含油漆、油污、橡胶废钢焚烧烟气治理.pdf

烟 气 污 染 治 理 含油漆 、 油污 、 橡胶废钢焚烧烟气治理 张顺喜 1 张 剑 1 杨 洁 2 1.武汉工业学院化学与环境工程系, 武汉 430023; 2. 武汉新宇环保工程有限公司, 武汉 430023 摘要 针对含油漆、油污、橡胶废钢露天堆放焚烧产生烟气污染的特点, 采用集气罩内焚烧废钢的焚烧方式与文丘里麻 石水膜除尘器联合治理技术, 可解决烟气污染问题。 经运行测试表明 烟气中烟尘的去除效率在 95以上, 排放质量 浓度≤30 mg m3; 林格曼黑度为Ⅰ 级, 达到国家排放标准 。 关键词 废钢; 烟气治理; 集气罩; 焚烧 FLUE GAS TREATMENT ON THE COMBUSTION OF SCRAP COATED BY PAINT,OIL DIRTY OR RUBBER Zhang Shunxi1 Zhang Jian1 Yang Jie2 1. Department of Chemical and Environmental Engineering, Wuhan Polytechnic University, Wuhan 430023, China; 2. Wuhan New Cosmos Environmental Protection Co. , Wuhan 430023, China Abstract In light of flue gas pollution characteristics of the combustion of scrap coated by paint, oil dirty or rubber in outdoor, the combustion of scrap in receiving hood and Venturi rough stone water -film duster were used to remove flue gas pollutants.After operation and test, the results are as fellowsremoval rate of the dust in flue gas was above 95; whose concentration was below 30 mg m3;Lindeman black grade of smoke was level Ⅰ ; which could meet the national discharge standard. Keywordsscrap; flue gas treatment; receiving hood; combustion 1 概述 废钢作为一种再生资源 , 在钢铁冶炼中大量使 用,并成为生产优质钢材的重要原材料之一。回收的 废钢来自各行各业 ,且其表面往往覆盖有诸如油漆、 油污、橡胶等有机类杂质 ,若将含有这类杂质的废钢 直接冶炼 ,杂质中有害元素可能对成品钢的性能产生 严重影响, 如硫影响钢的延展性, 或者杂质在冶炼过 程产生一些易燃易爆气体, 如供氧不充分时 ,可产生 一氧化碳 ,严重影响钢炉的安全,为此, 废钢在冶炼前 必须除去其表面覆盖的有机类杂质 。当前,国内对废 钢中这类有机类杂质的处理主要采用简易焚烧法 ,即 在室外直接堆放焚烧 ,该法对周边大气环境产生严重 污染, 也对操作人员 、附近居民的身体健康带来极大 的危害,为此,对废钢焚烧后的烟气进行治理已迫在 眉睫 。 目前 ,国内针对含油漆、 油污、橡胶等有机类杂质 废钢焚烧烟气治理工程的介绍以及可参考资料甚少, 本文结合所设计的废钢焚烧烟气治理工程来阐述其 设计思路, 探讨烟气治理中所出现的难点技术问题 。 2 烟气治理方案的确定 2. 1 现有生产工艺概况 武汉某钢铁公司旗下的金属资源公司负责收购、 处理回收后的废钢。当前 ,该公司对废钢的处理主要 采用露天自然堆放焚烧方法, 去除废钢表面覆盖的油 漆、 油污、 橡胶等有机杂质 ,并将超长废钢截断达到冶 炼尺寸要求 ,为有机杂质燃烧 , 适当添加废燃油。公 司生产作业制度为 每日两班生产, 每班日工作8 h, 两班日处理废钢量为500 t , 设计年处理量为12万 t ; 废钢的添加和搬运均由天车上电磁吸盘进行。公司 对烟气治理提出的要求是 在原有工作方式不发生较 大变化的前提下用较经济的工艺来治理烟气 ,并能达 标排放,另外所有处理设施和加工场所均需安排在工 厂预留土地上。 2. 2 烟气治理方案的确定 现有废钢自然堆放焚烧方式产生的较浓黑烟流 随风摆动, 对操作人员的工作带来不便, 同时 ,烟流中 65 环 境 工 程 2009年 8 月第27 卷第4 期 悬浮颗粒状物质在厂区及附近区域内飘移、扩散、沉 降,不仅对厂区及邻近地区生态环境带来重大污染, 而且严重影响到工作人员的身体健康, 为此必须对废 钢自然堆放焚烧方式加以改进。按工厂提出的设计 要求, 经双方多次考察与协商, 决定采用集气罩内焚 烧废钢的焚烧方式, 即在集气罩内将废钢堆放一定高 度,浇上适量废燃油后 , 用手持式煤气燃烧枪将罩内 废钢点燃焚烧, 同时集气罩还能将焚烧产生的烟气加 以收集,经后续治理设备后, 使烟流有组织排放。因 废钢焚烧完毕后 ,需将罩内已焚烧的废钢移出 ,并及 时装填未焚烧废钢 ,为操作方便, 决定将集气罩设计 为可移动式。 烟气进行治理前, 需对烟气中颗粒污染物、气态 污染物有清楚了解。废钢中油漆 、油污 、橡胶等有机 杂质大部分为易燃物质, 燃烧时产生的颗粒污染物有 油雾、积炭 、 油焦和煤胞等; 气态污染物成分复杂, 如 一氧化碳 、氮氧化物 、硫氧化物、烃类、酚类、PAHs 萘 、 蒽 、 芘 [ 1-3] , 这些气固污染物所产生的总量除与 废钢所含杂质成分外, 还与燃烧条件如温度 、 空气量 有关 。由于烟气治理成本有限 ,应用户要求仅对颗粒 污染物进行治理 。 由于产生的颗粒污染物大部分具有黏结性,采用 传统电除尘器进行治理时 ,黏性颗粒物易附着在电晕 线、 高压绝缘装置上 , 从而导致电除尘器不能正常运 行; 若采用袋式除尘器,清灰时黏性颗粒物不易脱落, 会产生“糊袋”现象, 造成压力损失过大而使除尘器不 能正常工作。经过双方相互协商以及广泛调研,决定 采用文丘里型麻石水膜除尘器进行治理 ,为去除烟气 中可能出现的硫氧化物在水中添加有石灰,洗涤后的 石灰水经絮凝沉淀处理排放到附近工厂污水处理系 统中进行处理。其工艺流程如图 1所示。 图 1 烟气治理工艺流程 2. 3 文丘里型麻石水膜除尘器工作原理及特点 水膜除尘器属机械离心式湿法除尘装置 ,在中空 的圆筒内壁有一层分布均匀的水膜自上而下流动 ,含 尘烟气从圆筒下部的蜗壳进气装置引入圆筒内,然后 沿圆筒螺旋上升 ,由圆筒顶部排出, 含尘烟气在螺旋 上升过程中 ,尘粒受离心力的作用而甩向圆筒内壁, 被水膜粘附并带到圆筒底部经水封排灰口排出,达到 烟气除尘的目的 。 烟气进入麻石圆筒前, 先经过文丘里管, 在文丘 里管收缩段逐渐加速 ,到达文丘里管喉部处时烟气流 速最高,烟气强烈紊流运动,使喉管内喷入的水雾化, 并充满整个喉部, 同时与烟气中的尘粒发生碰撞凝 聚,在文丘里管扩散段,气流速度变小压力回升,颗粒 凝聚速度加快, 形成直径较大的含尘液滴 ,随着烟气 一起进入除尘器进行分离 ,故除尘效率大为提高。 在水中添加石灰, 则可吸收烟气中的 SO2, 在除 尘的同时实现烟气脱硫。 基于文丘里型麻石水膜除尘器上述工作特点 ,用 其治理废钢焚烧产生的黏性粉尘方案可行,这是本工 程选用文丘里型麻石水膜除尘器重要原因之一。 3 移动集气罩的设计 根据改进后的焚烧工艺, 将集气罩设计成可移动 式,为废钢装填与移出更方便, 将集气罩按长度设计 成 1 4、 3 4 两部分 。为集气罩抽风效果良好 , 烟道抽 风口设置在 3 4部分集气罩上, 由于罩体经常需打开 与闭合 ,据此烟道也必须设计为活动连接 ,为保证烟 道连接的可靠性 ,决定将 1 4 部分集气罩固定, 其顶 部设计有一固定烟道, 其空间位置确定 , 从而保证了 烟道连接的可靠性, 另在两烟道接触处铺设有耐高温 纤维 ,保证两烟道闭合时密封良好。 移动集气罩体积大小根据每日处理量与焚烧次 数确定, 设计时按工作要求两班一天焚烧 4 次 ,废钢 的堆积密度根据用户以前研究结果 1. 5 ～ 3 t m 3 取 2 t m 3 ,并考虑废钢堆积体积裕量和烟气温度对钢结 构强度影响 ,同时不影响天车的行驶, 设计的集气罩 长高 宽尺寸为8 m 5 m 5 m 。 由于废钢在集气罩内燃烧 , 罩内高温 ,为保证集 气罩焚烧时的强度, 参照先前设计的大型电弧炉集气 罩结构 ,一方面增大钢梁截面尺寸, 另一方面在罩内 侧铺设耐高温隔热纤维板, 同时增加罩内空气流速, 可保证罩体强度 。 为防止废钢上有机杂质燃烧不完全 ,在集气罩的 下方设计有若干可关闭的小窗口,为人工点火与补火 焚烧提供方便, 另可通过小窗口观察罩内焚烧状况, 使操作更方便。 在集气罩 1 4、3 4 部分中间联接处, 为保证烟气 66 环 境 工 程 2009年 8 月第27 卷第4 期 不外漏,在联接处设计有迷宫密封结构并在其内铺有 耐高温纤维,以保证两集气罩联接处密封良好 。 废钢燃烧时 ,需要足量的氧气以保证有机质充分 燃烧, 且产生的污染物量少 ,由于废钢上附着的有机 质量少,也很难定量 ,故在确定空气量时难以计算 ,根 据用户以前研究结果 ,结合每次焚烧废钢的总量并考 虑空气裕量,设计燃烧所需空气量与产生烟气量均为 60 000 m 3 h。焚烧所需的空气从集气罩底部进入 ,底 部与地面敞开高度根据计算确定。 集气罩传动机构设计也相当重要, 为罩体开启灵 活,整个罩体设计在轨道上运行, 其运动车轮选用起 重机专用车轮; 由于集气罩要定期打开和关闭 ,电机 需正反转, 根据计算选用电机功率为3 kW ; 电机输出 速度较高, 需变速装置使集气罩以一定速度运行; 为 保证集气罩罩体实时限位 ,传动机构还需设置刹车装 置,为此选用浙江通力减速机公司生产的一体化减速 机,型号为 TRF- 78-E3 -4P-32. 72 - M1 -II-ф 250, 该减速机 带减速、 刹车装置,结构紧凑, 占用空间小。减速后集 气罩的运行速度为 12 m min, 速度适宜, 且集气罩运 行平稳,震动小 。 集气罩的结构简图见图 2所示。 1一体化减速机; 2焚烧小窗口; 3车轮; 4固定烟道; 5移动烟道; 6移动集气罩; 7固定集气罩。 图 2 集气罩结构 4 除尘设备的设计与选用 4. 1 文丘里麻石水膜除尘器的确定 根据前面设计的烟气量60 000 m 3 h ,并考虑压力 损失和除尘效率 ,选用文丘里麻石水膜除尘器的主要 技术参数如下 [ 4] 型号 HCWSΥ 2500; 风量 72 500 m 3 h ; 阻力 800～ 1 200 Pa; 烟气进口流速 18～ 22 m s; 烟气出口流速 8 ～ 12 m s; 用水量 15～ 19 t h; 除尘效率 96～ 98; 林格曼黑度 Ⅰ级。 4. 2 风机的确定 风机风量 Q0的确定按下式计算 [ 5] Q0 1 K1 Q 式中 K1 系统漏风所附加的安全系数 ,在 0. 1～ 0. 15 选取 ,设计取 0. 15; Q 系统设计总风量,设计取60 000 m 3 h 。 经计算得风量 Q069 000 m 3 h 。 风机风压 Δp0的确定按下式计算 [ 5] Δp0 1 K2 Δp ρ 0 ρ 1 式中 K2 考虑管道计算误差及系统漏风等因素 所采用的安全系数 ,在 0. 15～ 0. 2 选 取,设计取 0. 2; Δp 管道计算的总压力损失, 经计算为 1 450 Pa ; ρ 0 标准状态时的空气密度 ,取1. 2 kg m 3 ; ρ1 运 行 状 态 时 的 气 体 密 度, 取 0. 95 kg m 3 。 经计算得风压 Δp0 2 198 Pa 。 所需电动机的功率 N 按下式计算 [ 5] N Q0Δp0K 3. 6 10 6 η 1η2 式中 K 电动机备用系数, 设计取1. 3; η1 机械传动效率 ,联轴器传动取0. 98; η 2 引风机效率, 在 0. 84 ～ 0. 93 选取, 设计 取 0. 84 。 经计算得 N 66. 6 kW 。 根据上述计 算结果选用的离心风机为 4 -72- №12C , 风量为72 760 m 3 h, 全风压为2 341 Pa, 配用 电机 Y280S-4型 , 转数1 120 r min,电机功率75 kW 。 5 烟气净化系统运行效果 废钢焚烧烟气治理工程于 2007 年初完工, 经过 多次运行与调试 ,并反复调整焚烧时不同有机物类型 废钢所占比例, 同时控制添加的废燃油量和风量, 该 工程达到了设计的要求。经当地环保部门测试,烟气 中粉尘的去除效率在 95以上 , 平均排放质量浓度 ≤ 30 mg m 3 ; 林格曼黑度 Ⅰ级,达到国家排放标准。 下转第 82 页 67 环 境 工 程 2009年 8 月第27 卷第4 期 表 1 两种脱硫工艺的优缺点比较 项目鼓泡塔环栅塔备注 塔型直径大, 高度矮, 塔 内布局复杂, 安装难 度大, 占地面积大 直径小, 高度较矮, 塔内布局简单, 安装 难度小, 占地面积小 投资费用高较高 系统阻力大较小 鼓泡塔三 塔串联 动力消耗大较小 空塔气速0. 23 m s1 . 11 m s pH值4. 2～ 3 . 54 . 6～ 3. 6均较低 除尘效果很好, 1 μ m 粉尘捕 集效率 80 很好, 1 μ m 粉尘捕 集效率85 搅拌方式机械搅拌气力搅拌 控制方式控制 pH 和 喷管浸 液深度 控制 pH 和环栅 浸 液深度 pH值 均≤7 3 结论 磷矿石浆可以代替石灰石浆作脱硫剂,能有效脱 除烟气中的 SO2, 并能改善 SO2的吸收和减轻结垢 问题 。 鼓泡塔和环栅式喷射鼓泡塔的脱硫效率均随操 作压力 的增加而升高。 鼓泡塔平均脱硫效率为 79. 8, 当操作压力在7 000 ～ 7 800 Pa 、磷矿浆 pH 值 为3. 5～ 4. 2 时, 脱硫效率可维持在 95左右。当操 作压力在3 000 Pa 、 磷矿浆 pH 值在 3. 7～ 4. 3 时,环栅 塔的单塔脱硫效率可达 67。 环栅塔较鼓泡塔空塔气速高 ,处理气量大, 塔径 小,采用气力搅拌, 比鼓泡塔占地面积小且投资运行 费用省。环栅式喷射鼓泡脱硫工艺以磷矿为脱硫剂, 脱硫除尘效果好 ,系统投资少 ,运行费用低,并资源化 利用废渣, 是适合我国国情的一项脱硫除尘技术。 参考文献 [ 1] 朱天乐, 李曜, 凌炫, 等. 湿式烟气脱硫中石灰石反应活性 [ J] . 环境科学, 2005, 26 6 15 -18. 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