废铜熔化精炼过程烟尘治理系统设计.pdf

废铜熔化精炼过程烟尘治理系统设计 陈明元 洛阳有色金属加工设计研究院, 河南 洛阳 471039 摘要 随着国民经济不断发展, 铜加工原料的短缺问题日趋严重, 因此, 废铜回收再利用已成为弥补铜加工原料不足的 重要措施。熔炼设备一般以反射炉 竖炉、精炼炉 为主, 原料来源比较复杂, 有边角料、废电缆电线等, 所以, 废铜熔 化、精炼过程产生烟尘中, 有 CuCl、CuO、ZnO、SO2、HCl、氯化盐覆盖剂、二恶英、油脂及炉子燃烧不完全的产物 CO 等, 必 须进行净化处理。 根据烟气原始参数, 制定出合理的治理方案及工艺流程, 使之达标排放。 关键词 反射炉; 二燃室; 急冷除酸塔; 除尘器; 吸附装置; 烟气; 污染物; 排放标准 DESIGN OF SYSTEM FOR TREATING SMOKE DUST DURING SMELTING WASTE COPPER ChenMingyuan Luoyang Non-Ferrous Metal Prucessing and Design Institute, Luoyang 471039, China Abstract Waste copper recovery has become an important measure for compensating the insufficient raw material for processing copper. A reverberatory furnace is the main smelting equipment, whose raw materials include leftover bits and pieces of industrial material, waste cables etc. Therefore, there are CuCl, CuO, ZnO, SO2, HCl, dioxins and grease etc in the smoke dust produced during smelting waste copper, whichmust be treated. A reasonable treatment scheme and processflow shouldbeworked out according to the original parameters of smoke, by which the emissions can meet the discharge standards. Keywordsreverberatory furnace; secondary combustion chamber; deoxidation tower by sudden cooling; deduster; additional device; smoke; pollutant; discharge standard 1 烟气原始参数 熔化精炼炉烟气参数见表 1。 表 1 熔化精炼炉组烟气参数 成分竖炉FR50 精炼炉 FR150 精炼炉加料门 固体微粒 mgm- 3 3 000400～ 6001 500～ 3 000 600～ 1 200 VOC mgm- 3 2 400～ 2 6002 000～ 2 500 HCl mgm- 3250～ 350200～ 300 HF mgm- 3200～ 300200～ 300 SO2 mgm- 3150～ 25050～ 150 NOx mgm- 350～ 20050～ 20050～ 200 CO mgm-325 0001 000～ 5 000 1 000～ 5 000 Cu mgm- 3 400250～ 400 Zn mgm- 3 300～ 350 Pb mgm- 3 350～ 450 烟气流量 m3h- 1 11 50012 50010 000 15 000～ 25 000 温度 ℃150～ 500350～ 400400～ 1 20070～ 120 2 烟气治理方案 根据反射炉 竖炉、 精炼炉 生产工序及烟气的特 性,烟气产生点主要是炉膛和炉门, 炉门口设置密闭 排烟罩 ,在不影响炉子运行操作的情况下 ,将炉膛内 排出的烟气和排烟罩烟气混合后进入燃烧室 ; 从竖炉 排出的烟气先进入旋风除尘器除去烟气中的大颗粒 物质, 然后再进入气-气热交换器 1 加热至450 ℃后 和精炼炉的烟气混合进入二燃室,如果烟气热值足够 高,依本身燃烧放热能使二燃室达到900 ℃, 则燃烧 器会自动调小火力, 直至完全停止, 反之 ,则根据二燃 室出口测点温度调大燃烧器火力,使二燃室温度达到 900 ℃,在900 ℃ 的温度下使烟气在二燃室内停留时 间不小于2 s,将烟气中的有机物分解 。二燃室助燃 空气量由其出口处的烟气 CO 浓度与 O2浓度在线监 测仪反馈控制,如果 CO 超标 , 则自动加大供风量, 若 CO 达标且O2浓度偏高 ,则自动降低供风量 。 烟气从二燃室燃尽后进入气 - 气热交换器 1、 2、 91 环 境 工 程 2009年 8 月第27 卷第4 期 3 进行热交换加热竖炉烟气 、 炉子助燃空气和二燃室 助燃空气 ,将炉子和二燃室所需助燃空气分别加热至 390 ℃ 和400 ℃,从气 -气热交换器 3 尾部排出的烟 气温度为550 ℃。这部分烟气排烟温度要求为不低 于500 ℃。 烟气从气-气热交换器出来后进入急冷除酸塔, 雾化泵和急冷喷淋泵向急冷装置内喷入急冷水使烟 气温度在1 s内迅速下降至250 ℃, 阻止二恶英的合 成。然后烟气再进入除酸装置 ,除酸泵向除酸装置内 喷入雾状碱性溶液与烟气中的酸性气体充分接触反 应,生成中性粉状干盐颗粒,落入急冷除酸塔底部 ,同 时将烟气温度降为200 ℃。 烟气从急冷除酸塔出来后由粉末投加系统向吸 附装置内喷入活性炭粉末 ,除去烟气中残留的二恶英 和重金属离子。 然后烟气再进入袋式除尘器 , 在导流板的作用 下,粗颗粒粉尘利用惯性沉降落入底部灰斗中 ,细小 粉尘被均匀地黏附在滤袋上, 经除尘器除尘后的烟气 经引风机导入25 m高的烟囱排入大气 。 除尘器收集的粉尘经清灰后落入除尘器底部灰 斗,由卸灰装置从灰斗排出后和从二燃室 、 气 -气热 交换器 、 旋风除尘器排出的粉尘一起收集起来 ,送往 堆放场。 烟气治理系统维修或出现故障时, 为保证炉子的 正常生产 ,该系统设计了故障排烟流程 。其中竖炉烟 气通过车间屋顶上烟囱排入大气, 精炼炉烟气经设置 在炉顶排烟罩上方的烟囱排入大气 。 3 烟气治理工艺流程 烟气治理工艺流程如图 1所示。 4 主要设备其他技术要求 二燃室可以充分燃尽烟气中含有的可燃物,能保 证烟气在二燃室有足够的停留时间 ≥2 s , 使有机 物完全分解 。燃料量、助燃空气量可以自动控制, 燃 烧效率高 。 急冷除酸塔塔体采用套塔组成方式 ,内塔主要用 于烟气急冷,外塔用于烟气除酸。烟气急冷采用先喷 雾再喷淋的方式 ,使烟气迅速降温, 烟气急冷后含水 量较只采用喷雾急冷大为降低 ,减小了对急冷塔后的 设备 如除尘器 的影响 。塔体采用先下降再上升的 气流流动方式, 保证了烟气和雾状碱性溶液有充分的 接触时间 ,除酸效率高。 由于炉子生产时烟气粉尘浓度高, 治理工艺中采 图 1 系统工艺流程 用分室离线清灰除尘器, 避免了在线清灰除尘器粉尘 二次飞扬被相邻滤袋黏附的现象,有利于高粉尘浓度 烟气的除尘 。 选用既开启速度快又能实现自动调节的控制阀 门。根据烟气温度不同, 管道采用不同的钢板焊接制 作,并内衬浇注料、 硅酸铝棉毡 ,在烟道膨胀需要的适 当位置设置烟道补偿器。 5 电气及自动化控制 为了提高管理水平, 保证烟气处理效果并安全可 靠运行 ,本工程自动控制及自动监测系统采用基于 PLC 的DCS 系统 , 二级计算机监控管理系统的运行, 由中央控制室微机和基于 PLC 的现场控制站实现集 中监测管理和分散控制。该系统集计算机技术、 控制 技术和通讯技术为一体, 通过网络通讯将中央监测站 和若干现场子站联系起来 ,克服了集中控制系统风险 集中 ,可靠性差 ,不易扩展和控制电缆用量大等缺陷。 实现信息、调度 、 管理上的集中和功能及风险控制 。 由于各单元的控制内容相对独立 、 分散, 选用变 送器、 传感器、模拟仪表和 PLC 进行数据采集 、信号 变送、 分散控制 ,DCS 系统进行集中管理。保证控制 系统的可靠运行 ; 控制方式设“手动” 、 “半手动” 、 “自 动”3 种模式, 并采用就地和远程控制。DCS 系统根 92 环 境 工 程 2009年 8 月第27 卷第4 期 据生产需要可对烟气治理系统主要工艺流程进行集 中管理和分散控制, 中心控制室的彩色监视屏幕显示 烟气治理现场动态流程画面, 打印纪录生产报表及故 障报警,为调度提供可靠的生产指挥依据。 6 烟气净化后污染物排放量 熔化精炼所产生的烟气经二次燃烧 冷却 急 冷除酸 吸附 除尘处理后 ,污染物的净化效率及 排放浓度见表 2。 表 2 污染物理论排放量及排放标准 项目烟尘SO2HClHFNOx二恶英 净化效率 99939597 排放质量浓 度 mgm- 3 11 . 829. 810. 55. 22125 0 . 5TEQ ng m3 排放速率 kgh- 1 0. 1950 . 1620 . 1730 . 0862. 06 8 . 25TEQ μ g h 年排放量 ta- 1 1 . 571. 31. 40 . 69116. 56 66. 3TEQ mg a 排 放 标 准 排放速率 kgh-1 排放浓度 mgm- 3 1009 . 650 . 9150. 382. 85 5501009240 0 . 5TEQ ng m3 7 结束语 废铜熔化精炼过程所产生的烟气成分比较复杂, 该烟尘治理系统经过二次燃烧、冷却、急冷、除酸、吸 附、 除尘等多道工序 ,在充分利用热能的前提下,有效 去除烟尘所含各种有害物, 防止二恶英的产生, 使烟 气达标排放 。控制系统合理可靠。该工程正在施工 调试阶段, 对同类除尘系统有较高的参考价值 。 参考文献 [ 1] 张小平. 固体废物污染控制工程[ M] . 北京 化学工业出版社, 2004. 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