馬儉學(xué) 馬立儉 和安東

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司)

0 前言

安陽(yáng)某煉鋼廠(chǎng)3 座轉(zhuǎn)爐除塵用水為循環(huán)使用，采用2 座(12 格)蜂窩式正六邊形斜管沉淀池進(jìn)行水處理，斜管沉淀池設(shè)計(jì)處理能力為800 m3/h。由于斜管沉淀池斜管中積泥頻繁，為保證出水SS 低于100 mg/L，每天需要4 名工人對(duì)3 ～4 格沉淀池斜管積泥疏通清理，合計(jì)清理積泥斜管約1600 個(gè)/天，工作量很大。同時(shí)由于沉淀池斜管積泥，導(dǎo)致沉淀池水處理效果降低。

1 斜管積泥原因分析

該廠(chǎng)單爐煉鋼很少，基本為3 座轉(zhuǎn)爐煉鋼，斜管沉淀池長(zhǎng)期進(jìn)水量穩(wěn)定在790 m3/h 左右?？梢耘懦恋沓卦谶M(jìn)水量長(zhǎng)期偏少時(shí)，斜管積泥厚度不夠、難下滑和變硬，進(jìn)水量突然增大后，斜管快速堵塞的情況。沉淀池配水區(qū)高度1．5 m，沿池長(zhǎng)方向縫隙隔條布水，每月對(duì)縫隙進(jìn)行清理，整個(gè)沉淀池布水比較均勻。為進(jìn)一步查找斜管積泥問(wèn)題，對(duì)斜管沉淀池排泥口出泥取樣測(cè)含水率，并對(duì)斜管沉淀池設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了分析。

1．1 沉淀池靠經(jīng)驗(yàn)排泥，容易排泥不均

在12 格獨(dú)立沉淀池出泥口多次取樣和測(cè)含水率后，發(fā)現(xiàn)12 格沉淀池水樣差別很大，最大含水率為92%，最小含水率為73%。該除塵水處理工藝如圖1 所示。

圖1 除塵水處理工藝

12 格沉淀池利用12 臺(tái)渣漿泵將泥漿送往高位泥漿罐，該開(kāi)/停泵工作由人工操作。由于沉淀池出泥口泥漿密度有差別，所以渣漿泵輸送較高密度泥漿時(shí)速度比較慢，反之則很快，所以工人一般通過(guò)觀察泥位指示牌下降速度快慢和沉淀池出水的濁度來(lái)判斷開(kāi)幾號(hào)渣漿泵，開(kāi)多長(zhǎng)時(shí)間。每次往泥漿罐輸泥要試多個(gè)渣漿泵，經(jīng)驗(yàn)豐富則開(kāi)泵準(zhǔn)確率高。該沉淀池排泥的方法不但受經(jīng)驗(yàn)影響，而且操作繁瑣，容易疏漏，導(dǎo)致部分沉淀池泥漿不能及時(shí)排出，泥位上升至斜管下部，造成斜管積泥。

1．2 斜管傾角偏小，不利于管內(nèi)沉泥下滑

蜂窩式斜管沉淀池設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 蜂窩式斜管沉淀池設(shè)計(jì)參數(shù)

從設(shè)計(jì)參數(shù)上看，斜管傾斜角度為50 °，而一般斜管沉淀池斜管設(shè)計(jì)傾角為45 ° ～60 °。如果在除塵工藝不改變，沉淀池進(jìn)水量穩(wěn)定，液面繼續(xù)保持以v 的速度上升時(shí)，將斜管傾角由50 °增加到60 °后，斜管流速v1=v/sinθ 隨θ 增大而減小。首先，斜管傾角增大明顯有利于斜管沉淀顆粒的滑落;其次，斜管液體流速降低也有利于斜管中積泥下滑。但是增大斜管傾角的前提是保證沉淀池對(duì)除塵水中顆粒物的去除率，即出水SS 低于100 mg/L，增大斜管傾角是否可行，需要計(jì)算論證。

2 改進(jìn)措施

2．1 采用自動(dòng)控制和人工調(diào)整向泥漿罐輸送泥漿

12 格沉淀池渣漿泵每6 臺(tái)一組，利用PLC 編程，實(shí)現(xiàn)6 臺(tái)泥漿泵同時(shí)向高位泥漿罐(25 m3)輸泥，同時(shí)在泥漿罐泥位指示牌上設(shè)高低泥位感應(yīng)器，高、低泥位時(shí)渣漿泵自動(dòng)關(guān)閉或開(kāi)啟。該自動(dòng)控制投入使用后，通過(guò)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)取樣分析，將部分泥漿含水率過(guò)低或過(guò)高的沉淀池單獨(dú)進(jìn)行調(diào)整，最終12格沉淀池泥漿含水率逐步調(diào)整到80 % ～85 %，每組渣漿泵運(yùn)行時(shí)間控制在4．5 min 左右。

2．2 增大斜管傾角

為保證顆粒物去除率，繪制斜管尺寸和速度矢量關(guān)系圖如圖2 所示。

圖2 斜管尺寸和速度矢量關(guān)系

從圖2 可以看出，可以通過(guò)速度矢量反推計(jì)算滿(mǎn)足顆粒物去除率，即改變斜管長(zhǎng)度 和斜管孔d 的大小(或b)，使顆粒物固有沉降速度μ0不變，從而保證了顆粒物在原設(shè)計(jì)t0的時(shí)間內(nèi)均能得到沉降，推導(dǎo)過(guò)程如下:

(1)采用正多邊形斜管特性參數(shù)計(jì)算公式，可求得μ0:

式中:S—正多變型特性參數(shù);

μ0—顆粒物固有沉降速度，mm/s;

V1—斜管水流速度，mm/s;

l—斜管長(zhǎng)度，mm;

b—斜管孔斜邊距，mm;

d—斜管孔邊距，mm;

θ—斜管傾角，°。

將v1=v/sinθ 帶入①式，可將①式轉(zhuǎn)化為:

(2)由②式可以看出，液面上升速度v 為定值，θ 為已知量，變量為斜管長(zhǎng)度 和斜管孔的大小(d 或b)，取比例系數(shù)k，θ 由θ1變?yōu)棣?后，利用分式等效關(guān)系可得:

將③式帶入④式，斜管l2長(zhǎng)為:

(3)設(shè)定斜管孔d2= d1=50 mm，θ2=60 °，則b2=d2/sinθ2=57．74 mm，將b1和b2代入③式得k=1．126;

將k、11(表1)、θ1和θ2代入⑤式求得l2=2036 mm。

由于斜管流速v2＜ v1，所以雷諾數(shù)Re =vd/ υ減小，斜管內(nèi)仍然為層流。清水區(qū)高度h2=1300 －(2036 －1800)=1064 mm ＞1000 mm，沿該廠(chǎng)沉淀池長(zhǎng)方向的鋼制布水區(qū)加高250 mm。將斜管傾角改為60 °后，單格沉淀池寬邊鋼支撐面角度調(diào)整為60 °，間隙用斜管補(bǔ)充。斜管傾角增大后，沉淀池各參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 改造后新蜂窩式斜管沉淀池設(shè)計(jì)參數(shù)

通過(guò)以上計(jì)算論證，該沉淀池增大斜管傾角可行。

3 改造效果

3．1 自動(dòng)控制和人工調(diào)整結(jié)合排泥降低沉淀池排泥不均衡

改造后，12 格沉淀池泥漿含水率基本穩(wěn)定在80% ～85%，渣漿泵調(diào)整次數(shù)逐步減少到1 ～2 次/周，沉淀池斜管清理積泥由3 ～4 格/天減少到2 ～3格/天，改造后效果明顯。

3．2 增大斜管傾角斜管內(nèi)積泥明顯減少

在該廠(chǎng)斜管更新時(shí)，進(jìn)行了斜管傾角增大改造。斜管傾角改造后，沉淀池斜管積泥清理周期再次縮短，由自動(dòng)控制輸泥改造后2 ～3 格/每天減少至3 ～4 格/周。由于斜管積泥得到明顯改善，沉淀池水處理效果也有所提高，沉淀池出水SS 由改造前80 mg/L ～98 mg/L 降低到45 mg/L ～75 mg/L。

4 結(jié)束語(yǔ)

在借鑒該廠(chǎng)自動(dòng)控制和人工調(diào)整向泥漿罐輸送泥漿時(shí)，如發(fā)現(xiàn)人工調(diào)整次數(shù)比較多，需要注意檢查各格沉淀池進(jìn)水量和布水是否均勻，進(jìn)水量和布水越均勻，調(diào)整次數(shù)越少。

該廠(chǎng)斜管傾角改造旨在介紹沉淀池斜管積泥時(shí)的一種解決辦法，對(duì)于類(lèi)似改造需要先進(jìn)行計(jì)算論證，注意現(xiàn)有沉淀池結(jié)構(gòu)是否符合改造條件，特別是沉淀池清水區(qū)高度和提高布水區(qū)高度工作難易程度。

［1］盛國(guó)榮．斜管沉淀池管長(zhǎng)若干問(wèn)題的研究［J］．給水排水，1996，22(6):57 －58．

［2］周平，張戎． 斜管沉淀池穩(wěn)定運(yùn)行因素探討［J］． 給水排水，2007，33(7):21 －22．