矿热电炉除尘器的选择
摘要:在分析铁合金厂矿热电炉运行工况及其烟尘特性的基础上,对矿热电炉除尘工艺的选择原则进行了探讨,并提出了建议。
关键词:矿热电炉,除尘器,技术
1 矿热电炉参数及其产污特点
1. 1 污染源参数
电炉熔池反应过程中产生含CO的可燃气体, 它透过料层散逸于炉口面料层表面。矿热电炉废气 (煤气)含尘量取决于电炉装料条件、冶炼频率和实际操作等多种因素,其数值变化颇大。一般半封闭式电炉废气含尘0. 5～5 g/m3 (标态) ,封闭式电炉废气含尘10～150 g/m3 (标态) 。
1. 2 污染物特点
(1) 炉气燃烧产生的废气量较大,但气量较平稳。产生刺火时,气量波动范围在±20%～ ±25%, 刺火后即恢复原废气量。
(2) 炉气温度高。一般在500～700 ℃,刺火瞬间可达到1 100 ℃。
(3) 炉气含尘浓度高。一般达40～150 g/m3。
(4) 烟尘颗粒度分散。最小粒径仅0. 01μm。
(5) 污染物净化回收后的综合利用价值高。
2 除尘装置选定原则
2. 1 防爆及防火
处理含有大量CO的烟气时,如果未进行可燃气的回收,应在电炉出口烟道的高温部位引入空气, 将CO氧化后再进入除尘装置。另外,处理带有白热状态粉尘的排烟时,应采用惯性力类的一次除尘装置,以防其后的二次除尘装置发生火灾。
2. 2 根据粒径分布选定除尘装置
粉尘粒径大部分在几微米以上时,可选用离心式除尘装置中的旋风分离器;粉尘粒径大部分在几微米以下时,应选用洗涤式、过滤式或电除尘装置。但是,如果是很微细的粉尘,粉尘浓度又很低,则可采用静电凝聚器,即一次除尘用静电凝聚器,二次除尘可用旋风分离器或多管旋风子。
2. 3 湿式与干式除尘装置的选用原则
湿式除尘装置的出口排烟温度通常在酸露点以下,这样低的排烟温度不仅扩散效果差,还会带来白烟覆盖、降雾和洗涤水处理等后续问题。因此,采用干式除尘较为理想。但在处理烟气量较少﹑排水处理比较容易,且必须对有害气体进行处理的场合,或者在需要完全捕集碳黑之类极细尘粒的场合,可以采用湿式收尘装置。前者一般可采用洗涤式除尘装置,后者一般可采用湿式电除尘装置。
2. 4 粉尘浓度很高时的一次除尘
在处理粉尘浓度很高的烟气时,文丘里洗涤除尘器、袋式除尘器和电除尘器的除尘效率会有所降低。因此,对于粉尘浓度很高的烟气,先要用旋风分离器进行一次除尘,然后再用文丘里洗涤收尘器、袋式除尘器或电除尘器作为二次除尘装置。
2. 5 粉尘的凝聚与粗大化
使微细尘粒凝聚并粗大化的最有效方法是采用静电凝聚器。对排烟直接喷水冷却或增湿,或者用热交换器对烟气进行间接冷却,对粉尘均有一定程度的凝聚作用。当然,其凝聚作用的大小因排烟和粉尘的成分不同而有差异。
2. 6 降低粉尘比电阻
干式电除尘装置进行正常除尘的粉尘比电阻在 104 ～1010Ω. cm范围内,对于高比电阻粉尘,可以采用喷水或喷蒸汽的方法对排烟进行调湿来降低粉尘比电阻,或者采取煤混烧重油或高硫煤等措施,或者采用注入硫酸之类吸湿剂的方法。
2. 7 控制烟气温度
为防止附着粉尘,堵灰、网孔堵塞或腐蚀,干式除尘装置必须在酸露点以上使用。通常,在考虑了除尘装置内各部分的温度分布之后,待处理烟气温度应控制在高于酸露点20 ℃左右为宜。
对于袋式除尘器,则要将烟气直接或间接冷却至滤布的耐受温度内;而对于电除尘装置,通常在考虑烟气温度与比电阻关系的基础上再选定排烟温度,一般控制在500 ℃以下; 采用洗涤式除尘装置时,在综合考虑提高除尘效率和防止白烟的基础上, 要尽可能地降低排烟温度。
2. 8 在选定装置容量时要留有余量
在除尘装置的设计中,必须根据各机组排烟的基本特性来选定其尺寸规格,以保证充分发挥其除尘性能。但是,在实际运行中,排烟特性符合设计参数的情况是极少的,往往由于参数条件的变化使除尘性能达不到设计要求。另外,排烟设备发生操作上的改变时也常给稳定除尘带来困难。从发展趋势看,政府对公害的控制将会越来越严格,控制标准将会逐步提高。因此,在选定除尘装置的容量时,要尽可能留有余地,或者保留扩建场地。
3 矿热炉烟尘治理工艺选择
对于电炉冶炼企业而言,目前使用较多的是半封闭式电炉,其冶炼废气治理的重点是烟尘。目前, 国内同类企业常用的除尘装置有:多管型旋风除尘器、湿式除尘器、袋式除尘器和电除尘器。
(1)旋风除尘器。旋风除尘器是借助离心力的作用将粉尘从气体中分离并捕集的一种除尘装置, 具有结构简单,制造、安装和维护管理容易,投资少, 体积小和占地面积少等特点。可去除粒径大于 50μm的尘粒,流速不大于0. 3m / s,压力降0. 05～ 0. 2 kPa。旋风除尘器多用于硅铁冶炼厂微细粉尘治理,除尘效率仅为60%左右,达标困难。
(2)布袋除尘器。用滤料将气体中的粉尘分离捕集,去除粒径0. 1 ～50μm 的尘粒,压力降1 ～ 2 kPa,除尘效率达到98%以上,是一种高效除尘器。如果设计、安装和维护得当,除尘效率可达99. 98% 以上,出口粉尘质量浓度低于50mg/m3。
(3)电除尘器。在静电场的作用下实现粉尘与气体分离而达到除尘的目的,其除尘效率最高可达 99. 98% ,具有处理气量大,适合高温、高压场合,能连续运行。其不足之处是设备庞大、初投资高、运行费用高、制造安装技术要求高,特别是在发生故障时不易维修,因而不适合中小型企业使用。
(4)湿式除尘器。湿法除尘设备有冲击水浴、喷淋洗涤塔等。湿式除尘器的除尘机理大致可以概括为:通过惯性碰撞、截留,尘粒与液滴或液膜发生接触;微细尘粒通过扩散与液滴接触;加湿的尘粒互相凝并;高温烟气在湿式除尘器内凝结时,以尘为凝结核,促进尘粒的凝聚。
4 结语
依据以上4种除尘方法及矿热炉烟尘的性质, 由于原料、还原剂、冶炼操作和生产管理等原因,限制了热能回收型净化工艺流程的应用。目前,国内外治理半封闭式矿热电炉废气多采用非热能回收型干法净化设施。非热能回收型干法净化,对炉气燃烧所需过剩空气量控制稍宽。一般变压器容量大于 6 000 kVA的大中型电炉半封闭式烟罩,在控制出口废气温度低于200 ℃之后,废气进入预除尘器捕集火星,或直接进入袋式除尘器;对于变压器容量小于 6 000 kVA的半封闭式电炉,则不设列管冷却器,采取在半封闭罩内混入野风, 控制废气温度低于 200 ℃后直接进入袋式除尘器,净化后外排气中烟尘质量浓度低于50mg/m3。
参考文献:
[ 1 ]张殿印. 王纯. 除尘工程设计手册[M ]. 北京:化学工业出版社, 2003.
[ 2 ]冶金工业部建设协调司. 钢铁企业采暖通风设计手册[M ]. 北京:冶金工业出版社, 1996.
[ 3 ]胡名操. 环境保护实用数据手册[M ]. 北京:机械工业出版社, 1990.
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