1、doc熔铝炉烟气除尘技术途径的探讨熔铝炉烟气除尘技术途径的探讨WORLDNONFERROUSMETALS99全国有色金属加工学术会论文集熔铝炉烟气除尘技术途径的探讨洛阳有色金属加工设计研究院摘要通过分析蝽铝妒Y-作粥度及其音尘蝈气的主要特性拉心单元的WLGD除尘工艺进行探讨.1引言有色金属铝加工企业的生产一般从铝及其合金的熔炼开始,所以熔铝炉是铝加工厂的龙头设备.目前,国内的熔铝炉容量在l70t之问,主要的型式有固定式和倾动式,所使用的燃料有天然气,柴油,重油,煤气及电等.在熔炼过程中为防止金属氧化,需加入一定量的覆盖剂(成分主要为氯化钾,氯化钠,冰晶石等).在熔化,搅拌,扒渣等过程中产生含尘
2、烟气,烟气含尘浓度随加料状况不同而不同,原铝料平均在3004O0mg/.在熔化后期约为lO00mg/Nm,当进行残屑复化及再生铝熔化时,含尘浓度将大大增加.烟尘的主要成分为覆盖剂,氧化铝以及燃料燃烧时所生成的烟尘.熔铝炉产生的烟尘属挥发性尘粒,粒径较细,属可吸入颗粒物.能经呼吸气管被吸入人体肺部.危害性较大国际在1997年前对其规定的捧放标准为小于或等于200mg/Nm3.从1997年1月1日起新标准开始实施,要求新建厂熔铝炉烟尘排放浓度必须达到100mg/Naa以下,因而熔铝炉含尘烟气治理是今后的发展趋势,也是铝加工设计的必走之路我院作为全国有色金属加工行业龙头设计单位,进行了熔铝炉烟气除尘
3、的开发工作,经过几年的努力,已初步形成了以雾化冷却塔,刮板电除尘器为核心单元的WLGD除尘工艺2熔铝炉工作制度21熔铝妒工作制度铝加工厂熔铸车间一般配有熔铝炉,保温炉及铸造机(或铸轧机).电解铝及废料等在熔铝炉中熔化后,液体铝液由流槽流入保温炉静置及精炼,后经流槽至铸造机(或铸轧机)进行铸造(或铸轧),最后形成铸锭(或铸轧卷).焙铝炉工作周期主要包括熔化,搅拌,扒渣,转炉等过程,其中熔化周期历时较长,约占整个熔炼周期的四分之三以上,搅拌扒渣阶段麴占整个熔炼周期的四分之一以下.装料后为防止铝的氧化损失,需根据不同炉料的情况加入26的覆盖剂,特铝液熔化后覆盖剂浮于铝液之上,使铝液与空气中的氧隔离.
4、同时,根据不同的台金牌号加入相应的金属.并进行相应的搅拌以使温度均匀等.不同大小的炉子由于熔lO6夕舭雌聃柑协,刮板化能力不同,导致其熔炼周期各不相同,目前一般熔铝炉的熔化能力在28t/h.熔铝炉产生的烟气为燃烧废气,其主要成分的含量根据燃料的不同而不同,燃料在熔化初期消耗较大,搅拌及扒渣时较小.以轻柴油为例,每吨固体料所耗量为5580kg之日.熔铝炉工作时,炉膛烟气温度一般为0l200,铝液温度控制在780C以下熔练初期由于炉料温度较低.园而燃料消耗也较大,随着铝的熔化,热量的传递方法迓渐由对流传热为主转变成辐射传热为主,因而燃料的消耗也逐渐减小,在转炉阶段基本不消耗燃料,燃料用量的变化导致
5、所产生烟气量随其波动,如果炉子连续运转,这种变化是周期性地波动的.2.2烟气特性2.2.1烟气温度与成分熔铝炉运行过程中,为节约能源多采用换热器预热助燃空气,预热温度一般在200450之间,实1删排烟温度在500800之间.烟气成分随燃料不同而有所差异.表l为以重油为燃料燃烧后的烟气成分.表1烟气化学成分f%烟气成分02c02H207523312l94含量22.2含尘浓度烟气含尘浓度随加料状况及工作周期不同而不同,熔化原铝时,由于杂质较少,整个周期内平均浓度较低,图l为熔化能力为4t/h的15t熔铝炉含尘浓度随时闻的变化曲线由图l可以看出,熔化韧期烟气浓度较低,在200600mg/Nm3之间,
6、熔化中期,烟尘浓度增大,熔化后期烟尘浓度减小.当进行残屑复化及再生铝熔化时,含尘浓度将大大增加,但其浓度曲线形式基本一致.22.3烟尘比电阻曲线烟尘比电阻随温度变化曲线见图2.2.24罔尘成分厦其它熔铝炉烟尘主要由氯化钾,氯化钠,三氧化二铝及燃料灰WORLDNONFERROUSMETALS9全国有色金属加工学术会论文集图1浓度随时问变化曲线/圈2蝈尘比电阻随沮度变化曲线份组成,其各项成分百分比受科况,覆盖剂用量,燃料种类等影响,以0轻柴油为燃料的熔铝炉烟尘成分约为:KCI+NaCI40%,Al20340,灰份20%.烟尘其它特性见表2裹2蝈尘特性整垂苎鱼岜耋亘堡塞童fm1iit2cm/g3t/
7、m隹积密序0.3t/3熔铝炉烟气除尘的途径31除尘设备的选择对于高温挥发性尘粒,必须采用高教除尘器,捕集的方法主要有布袋收尘器和电除尘器.针对不同烟气及烟尘除尘过程的复杂程度各不相同,必须综合考虑到烟气的温度,湿度,侵蚀性以及尘粒的性质,同时还要从赊尘效率,处理能力,动力消耗与经济性等几个方面综合考虑.铝及其台金在高温下发生氧化升华,含尘浓度在熔炼周期内波动报太.烟气中含腐蚀性成分,特别是炉料中添加冰晶石成分时,首先要在150以上的高温条件下进行除尘,因为烟气中产生氟化氢气体,在高温条件下被碱中和a当烟气中含有s0时(如果燃料为重油).更需要注意露点温度的影响.袋式除尘器属过滤式除尘器,其利用
8、多孔的袋状过滤元件从含尘气体中捕集粉尘,当含尘气体通过滤料时,主要依靠纤维的筛滤,拦截,碰撞,扩散和静电吸引将粉尘阻留在滤料上.形成一次粉尘层(或称粉尘初层),当滤袋表面积附着的粉尘层厚到一定程度时,便须某种装置对滤袋进行清灰,以保证滤袋持续工作所需的透气性对于熔铝炉烟尘,由于其成分中含有钾盐,钠盐,润湿性较好.极易受潮,因而要达到较好的透气性,必须保证滤袋长久地干燥,要做到这一点几乎是不可能的,在不考虑炉子的工况波动条件下,当炉子停工,检修等情况发生时,粘附在滤袋上的盐类物质势必反潮而结块,使滤袋发生糊袋现象,这样就需要对滤袋进行彻底的更换.因此.袋式除尘器对熔铝炉烟尘而言,是无法正常使用的
9、.电除尘器能够使颗粒从气体中分离出来的基本力是静电引力,当含尘烟气进入电除尘器后颗粒很快带上静电荷,并使它们向与气流方向垂直的带相反电荷的电极迁移,颗粒便聚集在电极上,一般采用震动的方法从电极上清除聚集的颗粒.但熔铝炉除尘使用电除尘器所遇到的最大问题是清灰问题,就雾粉尘粘附于滤袋上一样也会粘附在阳极板上,造成电晕屏障,从而产生反电晕现象,使收尘效率急剧下降刮板式电除尘器很好地解决了粘性粉尘的清灰问题,其结构简图见图3.含尘气体经导流扳进入电场后,在高压静电场的作用下,尘粒荷电并集附在收尘圆板上,圆形收尘扳固定在一根轴上通过减速机带动作缓慢旋转,而粘附在其板面上的尘粒由刮刀将其刮落于灰斗中.刮板
10、式电除尘器阳极系统采用旋转极板刮刀清灰,其刮刀采用柔性材料镶刀,具有自动调整压紧功能,能与旋转极板良好接触,当转动极板时图3刮板式电除尘嚣结构简图l07W0RLDN0NFERRoUSMEr玎S99全国有色金属加工学术会论文集就可将粘性粉尘刮入灰斗内,达到彻底清灰的目的从以上分析可知,由于刮板式电除尘器能报好地解决电除尘器阳极板上粘性粉尘的清灰问题,因而其可用于熔铝炉烟气除尘3.2降沮方法的选择为保证电除尘器有一个合适的工况条件,烟尘的比电阻值较为理想,必颁在烟气进入电除尘前进行降温.墙炉温度制度的不正常,烟气带有腐蚀性,且烟尘中钾盐及钠盐的粘性.导致很难对熔铝炉进行亲热利用.而常采用的冷却方法
11、不外乎以下几种:1.捏以冷空气冷却烟气;2.在烟气表面冷却器中冷却烟气;3.在烟气中喷入水雾进行蒸发以冷却烟气.合理地选择冷却方法,对电除尘器的收尘效率及运行至关重要.采用吸入空气冷却烟气的方法.能使烟气的温度和数量发生变化,其控制及操作较为简单,在烟气温度较低,冷却温度差较小时常采用.但熔铝炉烟气温度初始值较高,需要的冷却温差较大,因而所捏入空气的数量也较大,如将1NBOBC的烟气冷却至2oo,大约需要常温空气3N【I3,这样使量终设备负荷4Nma,从设备投资的角度来讲是极不台理的另一方面,由于烟气温度的降低,使粉尘的比电阻值增高,收尘效率降低.烟气表面冷却器属间接冷却,主要通过热传递实现热
12、量的转换-其前提条件是要有较高的间壁传热系数,但熔铝炉烟尘中钾盐,钠盐粘性较大,必然粘附于换热器表面,使其热阻急剧增大,传热效率急剧下降,且粘附的粉尘也将产生一定的腐蚀,因而这种冷却方法也是不适用于熔铝炉烟气的.雾化冷却属直接狰却的方式.其原理是利用高压泵将水加压后由喷头喷出-水被喷成极小的水清(水雾,直径大约200pm左右)-具有极太比表面积的水雾,在高温烟气中迅速汽化,同时吸收太量的热量.使烟气达到降温的月的.从水的性质我们可以知道.其汽化潜热达2257kJ/kg,因而利用雾化冷却的方法,可以以较小的水量达到较大的降温目的.另一方面,冷却后的烟气由于大量水蒸汽的存在.使烟尘表面得到充分的润
13、湿,从而降低了烟气中尘粒的比电阻值,使电收尘器能在一个较高的除尘效率下运行3.3WLGD除尘系统工艺流程综合设备选择及降温方式,设计了以雾化冷却塔及刮扳式电除尘器为核心单元的1tl,-D除尘系统,其工艺流程见囤4.工艺说明:熔铝炉产生的烟气经烟道先进入喷雾冷却塔中,由温度700C左右降温增湿至180C.进入刮板式电除尘器除尘后由引风机弓I入烟囱达标排放,收集下的烟尘储存于电除尘器的灰斗内,定期清袭井随同熔铸车间熔铝炉炉渣一并进行综合处理.当除尘设备发生事故或炉子空负荷时(此时保温炉工作).可将烟气由旁通烟道经降温后由高温风机弓I入烟囱捧放3.4wLGD工艺中几个问题舯讨论108k一一渐,图4W
14、LGD脖尘工艺瀛程图34.1炉膛压力的保证熔铝炉在熔炼过程中,为保证炉体结构不被损害,炉子的热效率以及产品的质量,常采用微正压操作,压力般为l040Pa,未安装除尘设备前采用高烟囱芈烟,抽力为烟囱抽力,调节方式一般为烟道闸门设计的除尘系统采用高温风机引风排烟,除尘设备的安置使系统阻力较以前增大许多,而旁通烟道阻力较小对于烟道闸门而言.其调整的压力范围鞍小,特别是当两条通道互相切换时,若采用一台一般风机,势必导致压力变化较大,闸门开启频繁且开启幅度较大,使炉内压力不可能精确地调整,因而对排烟压力必须进行稳定性的调整系统设计采用调速电机,根据不同工况调整电机转数,从而达到调整风压,风量之目的其控制
15、简圉见囤5围5风机控制简图在系统入口处设压力取样口,通过压力变送输给风机电流或电压力)信号,使风机通过调节转数,维持系统入13处有个稳定的压头,以保证烟阐的调节程度,使炉内有一个稳定的压力34.2冷却前后烟气量的变化雾化冷却将导致系统工况烟气量发生变化,这一变化直接影响到电除尘器及风机等的设备选型.冷却后工况烟气量的变化受两方面的影响一方面由于冷却水分的蒸发.标态烟气量有所增加,如果采用气流式雾化冷却,则气体也是使标况烟气量增加的因素,另一方面由lf雾化冷却水的蒸发吸热-会使烟气温度降低,有减小工况烟气量的作用因而,最终工况烟气量的大小,就要分析标况烟气量增加与降温引起WORLDNoNFERR
16、0USMETALS勺9全国有色金属加工学术会论文集的工况烟气量下降两者的相互抵消程度如何目前雾化冷却的方去主要有两种一气流式和压力式气流式雾化冷却是利用具有一定压力的气流,把液体吹散成膜,而后撕裂成条,直至彻底粉碎,达到雾化的目的压力式雾化冷却(也称纯水雾化)是通过高压泵将水加压后,较高的速度从雾化喷咀中喷出,达到雾化的目的下面气流式雾化冷却去为例对冷却后工况烟气量计算进行讨论:对于气流式雾化冷却,根据物料平衡关系中得:V,dz=VHl州N+VH(1)验室内刨造近似条件,通过小型试验取得有关数值,受条件所限,我们采用类比的方法确定熔铝炉烟尘的有效驱进速度为008m/s,此值有特在以后的工业实验
17、中考核,一些类比粉尘值见表3表3各种扮尘的有效驱进连度式中:v,一冷却后标杏烟气量,N/s:值得我们注意的一个问题是由于熔铝炉烟尘浓度较低?v.一冷却前标态烟气量,NmVs:因而所需的除尘效率不高,但系统中所使用的刮板式电除尘v.一增加气流的标杏体积,ys;器采用的圆形极板将很大程度地减少收尘面积,从而相对于v.一水受热蒸发成水蒸汽的标杏体积,N珈,s.同样体积常规的板式电除尘有一个较小的极板比表面积,这v,v可分别由下式求得种结果将导致除尘效率的下降,这两个方面的相互影响结果=LW/r(2)如何最终应通过工业性热态运行来取得正确的结论VH-/r(3)式中:L一气棱比,即雾化每公斤水所需的雾化
18、气体量,kg/4结束语kg;w一片却水量,kg/s;r一雾化气体在标准状态下的比重,kg/Nm.一冷却水蒸发率,%,.取决于烟气温度,雾化粒径以及进入电除尘器之前的蒸发时间;r一水蒸汽在标准状杏下的比重,kg/N#.根据气杏方程,可计算冷却前后的工况烟气量变化情况Vt=VNlPK/PlTt/TIV2V2PK/P2T2式中:V.,V.一冷却前,后的工况烟气量,#/sP.标况大气压,(1);T|一标况温度,273K;P.,P一冷却前,后烟气压力(大气压);T,lr一冷却前,后烟气温度,K.将式(1),(2),(3)代入式(5)得:(4)()=VNl+(6)通常情况下,冷却前后烟气压力变化不大,可视
19、为P.IPIP-.因而可得到23-63310(VNLW/r+Wn/r.)T2()当冷却水蒸发率n给定后根据热量衡算可求出某一冷却水量所对应的烟气温度Tn,进而由式(7)求得雾化后工况烟气量.3.4.3有兢驱进速度由粉尘在电场中荷电及受到电场力,流动阻力及惯性力可以计算出理论驱进速度值.但由于在电除尘器中影响粉尘荷电及运动的因素很多,理论计算值与实际相差很多,目前仍不得不沿用经验或半经验性的方法来确定粉尘的有效驱进速度a熔铝炉烟尘属未曾用过电除尘器的工艺,为了获得较可信的有效驱进速度值,往往在工艺过程中引出旁路或在试(1)熔铝炉工作过程中因熔化,搅拌,扒渣,转炉等过程耗油量的不同,导致产生的烟气
20、量周期性地波动.(2)熔铝炉在工作过程中为防止金属氧化烧损需加入主要成分为钠盐及钾盐的覆盖剂,产生含盐类物质粉尘,由于其易潮湿,牯性较大,对收尘工作带来很大困难.(3)由于糊袋现象使袋式除尘器不能很好地运用在熔铝炉烟气除尘中.刮板式电除尘器特殊的清灰方法及雾化冷却塔的设置,理论上可应用于熔铝炉烟气除尘(4)运行过程中应保证炉膛压力的稳定,可采用调速电机的方法实现.设备选型应注意雾化冷却后烟气量的变化.烟尘的有效驱进速度的选取有待后的热态运行中验证.(5)雾化冷却塔及刮板电除尘的wLGD熔铝炉除尘工艺理论上是可行的,但其中有些参数还有特于在工业应用中确定,系统的进一步完善也是值得我们去深入研究的.参考文献1.H.阿拉扎洛走着.有色墙奎中的布袭牧尘.培奎工业出版社19582.乩克劳福特着.大气污染控制理诗.科擘出版社,1987.123?洛阳有色奎属加工设计研究院有色奎属加工厂蝽铸车间工艺专业蜀:保膏抖,l99034.冶垒工业部.离外有屯加工盎业环境污隶厦保护措施,197815.王秉铨.工业炉设计手册.机械工业出版社,1996.86.马广大大气污染控制工程.机械工业出版社,198D.117-陶国龙.蝈气增湿改善电除尘嚣艘车的研究电拉尘厦气体净化,199548李斯特.工程热力学原理.化学工业出版社,1989.5(责任鳊辑蒋凯民)109
