搜索
第十章烟气净化系统10.1概述电解锌浸出渣、冶炼烟囱灰、氧化锌矿等低品位锌物料的锌含量都较低，一般利用锌高温下挥发性强的特点，采用高温还原的工艺将含锌物料中的锌挥发进入炉气中，炉气再氧化后通过收尘的方法将其以次氧化锌的形态回收。因此，该烟气收尘不仅仅是一个环保收尘过程，更重要的是一个工业生产过程。这就对所采用收尘方式的除尘效率、性能、操作和损耗等方面提出了更高的要求。收尘的工艺目前都采用干法收尘，即高温烟气经余热锅炉或表面冷却器冷却至130～200℃后，进入布袋收尘器收集下来。采用该工艺收集下来的次氧化锌往往夹杂有许多杂质，尤其是氟离子、氯离子含量较高，氟、氯是电解锌工艺中具有严重危害的杂质。氟离子能破坏阴极铝板表面的氧化铝膜，使析出锌与铝板新鲜表面形成锌铝合金，发生锌铝粘结，致使锌片难于剥离，造成阴极铝板消耗增加；氯离子在阳极氧化成氯酸盐后与阳极铅反应，增加溶液含铅，降低析出锌的级别，缩短阳极寿命；另外，氯离子酸性环境中被二氧化锰氧化产生氯气，危害现场作业环境。因此该种次氧化锌不能直接作为电解锌生产的原料，需要设置专门的设备工艺把它们除去。一般工业上脱氟、氯的方法有多膛炉焙烧、转窑焙烧、在溶液中加钍盐或少量石灰乳、用硅胶除氟、氯化银沉淀法、铜渣除氯法、离子交换除氯法、碱洗除氟氯法。另外，在布袋收尘的工艺中，烟气含有的低浓度二氧化硫需另设专门的工艺如氨水吸收、石灰吸收等吸收装置处理才得以达标排放。布袋收尘工艺在我国锌浸出渣挥发窑烟气收尘中虽得到广泛应用，但也存在一系列问题：（1）系统阻力损失大，且不稳定。滤袋收尘器自身阻力损失较大，同时烟气中含有一定量的SO2和较高的水分，容易造成烟气在滤袋中结露，不但严重影响收尘设备的正常运行，而且还使设备的阻力损失增大，导致挥发窑窑尾负压难以保证，既影响产品质量，又恶化操作环境，且造成氧化锌飞扬损失。（2）生产运行费用高。由于系统阻力损失大，动力消耗大，同时滤袋为易损件，根据国内生产厂家统计，滤袋消耗量为0.225～0.27m2/tZnO。（3）过程中要控制系统温度，否则温度过高烧布袋（料材为工业纤维制成的滤布）。（4）工人劳动强度大，劳动环境差。粉尘对环境污染严重，操作工人易发生SO2中毒或呼吸道、肺方面的职业病。采用湿法收尘的方法收集次氧粉，提供了一种节能环保的清洁收尘方法及装置，能够在挥发氧化锌的收尘过程中除去烟气中的氟、氯及二氧化硫气体，使次氧化锌能够直接用作电解锌生产原料，并能缩短工艺流程、节约投资。10.2工艺流程本工艺采用湿法工艺收集电炉、烟化炉的氧化锌烟尘，它是集收尘、除氟氯、脱硫三项功能于一体的工艺过程。本工艺过程为：从烟化炉、电炉余热锅炉出来的挥发烟气在混气灰斗混合进入旋风收尘器从文丘里烟尘进口进入，喷淋液从其进水口喷入。烟尘与喷淋液充分混合，喷淋液将烟气中的氧化锌淋洗下来，烟气中的氟、氯进入喷淋溶液中，二氧化硫形成亚硫酸锌进入次氧化锌浆液，形成浆液从文丘里下部排出口排出通过文丘里循环泵打至浆化槽中；上部液溢流到地坑中；净化后的烟气经风机排入硫酸烟囱排空。收集下的烟灰输送至浆化槽；浆化槽底液通过浆液循环泵打至碱洗槽；上部液溢流到地坑中；浆化槽的排污也进入地坑。碱洗槽上液进入浓密机；碱洗槽设排污至地坑。浓密机底液由浓密底流泵打至立式压滤机过滤；上液溢流到滤液槽。压滤机过滤后的滤液进入滤液槽；干渣进入压滤渣的浆化槽。滤液槽的清夜由滤液泵通过文丘里的补液口进入文丘里；上液溢流到地坑并设排污至地坑。压滤渣浆化槽中浆液由浆液输送泵打至氧化锌中浸工序。本工艺详细流程示于图10-1，2。10.3工艺原理1收尘1）旋凤收尘旋风收尘是利用离心力的作用，从旋转气体中分离烟尘的方法。含尘气体切向进入旋风收尘器内向下作螺旋运动，悬浮的颗粒在离心力作用下甩向周边而与气体分离，然后沿壁落下，由排灰管排出。净化后的气体到达锥体下部后，在外螺旋气体中心部分向上作螺旋运动(又称内旋体，其旋转方向与外螺旋气体相同)然后由排气管逸出，该收尘过程只有在收尘器壁及灰斗无泄露的情况下方能顺利完成。根据收尘器内压强分布规律，当器壁或灰斗部分有泄露时，收下的烟灰在大气压的作用下又重返气流随内旋体上升，由排气管排出，其结果使收尘效率降低，并对后续设备产生危害，故必须保证收尘器各处无泄露。2）湿式收尘是使含尘气体与水或其他液体相接触，利用水滴和尘粒的惯性碰撞及其他作用而把尘粒从气流中分离出来。含有悬浮尘粒的气体与水相接触，当气体冲击到湿润的器壁时，尘粒被器壁所沾附；或者当气体与喷洒的液滴相遇时，液体在尘粒质点上凝聚，增大了质点的重量而随之降落：从而使烟尘从气体转移至液体中，达到收尘的目的。2除氟氯物相分析研究表明，氧化锌烟尘中的氟和氯，80%分别呈氟化锌和氯化锌形态存在，20%呈氟化铅和氯化铅存在。其中氟化锌、氯化锌、氟化铅在高温下易挥发，溶于水，与硫酸或碱均起作用，氯化铅难溶于水，与硫酸或碱很少起作用。图10-1烟尘输送图图10-2烟气碱洗工艺流程因此，在湿法收尘的过程中，呈气态的氟、氯化合物或含氟、氯的氧化锌，经过与水接触，氟、氯化合物(氟化锌、氯化锌)溶于水而离开气体，固液分离后，即与固体渣料(含锌物料)分开，而少量锌也进入溶液中。为了增加锌的回收率，在水中加入碳酸钠，使锌以碱式碳酸锌沉淀回收。其主要化学反应式为：3Zn(Cl、F)2+3Na2CO3+H2O→2ZnCO3·Zn(OH)2+6Na(Cl、F)+CO2↑3Pb(Cl、F)2+3Na2CO3+H2O→2PbCO3·Pb(OH)2+6Na(Cl、F)+CO2↑CO2+Na2CO3+H2O→2NaHCO33除硫由于挥发窑处理的原料为浸出渣和煤粉，浸出渣中约含有6％～7％的硫，煤粉中约含有1％左右的硫，大部分进入烟气中。其低浓度SO2烟气必须进行处理。氧化锌和碳酸钠都是良好的SO2吸收剂。氧化锌法脱硫技术，是将含氧化锌的物料加水或制浆溶液配制成悬浮矿浆，在吸收设备中与烟气中的SO2接触，利用氧化锌与SO2间的化学反应，将SO2主要以亚硫酸锌(还有亚硫酸氢锌、硫酸锌)的形式予以脱除。吸收过程中发生的主要反应为：ZnO+SO2+2.5H2O=ZnSO3·2.5H2ONa2CO3+SO2+H2O=2NaHSO3+CO2同时，进行下列副反应：ZnO+2SO2+H2O=Zn(HSO3)2ZnSO3+SO2+H2O=Zn(HSO3)2Zn(HSO3)2+ZnO+4H2O=2ZnSO3·2.5H2O生成的ZnSO3·2.5H2O的溶度积Ks=1.34×10-5，主要以固体物形式进入沉渣。10.4主要设备介绍10.4.1旋风除尘器1）设备性能。见表10-1表10-1旋风收尘器旋风入口速度（m/s）17.420.0旋风满负荷压降(kPag)0.70.9旋风收集效率（%按重量）76.39%78.83%旋风出口排放颗粒浓度(g/Nm3)1413旋风颗粒分离效率(%效率@颗粒大小)颗粒大小(微米)效率(%)颗粒大小(微米)效率(%)2.56.572.510.163.017.123.023.913.531.683.540.784.047.314.057.114.561.554.570.645.073.135.080.745.581.837.092.267.090.9012.097.6612.097.1332.099.8827.099.702）旋风收尘器结构见图10-3。图10-3旋风除尘器结构图10.4.2文丘里湿式除尘器1）性能参数2）文丘里湿式除尘器结构图10-4文丘里湿式除尘器结构图图10-5文丘里湿式除尘器示意图10.4.3浓密机1）设计参数1.1浓密机进口物料条件：(1)浆液量：70～80m3/h，温度：～65℃浆液中含固（次氧化锌）6996kg/h，含液68～78m3/h(2)固相（次氧化锌）主要成分为ZnO和PbO，其主要元素成分见表10-2：表10-2浓密机固相成分元素PbZnCuCdSFeSiO2CaO%19.2859.40.060.450.871.621.480.82元素Al2O3InAsSbBiFClSn%0.0159.4g/t0.280.170.0060.100.100.05（3）ZnO真比重5.606g/cm3（4）浓密机参考直径φ18米；确定直径φ18米。（5）浓密机底流间断排料，底流液固比4:12）浓密机结构介绍本浓密机为地上形式，浓密机本体为混凝土内做防腐处理、带顶盖结构。浓密机用于电炉、烟化炉烟气净化，是对溶液进行的初级液固分离和及浓缩渣的均匀排放的湿法冶炼工艺的关键设备。1.1驱动装置、提升装置浓密机配有电机驱动、电机自动控制提升装置。当传动轴扭矩超过设定值时，提升装置自动提升耙臂，使扭矩降低到规定值以下。提升装置最大提升高度400mm。1.2减速机由于浓密机需要输入功率较小，输出扭矩大。除传动功率外，低速、重载的特性是不可忽略的问题，但目前国内在浓密机上大多数都是使用摆线针轮减速机和蜗轮蜗杆减速机，其在低速、重载的特性有其劣势。新宏大公司有多年应用硬齿面齿轮减速机经验，故减速机选用了诺德减速机，电机防护等级：IP55，绝缘等级：F，防腐等级：WF1。驱动装置为重载型专用设计。减速机通过安装在带动末端的小齿轮驱动回转支承的外齿圈，小齿轮齿面经硬化处理后达到硬齿面标准，保证其使用寿命大于30年，使回转支承的外齿圈受力对称平稳，减少磨损，使用寿命延长。驱动装置采用工程型回转支承，其周边大齿轮寿命在30年以上，该回转支承技术先进，强度高，寿命长，维护方便，运转灵活，传动可靠，既能承受大的轴向力又能承受大的径向力，更有很强的抗翻转力性能，是处理物料比重大、单位时间处理量高的浓密机首选核心关键部件。驱动装置输出轴固定在回转支承上。为了更好地传递扭矩，采用双键联结，以适应恶劣的工况下工作。整套驱动装置为重载型专用设计，服务系数1.5。驱动装置采用浸油润滑及外密封。减速箱还配有加油帽、呼吸阀、量油指示及排尽阀。所有轴承为知名厂家产品。全为重载型轴承，轴承设计工况取最大轴向和径向载荷为设计荷载，轴承设计考虑长时间连续运转，轴承使用寿命大于10万小时。轴承遵循AFBMA标准(或相当于本标准)。所有暴露转动部件提供安全防护罩，满足安全要求。驱动装置还配有紧急手动浓密机提升手柄，以备在停电或事故状态下使用。1.3传动轴(材质为整体316L)主传动轴采用钢管制作。主轴与驱动装置输出轴之间采用法兰连接，在现场通过螺栓连接（具体连接方法在供货时图纸上有说明）。联接可靠，传递扭矩大，加工制作容易，安装更换方便。由于主轴既要承受耙架及刮泥板的重力，又要承受很大的扭矩，所以主轴采用厚壁钢管。传动轴的设计具有足够的强度，并已经考虑了可能出现埋耙等非正常时的工况，其载荷条件和校核计算符合相关的《设计载荷及机械校核》的要求。1.4耙臂(材质为整体316L)浓密机耙架为钢管钢桁架结构，其强度均能适应处理料浆的要求，每套浓密机配有两个钢结构长耙臂和两个短耙臂。耙臂采用钢管作为骨架，与钢板焊制而成。刮板布置满足旋转一周覆盖整个浓缩池底。为了防止中心排泥口处底流板结，设置了副耙，该副耙由钢板焊接而成，结构强度大。每台机组四个耙架，耙架圆周间相互装配拉筋，使四个耙架成为一个整体，确保耙架转动不走位，不变形。浓密机水下部分钢制刮刀牢固地固定在耙臂上，刮刀上装有高度可调UHMWPE刮板，耐磨耐腐，刮板的底部伸出刮刀的底部。耙臂与传动轴之间也采用法兰连接，在现场通过螺栓连接。1.5导流筒采用固定筒和布料筒稳流装置，将进入池内的污水与池内的澄清液隔开，阻止水流短路。更有利于物料的沉降及浓缩，防止高速水流对压缩区的冲击扰动，有利于压缩区的稳定，有利于提高底流浓度，大大提高了浓缩效率、底流固体回收率及处理能力。导流筒吊挂在桥架上，导流筒搭边上支撑FRP槽盖的内圈。导流筒采用碳钢加玻璃钢结构形式，支承槽盖及以上部分采用内外衬玻璃钢方法，碳钢筒体厚度10mm，衬玻璃钢厚度4~5mm，向下部分采用纯玻璃钢结构，厚度8mm。与流槽接口法兰采用316L不锈钢材质。1.6支撑桥架桥架采用焊接结构，具