产物是Ca²⁺等二价金属离子(如Mg²⁺，Zn²⁺等)与[CO₃ ²⁺]生成的盐类。除此之外从沉淀池带来的氧化铁等悬浮物和胶状的铁化合物在供水过程中同样产生粒子凝聚，附着在供水管道上，生成沉积型的污垢。

高炉煤气洗涤水系统常见的水处理技术是对洗涤煤气后的水进行悬浮物的沉降，以及在适当范围内进行阻垢分散处理，阻垢分散剂的钙容忍度在一定范围内有较好的效果，但随着环保控制排放后，系统水质浓缩，钙硬度上升后超出阻垢分散剂的能力，即使加大药剂量也不能起到阻垢的作用，且对后期的絮凝造成影响。

目前有报道的是高炉煤气洗涤水系统水处理方案为投加絮凝剂净化水质，供水时投加阻垢分散剂，减缓结垢趋势。因高炉煤气在洗涤过程中不断带入杂质，系统水逐步浓缩，常规的运行方案是间断性外排部分系统水，保证系统水质稳定在阻垢分散剂能力所及范围，保持系统动态平衡。

煤气洗涤水通过供水管网喷淋煤气，洗涤冷却过程中，需降温除尘后才能使用。因此，高炉煤气洗涤水处理技术是关系到高炉安全和持续生产的重要环节。

目前高炉煤气洗涤水系统处理工艺分析及缺点如下：

水在湿式除尘净化装置中与煤气直接接触后，携带了煤气中的粉尘40～100g/m³，如铁矿粉、焦粉及碱金属等，净化后的煤气作为二次能源利用。但由于煤气洗涤水受到严重污染，悬浮物含量高，一般在4000～15000mg/L，硬度>4000mg/L(以CaCO₃计)，目前的水处理方案降低了悬浮物，系统适量置换，在总硬度为4000mg/L进行有效的阻垢分散处理，长期以来运行稳定。但是由于零排放的实施，水质浓缩严重，总硬度值逐步升高，据监测，一个月不到时间即会由4000mg/L升至10000mg/L以上，造成系统主要设备如文氏管喉口喷嘴、高架流槽、供水管网等部位结垢，降低了煤气净化的质量，堵塞文氏管喉口，可导致高炉被迫休风以清扫煤气净化系统。水质分析如下表：

从检测表可以看出，一个月时间总硬度值上升幅度较快，pH和总碱度也相应上升，结垢趋势较明显，且总硬度值已超出阻垢分散剂的能力范围，随着pH值的升高，结垢极易发生。

现有的高炉煤气洗涤水工艺流程，如图1所示；现有的实施方案在系统动态平衡时，总硬度值基本保持4000mg/L以下，阻垢分散剂能保持良好的阻垢分散能力，确保在检修周期内不因结垢而影响生产。但当前环保压力较大，系统零排放后，离子浓缩较快，加大阻垢分散剂用量也难以减缓结垢趋势，因此急需将总硬度值降低至阻垢分散剂的能力范围内。

发明内容

本发明所解决的是炼铁厂的高炉煤气洗涤水系统零排放造成的水质浓缩引发的结垢问题，提供一种应用于高炉煤气洗涤水零排放水处理工艺，通过改善水处理方案，增投药剂将总硬度值控制在4000mg/L以下，降低系统碱度，消除结垢因子，同时高炉操作中辅以煤气反冲洗喉口，阶段性对刚附着的泥垢利用文氏塔内煤气压力反冲喉口，解决喉口结垢问题；比单一投加阻垢分散剂有着更环保、稳定的优势。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种应用于高炉煤气洗涤水零排放水处理工艺，该工艺包括下述步骤：

高炉煤气洗涤水通过文氏塔洗涤煤气后收集汇入回水流槽，在流槽入口处先投加0.1mg/L氢氧化钠，控制pH在8.3-9，再投加0.001mg/L-0.1mg/L碳酸钠；

再于回水流槽中部投加浓度为15-25mg/L的聚合氯化铁；然后在洗涤水进入幅流沉淀池前，投加浓度为0.5-1.0mg/L的聚丙烯酰胺；加入聚铁及聚丙烯酰胺后，幅流沉淀池出水悬浮物低于80mg/L，总硬度低于4000mg/L。

将幅流沉淀池上清液依次通入热水井及冷水井，在冷水井里投加硫酸，将pH值降至7.5以下；

最后通过供水泵将冷水井里的水泵入高炉喉口，在泵入口处投加浓度为2-4mg/L的阻垢分散剂。

所述的硫酸选自浓度为50％的硫酸或98％的硫酸；加入硫酸后，pH值降至6.5-7.5。

所述的阻垢分散剂由占总质量分数20％的六偏磷酸钠、30％的丙烯酸共聚物及50％的水制成。

该工艺还包括下述步骤：

关闭文氏塔单侧喉口水箱的进水阀，另一侧水箱及环管阀门全开，保持煤气正常洗涤；

打开需进行清洗的水箱排水阀，利用塔内煤气压力对喉口进行反冲，使喉口软垢随着箱内余水排出；

关闭上述排水阀，打开该侧喉口水箱的进水阀，进入正常洗涤状态，相同的操作在另一侧喉口水箱实施，确保喉口两边水箱保持通畅；

当两侧水箱均冲洗完毕，调节喉口水箱及环管的进水阀，合理控制水量。

本发明的有益效果：本发明采用纯碱及片碱软化水质，降低系统总硬度，采用硫酸调节系统总碱度，降低喉口结垢风险，投加阻垢分散剂分散结垢因子，减缓结垢趋势；再采取喉口煤气反冲洗的方式解决突发性喉口堵塞问题；本发明通过化学和物理方法，科学调整水质，充分创造阻垢分散剂适用条件，通过物理冲刷减轻结垢问题，有着比同类方案更好的阻垢性能，同时解决了他们的成本高、需要排放等问题。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为现有的高炉煤气洗涤水工艺流程；

图2为本发明的高炉煤气洗涤水零排放水处理工艺流程。

具体实施方式

以一个循环水量为1000m³/h的系统为例，将总硬度值保持在4000mg/L所需水处理药剂的品种及数量(氢氧化钠根据系统水质投加，所用量叠加到碳酸钠中)，确保系统在一个检修周期内无外排，基本不因结垢影响生产。各个系统因水质状况不同，所用药剂量也会有很大的变化，需根据水质状况实时调整。

序号	型号品种	数量(吨/年)
			1	聚丙稀酰胺	5-9
2	聚铁	200-220
			3	阻垢分散剂	16-32
4	碳酸钠	300-400
			5	硫酸	30-40

一种应用于高炉煤气洗涤水零排放水处理工艺，该工艺包括下述步骤：

1、延缓管道喉口处结垢趋势，如图2所示：

1)高炉煤气洗涤水通过文氏塔洗涤煤气后收集汇入回水流槽，在流槽入口处先投加浓度为0.1mg/L氢氧化钠保持pH控制在8.3-9，再投加浓度为0.1mg/L-0.001mg/L的碳酸钠，使碳酸根与钙离子反应生成碳酸钙沉淀，该工艺首次需根据系统容积一次性投加碳酸钠及氢氧化钠量，使系统水pH值8.3-9；

2)于回水流槽中部投加浓度为15-25mg/L的聚合氯化铁(简称聚铁)，进入幅流沉淀池前投加浓度为0.5-1.0mg/L的聚丙烯酰胺(简称PAM)，使系统水悬浮物和碳酸钙等沉积物在幅流沉淀池中充分沉降，通过调整聚铁及PAM用量药剂浓度至出水悬浮物低于80mg/L，总硬度低于4000mg/L；

3)经过降低硬度和悬浮物处理后的幅流沉淀池上清液进入热水井及冷水井，在冷水井里投加50％的硫酸或98％硫酸将pH值降至6.5-7.5以下，泵入口处投加浓度为2-4mg/L的阻垢分散剂，阻垢分散剂包括质量分数为20％的六偏磷酸钠和30％的丙烯酸共聚物及水，延缓管道喉口处结垢趋势；

通过以上化学处理达到的水质指标如下：

2、解决喉口结垢问题的新型处理方法

以上所述水处理药剂投加方案在一定程度上减缓喉口结垢的趋势，不能解决结垢问题，为使煤气洗涤水系统在每个检修周期不因喉口结垢而影响生产，文氏塔喉口需保持水量水压正常，在系统操作时采取新型方法，结合一定的煤气压力反冲，当一文或二文流量下降较为明显时(通常低于供水额定流量25％时)采取该方法，在线进行除垢处理，具体操作方法如下：

1)关闭该文氏塔单侧喉口水箱的进水阀，另一侧水箱及环管阀门全开，保持煤气正常洗涤。

2)打开需进行清洗的水箱排水阀，利用塔内煤气压力对喉口进行反冲，使喉口软垢随着箱内余水排出；该项操作需穿戴煤气防护装置，待排放水管气水共排时即表示喉口软垢已基本冲洗出来；

3)关闭排水阀，打开该侧喉口水箱的进水阀，系统进入正常洗涤状态；

4)相同的操作在另一侧喉口水箱实施，确保喉口两边水箱保持通畅；

5)当两侧水箱均冲洗完毕，调节喉口水箱及环管的进水阀，合理控制水量；

以上水处理方案调整和工艺操作相结合的方案可以有效应对煤气洗涤水零排放后一个检修周期的供水保障，且在实验中已得到验证。

本发明的关键点是降低系统总硬度，以符合阻垢分散剂的钙容忍度，同时配合喉口煤气反冲，增加喉口流量，用于解决煤气洗涤水系统零排放后系统浓缩带来的水质问题，减缓系统结垢趋势，临时性解决喉口水量下降带来的生产问题。

本发明是以降低系统硬度以符合阻垢分散剂的钙容忍度的方法、及喉口煤气反冲解决结垢问题的方法，解决高炉煤气洗涤水系统零排放造成的水质浓缩引发的结垢问题；具体为：采用纯碱及片碱软化水质，降低系统总硬度；采用硫酸调节系统总碱度，降低喉口结垢风险；投加阻垢分散剂，在软化后的水系减缓结垢趋势；采取喉口煤气反冲洗的方式解决突发性喉口堵塞问题。

本发明通过化学和物理方法，科学调整水质，充分创造阻垢分散剂适用条件，通过物理冲刷减轻结垢问，有着比同类方案更好的阻垢性能，同时解决了他们的成本高、需要排放等问题。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种应用于高炉煤气洗涤水零排放水处理工艺，其特征在于，该工艺包括下述步骤：

高炉煤气洗涤水通过文氏塔洗涤煤气后收集汇入回水流槽，在流槽入口处先投加0.1mg/L氢氧化钠，控制pH在8.3-9，再投加0.001mg/L-0.1mg/L碳酸钠；

再于回水流槽中部投加浓度为15-25mg/L的聚合氯化铁；

然后在洗涤水进入幅流沉淀池前，投加浓度为0.5-1.0mg/L的聚丙烯酰胺；

将幅流沉淀池上清液依次通入热水井及冷水井，在冷水井里投加硫酸，将pH值降至7.5以下；

最后通过供水泵将冷水井里的水泵入高炉喉口，在泵入口处投加浓度为2-4mg/L的阻垢分散剂；

该工艺还包括下述步骤：

关闭文氏塔单侧喉口水箱的进水阀，另一侧水箱及环管阀门全开，保持煤气正常洗涤；

打开需进行清洗的水箱排水阀，利用塔内煤气压力对喉口进行反冲，使喉口软垢随着箱内余水排出；

关闭上述排水阀，打开该侧喉口水箱的进水阀，进入正常洗涤状态，相同的操作在另一侧喉口水箱实施，确保喉口两边水箱保持通畅；

当两侧水箱均冲洗完毕，调节喉口水箱及环管的进水阀，合理控制水量。

2.根据权利要求1所述的一种应用于高炉煤气洗涤水零排放水处理工艺，其特征在于，加入聚铁及聚丙烯酰胺后，幅流沉淀池出水悬浮物低于80mg/L，总硬度低于4000mg/L。

3.根据权利要求1所述的一种应用于高炉煤气洗涤水零排放水处理工艺，其特征在于，所述的硫酸选自浓度为50％的硫酸或98％的硫酸；加入硫酸后，pH值降至6.5-7.5。

4.根据权利要求1所述的一种应用于高炉煤气洗涤水零排放水处理工艺，其特征在于，所述的阻垢分散剂由占总质量分数20％的六偏磷酸钠、30％的丙烯酸共聚物及50％的水制成。