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1、高炉煤气洗涤水处理系统内部结垢原因研究 摘要：在循环水处理系统中经常出现水泵零部件腐蚀,管道及阀门结垢严重,冷却塔配水支管结垢和腐蚀、喷头堵塞。本文对循环水处理系统出现的结垢问题进行分析，提出处理策略。关键词：煤气洗涤水;结垢;腐蚀;处理中图分类号：TF526+.4文献标识码：A文章编号：引言由于高炉原燃料成份及冶炼操作条件不断发生变化，高炉煤气洗涤水的成份很不稳定。在循环水处理系统中经常出现水泵零部件腐蚀、管道及阀门结垢严重、冷却塔配水支管结垢和腐蚀，确保高炉煤气洗涤水的水质稳定对提高循环率、
2、减缓系统的腐蚀和结垢、降低运行成本及达标排放具有重要意义。1、工艺流程高炉煤气洗涤水处理工艺流程见图1.2、高炉煤气洗涤水结垢原因6高炉原燃料中含有大量的Fe、C和少量的Ca、Zn、Mg、Mn、Si等元素,当洗涤水在高温下与荒煤气中的CaO及CO2接触时,使得CaO及CO2溶于水后水中的碳酸盐硬度增加。经测定,每洗涤一次,洗涤水的碳酸盐硬度增加1～3DH。同时荒煤气中的ZnO、MgO、MnO2及SiO2在高温下溶于水后,洗涤水Mg2+、Mn2+、HSiO3-的浓度迅速增大。其中的Zn2+浓度增加最
3、快,每洗涤一次Zn2+浓度增加10～20mg/L。由于高炉原料中的部分碱金属以氯化物形式存在,在高炉冶炼时少量碱金属氯化物被蒸发进入荒煤气中,经洗涤后水中的Cl-浓度增加,每洗涤一次Clˉ浓度增加5～10mg/L。高炉煤气洗涤水在洗涤循环过程中水中的碳酸盐硬度增大,Zn2+、Cl-会不断增加,这是不同于其他循环水系统的水质特点。高炉煤气洗涤水系统中形成的污垢主要由污泥和水垢组成,其中污泥占20%～25%,水垢占75%～80%。水垢主要是由碳酸盐垢、磷酸盐垢、锌垢及由腐蚀产生的氢氧化铁等组成。污泥主
4、要是由水中的悬浮物、有机质和生物质在水的流动状态、溶解固体含量及温度等条件变化时,依赖其内聚性和附着力而形成的。2.1碳酸盐垢从洗涤塔出来的煤气洗涤水温度在50～60℃,洗涤水在经过水处理设施时不断降温,水与空气接触,水中的CO2分压大于空气中的CO2分压,水中的CO2外逸,形成碳酸盐沉淀。反应式如下:Ca2++2HCO3ˉ=CaCO3↓+CO2↑+H2O2.2磷酸盐垢6当水中Ca2+浓度较高、pH值大于8时,容易产生磷酸钙沉淀。反应式如下:3Ca2++2PO43ˉ=Ca3(PO4)2↓同时由于磷
5、酸锌的临界pH值小于7,因此系统中很容易产生磷酸锌沉淀。反应式如下:3Zn2++2PO43-=Zn3(PO4)2↓2.3锌垢洗涤水中的Zn2+浓度随着洗涤次数的增加而逐渐增大,直至在一定温度、pH值等条件下达到极限浓度,当Zn2+浓度继续增大时便产生氢氧化锌沉淀。反应式如下:Zn2++2OHˉ=Zn(OH)2↓2.4铁垢由于洗涤水对系统中的金属管道、水处理构筑物的金属结构会产生溶解氧腐蚀,腐蚀的结果就形成氢氧化铁沉淀。反应式如下:Fe2++2OHˉ=Fe(OH)2↓2.5硅垢洗涤水中的硅酸或硅胶在
6、pH值大于8时容易发生缩合,在浓度较大的金属离子影响下形成硅垢。反应式如下:5Zn2++2HCO3-+8OHˉ=2ZnCO3·3Zn(OH)2+2H2O2ZnCO3·3Zn(OH)2+3H2SiO3=2ZnCO3·3ZnSiO3+6H2O3、高炉煤气洗涤水结垢和腐蚀的控制措施3.1降低循环水系统中成垢离子的浓度63.1.1降低补充水的浊度、硬度、碱度等指标水中的浊度、pH值、碱度、硬度、含盐量等水质指标将明显影响系统中水垢的沉积和腐蚀的形成。补充水中的成垢离子浓度越大,经浓缩后越容易达到过饱和而产
7、生水垢,补充水的浊度宜控制在10NTU以下,电导率宜小于3000Ls/mm,碱度宜小于10毫/L,甲基橙碱度宜小于7毫/L,pH值宜控制在7～9的范围内。3.1.2投加氢氧化钠,加速成垢离子在沉淀池中的沉淀洗涤水中的成垢离子主要有Ca2+、Zn2+、HCO3ˉ。根据对包钢高炉煤气洗涤水处理系统中的管道结垢样和冷却塔结垢样化验,ZnO含量达34.01%,CaO及CaCO3含量达29.50%。在沉淀池的进水处投加适量的氢氧化钠可使Zn2+迅速产生氢氧化锌沉淀,同时也与碳酸氢钙迅速反应生成碳酸钙沉淀,通
8、过沉淀予以去除。3.1.3投加螯合剂,去除重金属离子。洗涤水中含有大量的Zn2+及少量的Mn2+、Pb2+,虽然通过氢氧化物沉淀法可使水中的离子浓度大大降低,但要使水中重金属离子浓度达到外排水控制标准以内,需要不断提高pH值。试验表明,当水中的pH值达9以上时,水中的Zn2+浓度才能控制在5mg/L以内。而pH值的增加会导致系统中结垢速度的加快,同时会导致部分沉淀物的溶解,因此当水中pH值达到8时,可采用投加螯合剂对水中重金属离子进行螯合沉淀。3.2提高絮凝沉淀效果,降低出水悬浮物
