30 m2鉍熔煉爐煙氣凈化技術(shù)研究

熊躍輝

(湖南有色冶金勞動保護研究院,湖南長沙 410014)

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30 m2鉍熔煉爐煙氣凈化技術(shù)研究

熊躍輝

(湖南有色冶金勞動保護研究院,湖南長沙 410014)

30 m2鉍熔煉爐是目前世界上規(guī)模最大的粗鉍生產(chǎn)裝備,文章從分析10 m2鉍反射爐煙氣凈化技術(shù)現(xiàn)狀入手,探討了目前鉍熔煉煙塵凈化回收技術(shù)上存在的一些問題,結(jié)合鉍熔煉爐煙塵凈化回收技術(shù)動向分析,開創(chuàng)性提出了30 m2鉍熔煉爐煙氣凈化技術(shù)新方法,技術(shù)實施后取得了很好的效果,為大型鉍熔煉爐煙氣凈化領(lǐng)域探索出新的技術(shù)路線。

30 m2鉍熔煉爐;煙氣凈化;四狀態(tài)清灰;預(yù)附層

湖南柿竹園有色金屬責任公司現(xiàn)有鉍冶煉反射爐兩座,年產(chǎn)精鉍700 t,目前反射爐爐床面積均為10 m2。對于鉍的熔煉過程一般分為粗煉和精煉兩個部分,反射爐熔煉屬火法粗煉過程,原料主要采用從鎢、鉬共生的輝鉍礦、鉍華等礦源中用選礦方法分離得到的鉍精礦。該公司采用的反射爐熔煉技術(shù)為沉淀熔煉法,熔煉時將加入足夠的鐵屑和適量的溶劑及還原劑,在高溫下鐵屑將硫化鉍精礦中的鉍置換出來。

熔煉過程分為裝料、熔化、放渣、造銅锍、放銅锍、降溫、放鉍等七個時段,每爐熔煉總作業(yè)時間一般為16～18 h,所產(chǎn)出的粗鉍品位較高,含鉍達90%～98%。

針對這種火法熔煉工藝,其生產(chǎn)中將產(chǎn)生一定量的煙塵類比分析認為其煙塵量將占產(chǎn)出物的5%～9%,若對這部分煙塵不進行有效的收集和回收,將影響鉍熔煉的金屬回收率,同時也會造成內(nèi)外環(huán)境的污染。

1 現(xiàn)有鉍熔煉煙塵回收系統(tǒng)存在技術(shù)問題分析

通過對柿竹園有色金屬責任公司鉍熔煉反射爐煙塵回收系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀調(diào)查,結(jié)合國內(nèi)同類企業(yè)鉍熔煉反射爐煙塵回收技術(shù)的類比,研究認為,目前該公司鉍熔煉反射爐煙塵回收系統(tǒng)存在的主要技術(shù)問題如下:

1.煙氣冷卻系統(tǒng)配置達不到降溫要求。煙氣溫度波動大,極易出現(xiàn)布袋損傷,從而造成有價物料外排狀況嚴重。針對處理冶金爐窯的煙氣收塵系統(tǒng)而言,由于熔煉過程產(chǎn)生的煙氣溫度大都高于1 000℃,而目前采用的主要凈化設(shè)施一般是袋式除塵器,由于袋式除塵器所采用的濾料其耐溫性能有限,這樣一來,熔煉爐窯產(chǎn)生的高溫煙氣必須經(jīng)降溫處理后才能進入袋式除塵器。在鉍反射爐熔煉過程中其爐尾煙氣最高將達1 200～1 250℃,類比調(diào)查中10 m2鉍熔煉反射爐所產(chǎn)生的工況煙氣量為11 000 m3/h左右,而使用的袋式除塵器所能耐受的溫度不大于120℃,由此要將11 000 m3/h的煙氣量從1 250℃降到120℃以下,理論計算表明,所采用空氣表面冷卻方式其冷卻面積將需要670 m2,而該公司現(xiàn)有表面冷卻器的冷卻面積僅為136 m2,這顯然難以達到理想的降溫效果,另外就現(xiàn)有的冷卻器結(jié)構(gòu)而言,采用的是Φ600的冷卻管,煙氣在管內(nèi)流速極低,其管內(nèi)內(nèi)膜換熱系數(shù)也不能達到設(shè)計要求,在這種冷卻效果達不到要求的情況下,主收塵設(shè)備的布袋是極易燒壞,為此廠方在表面冷卻器下部加設(shè)冷卻水槽,實際上也不能達到有組織冷卻要求。據(jù)廠方提供的數(shù)據(jù)和現(xiàn)場調(diào)研表明,由于袋式除塵器的破損,每年從布袋收塵器出口至煙囪之間的水平磚砌煙道中清理出的外溢煙塵在4 t以上,據(jù)此推算該系統(tǒng)每年外排煙塵大約在20 t以上,造成了有價物料的大量流失。

2.系統(tǒng)負壓段內(nèi)磚砌煙道過多,其漏風嚴重,造成系統(tǒng)的有效風量率低,在目前有組織冷卻降溫達不到要求的狀況下,磚砌煙道的無組織冷滲風在參與冷卻降溫,給系統(tǒng)的經(jīng)濟運行帶來不利影響。從該系統(tǒng)的整體觀察不難發(fā)現(xiàn),煙氣從反射爐出來進入磚砌水平煙道,在冷卻器低部也是磚砌煙道,冷卻器出口至袋式收塵器入口是一段長距離的水平磚砌煙道。初步測算:該煙氣系統(tǒng)的負壓段內(nèi)磚砌煙道的總表面達230 m2以上,由于煙道內(nèi)為負壓或微負壓,按磚砌體冷滲風面積系數(shù)1‰測算,該系統(tǒng)的煙道上等于開了一個0.23 m2的孔,相當于摻冷風口,這種無組織的摻冷風雖然起到幫助煙氣降溫的效果,但它對系統(tǒng)的有效排煙造成不良后果,爐子出口負壓難于保障,排煙塵所需的有效風達不到設(shè)計要求,若要保證爐子排煙正常就必須加大引風機的出力,增加無謂的動力消耗。

3.主體收塵設(shè)備技術(shù)滯后,設(shè)施的工業(yè)化程度低,工人管理、操作、維護勞動強度大,無法達到高效、連續(xù)低能耗運行的要求。為考察收塵系統(tǒng)收集煙塵對袋式除塵器的適應(yīng)性,對主收塵設(shè)備收下的煙塵進行了取樣分析,因為煙塵的物理特性參數(shù)關(guān)系到收塵裝置的選型及系統(tǒng)的整體配置,如煙塵分散度高、粘性大時采用袋式收塵器就必須嚴格考慮濾袋材質(zhì)和清灰方法,本次測試就該公司鉍反射爐粉塵的真比重、堆比重、安息角、分散度等幾項參數(shù)進行了檢測,測定結(jié)果列于表1、表2。粉塵樣品取自袋式收塵器灰倉內(nèi)的積塵。

表1 鉍反射爐熔煉煙塵的特性參數(shù)

表2 鉍反射爐煙塵分散度 %

從檢測的結(jié)果分析,該煙塵回收系統(tǒng)采用袋式除塵器是可行的,但該系統(tǒng)中現(xiàn)采用的主收塵設(shè)備由于技術(shù)滯后,設(shè)計應(yīng)用了480 m2簡易布袋收塵室。其外殼體為磚砌結(jié)構(gòu),布袋為內(nèi)濾圓袋,清灰方式為人工敲打,卸灰為人工掃灰,這種結(jié)構(gòu)的袋式除塵器設(shè)備密封性差,漏風率高達15%以上,占地面積大,運行穩(wěn)定性差,無法保障正常的清灰再生,給系統(tǒng)的整體運行造成非常不利的影響。工人管理、操作、維護的勞動強度大,達不到袋式除塵器高效、連續(xù)、低能耗運行的要求。

2 鉍熔煉煙塵回收技術(shù)的動向分析

鉍熔煉反射爐屬冶金爐窯的一種,現(xiàn)在對冶金爐窯的煙氣凈化技術(shù)方面:一是須對煙氣進行冷卻降溫,另一個是應(yīng)用袋式收塵器的適應(yīng)性。這兩個方面的技術(shù)趨向決定了鉍熔煉煙塵回收技術(shù)動向。

2.1 煙氣冷卻降溫技術(shù)方面

由于鉍熔煉爐爐尾煙氣溫度較高,而凈化收塵設(shè)備的濾袋材料耐溫性能局限,這樣超過織物可耐溫度的高溫煙氣在進入過濾器之前,一般都要進行冷卻(保持在露點之上)。以便濾袋能夠安全使用,同時可以減少需要的過濾織物面積,這是因為高溫時不但氣體的實際體積大,而且濾袋的壓力損失會增加,若要保持同樣的壓力損失就得降低過濾速度,因而需要的過濾面積會大大增多,因此煙氣冷卻降溫技術(shù)在冶金爐窯煙氣凈化系統(tǒng)中是一重要組成部分。

目前在高溫煙氣冷卻方式上基本可分為兩大類,即間接冷卻和直接冷卻。

間接冷卻方式是不改變原來煙氣標準狀態(tài)的流量及其成分。利用輻射,對流和傳導(dǎo)進行熱交換,從而降低煙氣溫度。屬于這種冷卻方式的主要設(shè)施有:自然風冷風管、風冷套管、水冷套管、噴淋間接冷卻塔、粗除塵器水套冷卻、熱交換器(余熱鍋爐)和熱管換熱器等,其冷卻介質(zhì)有空氣和水兩種,水冷式傳熱系數(shù)大,設(shè)備和運行費用較低,故一般優(yōu)先采用,其不足之處是存在結(jié)水垢問題。而風冷式的優(yōu)點是不用水,其缺點是傳熱系數(shù)小、耗鋼量大、設(shè)備和運行費用較高,故為輔助采用。

直接冷卻又分為蒸發(fā)(噴水冷卻)和摻冷風,直接噴霧冷卻是煙道內(nèi)將水噴成霧狀,水在高溫煙氣中蒸發(fā)而吸熱,從而降低煙氣的溫度,其優(yōu)點是:設(shè)備費低、占空間小、能嚴格地迅速控制煙氣溫度,同時噴霧能洗滌部分煙塵和有害氣體。但其缺點是:可能蒸發(fā)不完全,以致造成后部過濾器受潮或腐蝕,增加了低于露點的危險性,還可能造成被過濾的氣體體積增加。對于摻冷風冷卻,它是將冷空氣直接摻入高溫煙氣中,經(jīng)混合后使煙氣溫度降低,這種方法簡單可靠,但當煙氣溫度較高時,所需摻入的空氣量很大,整個排煙凈化系統(tǒng)相應(yīng)擴大,經(jīng)濟性差。所以這種方法一般用于煙氣溫度低于300℃的系統(tǒng),或者在設(shè)備有冷卻器降溫仍不能達到要求時,作為一種輔助的冷卻措施來采用。

隨著技術(shù)的發(fā)展,國外近年研究了正交冷卻器,它是利用低溫移動鋼球和煙氣正交直接換熱。其冷卻效率高,但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,目前還未廣泛應(yīng)用。該技術(shù)對大型爐窯其煙氣量大,煙氣熱利用價值高,余熱鍋爐的應(yīng)用取得了好的效果。熱管利用方面也取得了新的進展,利用熱管加熱空氣作為爐窯的進風,提高了生產(chǎn)設(shè)備的熱能利用率。

2.2 袋式收塵器方面

袋式收塵器由于其高效率,運行穩(wěn)定而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)煙塵凈化工程中。袋式除塵器經(jīng)歷了人工敲打、機械抖動、脈沖清灰、反吹風清灰型式后,隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展,目前應(yīng)用較好的清灰方式是脈沖和反吹風,特別是在大型布袋除塵器中,反吹風布袋除塵器顯示出它的獨特優(yōu)點,得到了廣泛應(yīng)用。

國內(nèi)外工業(yè)發(fā)達國家,早已將大型反吹風布袋除塵器應(yīng)用于各生產(chǎn)實踐中,特別是近年來無論是在濾布新型材質(zhì)的研究上,或是在特殊粉塵的清灰再生技術(shù)方面,以及在設(shè)備的操作控制自動化技術(shù)上都取得了長足的進步,并已形成了許多專業(yè)化定型設(shè)備生產(chǎn)。

特別值得一提的是日本在戰(zhàn)后的十五年內(nèi),主要是發(fā)展工業(yè)生產(chǎn),上世紀60年代以后隨著工業(yè)化大發(fā)展,環(huán)境污染成為突出問題。因此,日本開始從美國西歐等國引進了各種除塵器的技術(shù)和專利進行應(yīng)用和研究,近年來在發(fā)展大型反吹風袋式除塵器方面有新的進展。

我國上世紀50年代的除塵設(shè)備主要采用旋風和濕式除塵,在高溫煙氣凈化方面也有采用電收塵器的,當時應(yīng)用的袋式除塵器主要是簡易袋房和仿蘇的機械抖動逆氣流清灰型袋式除塵器。主要應(yīng)用在有色冶金、水泥、耐火材料等工業(yè)方面。進入七十年代國內(nèi)曾大力發(fā)展了一個時期的脈沖袋式除塵器,經(jīng)過國內(nèi)有關(guān)單位的協(xié)作,使脈沖袋式除塵器在常溫小型化應(yīng)用方面迅速推開,由于我國在當時技術(shù)條件下脈沖閥元件技術(shù)和氣源技術(shù)方面存在差距,使得這一技術(shù)出現(xiàn)較大的問題,各應(yīng)用的脈沖袋式除塵器幾乎處于停用狀態(tài)。爾后自從上海寶鋼建設(shè)以來,從國外引進了大量的反吹風袋式除塵器,這種技術(shù)的引進,對大型除塵系統(tǒng)的應(yīng)用顯示了巨大的優(yōu)越性,目前國內(nèi)在碳黑、水泥、冶金、有色冶煉等領(lǐng)域均大量采用反吹風袋式除塵器。近幾年國內(nèi)又開始研究應(yīng)用長袋低壓脈沖袋式除塵器,應(yīng)用了直通脈沖閥技術(shù),氣源壓力要求也低,耗量不高,這一技術(shù)極大地擴展了袋式除塵器的應(yīng)用面,盡管脈沖噴吹袋式除塵器具有過濾風速高,可以在工作狀態(tài)下進行清灰等優(yōu)點,但在工業(yè)應(yīng)用中由于脈沖噴吹袋式除塵器的膜片、脈沖閥、電磁閥數(shù)量多,故障點多,需要經(jīng)常維修,對于袋式除塵器而言反吹風袋式除塵器卻相應(yīng)比較簡單,使設(shè)備的維護量大大減小,容易保障袋式除塵器的連續(xù)正常運行,尤其是大型反吹風布袋除塵器顯示出它的耐用優(yōu)越性。

通過近幾年的努力,國內(nèi)外在大布袋反吹風清灰除塵技術(shù)方面取得了一些成果,并在冶金爐窯煙氣凈化領(lǐng)域取得了新的突破,特別是在處理高粘性、高分散性粉塵方面、大布袋除塵技術(shù)的四狀態(tài)清灰方法應(yīng)用達到了很好的效果。

3 鉍熔煉爐煙塵回收提高技術(shù)方案的提出

根據(jù)柿竹園有色金屬責任公司鉍熔煉反射爐煙塵回收系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀,考慮到擴產(chǎn)的需要,同時結(jié)合國內(nèi)同類生產(chǎn)設(shè)施的成功經(jīng)驗,參考公司對煙塵回收提高技術(shù)的具體要求,本技術(shù)方案的基本原則是:(1)方案先進合理,可行;(2)系統(tǒng)布局合理,便于生產(chǎn)維護管理;(3)技術(shù)方案實施后必須達到長期安全運行的要求;(4)經(jīng)濟性優(yōu)越。因此新的技術(shù)方案整體的技術(shù)路線為:從反射爐出來的煙氣用磚煙道引至表面淋水冷卻器,然后用鋼管送入空氣表面冷卻器,兩級降溫后煙氣最高溫度低于120℃,此含塵煙氣進入多層隔板的沉降室,同時考慮鉍熔煉爐的烘爐要求,加之燃燒系統(tǒng)的運行特性,在技術(shù)上采用了WMB碎礦粉料添加系統(tǒng)進行預(yù)涂層處理,之后的煙氣進入多狀態(tài)清灰袋式除塵器,最后由引風機排入主煙囪。技術(shù)方案系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 鉍反射煙塵回收系統(tǒng)配置

這套新的技術(shù)方案的技術(shù)要點如下:

1.考慮到熔煉爐規(guī)模擴大的要求,確定擬定反射爐容量擴大至30 m2,這樣所產(chǎn)生的煙氣量將大大增加,由此新的煙氣系統(tǒng)的煙氣降溫要求更高,采用在煙氣的高溫段(即爐尾出口處)設(shè)置表面淋水冷卻器,其目的是強化煙氣的降溫效果,減小冷卻設(shè)備的耗鋼量和設(shè)備的占地面積,其降溫要求是表面淋水冷卻器出口溫度小于300℃,設(shè)備冷卻面積為210 m2。

2.由于空氣冷卻的傳熱系數(shù)低,大致為淋水冷卻的三分之一左右,但煙氣的冷卻是一個充分均勻的傳導(dǎo)過程,本技術(shù)方案采用在淋水冷卻后設(shè)置長距離空氣冷卻管來進一步降溫,空氣冷卻器為并列Φ400的冷卻管,總冷卻面積達600 m2,其出口溫度控制為小于120℃。

3.帶多隔板沉降室在系統(tǒng)中的作用。一般情況下,袋式收塵器的出口濃度并不受入口濃度波動的影響,即使在處理高含塵濃度的氣體時,也能使排出口含塵濃度降到允許的濃度范圍之內(nèi),因此,在采用以袋式收塵器為主體的煙塵收集系統(tǒng)中,使用預(yù)收塵器的目的并不是為了強行降低袋式收塵器的出口含塵濃度,而主要目的是為防止袋式收塵器的磨損,減輕袋式收塵器的運行負荷,同時對帶有大量的大顆粒煙塵進行有效的收集,提高整個系統(tǒng)運行的可靠性,本技術(shù)方案中,采用帶多垂直擋板的沉降室,其結(jié)構(gòu)簡單,阻力損失較低,收塵效率達40%左右,其收塵斷面風速控制在0.5 m/s以下。

4.主收塵設(shè)備——四狀態(tài)清灰袋式除塵器。四狀態(tài)清灰袋式除塵器是近年研究開發(fā)的高效低阻除塵設(shè)備,采用長袋技術(shù)設(shè)備,占地面積小,清灰方式為四狀態(tài)反吹風技術(shù),特別適宜有色冶煉爐窯煙塵,其濾料采用F729材料已成功應(yīng)用于高粘性粉料凈化工程中,濾袋壽命長,粉體剝離效果好,設(shè)備運行過濾風速為0.5～0.8 m/min,運行阻力800～1 000 Pa,本方案中按擴產(chǎn)1 600 t/a后煙氣量配置,四狀態(tài)清灰袋式除塵器過濾面積為1 500 m2。

綜合考慮各方面因素,按改造成30 m2鉍熔煉爐測算,新的技術(shù)方案下煙塵回收系統(tǒng)設(shè)備配置列于表3。

表3 30 m2鉍反射爐煙塵系統(tǒng)設(shè)備

4 應(yīng)用效果

30 m2鉍熔煉爐煙塵回收在新的技術(shù)方案實施后,系統(tǒng)總收塵效率大于99.5%,外排煙塵濃度小于50 mg/m3,系統(tǒng)運行實際工況參數(shù)列于表4。

表4 系統(tǒng)運行實際參數(shù)

系統(tǒng)連續(xù)運行表明:系統(tǒng)能在高效、低能耗的狀況下連續(xù)運行,同時對生產(chǎn)企業(yè)的金屬回收率將帶來顯著的提高,具有直接的經(jīng)濟效益,而且還將帶來十分可觀的社會效益。

Research on 30 m2Bi Melting Furnace Flue G as Purification Technology

XIONG Yue-hui
(Hunan Research Institute of Nonferrous Metallurgy L abor Protection,Changsha410014,China)

The 30 m2Bi Melting furnace is the world’s largest crude bismuth production equipment.From the sta-tus analysis of the 10 m2Bi reverberatory furnace flue gas purification technology,the text has explored some problems which existed in the current smoke purification and recovery of Bi smelting technology,and combining with the technology trends analysis,it has presented the groundbreaking new methods for 30 m2bismuth melting furnace flue gas purification technology.The technology has gained good results after implementation,which explores new routes for large-scale Bi melting furnace flue gas purification.

30 m2bismuth melting furnace;gas purification;four state deashing;pre-attached layer

T701.2

A

1003-5540(2011)03-0043-05

熊躍輝(1962-),男,高級工程師,主要從事工廠凈化收塵技術(shù)研究工作。

2011-04-10