Козлова С.А. и др. Оборудование для очистки газов промышленных печей

Подождите немного. Документ загружается.

101

Очистка газов купеляционных печей и шлаковозгонных установок

Отходящие газы купеляционных печей имеют температуру 250-500

С,

иногда до 900-1000

С на выходе из печи. В связи с этим газы перед очисткой

необходимо охлаждать в поверхностных газовых холодильниках с организо-

ванным подсосом воздуха. Очистка газов от пыли, содержащей Pb и Zn, осу-

ществляется в основном в рукавных фильтрах. Запыленность газов после

фильтров должна составлять по норме не более 0,05 г/м

Газы шлаковозгоночных установок более горячие: их температура дос-

тигает 1200

С, при запыленности 100-150 г/м

. Это заставляет охлаждать их

до 300-400

С в котлах-утилизаторах, где также происходит осаждение пыли

до запыленности на выходе в 30-40 г/м

. Дальнейшее охлаждение газов про-

изводится в поверхностных холодильниках, а затем их направляют на очист-

ку в рукавные фильтры. Регулирование температуры газов осуществляется

подсосом воздуха. Конечная запыленность газов после фильтров не превы-

шает 0,04 г/м

(по норме).

Технологические схемы очистки газов из купеляционных печей и шла-

ковозгоночных установок показаны на рис. 2.8.

Рис. 2.8. Схема очистки газов: а – купеляционной печи; б – шлаковоз-

гоночной установки: 1 – печь; 2 – поверхностный охладитель; 3 – рукавный

фильтр; 4 – подсос воздуха; 5 – котел-утилизатор; 6 – дымосос; 7 – дымовая

труба

2.1.6. Очистка газов при производстве цинка

Цинковая промышленность перерабатывает, в основном, полиметалли-

ческие руды, в процессе обогащения которых получают различные цинковые

концентраты, содержащие Zn – 45-55 %, Pb – 0,2-2,7 %, Cu – 0,5-3 %, Fe – 8-

12 %, S – 30-34 %. Технологическими операциями при переработке цинковых

концентратов, связанными с вредными примесями в отходящих газах, явля-

ются сушка и обжиг концентратов.

102

Очистка газов при сушке концентратов

Влажность цинковых концентратов, поступающих на цинковые заводы

с обогатительных фабрик, составляет 15-20 %, поэтому перед обжигом они

подвергаются сушке во вращающихся сушильных барабанах диаметром 1,5-2

м, длиной 10-12 м, производительностью до 300 т/сут. Температура газов,

поступающих в барабан, 700-800

С, а температура отходящих газов 100-150

С, объем газов 20-30 тыс. м

/ч. С каждой сушилки вынос пыли из барабана

достигает 8-12 %, что составляет 20-40 г/м

. Технологическая схема очистки

отходящих газов сушильных барабанов представлена на рис. 2.9.

Рис. 2.9. Схема очистки газов печей сушки цинковых концентратов: 1 –

топка; 2 – сушильный барабан; 3 – групповой циклон; 4 – сухой электро-

фильтр; 5 – дымосос; 6, 8, 9 – шнеки; 7 – ленточный конвейер; 10 – шлюзовая

камера

В качестве первой ступени обычно используются батарейные циклоны,

в которых улавливается до 70-80 % пыли. Тонкая очистка газов производится

в рукавных тканевых фильтрах и в сухих электрофильтрах со степенью очи-

стки 98-99,5 %. После такой пылеочистки концентрация пыли в газах не пре-

вышает 0,02-0,04 г/м

Тонкая очистка газов может осуществляться в мокрых скрубберах (в

настоящий момент такая схема проходит испытания). В этом случае достига-

ется дополнительное улавливание серной и сернистой кислот, ионов хлора,

фтора и др., что, однако, вызывает необходимость применения коррозионно-

стойких материалов для газоочистного оборудования.

Очистка газов при обжиге концентратов

Основными видами технологических газов, содержащих пыль и под-

вергающихся очистке при обжиге, являются газы обжиговых печей кипящего

слоя (КС) и газы трубчатых печей (вельц-печей), которые характеризуются

высокой температурой и запыленностью.

103

Высокая температура газов характерна для всего газового тракта пыле-

очистительной системы печей КС: так температура газов перед циклонами

450-550

С, на входе в электрофильтры – 300-400

С, на выходе из них – 260-

360

С.

В трубчатых печах температура газов на входе в кулер составляет 300-

500

С, на входе в рукавные фильтры 90-110

С, на выходе из них 50-80

С.

Общее количество газов из печей достигает 15-20 тыс. м

/ч.

Пыль цинковых печей мелкодисперсная, средний размер частиц 1,5-3,0

мкм. Пылевынос из печей составляет 30-40 %. Характеристика газов печей

цинкового производства приведена в табл. 2.5.

Таблица 2.5 – Характеристика газов печей цинковых заводов

Агрегат

Характеристика газов на вы-

ходе из

агрегата

Запылен-

ность газов

перед тон-

кой очист-

кой, г/м

Содержание ме-

таллов в пыли из

уловителей тонкой

очистки, г/м

(по

массе)

Темпе-

ратура,

Запылен

ность,

г/м

Состав,

% (по

объему)

Обжиго-

вые печи

КС

850-900 60-130

(перед

цикло-

ном)

9-14 2-5 Zn 40÷45

Cu 1÷2

Cd 0,3÷0,7

Pb 1÷4

общ

Трубча-

тые печи

500-700 100-110 СО

15-

20-40 Zn 60÷70

Cu 0,2÷0,4

Cd 0,5÷1

Pb 5÷15

Очистка отходящих газов печей КС

Высокая температура газов обжиговых печей КС вызывает необходи-

мость их предварительного охлаждения, которое может осуществляться либо

в охладительных стояках, либо в котлах-утилизаторах. При этом отличаются

и схемы газоочистки.

В стояках-кондиционерах газы охлаждаются до температуры 400-500

С с последующей грубой очисткой в циклонах и тонкой очисткой в элек-

трофильтрах (рис. 2.10). Охладительные стояки диаметром 1200-1400 мм

имеют длину (высоту) 20-30 м. В связи с повышенным содержанием в газах

104

серы на металлических поверхностях стояков образуются серные (сульфат-

ные) корки, которые стряхиваются с помощью вибраторов. Стенки стояков

охлаждаются воздухом. Применение воды в этом случае исключено, так как

при этом возможна конденсация паров с замазыванием стояков.

В качестве первой ступени очистки газов применяются циклоны СИ-

ОТ, реже «НИИОГаз», по 2-4 циклона на печь

, после которых отходящие га-

зы охлаждаются до 300-400

С, имеют запыленность 3-6 г/м

и подаются для

тонкой пылеочистки в электрофильтры. В целях недопущения конденсации

паров серной кислоты и возможности коррозии металлических элементов

фильтров температура газов в электрофильтрах должна быть не ниже 220-240

С. Скорость газов в фильтрах составляет 0,5-0,6 м/с. Исходя из этого осуще-

ствляется выбор типа электрофильтров и устанавливается их режим работы.

Запыленность газов после фильтров составляет 0,1-0,25 г/м

Рис. 2.10. Схема очистки газов печи КС для обжига цинковых концен-

тратов: 1 – ленточный конвейер; 2 – печь КС; 3 – бункер промежуточный; 4 –

шнек; 5 – загрузочная камера; 6 – форкамера; 7 – камера охлаждения огарка;

8 - холодильник кессонированный для охлаждения газов; 9 – циклоны; 10 –

сухой электрофильтр; 11 – дымосос; 12 – шнек; 13 – шлюзовой затвор; 14 –

желоб смыва огарка; 15 – трубы теплосъема

В последнее время в цинко-обжиговых печах кипящего

слоя вместо

пылевой камеры, стояков и одной ступени циклонов устанавливается котлы-

утилизаторы туннельного типа (рис. 2.11), в которых наряду с охлаждением

отходящих газов и выработкой пара за счет использования их тепла проходит

очистка от пыли, причем степень улавливания достигает 70-80 %. В даль-

нейшем грубая пылеочистка газов производится в циклонах, а тонкая – в

су-

хих электрофильтрах. В конечном счете степень очистки газов от обжиговых

печей цинкового производства достигает 99-99,5 %.

105

Рис. 2.11. Схема обеспыливания отходящих газов печей КС цинкового

производства с котлом-утилизатором: 1- печь; 2- пылевая камера; 3 – тун-

нельный котел-утилизатор; 4 – группа циклонов; 5 – вентилятор; 6 – сухой

электрофильтр

Очистка газов вращающихся трубчатых (вельц) печей

Процесс обжига в вельц-печах сводится к обработке материала в смеси

с восстановителем – коксиком, которая проходит по реакциям

ZnO + C = Zn + CO,

2CO + O

= 2CO

При избытке кислорода возможно повторное окисление цинка 2Zn +

= 2ZnO над слоем шихты и его унос потоком газов, выход которых со-

ставляет 5-10 тыс. м

/ч, температура на выходе из печей 500-700

С, а запы-

ленность 100-110 г/м

. Пылегазовый поток от вельц-печи направляется в

трехступенчатую систему пылеулавливания, состоящую из пылеосадитель-

ной камеры, поверхностных газовых холодильников-кулеров и тканевого

фильтра (рис. 2.12).

Рис. 2.12. Схема очистки отходящих газов печей вельцевания: 1 – труб-

чатая печь; 2 – воздушные холодильники; 3 – тканевый фильтр; 4,6 – шнеки;

5 – дымосос; 7 – устройство для обогащения клинкера

Температура газов на входе в охладители составляет 300-500

С, на

входе в рукавные фильтры 100-170

С с запыленностью 20-40 г/м

. Пыль со-

держит до 60 % цинка и 12 % свинца, размер ее частиц ~1 мкм. Для снижения

температуры газов перед подачей в рукавные фильтры на 200-400

С их раз-

106

бавляют атмосферным воздухом. В качестве фильтрующей ткани в рукавных

фильтрах применяются ткани нитрон и ЦМ, работающие при температурах

100-130

С. Степень улавливания пыли достигает 99-99,8 %. Газовая нагрузка

на фильтр составляет 50-70 м

/м

⋅ч.

Применение в качестве тонкой очистки в таких системах сухих элек-

трофильтров нецелесообразно ввиду повышенного удельного электросопро-

тивления пыли и необходимости предварительной подготовки газов. При

гидрометаллургической переработке уловленной пыли возможно применение

мокрых методов очистки с установкой скрубберов Вентури и мокрых элек-

трофильтров. Однако широкого распространения такие схемы в промышлен-

ности

пока не получили.

Контрольные вопросы

1. Как обеспыливают отходящие газы агломерационных машин?

2. Способы борьбы с вредными газами шахтных печей

3. Очистка газов купеляционных печей и шлаковозгонки

4. Очистка газов, выделяющихся при переработке вторичного сырья

5. Как обеспыливают отходящие газы печей кипящего слоя?

6. Как очищают газы вращающихся трубчатых печей?

Лекция 15

План лекции

1. Очистка газов при выплавке меди

2. Очистка газов при производстве никеля

2.1.7. Очистка газов при выплавке меди

Для плавки меди используются, в основном, отражательные, шахтные и

руднотермические печи. К основным пиротехнологическим операциям при

получении меди относятся:

а) сушка медных концентратов;

б) обжиг концентратов для удаления серы;

в) агломерация концентратов для окускования шихты при плавке в

шахтных печах;

г) плавка шихты в плавильных печах с получением медных штейнов;

д) конвертирование медных штейнов с получением черновой меди;

е) огневое рафинирование черновой меди с получением медных анодов

для электролиза.

При осуществлении каждой из этих операций выделяются значитель-

ные количества газов, содержащие пыль и сернистый ангидрид. Состав газов

107

и их запыленность зависят от вида исходного сырья при выплавке меди. В

зависимости от этого технология получения меди, а следовательно, и схемы

очистки газов различны. Особенности состава отходящих газов и пыли меде-

плавильных заводов является наличие в них сернистых газов и элементарной

серы, что вызывает определенные проблемы в разработке и эксплуатации

пылегазоочистных систем (табл. 2.6).

Очистка газов при сушке концентратов

Медные, пиритные и другие концентраты, полученные при обогащении

руд, содержат до 15-20 % влаги. Производить переработку и плавку концен-

тратов с такой влажностью нецелесообразно ввиду увеличения количества и

скоростей потока отходящих газов и повышения их коррозионной способно-

сти. Допустимое содержание влаги в шихте зависит от вида технологической

переработки и не должно превышать 10-12 %.

Удаление влаги из концентратов до указанной величины для дальней-

шей их агломерации или грануляции с последующей плавкой в шахтных пе-

чах осуществляется в барабанных сушильных установках. Для плавки кон-

центратов во взвешенном состоянии удаление влаги до остаточной 0,5-1,0 %

производится в трубах-сушилках.

Барабанные сушилки, применяемые для сушки концентратов, противо-

точного типа. В

качестве сушильного агента используются топочные дымо-

вые газы, поступающие в барабан с температурой 700-800

С. Температура

отходящих из сушилки газов составляет 150

С. Скорость движения газов по

длине барабана 2-3 м/с, а пылевынос материала с отходящими газами дости-

гает 10 % или 3-4 т/ч.

Сушка медных концентратов в трубе-сушилке производится в верти-

кальной трубе топочными газами с температурой 300-500

С. Сушка проис-

ходит во взвешенном состоянии при скорости газов в трубе 30-40 м/с.

Очистка отходящих газов из сушилок от пыли осуществляется, в ос-

новном, по двухступенчатой схеме: циклоны – сухие горизонтальные элек-

трофильтры (рис. 2.13,

а). Особенностью очистки газов по этой схеме являет-

ся повышенная возгораемость и взрывоопасность уловленной сухой пыли.

Это обстоятельство вызывает необходимость принятия дополнительных мер,

в частности, установления особого режима работы электрофильтров.

В последние годы стали применяться мокрые методы очистки по схе-

ме: группа циклонов из 4-6 штук – скруббер Вентури (рис. 2.13,

б). Уловлен-

ная в циклонах пыль подается в сушилку в узел разгрузки, пульпа после

скруббера направляется в сгустители на отстаивание. Степень улавливания

пыли в групповом циклоне составляет 70-80 %, в скруббере 95-98 %, во всей

системе в среднем 99-99,5 %.

108

Таблица 2.6 – Характеристика технологических газов и пылей ме-

деплавильных заводов

Виды металлурги-

ческих агрегатов

На выходе из агрегата Запылен-

ность газов

перед ап-

том тонкой

очистки,

г/м

Содержание

металлов в

пыли тонкой

очистки, %

(по массе)

Темпе-

ратура,

Запылен-

ность, г/м

Содержание,

% (по массе)

Переработка первичного сырья

Сушилки медны

тратов

150-250

20-30

– 0,2÷0,4;

– 3,1;

CO – 0,3

5-20

Cu – 11÷12;

общ

– 16÷20

Обжиговые печи:

- многоподовые

- кипящего слоя

500-600

650-800

35-40

1000-1300

– 6-9

– 12-15

12-20

10-40

Cu – 12÷15;

Pb – 2÷3;

Zn – 2÷7;

S – 12,0

Шахтные печи 350-550 10-15 SO

– 4,0-5,5 3-6 Cu – 3÷15; Pb

– 6÷10; Zn –

8÷20; As –

2÷15

Отражательные печи 300-400 5,0-12,0 SO

– 1-2,5

СО

– 7,0

1-5 Cu – 1÷5; Pb

– 4÷10; Zn –

10÷30

Конвертеры 900-

1000

- SO

– 6÷7,5 1-6 Cu – 5÷25; Pb

– 10÷30; Zn –

5÷20

Электропечи 400-700 10-15 SO

– 1,8÷4,0 5-7 Cu – 15÷20;

Pb – 10÷15;

Zn – 5÷10

Печи взвешенно

(КФП)

1100-

1200

до 400 SO

– 70÷75 20-50 Cu – 17÷21;

Pb – 1,4; Zn –

2,5

Переработка вторичного сырья

Шахтные печи 600-650 - SO

– 2-3

4-7 Cu – 0,5-1; Pb

– 10÷15; Zn –

60÷65

Конвертеры 320-350 - -

3-20 Cu – 0,5-1; Pb

– 15; Zn – 55;

Sn – 10

Медно-серные заводы

Шахтные печи 420-450 3,5-4,0

(до 15)

СO

– 13÷19

– 1,5÷2,0

СS

, СОS до

220 г/м

- Cu – 1,5÷2,0;

Pb – 1,5÷2,0;

Zn – 1÷3,0;

общ

– 25÷30

109

Рис. 2.13. Схема очистки газов сушильных установок медных концен-

тратов: а) сухая очистка; б) мокрая очистка: 1– сушильный барабан; 2– груп-

па циклонов; 3 – скруббер Вентури; 4 – дымосос; 5 – труба; 6 – сухой элек-

трофильтр

Несмотря на высокую степень очистки газов, остаточное содержание в

них пыли остается значительным и достигает 0,5 г/м

. Общие выносы пыли

из сушильных установок при этом составляют сотни и тысячи тонн. Это объ-

ясняется высокой начальной концентрацией пыли в газах, высоким содержа-

нием водяных паров (до 170 г/м

) и низкой при этом точкой росы (60-65

С),

что вызывает конденсацию паров, замазывание газоходов и циклонов.

Очистка газов при агломерации шихты

Для переработки медной шихты в шахтных печах ее подвергают пред-

варительному окусковыванию агломерацией или гранулированием с после-

дующей прокалкой агломерата и гранул.

Для очистки газов агломерационных машин медеплавильных заводов,

работающих по принципу «дутья снизу», применяются системы с двухсту-

пенчатым пылеулавливанием: пылеосадительная камера или циклон и сухой

электро- или рукавный фильтр (

рис. 2.14).

Очищенный от пыли газ, содержащий до 6-8 % SO

, направляется в цех

получения серной кислоты, а уловленная пыль возвращается на агломера-

цию. Общая степень пылеулавливания в системе составляет 98-99 %.

При переработке медной шихты в руднотермических печах и конвер-

терах производится предварительное ее окатывание в тарельчатых грануля-

торах и грануляция с последующей сушкой и прокалкой гранул. Для улуч-

шения технологических свойств

гранул в шихту добавляется сухая пыль,

флюсы, связующие вещества, глина и др. Сушка таких гранул с влажностью

10-12 % и прочностью при раздавливании 1-2 кг осуществляется в печах

фильтрующего слоя топочными газами при температуре 150-160

С.

110

Рис. 2.14. Схема очистки агломерационных газов медного производст-

ва: 1 – агломашина; 2 – зажигательный горн; 3 – пылеосадительная камера; 4

– тканевый фильтр; 5 – дымосос; 6 – форкамера

Очистка газов установок по грануляции и сушки гранул производится

мокрым способом, для чего отходящие газы направляются вначале в инерци-

онный пылеуловитель, а затем в 1-2 скруббера ударного действия. Уловлен-

ная в пылеуловителе пыль,

а также слив из скруббера подаются в сборный

бак, где происходит расслоение и отстаивание смеси. Осветленная вода слива

снова используется для орошения скрубберов, и сгущенный осадок подверга-

ется фильтрованию и сушке.

Общая степень очистки газов составляет около 98 %. Очищенные от

пыли газы с остаточным содержанием до 0,1 г/м

выбрасываются в атмосфе-

ру.

Очистка газов при обжиге медных концентратов

Обжиг производится с целью удаления из обжигаемой шихты серы пу-

тем окисления сульфидов меди, железа и других металлов по реакции MeS +

1,5O

= MeO + SO

с переводом серы в газообразное состояние. Такой обжиг

высокосернистых медных концентратов позволяет получать при плавке огар-

ка более обогащенный штейн, а газы с повышенной концентрацией диоксида

серы использовать для производства серной кислоты. По современной техно-

логии обжиг медных концентратов производится в печах кипящего слоя. Ре-

жим обжига, заключающегося в подаче

в слой материала сжатого воздуха

под давлением до 600 кПа, характеризуется температурой в слое материала

750-800

С, высотой кипящего слоя до 1,5 м. Содержание серы в обожженном

материале составляет 13-15 %, а SO

в отходящих газах – 11-12,5 %, повыша-

ясь до 16-17 % при применении кислородного дутья. При этом в пыли отхо-

дящих газов содержится до 10 % меди и 12-16 % серы.

Система очистки отходящих газов печей кипящего слоя при обжиге

медных концентратов включает теплообменные аппараты и пылеосадитель-