基夫塞特基础冶炼8第八章竖炉排烟收尘及烟尘处理输送系统

333第八章竖炉排烟收尘及烟尘处理输送系统8.1系统概述炉料在基夫赛特炉竖炉内完成硫化物的氧化反应并使炉料颗粒熔化，产出金属氧化物、金属铅滴和其它成分所组成的熔体。反应过程中排出的烟气经余热锅炉进入收尘系统，进入收尘系统的烟气中SO2含量高，烟气含尘高，根据此烟气特性收尘工艺采用电收尘器，以保证生产的正常运行，收尘后的烟气通过风机与经收尘后的锌冶炼烟气混合送制酸系统。具体收尘工艺流程为：基夫赛特竖炉余热锅炉出口烟气→沉降斗→电收尘器→风机→制酸烟气中的烟尘先在竖炉部被冷却凝固后沉降一部分,上升部的烟灰直接落入熔池中，下降部烟灰落到锅炉下部灰斗中经过锤式破碎机粉碎后由斗式提升机输送至返尘仓；另一部分粘附在对流区的蒸发管。粘结在水冷壁和管屏、管束上的烟尘,通过运转弹性振打清灰装置,这部分烟灰落至灰斗通过刮板输送机至锤式破碎机，粉碎后直接进入返尘仓；更细的烟尘随烟气进人沉降斗和电收尘捕集，捕集的烟灰与对流部收集的烟尘在刮板输送机混合输送。返尘仓中的烟尘会与炉料集中一道直接进入基夫赛特炉熔炼。各收尘装置的密封性都很好，系统不会产生较大漏风，也不会对系统外环境设备造成污染，效率高，连续工作性强。图8-1烟尘收尘系统图8.2收尘原理3348.2.1重力收尘原理利用烟尘受重力作用而自然沉降的原理将烟尘与气体分离的方法，称重力收尘。当含尘气体由管道进入比管道大得多的沉降斗时流速突然减低，使颗粒在沉降室内停留时间增长，因此颗粒在水平移动的过程中由于重力影响所下沉的距离增大，从而落下底部的灰斗中。重力收尘设备结构简单，能有效地除去50微米以上的颗粒，但由于捕集微小颗粒的效率低，故一般作为以预收尘器，分离较大颗粒。8.2.2电收尘器的工作原理和结构为了减轻电收尘的收尘负荷，在电收尘前方设置重力沉降斗作为预收尘器.重力收尘器原理:利用烟尘受重力作用而自然沉降的原理将烟尘与气体分离的方法，称重力收尘。当含尘气体由管道进入比管道大得多的沉降斗时流速突然减低，使颗粒在沉降斗内停留时间增长，因此颗粒在水平移动的过程中由于重力影响所下沉的距离增大，从而落下底部的灰斗中。重力收尘设备结构简单，能有效地除去50微米以上的颗粒，但由于捕集微小颗粒的效率低，故一般作为以预收尘器，分离较大颗粒。下面着重讲述电收尘原理。电气收尘器是使含尘气体通过高压直流静电场，利用静电分离原理将气体净化，其基本原理简述如下：1）在不均匀电场中，利用高压直流电（负高压）使气体电离。2）使含尘的炉气通过含有大量电子、正负离子的电场，使尘颗粒荷电。3）在高压电场作用下，根据电的基本特性，同性相斥，异性相吸的原理。使大量的带负电荷的尘粒在收尘电极上（或阳极）沉积，而少量的带正电荷的尘粒在阴极上（或电晕极）沉积。4）利用机械振打，将收尘极上的尘除去，阴极虽然尘较少，但要保持洁净，以免影响电晕放电，故采用连续振打。而阳极，一电场连续振打外，其余为间断定时振打，以减少烟尘二次飞扬。电气收尘是使含尘气体通过高压直流静电流，利用静电分离原理将气体净化。利用静电分离作用净化气体一般分为四个过程：1、气体电离使气体通过阴极间的电场，在电压不高时，其电流很小，当电压增加到B’点时，电流不再增加，外加电压则使电子和离子获得更高能量。如电压增至C’点时，气体中高能电子与中性分子碰撞，产生新的自由电子和阳离子，这些新自由电子又与其它中性气体分子结合成新的阴离子，而开始了气体离子传送电流，C’点的电压称为临界电离电压。当电压继续升高至D’点时，由于气体电离加剧，出现了大量自由电子、阳离子和阴离子，这一过程称为电晕电离过程，此时电压称为临界电晕电压，其电流称为电晕电流。当电压升至E’点时，由于电晕范围增大，使电极间会出现电弧，变成弧光放电，弧光放电温度高，会损坏设备，故在电收尘操作中必须避免产生这种现象，经常使电场保持在电晕放电状态。为335此电收尘器都采用非均匀电场，使电晕控制在电场强度较大的区域内。目前电收尘器的电晕电极（又称放电电极）是用导线做成，收尘电极采用板式或管式，电收尘器的操作电压一般在50-70千伏，为了维持比较高的极间电压，均采用负极作电晕电极。A'B'C'D'E'BCDEFIII图8-2气体导电过程曲线图I—自持放电II--非自持放电电离电流I,A图8-1气体导电过程曲线图Ⅰ-自持放电Ⅱ-非自持放电2、颗粒荷电1）电场荷电即在电场作用下，离子与颗粒碰撞荷电的过程。当一个离子接近颗粒时，颗粒靠近离子的部位被感应生成相反的电荷，于是离子被吸在颗粒上，使颗粒荷电。离子在电场中，沿电力线方向移动，当颗粒未带电时，电力线向颗粒弯曲使颗粒荷电。此后电力线便偏离带电颗粒，从而使颗粒能荷电的面积减少，直至不能再荷电。因此，颗粒只能荷上一定的电荷，称其为饱和电荷。颗粒荷饱和电荷大小可用下式表示：qps=23kk02pd8E式中：k——颗粒周围介质的相对介电系数，对于绝缘物质与空气k近似等于1；8E——颗粒附近不受颗粒荷电影响处的电场强度；0——真空介电系数，0=8.85×1012·称4·千克1·米3；从上式可知，颗粒的饱和电荷的大小与2pd和8E成正比。336２）扩散荷电上面叙述的电场荷电方式主要适用于大于0.5微米的颗粒，而小于0.5微米的颗粒荷电主要是扩散荷电的方式。扩散荷电是离子在扩散作用下附着在颗粒上的过程。根据气体分子运动而导出的扩散荷电公式为：qp=epqkTd02Ln(1+kTmNtdqpe2202)式中：m——离子的质量；k——波尔兹曼常数；N——距离颗粒相当远处单位体积中离子数；eq——离子电荷；t——荷电时间；从上式可知，扩散荷电与E无关，在一定温度下扩散荷电量与pd的一次方成正比。实际上颗粒荷电时，上述两种影响都有，只不过随着粒度不同，上述两种影响的大小不同。3、荷电烟尘的运动荷电烟尘在电场力的作用下，向着与其电性相反的电极方向产生加速度，于是它与气体的相对速度从零开始增大，这就使烟尘与气体开始分离。由于电晕电极有一强大的高速离子流（也称电风）流向收尘极，其电性与电晕电极相同。使原来向电晕电极运动的颗粒的电性被电风的离子中和，然后又带上与电风电性相同的电荷向收尘电极运动，因此电场中大部分颗粒是向着收尘电极方向运动的。4、荷电颗粒放电荷电烟尘在电场力的作用下，到达收尘电极以后，烟尘上的电荷便与收尘电极上的电荷中和，从而使颗粒恢复中性，当电极振打时便落于灰斗，此即颗粒放电过程。实践证明，烟尘的比电阻在105~4×1010欧姆·厘米的范围内最适于静电分离，烟尘比电阻小于104欧姆·厘米时，因导电性太好，当它们在收尘电极放电后，又立即获得与收尘电极电性相同的电荷，从而被收尘电极排斥重返气流。如果比电阻大于5×1010欧姆·厘米，电荷很难从颗粒流到收尘电极进行电性中和。在收尘电极表面堆积的荷电颗粒层厚了，就排斥新来的荷电颗粒，使它们不能到收尘电极放电，于是收尘就停止了，如果荷电颗粒层过厚，则在收尘电极上的烟尘层中，形成的电压梯度过大，就会造成颗粒层空隙中气体的电离，即产生电晕放电，称之为反电晕。这样形成的自由电子和负离子被吸向收尘电极，而颗粒带着与收尘电极电性相同的电荷向电晕电极运动，使收尘效率大为降低。表8.1中列出了比电阻不同的某些烟尘，在电收尘器中捕集的难易程度。337表8.1电收尘器捕集烟尘的难易程度电收尘器捕集烟尘难易程度烟尘名称不易捕集硫化砷、亚砷酸、氧化锑、氧化铅、氧化锌中等程度捕集一氧化铁、硫化锡、硫化锑、硫化铅、氢氧化钙易于捕集氧化铁、氧化铋、铜精矿、氧化铜、硫酸铅、硫酸铜、酸雾、酸金、银、氧化镍、硫化镍对比电阻较大的烟尘可采用改变温度、增大湿度、添加化学药剂及某些气体使其比电阻减小，改善收尘操作。在电收尘操作中，如果气体含尘浓度过大，使大部分电荷附着在颗粒上，由于荷电颗粒运动变速度较气体离子运动速度小得多，故单位时间内转移的电荷大为减小，即电离电流大为减小，甚至等于零，但空间电荷大为增加，而使电晕区电场强度减小，电晕被削弱，收尘情况恶化，这种现象称为电晕封闭，为了防止这种现象发生，进入电收尘器的烟尘可先经重力沉降进行预处理，使入口含尘浓度低于60克·米-3以下。8.2.3电收尘器分类电收尘器的结构是由电晕电极、收尘电极、气流分布装置、清灰装置、外壳和供电设备等组成，由于各部分的分类不同，所以电收尘器也有不同类型：1、按荷电形式可分为一段式电收尘器和二段式电收尘器。一段式电收尘器，颗粒的荷电与放电是在同一个电场中进行，现在工业上一般都采用这种形式。二段式电收尘器其颗粒荷电在第一段（又称荷电段）电晕电极与收尘电极间进行。烟尘放电在第二段（又称收尘段）收尘电极上进行。2、按收尘电极种类分收尘电极的种类和材质多种多样。但可归纳为两大基本类型，即板式与管式。板式电收尘器多用于干法收尘，它的收尘电极接地，是由数个平行的平板（或网状物）组成，每两列平板间悬挂着一组阴极线。阴极线通过绝缘管由收尘器的顶部穿出而与供电设备相连，管式收尘器多用于捕集气体中的液体雾沫，它是在一个圆筒外壳内，它装有许多管子作收尘电极，在管中心悬挂着放电电极的极线，此极线通过绝缘管穿过电收尘器顶盖而与供电设备连接。3、按清灰方式分清灰方式分为干式和湿式。湿式电收尘器，即通过喷雾淋水或溢流等方式，在收尘电线表面形成连续的水膜，将附于极上的烟尘带走。由于收尘电极保持非常清洁，所以能得到较高的电场强度，并且可避免反应电晕和防止烟尘再飞散，处理的气体流带比干式的大。因此收尘效率高，气体处理量大，且放电电极与收尘电极都不需要振打。但增加了含尘污水的处理工序，所以只有当气流含尘浓度低而效率要求很高时才采用。338干式电收尘器收尘极上的烟尘靠振打落入灰斗，因此得到的是干烟尘，它便于综合利用，虽然收尘效率不如湿法高，但仍被广泛采用。4、按气流方向可分为卧式与立式，前者气流方向平行于地面，占地面积大，但操作方便，故目前被广泛采用；后者气流方向垂直于地面，通常由下而上，目前管式电收尘均采用立式。卧式收尘器可根据收尘效率的要求增加收尘器的长度，目前从结构和供电的要求考虑，板式电收尘器通常每隔3米左右隔成单独的电场，一个电收尘器常由2－4个电场串联而成。电收尘器是高效率的收尘设备。它的特点是：能有效地捕集直径为0.1微米甚至小于0.1微米的烟尘；收尘效率高，能达到99.99%以上；处理烟气量大，能达每小时几十万甚至上百万立方米；能用于高温气体，通常可以在400℃以下工作，采取专门措施，温度还可以提高；烟气湿度可大可小；阻力损失小，一般为20~30H2O。可以回收干烟尘。其缺点是：一次性投资费用高，但由于维护费少，所以总的费用不算高；设备占地面积大，安装维护管理要求严格；一般的电收尘对烟尘的电阻有一定要求。8.2.4电收尘器收尘效率衡量电收尘器性能好坏的一个重要指标就是收尘效率。每台电收尘器在设计时就给定了一个收尘效率，但在实际生产过程中，由于受烟气量、烟气温度、烟气含尘浓度及电气设备等因素变化的影响，实际的收尘效率也在改变。一般计算效率公式如下：1、设计效率公式（多依奇公式）：=1－－收尘效率A－收尘面积Q－处理烟气量W－粉尘驱进速度2、实际生产过程中的电收尘效率计算公式：=入口含尘量出口含尘量入口含尘量×100%8.3电收尘结构参数工艺条件⒈烟气量22512~27014m3/h（(标况、湿基)）2进口温度350℃~380℃出口温度300～330℃WQAe3393进口压力-600Pa4进口含尘量≤103.81g/Nm3(标况、湿基)5.要求出口含尘量≤0.5g/Nm36.漏风率≤10%7.进出口温差≤40℃8.收尘效率≥99.6％压力降800Pa烟气成分：成分SO2CO2N2O2H2O(体积℅)16.532.3333.234.8213.12其它：As214.49mg/m3(标况、湿基)F208mg/m3(标况、湿基)Cl298.5mg/m3(标况、湿基)Hg1.54mg/m3(标况、湿基)烟尘成分：成分PbZnSFeCdAsClF其它(重量℅)38147.31.91.8422.82.629.56主要结构和