钢渣热闷工艺循环水处理
摘 要:对钢渣热闷工艺产生的“高蒸发（70％）、高碱度污染（pH13）、高温水（75℃～90℃）”为主要特点的生产废水循环利用工程进行了总结分析。
关键词:钢渣热闷;循环水;高蒸发;高碱度;高温水
国内有关企业对钢渣处理回用技术已经进行了数十年的研究，作为钢渣热闷法处理工艺配套的循环供水系统，自2003年开始在实际工程项目中应用。处理水量为800～1000m3/h，以“高蒸发（70％）、高碱度污染（pH13）、高温水（75℃～90℃）”为主要特点的生产废水得到循环利用，实现了零排放。目前已在本溪北营钢铁集团公司、太原钢铁集团有限公司、天铁资源有限责任公司、广东韶关钢铁有限公司、日照京华新型建材有限公司、首钢京唐钢铁联合公司、鞍山钢铁集团公司、唐山国丰有限公司等数十家钢铁企业应用，效果良好。根据特殊水质要求，通过工程实践，发现了该工艺经常遇到的一些问题，现针对这些问题进行相应分析。
1 钢渣热闷处理工艺
1.1 钢渣处理的必要性和钢渣热闷处理工艺
冶金工业在冶炼过程中会产生大量钢铁渣，过去一直被视为废物而丢弃。经过多年的实践，钢渣现已成为建材工业质优价廉的宝贵原料。钢渣资源化利用的一批科研成果已被列入了国家推广项目。近几年来，随着钢渣处理和资源化利用技术的不断创新，一些钢铁企业为解除“渣满为患”，从企业可持续发展角度考虑，坚持“利废、节能、综合治理”的方针，根据本企业实际情况，安排资金建设了钢渣资源化利用工程，取得了良好的社会效益、经济效益和环境效益。
近几年，国内企业自行研发的“钢渣余热自解热闷技术”已推广应用，该技术在钢渣经热闷粉化后可使钢渣中的废钢全部回收，并消除了钢渣的不稳定性，可实现钢渣的100%利用。
1.2 钢渣热闷工艺简介
热闷工艺是将热熔钢渣直接倒入热闷装置中，用水使钢渣冷却到1100℃以下，加盖、喷水雾，钢渣与水进行反应：
f-CaO + H2O → Ca(OH)2 体积膨胀97.8％
f-MgO + H2O → Mg(OH)2 体积膨胀148％
利用钢渣余热热闷自解粉化，热闷后钢渣粉化，渣铁分离。热闷时消解了钢渣中的f-CaO和f-MgO，解决了f-CaO和f-MgO遇水体积膨胀问题，避免造成钢渣应用时稳定性不合格的现象。
2 钢渣热闷工艺中的用水情况
在整个钢渣热闷处理工艺中，水作为转炉钢渣热闷的工作介质，热闷需要通过加水完成，因此水的正常供应是关键。热闷喷水过程分为两步：第一步为倒入每罐熔融钢渣后喷水冷却，第二步为热闷装置装满钢渣后喷水热闷。对单个热闷装置而言，第一步和第二步分开喷水，但对多个热闷装置而言，第一步和第二步有可能重合。
（1）第一步喷水冷却
每次将一组钢渣倒入热闷装置后，排蒸汽罩车移动到热闷装置上，开始进行喷水冷却，倒渣后喷水冷却用水最大喷水量为100m3/h，每次喷水冷却时间为10分钟，间隔30分钟，再喷10分钟，最大喷水量为100m3/h，静停，进行第二次倒渣。最多有2个热闷装置同时喷水冷却，设计最大喷水量为200m3/h，水压为0.35M～0.40MPa。每天2个热闷装置同时倒渣后同时喷水冷却约18次，用水点标高1.0m，倒渣后喷水冷却用水不考虑回水。
喷水制度：每倒入一罐熔融钢渣后开始喷水冷却，喷水时间为10分钟，然后静停30分钟，再次喷水时间为10分钟，静停。等待第二次运渣车，至6小时最后一车渣倒完之后，进入第二步。
（2）第二步喷水热闷
转炉钢渣处理一般需要8～12个热闷装置，一个热闷装置最大喷水量为100m3/h，最多有4～8个热闷装置同时喷水，设计最大喷水量为400～800m3/h，水压为0.35M～0.40MPa。
喷水制度：当第一步喷水冷却过程结束后，开始进入第二步喷水热闷过程，热闷过程分4次喷水，每次喷水时间为1小时，两次喷水间隔时间也为1小时，第一次喷水量为100m3/h，第二次喷水量为77m3/h，第三次喷水量为77m3/h，第四次喷水量为71m3/h。其它时间为热闷时间，不喷水，热闷用水点标高0.7m，回水量按30％考虑，回水水温90℃。
（3）最大用水量
第一步与第二步重叠时有4～8个热闷喷水，两个冷却喷水，则此时用水量为二者之和，每天为两次。从以上用水情况可以看出，热闷用水情况复杂，且不连续稳定。而且经热闷后水温极高，蒸发量大，回水量小。
3 水处理工艺流程
钢渣热闷处理生产线用水采用全厂废水处理系统处理后的回用水。本着节约用水、提高水资源重复利用率的原则，生产线采用循环系统。除停产检修时，正常生产不向外排水。
生产用水系统主要是转炉钢渣热闷用水、抑尘冷却用水。生产系统用水采用循环给水系统。该系统由以下部分组成：
回水井→回水泵房→冷却沉淀池→吸水井→供水泵房→各用水点钢渣热闷用水， 一部分水变成蒸汽与钢渣中f-CaO、f-MgO发生水化反应使钢渣自解粉化，钢渣含有3％～5％的水分；另一部分水为使钢渣降温由热闷装置底部排水孔流入排水沟。回水经排水沟收集后汇同进入回水井。进入回水井后，由耐热潜污泵（90℃）提升后进入沉淀池。
在沉淀池的一端底部有污泥池，悬浮物聚集到污泥池便于清运。在沉淀池上方安装有电动单轨抓斗起重机，可以定期将沉淀在污泥池中的污泥吊运至运输车中，待脱水后将污泥送到钢渣处理生产线的受料斗从而进入生产线。平流沉淀池出水进入吸水井和供水泵房，供水泵房出水供热闷循环使用。
4 水处理设施
水处理设施包括管廊、排水沟、回水井、平流沉淀池、循环水泵房、加药间，以及必要的设备设施。
4.1 管廊
热闷装置使用过的水经由热闷装置底部排水孔通过一道篦网进入排水沟（排水沟深度根据工艺要求确定），为了节省占地、减少投资和方便维护检修，管廊在热闷装置边与排水沟合并，污水由排水沟两端向中间汇流，最后流入回水井。管廊出口端设置人行步道。为了防止蒸汽弥漫，影响人员操作，排水沟上部加罩，出口加风机抽蒸汽。排水沟设冲洗水点。
4.2 回水井
两股污水经汇集后进入回水井，由耐磨杂质泵（90℃）提升后进入沉淀池。为防止颗粒物在回水井内沉积，设有压缩空气搅拌装置。
4.3 平流沉淀池
选用平流沉淀池两座，上设GYZ－6.3型刮渣机。污泥由刮渣机刮到泥斗，通过电动单轨抓斗被起重机抓走。
4.4 水泵房及吸水井
水泵为热闷及喷雾沉降室喷水供水系统，一般选用卧式离心泵，用水压力为0.35M~0.45MPa，悬浮物颗粒小于0.25mm，间断使用并对水温没有要求，采用就地和在值班室两处操作，采用变频水泵组，定压变量供水。
5 水处理工艺运行中出现的问题
钢渣热闷工艺产生的以高蒸发、高碱度污染、高温水结垢为主要特征的污水处理尚未发现工程实例文献。国内的钢渣热闷工程已有应用推广，与之配套的用水系统在实践中也总结出了若干问题。
通过天铁、鞍钢、本钢等钢渣处理项目的工程实践，水处理工艺的主要难点主要是由钢渣热闷工艺的特点决定的。用于处理的钢渣温度高达1600℃，水作为转炉钢渣热闷的工作介质，因工艺需要造成的“高蒸发（70％）、高碱度污染（pH13）、高温水（75℃～90℃）”问题，带来的工程实际问题有：
（1）蒸发严重，排水管廊、回水井等处高温蒸汽弥漫，给检修带来极大困难和危险；
（2）回水温度高，设备、仪表均需选用耐高温的特殊型号，而且损坏频繁，回水井中所用回水泵和液位计损坏情况尤其严重；
（3）由于“高蒸发、高碱度污染、高温水”问题，致使循环系统水质极不稳定，系统结垢严重。
6 对策及解决办法
针对排水管廊、回水井等处高温蒸汽弥漫、排气不畅的问题，由通风专业做出计算，对管道进行隔热、管廊进行通风处理。
对回水温度过高（90℃左右）以及回水泵、液位计等设备仪表极易损坏的问题，尽量不选与回水直接接触的潜水泵，改用液下泵或增设干式泵房，减少设备与高温水的接触；选用耐高温的仪表，如雷达液位计等，为保证安全，可设两种液位计备用。系统结垢是一个棘手的问题，目前主要的应对方法有：（1）另设一套备用管道系统，方便定期对结垢严重的管道进行处理、更换，同时保证生产的正常运行。鞍钢项目采用了这种备用管道系统。（2）与专业清洗公司结合，定期通过清洗剂对管道进行清洗，首钢钢渣热闷项目采取了这种方式缓解管道结垢问题，目前效果良好。缺点是经常需要停产清洗。（3）在系统运行中减缓结垢的方法主要有物理法和化学法，如可采取在管道上安装电磁除垢仪、在管道中投加缓蚀剂、喷入CO2等等方法。这些方法大部分还在探索之中，目前效果还不显著。
通过工艺流程设置、构筑物的增建，尽量减少易出问题的部位。主要作法有以下几种：（1）将管廊中的供回水管道架空敷设，不再设放在管廊中，方便检修，减少工作人员下管廊的风险；（2）取消回水井及回水泵，热闷回水自流入沉淀池处理，虽然增加了沉淀池埋深，增加了土建工程量，但避免了由于回水温度高，造成回水泵及其配套仪表出故障等问题；（3）将沉淀池、吸水井、供水泵房采用一体化形式设计，结构更紧凑，减少连接管道。
7 总结
依据热闷工艺配套的循环供水系统数年的工程实践，并针对其高蒸发、高碱度污染、高温水结垢的主要特点，总结出较完善的工艺流程和构筑物形式。对于管道结垢问题严重，在现有的一些缓解方法的基础上，还将进行进一步的研究。
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