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

Подождите немного. Документ загружается.

131

Рис. 2.25. Технологическая схема обжига никелевого концентрата на

комбинате «Североникель»: 1 – сгуститель; 2 – барабанный вакуум-фильтр; 3

– бункер с тарельчатым питателем; 4 – печь КС; 5 – котел-утилизатор; 6 –

групповой циклон; 7 – эксгаустер; 8 – сухой электрофильтр; 9 – трубчатая

печь; 10 – холодильник

При обжиге никелевого файнштейна огарок, полученный в печах ки-

пящего слоя, в зависимости от содержания в нем меди (до 2,5 %) направляет

ся на хлорирующий обжиг в трубчатую печь диаметром 2-2,2 м и длиной 10-

12 м. Температура огарка при выгрузке из печи КС 800- 850

С, температура

хлорирующего обжига в трубчатой печи 750

С.

В качестве хлорирующего реагента используется сильвинит. Пылевы-

нос с газами из трубчатой печи составляет 3-4 % от массы обжигаемого ма-

териала. Для очистки от пыли эти газы поступают в основную газоочистную

систему печи КС. В зависимости от технологии и требований санитарии пы-

леочистка отходящих газов трубчатой печи может осуществляться в само-

стоятельной

пылеочистной системе. В этом случае набор в системе пыле-

улавливающих аппаратов аналогичен пылеочистке газов печи КС.

Контрольные вопросы

1. Способы очистки газов при выплавке меди из первичного сырья

2. Как очищают газы при выплавке меди из вторичного сырья?

3. Особенности очистки газов на медно-серных заводах

4. Свойства газов и пылей никелевого производства

5. Схемы, применяемые для очистки газов при производстве никеля

132

2.2. Очистка газов в производстве глинозема и легких металлов

Лекция 16

План лекции

1. Очистка газов при производстве глинозема

2. Характеристика выбросов. Очистка газов при электролизе алю-

миния

3. Недостатки в работе газоотсасывающих систем

4. Очистка газов при выплавке кремния и силумина

2.2.1. Очистка газов при производстве глинозема

Основным сырьем для производства глинозема являются бокситы, не-

фелины, реже алуниты. В современной глиноземной технологии наибольшее

распространение получили два способа производства: мокрый гидрохимиче-

ский (способ Байера) и сухой. Мокрый способ основан на обработке глино-

земсодержащей шихты щелочными растворами NaOH, Na

в автоклавах

при температуре 200-230

С и давлении 2-3 МПа, с переводом Al

в водо-

растворимый NaAl(OH)

. Этот способ характеризуется незначительными пы-

легазовыбросами и большими объемами пульповых отходов в виде «красно-

го» шлама.

Сухой способ заключается в спекании тонкоизмельченной шихты из

боксита или нефелиновой руды и известняка с добавкой оборотных содовых

растворов во вращающихся печах при температуре 1250-1300

С с образова-

нием водорастворимого Na

O⋅Al

и выводом из состава в отходы SiO

виде нерастворимого CaO⋅SiO

Сухой способ производства глинозема связан с выделением больших

объемов сильно запыленных газов. Основными технологическими передела-

ми производства глинозема, сопровождающимися пылегазовыми выбросами,

являются спекание и кальцинация. Значительные выбросы пыли с отходящи-

ми газами происходят также при обжиге цементного клинкера в составе гли-

ноземного производства с использованием отвальных красного или нефели-

нового

шламов.

Характеристика газов глиноземного производства представлена в табл.

2.8.

Химический состав пыли в отходящих газах глиноземных печей обу-

словлен составом исходной шихты. В пыли присутствуют SiO

, CaO, Al

O и др. Пыль тонкодисперсная: более 60 % частиц имеют средний размер

менее 20 мкм. Высокая концентрация пыли в отходящих газах и ее дисперс-

ный состав вызывают необходимость создания многоступенчатой системы

очистки таких газов.

133

Таблица 2.8 – Количество и состав газов печей глиноземного про-

изводства

Источник газов

Объем газов

от одного

агрегата,

/ч

Температура га-

зов,

Концен-

трация

пыли на

выходе из

печи, г/м

Состав га-

зовой фазы,

Печи

спекания

100-300

250-300

40-150

СО

– 25-30

О – 17-20

СО, О

–

– 0,5-0,8

Печи кальцинации 10-72 280-340 200-700 - «-

Вращающиеся печи

обжига цементного

клинкера (при не-

фелине)

400-600

220-280

30-80

- « -

На действующих предприятиях по производству глинозема применя-

ются различные системы очистки, схемы которых представлены на рис. 2.26.

Отходящие газы печей спекания подвергаются очистке, как правило, по

трехступенчатой схеме. Предварительная очистка газов производится в пы-

леосадительных камерах, затем газы направляются в групповые (обычно ЦН-

24) или батарейные циклоны. Степень очистки газов в этих

аппаратах со-

ставляет 85-87 %. Тонкая очистка газов осуществляется в сухих горизонталь-

ных 2-3-польных электрофильтрах (по одному на линию). Пылеочистная сис-

тема работает под разрежением. При степени очистки газов после электро-

фильтра 98-98,5 % остаточное содержание пыли составляет 1-2 г/м

. Улов-

ленная пыль из бункеров пылеосадительных устройств по системе шнеков

вновь возвращается в печь на спекание. При таких параметрах пылеочистки

не всегда достигаются санитарные нормы очистки газов, поэтому в ряде слу-

чаев для дополнительной очистки устанавливают полые форсуночные скруб-

беры (см. рис. 2.26), орошаемые по замкнутому циклу водой или слабоще-

лочными

растворами. Образующаяся при этом пульпа направляется в отде-

ление приготовления шихты для спекания. Общий суммарный коэффициент

очистки по такой схеме обычно составляет 99,5-99,8 % при содержании пыли

в уходящих газах около 0,2 г/м

Иногда часть очищенных газов от печей спекания используют для кар-

бонизации. В этом случае их очистка производится по эффективной двухсту-

пенчатой схеме: полый скруббер – мокрый электрофильтр трубчатого или

пластинчатого типа. Содержание пыли в газе после мокрого электрофильтра

составляет 0,02-0,1 г/м

134

Рис. 2.26. Схемы очистки газов глиноземного производства: а – сухая

с использованием электрофильтра; б – мокрая с использованием полого

форсуночного скруббера; в – комбинированная с использованием сухого

электрофильтра и полого форсуночного скруббера; г – мокрая с использо-

ванием насадочного скруббера и мокрого электрофильтра; 1 – печь; 2 – пы-

левая камера; 3 – батарейный или групповой циклон; 4 – дымосос; 5 – сухой

электрофильтр; 6 – дымовая

труба; 7 – насадочный скруббер; 8 – полый

форсуночный скруббер; 9 – мокрый электрофильтр

На глиноземных заводах, работающих по нефелиновой технологии, ос-

новным источником пылевыделения являются вращающиеся барабанные пе-

чи спекания. Это высокопроизводительные агрегаты, размером ∅50х185 м, с

объемом отходящих газов из печи до 600 тыс. м

/ч и запыленностью до 80

г/м

. Такие же характеристики имеют и вращающиеся печи для обжига це-

ментного клинкера на основе отходов – нефелинового шлама, находящиеся в

структуре глиноземного предприятия, например, Ачинского глиноземного

комбината. Очистка газов от вращающихся печей происходит сначала в пы-

леосадительных камерах, а затем в горизонтальных трех- или четырехполь-

ных сухих электрофильтрах. Температура газов на

выходе из печи 220-250

С, в электрофильтре 180-200

С. При скорости газового потока в активной

зоне электрофильтра 1-1,2 м/с обеспечивается степень улавливания пыли 98-

99 %.

Последующим технологическим переделом производства глинозема,

характеризующимся высокой запыленностью отходящих газов, являются пе-

чи кальцинации гидроксида алюминия. В зависимости от производительно-

сти печи кальцинации выбрасывают 10-75 тыс. м

/ч отходящих газов с запы-

ленностью 200-700 г/м

при температуре до 340

С. Схема очистки газов от

печей кальцинации аналогична схеме очистки газов печей спекания бокситов

(рис. 2.27).

135

Рис. 2.27. Схема очистки газов печей спекания; 1 – сухой горизонталь-

ный электрофильтр; 2 – дымосос; 3 – полый форсуночный скруббер; 4 – на-

сос; 5 – противоточный насадочный скруббер (холодильник); 6 – мокрый

электрофильтр

Пылегазовый поток из печи проходит пылеосадительную камеру и на-

правляется в групповой циклон, состоящий, как правило, из двух пар после-

довательно установленных батарейных циклонов диаметром 250 и 150 мм.

При

исходной концентрации пыли в газах 200-700 г/м

после группового ци-

клона ее остается около 12-25 г/м

Степень очистки при этом достаточно высока и составляет 95-96 %.

Тонкая очистка газов печей кальцинации осуществляется в сухих электро-

фильтрах. Скорость газов в них рекомендуется поддерживать на уровне 0,5-

0,7 м/с. Остаточное содержание пыли в газе составляет около 0,1 г/м

, что

указывает на высокую общую степень очистки.

В ряде случаев применяется мокрая очистка газов печей кальцинации,

которая включает в себя цепочку: печь – пылеосадительная камера – группо-

вой циклон – дымосос – скруббер – дымовая труба. Скруббер орошается во-

дой, циркулирующей по замкнутому контуру. При достижении заданной

концентрации в пульпе твердых частиц (~400 кг/м

) пульпу фильтруют, а по-

лученный кек, содержащий глинозем, возвращают в печь на кальцинацию.

Остаточное содержание пыли в газах около 0,2 г/м

Для этой схемы присущи все те недостатки, свойственные мокрым спо-

собам очистки газов, в частности необходимость организации водного хозяй-

ства; образование, транспортирование и использование шламовых пульп;

эксплуатация фильтровальных аппаратов и т.п. Все это удорожает установку

и усложняет ее работу.

136

2.2.2. Очистка газов при производстве алюминия

Процесс получения алюминия основан на электролизе глинозема, рас-

творенного в расплавленном электролите, в качестве которого используют

криолит Na

AlF

Температура плавления электролита 935-950

С. В расплаве глинозем и

криолит диссоциируют на ионы Аl

, осаждающиеся на катоде, и ионы О

разряжающиеся на аноде. При электролизе криолит-глиноземных расплавов

в электролите расходуется только глинозем.

В промышленности применяются три типа электролизных ванн: ванны

с самообжигающимися анодами при верхнем или боковом токоподводе и

ванны с обожженными анодами. Электролитическое производство алюминия

характеризуется выделением в атмосферу больших количеств вредных газов,

содержащих фтористый водород, сернистые соединения,

оксид углерода,

смолистые вещества, пыль, которая состоит из частиц глинозема, фтористых

солей и угля. Значительная часть этих газов, а также тепла попадает в атмо-

сферу цеха, что вызывает необходимость организации интенсивной вентиля-

ции рабочих зон. Количество газов, выделяющихся из электролизеров одного

корпуса, достигает 160-200 тыс. м

/ч, большая часть которых выбрасывается

в окружающую среду.

Особенностью алюминиевого производства является высокая токсич-

ность всех выбросов. Для многих из них установлены жесткие требования

предельно-допустимых концентраций (ПДК).

Токсикологическая характеристика выделений при электролизе приво-

дится ниже:

глинозем при длительном контакте может вызывать хронические по-

ражения дыхательных путей, пневмокониоз, фиброз и

другие заболевания.

ПДК глинозема в рабочей зоне составляет 6 мг/м

, а в атмосферном воздухе –

0,01 мг/м

;

криолит ухудшает состав крови, а при систематическом воздействии на

организм человека вызывает заболевания костей и зубов. ПДК криолита в

рабочей зоне 1,0 мг/м

, а в атмосферном воздухе – 0,3 мг/м

;

фториды алюминия (AlF

), натрия (NaF) и кальция (CaF

) – компонен-

ты электролиза – весьма токсичны, относятся к ядовитым веществам, пора-

жают центральную нервную систему, кишечно-желудочный тракт. ПДК их в

рабочей зоне составляет 1 мг/м

, а в воздухе – 0,03 мг/м

;

пыль анодной массы при длительном воздействии на человека может

вызывать заболевания легких, а наличие в смолистых веществах бензопирена

– доброкачественные и злокачественные новообразования. Даже разовые

воздействия смолистых веществ могут привести к покраснению кожи, голо-

вокружению, кашлю и пр. ПДК углеродистой пыли анодной массы в рабочей

137

зоне – 6 мг/м

, летучих веществ – 0,5 мг/м

; бензопирена – 0,00015 мг/м

; а в

окружающей среде: пыли – 0,5 мг/м

, бензопирена – 0,1 мг/100 м

;

обожженные аноды, прошедшие предварительную прокалку на элек-

тродных заводах, практически не выделяют смолистых продуктов, только

смесь СО и СО

. ПДК на СО в рабочей зоне составляет 20 мг/м

, а в атмосфе-

ре – 3,0 мг/м

; по СО

ПДК не установлены;

диоксид серы (SO

) оказывает общетоксическое и раздражающее дей-

ствие, вызывает сухой кашель, боль в горле, поражения легких. Его ПДК в

рабочей зоне – 10 мг/м

, а в окружающей среде – 0,05 мг/м

Присутствуют в составе выбросов и другие соединения меньшей ток-

сичности.

Твердые отходы алюминиевого производства также представляют со-

бой источники загрязнения окружающей среды. К ним относятся: производ-

ственные потери сырья, пыль с аспирационным воздухом и отходящими га-

зами, угольная пена с поверхности электролита, отходы от переработки и ре-

генерации криолита, отработанная

футеровка подин электролизеров и др.

В зависимости от класса отходов и их токсичности заводы выплачива-

ют значительные суммы штрафов за газовые выбросы и размещение твердых

отходов на хранение.

Безусловно, огромные объемы выбросов и их высокая токсичность оп-

ределяют требования к технологии электролиза алюминия, технике очистки

выбрасываемых газов и утилизации твердых и

жидких отходов производства.

Характеристика выбросов

Состав отходящих газов алюминиевого производства и концентрация в

них вредных веществ зависят от конструкции электролизеров (табл. 2.9,

2.10).

По некоторым данным в течение цикла работы электролизера (его за-

грузки сырьем, обработки ванны и выборке алюминия) выделяется в час до

115 кг СО, 71 кг F

и 0,2 кг SО

, что сопряжено с большой загазованностью

рабочих мест и окружающей территории, безвозвратной потерей дорого-

стоящего фтора и т.п.

Дисперсный состав пыли также зависит от типа электролизера. Так, у

электролизеров с боковым токоподводом около 70 % пыли имеет средний

размер частиц более 20 мкм, а у электролизеров с верхним токоподводом

пыль еще дисперснее: 70 % частиц

пыли размером до 10 мкм.

138

Таблица 2.9 – Характеристика газов электролизеров (на 1 т алю-

миния)

Тип

электролизера

Удельный объ-

ем отходящих

газов, м

/т

Выбросы, кг

Фтористые

соединения

Сернистые

соединения

Смо-

лис-

тые

соеди-

нения

Пыль

С самообжи-

гающимися

анодами:

боковой то-

коподвод

6,1⋅10

20 10,8 11,0 85

верхний то-

коподвод

3,3⋅10

20,4 11,4 1,3 33

Электролизер

с обожжен-

ными анодами

4,6⋅10

19,9

11,7

Таблица 2.10 – Выбросы алюминиевых электролизеров, мг/м

Электролизер Примеси

С самообжигающимися анодами: HF Смола Пыль

боковой токоподвод 15-25 10-20 100-200

верхний токоподвод 200-300 20-50 200-500

Электролизер с обожженными

анодами

10-25

100-200

Различается и минералогический состав пыли. В пыли ванн с самооб-

жигающимися анодами содержится 10-25 % Al

; 15 % AlF

; 10 % NaF; до

10 % углерода и 10-20 % смолистых веществ. У электролизеров с обожжен-

ными анодами 50-60 % Al

; 17 % AlF

; 10 % NaF и до 13 % углерода.

Выделение пыли происходит в основном при загрузке глинозема из си-

лосов в бункера электролизеров, а также при пробивании электролитной кор-

ки с находящимися на ней для просушки и подогрева порошкообразными ис-

ходными материалами шихты.

Таким образом, с точки зрения экологии, более рациональной является

эксплуатация электролизеров с обоженными

анодами, так как в этом случае

уменьшаются выбросы газов, подвергающихся дальнейшей очистке, снижа-

ется до минимума содержание в газах продуктов коксования и горения ка-

139

менноугольного пека вследствие того, что эти процессы уже прошли при об-

жиге электродного анода на электродном заводе.

Очистка газов

На выбор системы газоочистки алюминиевых электролизеров решаю-

щее значение оказывают два фактора: большое количество газов, подлежа-

щих очистке, и наличие в выбросах самых различных веществ (фтор, оксид

серы, смолы, пыль), характеризующихся самыми разными свойствами. Фтор

в выбросах присутствует в виде НF, фторидов металлов, кремнефтористых

соединений и т.п. При этом

фтор в результате фазовых превращений может

образовывать большое количество химических соединений различных

свойств и агрегатного состояния.

Первоначально для очистки отходящих газов электролизных ванн с са-

мообжигающимися анодами были применены форсуночные скрубберы с на-

садкой из колец Рашига. Затем были использованы схемы с пенными аппара-

тами. Однако обе эти системы газоочистки оказались

малонадежными и низ-

коэффективными. Более эффективным стало применение полого скоростного

форсуночного скруббера, в котором скорость газов составляет 4-6 (иногда до

8) м/с. С увеличением скорости газа эффективность улавливания пыли и

фтористого водорода повышается до 97-98 %. При этом поглощение HF со-

довым раствором происходит по реакции

2HF + Na

= 2NaF + H

O + CO

а улавливание пыли возрастает вследствие ее смачивания, коагуляции и оса-

ждения.

Степень очистки повышается не только благодаря увеличению скоро-

сти, но и в результате возрастания плотности орошения 5 %-м содовым рас-

твором. Однако повышение интенсивности орошения вызывает увеличение

каплеуноса, усложняет возможность сепарации капель из газового потока,

вызывает необходимость применения жалюзийных вертикальных

каплеуло-

вителей. Такая схема очистки газов показана на рис. 2.28, а.

Промышленные испытания работы одноступенчатой схемы газоочист-

ки со скоростным скруббером дали следующие результаты:

скорость газа в скруббере, м/с 4-5

плотность орошения, м

/(м

⋅

ч)

35-40

степень очистки, %, от

- фтористого водорода 97-98

- пыли 80-85

- смолы 70-75

140

гидравлическое сопротивление

скруббера, Па

450-600

Полученные результаты показывают, что эффективность улавливания в

скоростном скруббере фтористого водорода удовлетворительна, а очистка от

пыли и смолы крайне низкая. Тем не менее, на основании этой одноступен-

чатой схемы создана принципиальная схема очистки газов алюминиевых

электролизеров и регенерации криолита (рис. 2.29).

Рис. 2.28. Схемы очистки отходящих газов алюминиевых электроли-

зеров: а – одноступенчатая схема; б – двухступенчатая схема; 1 – электроли-

зеры; 2 – дымосос; 3 – полый форсуночный скруббер; 4 – каплеуловитель; 5

– сухой электрофильтр; 6 – дымовая труба; 7 – скруббер с плавающей на-

садкой

Рис.2.29. Принципиальная схема очистки газов алюминиевых

электролизеров и регенерации криолита