焦爐配加冷軋乳化液含油污泥煉焦技術研究與應用

陳萬福

（山東鋼鐵集團有限公司研究院，山東 濟南 250101）

1 前言

鋼鐵冶金工業在生產過程中產生大量的含油污泥，含油污泥不加以處理直接排放，不僅對環境造成重大污染，而且造成有用資源的嚴重浪費。隨著科學的發展，含油污泥的處理技術不斷進步，但目前還缺乏成熟、穩妥可靠的綜合處理技術。

在軋鋼生產中，冷軋含油、乳化液污泥主要來自軋機機組、磨輥間和帶鋼脫脂機組以及各機組的油庫排水等，經過化學法處理的產物，其體積約占處理污水體積的0.5%～1%，而污泥的處理費用約占整個水處理費用的10%～20%。隨著企業生產能力的提高，用水量增大，污泥的排放量也相應增加。含油污泥的共同特點是：成分復雜，屬于較穩定的多相體系；油包水（W/0）、水包油（0/W）、懸浮固體雜質為主要成分；黏度較大，乳化充分，沉降十分困難，脫水效果差。

2 國內外含油污泥處理技術

美國、日本、德國等發達國家從70年代初期就開始研究處理含油污泥的方法和工藝，尤其是美國，在較為充分地研究了含油污泥組成、結構以及特性的基礎上，研制出了多種含油污泥處理新工藝。20 世紀80 年代末，我國開始探索研究處理處置含油污泥的技術，在研究技術水平上與發達國家有較大差距。

國內外處理含油污泥的方法一般有：焚燒法、生物處理法、熱洗滌法、溶劑萃取法、化學破乳法、固液分離法、焦化法、含油污泥調剖、含油污泥綜合利用、氣浮技術（鞍鋼）、制型焦煉焦（太鋼）等。由于含油污泥的成分復雜、性質各異、處理難度大，許多方法都存在著一些問題，對于實際應用很不適合。如焚燒法耗能大、易產生二次污染，油資源也沒得到回收利用；生物處理法需歷時41 d 才能將97%的石油烴生物降解，同樣油資源也沒有得到回收利用；溶劑萃取法存在的問題是流程長，工藝復雜，處理費用高，只對含大量難降解有機物的含油污泥適用；化學破乳法對乳化嚴重的含油污泥需另加破乳劑和加熱；固液分離法對于含油高、污染嚴重的含油污泥的油回收率低，所以這些方法未能在國內有效地普及應用。

某公司外委有資質的單位處理的冷軋乳化液污泥產量約300 t/a。該油泥是在冷軋帶鋼的軋制和清洗過程中，產生大量的含鐵油泥，呈黑色漿狀，具有明顯的流動性，給裝載外運處理帶來了很大困難。油泥組成為水、油、鐵粉，其余為灰塵等固體物，含有大量具有高回收價值的有機物質，同時冷軋段油脂多為礦化的軋制油，可生化降解性差、處理難度大、環境毒害大，目前全部委托外部有資質的專業公司處理，每年需要支付處理費用超過100萬元。

3 焦爐配加冷軋乳化液污泥煉焦技術工藝

含有污泥的處理技術很多，但是均不能達到資源化利用。焦爐配加乳化液污泥煉焦技術與現場結合，充分利用現有的配加焦油渣設備，將乳化液污泥按照一定的比例與煉焦煤混合后進入焦爐中，進而形成焦炭供高爐冶煉使用。該技術不需額外增加設備，操作簡單，安全可靠，成本低，見效快，效率高，綠色環保，完全符合減量化、無害化、資源化的原則。

3.1 冷軋乳化液含油污泥的性能分析

選取了某公司的冷軋乳化液污泥及焦油渣，采用低溫無氧裂解的方法進行實驗，并對焦油渣及乳化液的裂解后的固態產物、氣態產物及熱重等進行分析。焦油渣、乳化液污泥的原樣分析、熱解渣分析、熱解氣體分析分別見表1～3。由表1～3 數據可知，乳化液含油污泥的原樣性能與現在配加的焦油渣性能有很大的相似，不同點是乳化液含油污泥裂解后的固態產物中含Fe、Cr 及As 元素高于焦油渣，這些元素存在，不會對焦炭質量產生影響。

表1 焦油渣、乳化液污泥原樣分析

表2 焦油渣、乳化液污泥熱解渣分析

表3 焦油渣、乳化液污泥熱解氣體分析 %

含油污泥樣品以10 ℃/min 的升溫速率升溫至900 ℃的TG 和DTG 曲線如圖1 所示。從圖1 中可知，含油污泥在惰性氣氛下的失重曲線較為相似。隨著溫度的升高，含油污泥中乳化水首先開始蒸發，因此出現了100 ℃左右的失重峰；當溫度從200 ℃升高至500 ℃，大部分有機揮發分在這個階段析出；而500 ℃之后，熱重曲線基本達到穩定，這說明含油污泥基本完成熱解，剩下主要為熱解殘渣。

圖1 乳化液污泥的TG和DTG曲線

3.2 焦爐配加冷軋乳化液污泥煉焦技術工藝流程

根據對焦油渣和冷軋乳化液污泥的性能分析可知，利用現有的配加焦油渣的設備，處理冷軋乳化液含有污泥是可行的?，F有的配加焦油渣工藝流程如圖2 所示。構建配加冷軋乳化液含有污泥的工藝流程如圖3所示。

圖2 某鋼鐵公司焦化處理污泥、焦油渣工藝流程

圖3 某鋼鐵公司冷軋污泥配加流程

4 焦爐配加冷軋乳化液污泥煉焦鐵桶試驗

4.1 配加與煤餅制作

取40 kg煉焦煤平均分成4份，1號樣不加入乳化液油泥，2號樣加入乳化液油泥100.3 g，3號樣加入乳化液油泥100.6 g，4 號樣加入乳化液油泥200.1 g；分別代表不配加乳化液油泥，乳化液油泥配加比例1%，配加比例2%的情況。加入油泥后將乳化液油泥與煉焦煤攪拌混合均勻。

4.2 裝煤與熄焦裝桶

試驗時將煤樣分3次裝入模具內，每次搗固50次，將搗固好的煤餅，模擬推焦方法推入鐵桶內，煤餅與鐵桶留有一定間隙裝煤結束，把桶蓋用鐵絲固定在鐵桶上。

將按前述步驟裝好的鐵桶埋入工業焦爐煤餅的上部，埋放時盡量置于煤餅中部，防止壓塌煤餅出焦時，鐵桶隨工業焦爐焦炭從焦側一同推出，熄焦后推入涼焦臺。試驗時需迅速找到鐵桶，并立即澆注冷水進行二次熄焦。如鐵桶中的焦炭在熄焦車上未完成熄焦過程，易導致焦炭被氧化，從而影響試驗結果的準確性。

4.3 焦炭性能檢測

焦炭進行灰分、內水分、揮發分、硫分、反應強度、反應性的性能檢測。配加冷軋污泥前后焦炭成分變化見表4。

表4 配加冷軋污泥前后焦炭成分變化

5 焦爐配加乳化液煉焦技術現場應用

根據前期實驗室檢測分析及鐵桶試驗效果，結合現場實際生產情況，某鋼廠每天消耗煉焦煤4 000 t，軋線油泥每天產量約1 t，采用每兩個月集中10 d，每天8 h的消納方法。每天處理量約6 t，油泥在煉焦煤中的占比約0.5%。

5.1 工藝流程

在冷軋乳化液污泥池采用料斗裝存方式，運輸到焦化廠污泥緩沖槽，然后通過螺旋輸送泵，將乳化液污泥打到煤粉運輸的皮帶上，與煤粉一起進入雙軸攪拌器，在強力攪拌的作用下，使得乳化液污泥與煤粉均勻混合，再通過皮帶輸送到煤倉內，利用裝煤車將混合好的煤粉裝入焦爐內煉焦。

5.2 應用效果

焦爐配加冷軋乳化液污泥后，控制合適的比例，不會對焦炭質量產生影響，現場的焦炭實物與不配加時焦炭外觀也沒有明顯區別，具體檢測結果如表5。

表5 焦爐配加冷軋乳化液油泥焦炭質量分析 %

5.3 應用遇到的問題

工業應用過程中，開始階段經常會出現螺旋輸送泵堵塞現象，導致乳化液污泥配加不均勻，主要原因是乳化液儲存過程中混有雜物。針對這個問題，一是要求冷軋在儲存時要保持乳化液污泥干凈，二是在污泥緩沖槽加裝過濾設施。另外，因乳化液污泥具有一定的流動性，運輸時采用敞口式料斗，出現撒漏現象，在敞口處增設了可滑動密封的裝置，很好地解決了該問題。

6 結語

（1）焦爐配加冷軋乳化液污泥煉焦技術充分與現場結合，利用現有的設備，將乳化液污泥按照一定的比例與煉焦煤混合后進入焦爐中，進而形成焦炭供高爐冶煉使用。該技術不需額外增加設備，操作簡單，安全可靠，成本低，見效快，效率高，綠色環保，完全符合減量化、無害化、資源化的原則。

（2）通過鐵桶試驗和實際生產數據分析，焦爐配加乳化液污泥比例在合理的范圍內，煉焦后焦炭質量幾乎沒有影響。

（3）采用焦爐配加乳化液污泥煉焦技術，乳化液污泥達到100%利用，不需要再外委處理，生成產品達到100%全資源化利用，無廢棄物產生，不產生二次污染，該項工藝技術為鋼鐵工業冷軋乳化液污泥處理開辟了一條全新的內部資源化、高值化利用途徑。