劉紅,吳迪,陶燦

（武鋼股份有限公司能源動(dòng)力總廠供水廠,湖北武漢430080）

用pH試紙快速指導(dǎo)系統(tǒng)加藥

劉紅,吳迪,陶燦

（武鋼股份有限公司能源動(dòng)力總廠供水廠,湖北武漢430080）

煉鋼系統(tǒng)煙氣洗滌水系統(tǒng)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)異常情況，但因周六、周日不化驗(yàn)，當(dāng)班人員不能完全掌握該系統(tǒng)水質(zhì)的變化趨勢(shì)從而有效督促加藥。應(yīng)用碳酸鈉軟化法和碳酸平衡原理，總結(jié)出用pH試紙來(lái)判斷該系統(tǒng)的結(jié)垢趨勢(shì)，及時(shí)補(bǔ)充或停止加藥，保證系統(tǒng)水質(zhì)達(dá)標(biāo)，使水質(zhì)在受控范圍內(nèi)，解決化驗(yàn)次數(shù)不足的問(wèn)題。

煙氣洗滌水化驗(yàn);pH試紙;水質(zhì)調(diào)整

1 前言

轉(zhuǎn)爐煙氣洗滌系統(tǒng)是將來(lái)自轉(zhuǎn)爐爐頂?shù)臒煔馔ㄟ^(guò)水洗滌使之成為凈煤氣加以回收利用的工藝系統(tǒng)。煤氣的洗滌、冷卻是由一文、二文、洗滌塔中水氣接觸而實(shí)現(xiàn)的（轉(zhuǎn)爐煙氣凈化洗滌系統(tǒng)見(jiàn)圖1）。

圖1 轉(zhuǎn)爐煙氣凈化系統(tǒng)示意圖

在煤氣的凈化、洗滌過(guò)程中，因水氣接觸，大量有害物質(zhì)如酚、氰、一氧化碳及固體雜質(zhì)等進(jìn)入水中，成為轉(zhuǎn)爐煙氣洗滌污水。加之煉鋼過(guò)程中投加造渣劑石灰（CaO），部分石灰粉末被煙氣帶出，洗氣時(shí)進(jìn)入水中生成Ca(OH)2，使水中硬度大幅度升高。煉鋼吹煉時(shí)產(chǎn)生的煙氣中含有18%～30%CO2氣體與水接觸，部分溶解于水中，形成CaCO3沉淀，造成系統(tǒng)結(jié)垢，因此，該系統(tǒng)水質(zhì)的好壞，直接影響到主體廠的安全順行。

轉(zhuǎn)爐煙氣洗滌循環(huán)水處理系統(tǒng)其工藝流程見(jiàn)圖2；水的澄清處理采用兩級(jí)處理，即粗顆粒分離機(jī)加斜板式（輻射）沉淀池；主要脫水設(shè)備采用帶式（板框）壓濾機(jī)；泥輸送裝置采用氣體提升裝置，水質(zhì)穩(wěn)定方式采用碳酸鈉軟化法。

圖2 轉(zhuǎn)爐煙氣洗滌水系統(tǒng)工藝流程示意圖

2 存在的問(wèn)題

轉(zhuǎn)爐煙氣洗滌水是結(jié)垢型水質(zhì)，復(fù)雜程度可概括為“三高”即硬度高、堿度高、懸浮物含量高且波動(dòng)大。2011年10月以來(lái)，我廠某水站煙氣洗滌水水質(zhì)報(bào)表出現(xiàn)異常，pH 10左右，Na2CO3怎么加P堿都提不起來(lái)，硬度超標(biāo)。2012年10月，另一水站煙氣洗滌水水質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)異常，但報(bào)表顯示正常，懸浮物小于100 mg/L，硬度小于0.36 mmol/L以下，水質(zhì)完全符合《能源介質(zhì)供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)》，但主體廠出現(xiàn)了嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)分析和攻關(guān)，找到了造成該問(wèn)題的原因：

2.1 轉(zhuǎn)爐煙氣洗滌水回水pH9.5～10左右，系統(tǒng)中有大量HCO3-存在，與Ca2+、Mg2+生成Ca（HCO3）2和Mg（HCO3）2，在沉淀池內(nèi)很難形成沉淀去除，當(dāng)HCO3-遇到CO2時(shí)，轉(zhuǎn)換成CO32-，部分HCO3-生成CaCO3沉淀，附著在設(shè)備表面形成硬垢，使管道直徑迅速變小，風(fēng)機(jī)震動(dòng)，影響主體廠生產(chǎn)。

2.2 煉鋼過(guò)程中加入造渣劑，其中加有：活性石灰和熒石（分子式CaF），為降低成本，2011年起，主體廠改為用石灰石和白云石（CaCO3·MgCO3）代替活性石灰和熒石，使系統(tǒng)Mg2+含量增加，石灰粉塵量減少，系統(tǒng)pH降低，HCO3-含量增加，HO-減少，硬度超標(biāo)且結(jié)垢。

2.3 化驗(yàn)：每天上午一次，當(dāng)班人員不能根據(jù)水質(zhì)變化掌握該系統(tǒng)水質(zhì)的變化趨勢(shì)和加藥情況，且周六、日不化驗(yàn)。

3 解決方案

為阻止系統(tǒng)結(jié)垢，采用我廠Na2CO3軟化法對(duì)煙氣洗滌水進(jìn)行處理，其原理為：在含有大量Ca2+、Mg2+離子的煙氣洗滌水中，適量投加碳酸鈉，形成碳酸鈣沉淀。轉(zhuǎn)爐煙氣洗滌水中帶有二氧化碳?xì)怏w溶于水中與氫氧化鈉反應(yīng)生成碳酸鈉，生成的碳酸鈉又與水中鈣離子作用生成碳酸鈣，經(jīng)絮凝沉淀達(dá)到降鈣之目的。其化學(xué)反應(yīng)式如下：

碳酸鈉軟化法采用高堿度低硬度運(yùn)行方式，投加碳酸鈉，提高水中碳酸根含量，而系統(tǒng)消耗的堿則由煙氣中帶入的CO2補(bǔ)充，達(dá)到降低系統(tǒng)硬度的目的。

系統(tǒng)Na2CO3投加量、pH如何控制對(duì)系統(tǒng)水質(zhì)都起著至關(guān)重要的意義，是實(shí)現(xiàn)Na2CO3軟化法的關(guān)鍵。圖3就三類碳酸的比例變化來(lái)分析在不同pH情況下CO2、CO32-、HCO3-之間含量的變化。

從圖3可以看出：

當(dāng)pH＜4.3時(shí)，水中幾乎只有CO2一種形態(tài)，當(dāng)pH＜8.3時(shí)，水中CO32-幾乎沒(méi)有，只有CO2和HCO3-兩種形態(tài)，當(dāng)pH＞8.3時(shí)，CO2幾乎沒(méi)有了，而CO32-和HCO3-同時(shí)存在，當(dāng)pH＞10時(shí)，HCO3-迅速減少，當(dāng)pH＞12時(shí)，水中幾乎只有CO32-一種形態(tài)，三種碳酸在平衡時(shí)的濃度比例與水的pH值有完全相對(duì)應(yīng)的關(guān)系，當(dāng)每種碳酸的外界影響面變化時(shí)，就會(huì)引起其它各種碳酸濃度的變化，以及水的pH值的相應(yīng)變化。同樣，水的pH值發(fā)生變化時(shí)，也會(huì)引起三種碳酸濃度之間的比例發(fā)生變化。由此可見(jiàn)，水中的碳酸平衡同pH是密切相關(guān)的。

圖3 三類碳酸的比例變化曲線

由三類碳酸的比例變化曲線可知水中各種堿度存在的形式和各種堿度的數(shù)量關(guān)系如表1。

表1 各種堿度存在的形式和各種堿度的數(shù)量關(guān)系一覽表

從表1可以看出：

（1）m=0時(shí)，系統(tǒng)有OH-堿度，總硬度上升，Ca2+含量升高；

（2）當(dāng)P=0時(shí)，出現(xiàn)了碳酸氫鹽堿度，OH-偏低，Ca2+、Mg2+上升，硬度上升，未生產(chǎn)狀態(tài)（或檢修后大量補(bǔ)水）；

（3）當(dāng)P=m，系統(tǒng)有剩余的碳酸鹽堿度，停止Na2CO3投加，提高P堿；

（4）當(dāng)P＜m時(shí)，出現(xiàn)碳酸鹽和碳酸氫鹽，且這時(shí)pH偏低；系統(tǒng)OH-偏低，Mg2+硬會(huì)上升，且產(chǎn)生；

（5）當(dāng)P＞m時(shí)，出現(xiàn)碳酸鹽和氫氧化物的平衡，是系統(tǒng)最理想狀態(tài)。硬度不超標(biāo)。

4 各種水質(zhì)控制指標(biāo)計(jì)算

以下為某水站的一組化驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)表1計(jì)算出能反映系統(tǒng)水質(zhì)情況的表2，表2化驗(yàn)數(shù)據(jù)中Mg，OH，m，為計(jì)算值。

計(jì)算方法如下：

(2)Mg含量=由硬度查出Ca的含量-化驗(yàn)單Ca的含量

(3)當(dāng)P＞m時(shí)

(4)當(dāng)P＜m時(shí)；

經(jīng)過(guò)對(duì)水質(zhì)化驗(yàn)報(bào)告單數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算后，從表2中可以看出：

(1)當(dāng)pH達(dá)到12時(shí)，總堿達(dá)到38 mmol/L，P堿和m堿幾乎相等偏多，而系統(tǒng)沒(méi)有足夠的Ca2+與之結(jié)合反應(yīng)，系統(tǒng)應(yīng)停止加藥，提高P堿，防止浪費(fèi)藥劑；

(2)當(dāng)pH＜11時(shí)，P堿＜m堿，盡管硬度不超標(biāo)，但Mg2+含量逐漸升高，無(wú)足夠OH-與Mg2+反應(yīng)，硬度易超標(biāo)，且出現(xiàn)了鹽，易產(chǎn)生鹽（特別是MgHCO3結(jié)垢）鹽垢不易去除，且硬度易超標(biāo)，應(yīng)適當(dāng)增加投藥量；

(3)氯化物在逐漸升高，說(shuō)明系統(tǒng)循環(huán)率較高，29日氯化物下降，反映出系統(tǒng)有排污現(xiàn)象；

5 用pH試紙快速指導(dǎo)系統(tǒng)加藥

根據(jù)表2的計(jì)算結(jié)果和理論計(jì)算可以得出以下結(jié)論：

(1)當(dāng)用pH試紙測(cè)試出pH＜11時(shí)，應(yīng)提醒藥劑承包單位，適當(dāng)增加加藥量；有時(shí)，pH指標(biāo)正常，但趨勢(shì)下降，也要提醒藥劑承包單位及時(shí)補(bǔ)充藥劑，等到指標(biāo)不正常時(shí)再加藥水質(zhì)已超標(biāo)；

(3)當(dāng)系統(tǒng)pH過(guò)低調(diào)不起來(lái)時(shí)，Mg2+過(guò)高，選擇方式：進(jìn)行系統(tǒng)排污或系統(tǒng)投加Ca（OH）2或NaOH，提高pH，防止形成HCO3-垢。

Using pH Test Paper to Quickly Guide Systematic Chemical Addition

Liu Hong;Wu Di;Tao Can
(Water Supply Plant of the Energy Power General Plant of WISCO,Wuhan,Hubei 430080,China)

The washing water system of steelmaking flue gas sometimes has abnormal conditions;and due to lack of laboratory analysis on Saturdays and Sundays,operators on duty could not know the changing trend of the water quality so as to effectively call for chemical addition.Applying the sodium carbonate softening method and sodium carbonate balance principle it was concluded that using pH test paper can judge the fouling trend, guide to increase or stop chemical addition in time,and ensure system water quality up to requirement and within controlled range,which solved the problem of insufficient laboratory analysis.

laboratory analysis of flue gas washing water;pH test paper;water quality modification

表2 某煉鋼水站煙氣洗滌水水質(zhì)化驗(yàn)數(shù)據(jù)

TF085

B

1006-6764（2015）03-0048-04

2014-05-07

劉紅（1963-）女，大學(xué)本科學(xué)歷，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事給排水技術(shù)工作。