斜管沉淀池处理转炉除尘水斜管内积泥原因分析及对策

马俭学 马立俭 和安东

(安阳钢铁股份有限公司)

0 前言

安阳某炼钢厂3 座转炉除尘用水为循环使用，采用2 座(12 格)蜂窝式正六边形斜管沉淀池进行水处理，斜管沉淀池设计处理能力为800 m3/h。由于斜管沉淀池斜管中积泥频繁，为保证出水SS 低于100 mg/L，每天需要4 名工人对3 ～4 格沉淀池斜管积泥疏通清理，合计清理积泥斜管约1600 个/天，工作量很大。同时由于沉淀池斜管积泥，导致沉淀池水处理效果降低。

1 斜管积泥原因分析

该厂单炉炼钢很少，基本为3 座转炉炼钢，斜管沉淀池长期进水量稳定在790 m3/h 左右。可以排除沉淀池在进水量长期偏少时，斜管积泥厚度不够、难下滑和变硬，进水量突然增大后，斜管快速堵塞的情况。沉淀池配水区高度1．5 m，沿池长方向缝隙隔条布水，每月对缝隙进行清理，整个沉淀池布水比较均匀。为进一步查找斜管积泥问题，对斜管沉淀池排泥口出泥取样测含水率，并对斜管沉淀池设计参数进行了分析。

1．1 沉淀池靠经验排泥，容易排泥不均

在12 格独立沉淀池出泥口多次取样和测含水率后，发现12 格沉淀池水样差别很大，最大含水率为92%，最小含水率为73%。该除尘水处理工艺如图1 所示。

图1 除尘水处理工艺

12 格沉淀池利用12 台渣浆泵将泥浆送往高位泥浆罐，该开/停泵工作由人工操作。由于沉淀池出泥口泥浆密度有差别，所以渣浆泵输送较高密度泥浆时速度比较慢，反之则很快，所以工人一般通过观察泥位指示牌下降速度快慢和沉淀池出水的浊度来判断开几号渣浆泵，开多长时间。每次往泥浆罐输泥要试多个渣浆泵，经验丰富则开泵准确率高。该沉淀池排泥的方法不但受经验影响，而且操作繁琐，容易疏漏，导致部分沉淀池泥浆不能及时排出，泥位上升至斜管下部，造成斜管积泥。

1．2 斜管倾角偏小，不利于管内沉泥下滑

蜂窝式斜管沉淀池设计参数见表1。

表1 蜂窝式斜管沉淀池设计参数

从设计参数上看，斜管倾斜角度为50 °，而一般斜管沉淀池斜管设计倾角为45 ° ～60 °。如果在除尘工艺不改变，沉淀池进水量稳定，液面继续保持以v 的速度上升时，将斜管倾角由50 °增加到60 °后，斜管流速v1=v/sinθ 随θ 增大而减小。首先，斜管倾角增大明显有利于斜管沉淀颗粒的滑落;其次，斜管液体流速降低也有利于斜管中积泥下滑。但是增大斜管倾角的前提是保证沉淀池对除尘水中颗粒物的去除率，即出水SS 低于100 mg/L，增大斜管倾角是否可行，需要计算论证。

2 改进措施

2．1 采用自动控制和人工调整向泥浆罐输送泥浆

12 格沉淀池渣浆泵每6 台一组，利用PLC 编程，实现6 台泥浆泵同时向高位泥浆罐(25 m3)输泥，同时在泥浆罐泥位指示牌上设高低泥位感应器，高、低泥位时渣浆泵自动关闭或开启。该自动控制投入使用后，通过试验和现场取样分析，将部分泥浆含水率过低或过高的沉淀池单独进行调整，最终12格沉淀池泥浆含水率逐步调整到80 % ～85 %，每组渣浆泵运行时间控制在4．5 min 左右。

2．2 增大斜管倾角

为保证颗粒物去除率，绘制斜管尺寸和速度矢量关系图如图2 所示。

图2 斜管尺寸和速度矢量关系

从图2 可以看出，可以通过速度矢量反推计算满足颗粒物去除率，即改变斜管长度 和斜管孔d 的大小(或b)，使颗粒物固有沉降速度μ0不变，从而保证了颗粒物在原设计t0的时间内均能得到沉降，推导过程如下:

(1)采用正多边形斜管特性参数计算公式，可求得μ0:

式中:S—正多变型特性参数;

μ0—颗粒物固有沉降速度，mm/s;

V1—斜管水流速度，mm/s;

l—斜管长度，mm;

b—斜管孔斜边距，mm;

d—斜管孔边距，mm;

θ—斜管倾角，°。

将v1=v/sinθ 带入①式，可将①式转化为:

(2)由②式可以看出，液面上升速度v 为定值，θ 为已知量，变量为斜管长度 和斜管孔的大小(d 或b)，取比例系数k，θ 由θ1变为θ2后，利用分式等效关系可得:

将③式带入④式，斜管l2长为:

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

将k、11(表1)、θ1和θ2代入⑤式求得l2=2036 mm。

由于斜管流速v2＜ v1，所以雷诺数Re =vd/ υ减小，斜管内仍然为层流。清水区高度h2=1300 －(2036 －1800)=1064 mm ＞1000 mm，沿该厂沉淀池长方向的钢制布水区加高250 mm。将斜管倾角改为60 °后，单格沉淀池宽边钢支撑面角度调整为60 °，间隙用斜管补充。斜管倾角增大后，沉淀池各参数见表2。

表2 改造后新蜂窝式斜管沉淀池设计参数

通过以上计算论证，该沉淀池增大斜管倾角可行。

3 改造效果

3．1 自动控制和人工调整结合排泥降低沉淀池排泥不均衡

改造后，12 格沉淀池泥浆含水率基本稳定在80% ～85%，渣浆泵调整次数逐步减少到1 ～2 次/周，沉淀池斜管清理积泥由3 ～4 格/天减少到2 ～3格/天，改造后效果明显。

3．2 增大斜管倾角斜管内积泥明显减少

在该厂斜管更新时，进行了斜管倾角增大改造。斜管倾角改造后，沉淀池斜管积泥清理周期再次缩短，由自动控制输泥改造后2 ～3 格/每天减少至3 ～4 格/周。由于斜管积泥得到明显改善，沉淀池水处理效果也有所提高，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 结束语

在借鉴该厂自动控制和人工调整向泥浆罐输送泥浆时，如发现人工调整次数比较多，需要注意检查各格沉淀池进水量和布水是否均匀，进水量和布水越均匀，调整次数越少。

该厂斜管倾角改造旨在介绍沉淀池斜管积泥时的一种解决办法，对于类似改造需要先进行计算论证，注意现有沉淀池结构是否符合改造条件，特别是沉淀池清水区高度和提高布水区高度工作难易程度。

［1］盛国荣．斜管沉淀池管长若干问题的研究［J］．给水排水，1996，22(6):57 －58．

［2］周平，张戎． 斜管沉淀池稳定运行因素探讨［J］． 给水排水，2007，33(7):21 －22．