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转炉湿法OG烟气净化污水处理系统常见的问题和解决的方法

金亚飚

(宝钢工程技术集团有限公司，上海 201900)

摘 要：转炉湿法OG烟气净化广泛应用于国内各大钢厂的转炉除尘系统中。对OG污水处理系统常见的问题和解决的方法进行了初步的分析和探讨，供参考。

关 键 词：OG烟气净化；高架流槽；粗颗粒分离机；辐流式沉淀池；冷却塔

1 概述

转炉湿法OG烟气净化广泛应用于国内各大钢厂的转炉除尘系统中。OG污水处理系统常见的工艺流程为：转炉煤气清洗浊循环水回水→高架流槽→粗颗粒分离机→高架流槽→分配槽→辐流式沉淀池→热水池→冷却塔→冷水池→回水至用户。辐流式沉淀池底部污泥送污泥处理设施脱水，泥饼外运，滤液回流至OG污水处理系统。

本文对OG污水处理系统常见的问题和解决的方法进行了初步的分析和探讨，供实际工程参考。

2 高架流槽

在钢铁企业中，常用高架流槽这种方式输送转炉烟气净化OG污水。高架流槽从工艺主车间接至浊循环水处理站粗颗粒分离机。高架流槽为钢制水渠，整个流槽为架空敷设，距离地面约十几米高度。流槽包括流槽本体、附属检修走道及支撑流槽本体的钢结构桁架以及流槽钢结构支架等。高架流槽为敞开式，不仅维护简便、便于水中热量的散发，还能很好的满足炼钢工艺多点重力流无压排水的生产需要。

2.1 实际使用中常遇见的问题及原因分析

高架流槽在实际应用中常遇到的问题有：①流槽的断面有效利用率较低，流槽内水位低；②流槽中的水流难于控制，常有流槽中的水喷溅而出落到地面上。

在高架流槽设计时，其水流部分的断面应设计成半圆形，在水面以上留适当的保护高度，该保护高度一般为200～300mm左右。但在实际应用时，常常可以看到仅流槽的底部有高速水流通过，流槽内水位过低，流槽内水面以上至流槽顶部的高度远远大于了设计保护高度。高架流槽造价较高，每米高架流槽包括支撑流槽本体的钢结构桁架，其用钢量就为2t左右，如果流槽断面无法得到有效利用，则意味着对于整个工程而言有着较大的浪费。

高架流槽实际应用时，流槽中的水流难于控制，常有流槽中的水喷溅而出落到地面上。这主要是由于高架流槽内水流速度较高，在转弯时流槽外侧的水面将有所升高，在水流流速高或水量大的情况下会有水溅出流槽的现象发生。同时，也会使流槽外侧有较为强烈的冲刷。

2.2 解决的方法

要解决流槽断面有效利用率低的问题，关键要重视流槽的水力计算。

流槽的水力计算按照《给水排水手册》第二册管渠水力计算相关内容的要求进行，但在计算过程中须注意以下几点：

①参照《钢铁工业给水排水设计手册》，金属流槽的粗糙系数按n=0.014；

②流速的选用不宜过小，以免产生沉淀，也不宜过大，以免加快高架流槽的磨损，高架流槽内水流速度一般不宜小于2m／s；

③一般流槽宽度不应小于300mm，当流槽走道位于流槽上方即利用流槽顶部作走道板时，流槽宽度不应小于700mm；

④高架流槽的坡度一般按1%～2%执行；

⑤高架流槽水面以上的保护高度不应小于200～300mm[1]。

要有效的控制流槽内的水位，除了重视流槽的水力计算外，还须在流槽末端即高架流槽入粗颗粒分离机处设置闸门，闸门既可以起到必要时切断粗颗粒分离机进水，也可以作为调节高架流槽内水位的手段。

对于流槽中的水喷溅而出落到地面上的情况，主要是应在设计中控制高架流槽的转弯半径，可参照《钢铁工业给排水设计手册》对氧化铁皮沟流槽的要求，高架流槽中心线的转弯半径Rm应满足：Rm≥5B(B为流槽宽度)的要求。如果在特殊情况下转弯半径无法满足上述要求，可将该处用钢板封挡。

3 粗颗粒分离机

粗颗粒分离机最早引进于日本，现已实现国产化。粗颗粒分离机用于连续不断地除去水中的大颗粒氧化铁皮，是一种高效的污水处理设备，一般采用钢制整体式结构，也可采用钢结构与钢筋混凝土结构相结合的方式。采用粗颗粒分离机作为后续沉淀池的预处理，可大大减轻后续沉淀池的负担，同时也减少了沉淀池的排泥量。但在实际使用中，粗颗粒分离机常常效果欠佳，且故障频发，未能完全满足工艺使用要求，影响生产。

3.1 粗颗粒分离机设备工作原理

附图1为某粗颗粒分离机的立面图。从生产车间送进来的污水经过顶部进水口进入上部大水槽内进行减速沉降、污水在大水槽内的橡胶挂帘的阻挡下，增加了水的停留时间，大部份的水由橡胶挂帘的下部进入出水区，从而减少颗粒的沉降时间，提高设备的处理能力，被收集到出水区的水由堰板流入出水槽，通过出水口排出大水槽。由于污水中的大颗粒悬浮物在短时间内沉降到输泥槽内，通过驱动机构带动螺旋体，泥渣在螺旋的推动下被提升到距水面以上500mm的出料口，渣与水将在500mm范围内进行分离，通过下料溜管进入污泥车或污泥罐。用户可根据现场的水量及进水悬浮物含量通过变频器来调整螺旋体的转速，从而确保螺旋的排渣能力和设备的处理效果。如果由于人为操作原因或机构故障造成螺旋体被渣埋入而不能启动时，可通过设在输送机尾部的排空口进行人工排渣，从而确保设备不受损坏。

3.2 实际使用中所遇见的问题及原因分析

3.2.1 粗颗粒分离机去除效果差

粗颗粒分离机设计SS去除率一般按15%(粒径大于60um的颗粒被分离)，而实际情况有的粗颗粒分离机去除率远低于15%，粒径较大的颗粒穿过了粗颗粒分离机，在后续的辐流式沉淀池中沉淀了下来，从而进入了污泥处理系统，最终在污泥压滤机中被压制成泥饼。这样的情况，一方面增加了后续处理构筑物的工作负荷，另一方面由于较大的粗颗粒进入了污泥压滤机，造成滤布容易损坏，滤布寿命变短。

造成该问题发生的原因可能有螺旋输泥机的安装角度、螺旋轴的直径、螺旋叶片与槽底的间隙以及转速和功率等。上述设备原因将直接导致粗颗粒分离机排泥能力的下降。大量污泥沉积在粗颗粒分离机中，如果得不到及时排除，将直接阻碍螺旋轴的转动。螺旋轴因无法顺利转动将导致设备电流上升，损坏电机设备。

另外，上部大水槽的有效容积偏小也是造成粗颗粒分离机设计SS去除率低的重要原因。OG污水在粗颗粒分离机内停留时间过短，使大量污泥来不及沉淀，而随着水流进入了后道水处理工序。

3.2.2 粗颗粒分离机内水位偏高甚至有水从粗颗粒分离机内溢出的现象

粗颗粒分离机内水位偏高，是由粗颗粒分离机出水溢流堰水力计算不准确造成的。粗颗粒分离机前的高速水流以1～2%坡降冲入粗颗粒分离机，而粗颗粒分离机的出水是依靠上清液溢流堰的方式出水的。前者的过水断面要远远小于后者，因此以过水水深而言，如果过水断面宽度一致，则粗颗粒分离机出水溢流堰的堰上水头高度要高于进水高架流槽内水深高度。如果出水溢流堰堰上水头高于设备设计时所确定的溢流堰与粗颗粒分离机顶板之间的空隙，就会造成有水从粗颗粒分离机顶板溢出。

3.2.3 关于轴承水封的问题

现经过改进的粗颗粒分离机设备后部轴承采用水润滑及密封，在运行过程中可减少泥沙对水下端轴的磨损，延长螺旋轴的使用寿命。但在实际使用过程中，常发生轴承水封堵塞现象。水封轴承堵塞直接对粗颗粒分离机后部轴承的工作产生影响。经过分析，产生轴承堵塞的主要原因是轴承水封补水水质差所造成的。

3.2.4 粗颗粒分离机排泥管堵塞

粗颗粒分离机排泥及污泥运输方式有两种。第一种，粗颗粒分离机排泥管下方设置污泥斗，泥斗为粗颗粒分离机设备整体的一部份，泥斗为敞开式；污泥装运方式采用自卸车运输，泥斗底部设鄂式阀，当运泥车到达时由液压系统控制鄂式阀的开启和关闭。第二种，粗颗粒分离机排泥管下方设置污泥斗，污泥斗安放于地坪上，泥斗与粗颗粒分离机设备脱开，泥斗为敞开式；污泥装运方式采用吊斗车，当运泥车到达时，用空斗更换粗颗粒分离机下装满污泥的泥斗。

按照第一种排泥及污泥运输方式，粗颗粒分离机实际运行有污泥斗甚至排泥管被堵塞的现象发生。该情况发生的主要原因是，污泥斗的有效储泥量小于粗颗粒分离机的实际产泥量，导致污泥斗内污泥堆积并充满整个排泥管，从而最终堵塞排泥管。

3.3 解决的方法

对于粗颗粒分离机去除效果差，首先在设备选型和设备设计时，要校核粗颗粒分离机水槽的有效容积，设计停留时间应确保2～5min。其次，在设备安装过程中应严格执行相关设备技术规程的要求。

防止粗颗粒分离机内水位偏高甚至有水从粗颗粒分离机内溢出的现象发生关键是要对粗颗粒分离机出水溢流堰进行周密的水力计算。粗颗粒分离机出水溢流堰的堰上水头首先必须满足OG污水量的要求；其次，溢流堰堰上水头加溢流堰本身高度后的总标高应低于粗颗粒分离机顶板标高。

对于轴承水封的补充水，应采用厂区回用水或其它高于回用水的水质如工业新水等。

对于粗颗粒分离机排泥管堵塞，首先应校核带鄂式阀的污泥斗的有效容积是否符合能储存排泥周期内所产生污泥量的要求。在每两次污泥运输车来运泥的时间段内，污泥斗应能储存该部分泥量。另外，还需要通过加强现场管理来确保减少排泥管堵塞的几率。

4 辐流式沉淀池

OG污水由粗颗粒分离机出水后，经高架流槽入分配槽，再由分配槽分流进入辐流式沉淀池。OG污水处理系统辐流式沉淀池的设计停留时间一般取4～6h，设计表面负荷一般取0.8～1.5m3／(m2·h)。辐流式沉淀池内设刮泥机，刮泥机有两种形式，一种是双周边传动刮泥机，另一种是中心传动刮泥机。这两种刮泥机相比，中心传动刮泥机设备更为稳定可靠且能够自动提耙，双周边传动刮泥机适用于水池跨距大的场合。在目前的钢铁企业除尘废水处理系统中，以中心传动刮泥机为主。例如目前国内钢铁企业中最大的COREX3000煤气清洗水系统的辐流式沉淀池，直径52m，采用的就是中心传动刮泥机。

4.1 实际使用中所遇见的问题及原因分析

4.1.1 刮泥机的设备问题

在实际使用过程中产生的设备问题主要来自于双周边传动刮泥机。双周边传动刮泥机的供电和控制主要是采用集电环。附图二是双周边传动刮泥机中心旋转支座示意图，图中的集电装置就是集电环。集电环采用铜棒和碳刷接触方式，在接触的过程中可能会有灰尘、杂质的侵入，另外容易磨损，可能导致弱电控制信号输送接收不出去或是输送接受信号有误。特别对于OG污水，水温高达近63℃，在冬季，大量的水蒸气蒸发在集电环上凝结成冷凝水，更增大了集电环故障的可能性。因此，周边传动刮泥机设备的可靠性和稳定性相对中心传动刮泥机要差。周边传动刮泥机一般均采用现场控制，仅要求输出运行、故障信号。

4.1.2 辐流式沉淀池底部积泥问题

在辐流式沉淀池运行过程中也会发生刮泥机无法正常转动，导致设备电流上升从而损坏电机设备或是刮泥机刮板绗架折断。排除设备本身故障的原因，这种现象通常是源于OG污水含泥量高，辐流式沉淀池污泥生成量大，污泥全部沉积于沉淀池底部，而刮泥机没有处于连续运行状态，导致沉淀池底部污泥硬结成块，导致刮泥机无法启动。

4.1.3 辐流式沉淀池出水问题

辐流式沉淀池的出水一般采用管道出水方式，见附图三示意图。辐流式沉淀池出水溢流堰接至出水槽，出水槽接出水管，再接至冷水池，出水管有一段是立管。在运行过程中经常发生出水管流速小于设计流速，出水流速变慢抬升了出水槽内水位及溢流堰内水位，对沉淀池溢流堰出水造成影响(在极端情况下甚至形成了淹没式溢流堰出水)，进一步影响了沉淀池的沉淀效果。在出水管中央可以看到一个很大的旋涡空洞，用手探测空洞上方，有明显吸气的感觉。

经过实际检测分析，这种状况发生的主要原因如下：在辐流式沉淀池出水初期，管道处于非满流状态，水流中掺杂着大量空气，导致了出水的气水混合流现象[2]；辐流式沉淀池通常为高架水池，水池内水位与OG热水池内水位之间的高差较大，因此造成了立管内流速较高，而溢流堰本身出水的流速较小，流速上的差别更容易造成气水混合流和气阻现象，导致排水流速的降低。

4.2 解决的方法

集电环本身的特性决定了中心传动刮泥机设备的稳定性和可靠性均高于双周边传动刮泥机。因此在选择辐流式沉淀池刮泥机时应优先选用中心传动刮泥机。如果一定要使用双周边传动刮泥机，可在刮泥机集电环装置上设置压缩空气吹气装置，在冬季等天气条件恶劣情况下，以压缩空气吹扫由OG辐流式沉淀池蒸发上来的水蒸汽，以确保设备的正常运行。

在OG辐流式沉淀池投入运行后，应尽量使设备保持连续运行状态。如设备必须暂时停止运行，则在下次启动刮泥机时，宜采用高压冲洗水对辐流式沉淀池底部污泥斗进行冲击，以松动该部分污泥，以免其结成硬块。另外，在刮泥机停止运行时段内最好也定时采用高压水对辐流式沉淀池底部污泥斗进行冲击。在一般工程设计时，应考虑底部污泥冲击的管路接口。

对于辐流式沉淀池出水的问题，可在其出水立管内插入一跟排气管，用以释放随水流中的空气，破坏气水混合流，则可以提高出水流速，出水管中央的旋涡也基本不见。具体做法见附图四。排气管插入出水立管的深度达到2m以上，管径可取DN80。实际应用后，确实起到了效果，并且在排气管顶有类似小喷泉的现象。

5 冷却塔及冷热水池

OG污水辐流式沉淀池出水以重力流进入热水池。热水池旁设热水泵，热水泵将热水池内水加压后送冷却塔冷却。冷却后水以重力跌水进入冷水池，再由冷水池旁OG浊循环供水泵送水至车间用户。

5.1 实际使用中所遇见的问题及原因分析

冷热水池在运行中常遇见的问题是冷热水池之间水量不平衡等。

由于水泵是按照一定的管路特性曲线和水泵特性曲线运行的，即使水泵的调节手段再好，也无法确保能使热水泵和浊循环供水泵的流量工况条件一致，因此，热水泵组和浊循环供水泵组之间出水量不平衡的状况很难避免。当热水泵组的出水流量大于浊循环供水泵组的出水流量时，将导致冷水池液位上升乃至冷水池处于溢流状态而热水池内的水位在下降；反之，当热水泵组的出水流量大于浊循环供水泵组的出水流量时，则导致热水池水位下降而冷水池液位上升乃至处于溢流状态。

5.2 解决的方法

解决冷热水池水量不平衡问题的最好方法是在冷热水池之间设置1根连通管。如果冷热水池紧邻布置，可在冷热水池之间的池壁上设置连通孔，连通孔不应紧贴池底敷设，因为池底有积泥容易堵塞连通孔。

6 其它

由于OG污水系统高架流槽接自工艺主车间，经常有大量车间内其它用户的水排入高架流槽从而进入OG污水系统的现象。因此，在设计OG污水系统时，系统设计水量宜考虑一定的富裕量。

7 小结

经过实际工程的验证，采取了上述措施后，OG污水系统运行正常，设备、构筑物的故障率大幅降低。

参 考 文 献：

[1]   金亚飚.钢铁企业高架流槽设计方法浅议.工业用水与废水，2008，39(3)：81—83.

[2]   金亚飚.钢铁冶金企业大型工业厂房建筑给水排水的特点及设计要点的介绍.中国建筑学会建筑给水排水研究分会第一届学术交流会暨建筑给水排水研究分会成立大会论文集：31—36.