用pH试纸快速指导系统加药

刘红,吴迪,陶灿

（武钢股份有限公司能源动力总厂供水厂,湖北武汉430080）

用pH试纸快速指导系统加药

刘红,吴迪,陶灿

（武钢股份有限公司能源动力总厂供水厂,湖北武汉430080）

炼钢系统烟气洗涤水系统有时会出现异常情况，但因周六、周日不化验，当班人员不能完全掌握该系统水质的变化趋势从而有效督促加药。应用碳酸钠软化法和碳酸平衡原理，总结出用pH试纸来判断该系统的结垢趋势，及时补充或停止加药，保证系统水质达标，使水质在受控范围内，解决化验次数不足的问题。

烟气洗涤水化验;pH试纸;水质调整

1 前言

转炉烟气洗涤系统是将来自转炉炉顶的烟气通过水洗涤使之成为净煤气加以回收利用的工艺系统。煤气的洗涤、冷却是由一文、二文、洗涤塔中水气接触而实现的（转炉烟气净化洗涤系统见图1）。

图1 转炉烟气净化系统示意图

在煤气的净化、洗涤过程中，因水气接触，大量有害物质如酚、氰、一氧化碳及固体杂质等进入水中，成为转炉烟气洗涤污水。加之炼钢过程中投加造渣剂石灰（CaO），部分石灰粉末被烟气带出，洗气时进入水中生成Ca(OH)2，使水中硬度大幅度升高。炼钢吹炼时产生的烟气中含有18%～30%CO2气体与水接触，部分溶解于水中，形成CaCO3沉淀，造成系统结垢，因此，该系统水质的好坏，直接影响到主体厂的安全顺行。

转炉烟气洗涤循环水处理系统其工艺流程见图2；水的澄清处理采用两级处理，即粗颗粒分离机加斜板式（辐射）沉淀池；主要脱水设备采用带式（板框）压滤机；泥输送装置采用气体提升装置，水质稳定方式采用碳酸钠软化法。

图2 转炉烟气洗涤水系统工艺流程示意图

2 存在的问题

转炉烟气洗涤水是结垢型水质，复杂程度可概括为“三高”即硬度高、碱度高、悬浮物含量高且波动大。2011年10月以来，我厂某水站烟气洗涤水水质报表出现异常，pH 10左右，Na2CO3怎么加P碱都提不起来，硬度超标。2012年10月，另一水站烟气洗涤水水质现场出现异常，但报表显示正常，悬浮物小于100 mg/L，硬度小于0.36 mmol/L以下，水质完全符合《能源介质供应标准》，但主体厂出现了严重的结垢现象，根据现场分析和攻关，找到了造成该问题的原因：

2.1 转炉烟气洗涤水回水pH9.5～10左右，系统中有大量HCO3-存在，与Ca2+、Mg2+生成Ca（HCO3）2和Mg（HCO3）2，在沉淀池内很难形成沉淀去除，当HCO3-遇到CO2时，转换成CO32-，部分HCO3-生成CaCO3沉淀，附着在设备表面形成硬垢，使管道直径迅速变小，风机震动，影响主体厂生产。

2.2 炼钢过程中加入造渣剂，其中加有：活性石灰和荧石（分子式CaF），为降低成本，2011年起，主体厂改为用石灰石和白云石（CaCO3·MgCO3）代替活性石灰和荧石，使系统Mg2+含量增加，石灰粉尘量减少，系统pH降低，HCO3-含量增加，HO-减少，硬度超标且结垢。

2.3 化验：每天上午一次，当班人员不能根据水质变化掌握该系统水质的变化趋势和加药情况，且周六、日不化验。

3 解决方案

为阻止系统结垢，采用我厂Na2CO3软化法对烟气洗涤水进行处理，其原理为：在含有大量Ca2+、Mg2+离子的烟气洗涤水中，适量投加碳酸钠，形成碳酸钙沉淀。转炉烟气洗涤水中带有二氧化碳气体溶于水中与氢氧化钠反应生成碳酸钠，生成的碳酸钠又与水中钙离子作用生成碳酸钙，经絮凝沉淀达到降钙之目的。其化学反应式如下：

碳酸钠软化法采用高碱度低硬度运行方式，投加碳酸钠，提高水中碳酸根含量，而系统消耗的碱则由烟气中带入的CO2补充，达到降低系统硬度的目的。

系统Na2CO3投加量、pH如何控制对系统水质都起着至关重要的意义，是实现Na2CO3软化法的关键。图3就三类碳酸的比例变化来分析在不同pH情况下CO2、CO32-、HCO3-之间含量的变化。

从图3可以看出：

当pH＜4.3时，水中几乎只有CO2一种形态，当pH＜8.3时，水中CO32-几乎没有，只有CO2和HCO3-两种形态，当pH＞8.3时，CO2几乎没有了，而CO32-和HCO3-同时存在，当pH＞10时，HCO3-迅速减少，当pH＞12时，水中几乎只有CO32-一种形态，三种碳酸在平衡时的浓度比例与水的pH值有完全相对应的关系，当每种碳酸的外界影响面变化时，就会引起其它各种碳酸浓度的变化，以及水的pH值的相应变化。同样，水的pH值发生变化时，也会引起三种碳酸浓度之间的比例发生变化。由此可见，水中的碳酸平衡同pH是密切相关的。

图3 三类碳酸的比例变化曲线

由三类碳酸的比例变化曲线可知水中各种碱度存在的形式和各种碱度的数量关系如表1。

表1 各种碱度存在的形式和各种碱度的数量关系一览表

从表1可以看出：

（1）m=0时，系统有OH-碱度，总硬度上升，Ca2+含量升高；

（2）当P=0时，出现了碳酸氢盐碱度，OH-偏低，Ca2+、Mg2+上升，硬度上升，未生产状态（或检修后大量补水）；

（3）当P=m，系统有剩余的碳酸盐碱度，停止Na2CO3投加，提高P碱；

（4）当P＜m时，出现碳酸盐和碳酸氢盐，且这时pH偏低；系统OH-偏低，Mg2+硬会上升，且产生；

（5）当P＞m时，出现碳酸盐和氢氧化物的平衡，是系统最理想状态。硬度不超标。

4 各种水质控制指标计算

以下为某水站的一组化验数据，通过表1计算出能反映系统水质情况的表2，表2化验数据中Mg，OH，m，为计算值。

计算方法如下：

(2)Mg含量=由硬度查出Ca的含量-化验单Ca的含量

(3)当P＞m时

(4)当P＜m时；

经过对水质化验报告单数据进行计算后，从表2中可以看出：

(1)当pH达到12时，总碱达到38 mmol/L，P碱和m碱几乎相等偏多，而系统没有足够的Ca2+与之结合反应，系统应停止加药，提高P碱，防止浪费药剂；

(2)当pH＜11时，P碱＜m碱，尽管硬度不超标，但Mg2+含量逐渐升高，无足够OH-与Mg2+反应，硬度易超标，且出现了盐，易产生盐（特别是MgHCO3结垢）盐垢不易去除，且硬度易超标，应适当增加投药量；

(3)氯化物在逐渐升高，说明系统循环率较高，29日氯化物下降，反映出系统有排污现象；

5 用pH试纸快速指导系统加药

根据表2的计算结果和理论计算可以得出以下结论：

(1)当用pH试纸测试出pH＜11时，应提醒药剂承包单位，适当增加加药量；有时，pH指标正常，但趋势下降，也要提醒药剂承包单位及时补充药剂，等到指标不正常时再加药水质已超标；

(3)当系统pH过低调不起来时，Mg2+过高，选择方式：进行系统排污或系统投加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 某炼钢水站烟气洗涤水水质化验数据

TF085

B

1006-6764（2015）03-0048-04

2014-05-07

刘红（1963-）女，大学本科学历，高级工程师，现从事给排水技术工作。