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隔板式沉降室在冶金炉窑收尘系统的应用

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湖南有色金属 HUNAN NONFERROUS METALS 第27卷第6期 2011年12月 ・环保・ 隔板式沉降室在冶金炉窑收尘系统的应用 邓沙宁 (湖南有色冶金劳动保护研究院,湖南长沙410014) 摘要:从有色冶金炉窑烟气收尘系统配置的实用要求出发,结合新型沉降收尘装置的理论分析, 探讨了新型沉降装置在有色冶金炉窑烟气收尘系统的必要性,并通过工程实际应用,表明新型沉降 收尘装置具有收尘效率适中,阻力低、运行可靠等优点,为有色冶金炉窑收尘系统配置提供设计 参考。 关键词:冶金炉窑;收尘系统;沉降装置 中图分类号:X701.2 文献标识码:A 文章编号:1003—5540(2011)06—0040—05 有色冶金炉窑设计原则一般是粗收尘和布袋收 尘(或电收尘)共同作用的工艺收尘流程,粗收尘是 值得注意的是:沉降室空问大,气流速度低,对 于冶金炉窑系统中的某些防爆,采取增加防爆门等 办法,爆炸现象能得以解决。 收集烟气中的粗颗粒,减少后面收尘器人口粉尘浓 度负荷,粗收尘有重力沉降收尘、惯性收尘、旋风收 尘等。旋风收尘在收尘系统中用得比较普遍,它的 最大特点是对粗颗粒除尘效率比较高,达到80%以 上,且占用的空间也较小,它的缺点是阻力较大,一 般在800 Pa水柱以上,对于烟气量比较大的冶金炉 l 除尘机理 重力沉降室实际上是扩大输送气体管道的一种 除尘室。在沉降室里,气流速度得到显著降低,从而 使粉尘在重力作用下沉降下来。重力是自然力,因 窑烟气,阻力到达1 200 Pa水柱以上。重力沉降收 尘、惯性收尘作为粗收尘器相对起来却用得比较少, 它们的除尘效率不高,且占地大,但是结构简单,造 价低廉,阻力损失小,一般在50~100 Pa_1, 。 粗收尘器在冶金炉窑收尘工艺中只起到一定的 此不需要额外的能耗,但是,要使粉尘能沉降下来, 一方面需要气流速度很低(一般在0.2~0.6 m/s之 间),在有限的沉降室长度范围内粉尘才能沉降下 来,另一方面需要重力比较大,即要求尘粒的粒径 d。和尘粒密度P 大,使得尘粒在沉降速度 作用 下,在有限的沉降时间内粉尘沉降到灰斗里,这就要 求沉降室有足够的长度和断面积,同时,又要求沉降 室高度小,以减少沉降时间。总之,沉降室的除尘效 率取决于沉降室的几何尺寸,在考虑经济和场地时, 合理地设计沉降室的长、宽、高,其收效率才能得到 充分发挥。 辅助收尘作用,在国内冶金行业中,用得最多的旋风 除尘器作为初级收尘,在实际运行过程中,也存在着 不少问题,主要表现在阻力损失大,在系统漏风的情 况下,后面的主风机,不能把烟气全部拉过来,炉口 冒烟严重,同时,由于旋转速度往往达不到分离尘粒 的极限值(旋转速度一般在15~20 m/s),效率降低, 另外,由于阻力损失大,能耗相对就大,相反,如果采 在沉降室里加水平隔板,可降低粉尘的沉降高 用重力沉降除尘,再加一些垂直或水平隔板,作为前 级预除尘器,则能达到比较满意的效果,特别是在已 经形成的冶金炉窑收尘系统的改造中,在主风机不 度,从而提高沉降室的除尘效率;在沉降室里加垂直 挡板,气流在沉降室里折转流动,这就相当于增加了 沉降室的长度,同时,气流方向的突然改变,粉尘粒 子由于惯性,碰到前面的挡板而被捕集下来,有资料 表明,在沉降室里加几块这样的挡板,效率可提高 10%左右。 变的情况下,采用这种隔板式沉降室能达到改造的 目的E3,4l 作者简介:邓沙宁(I983一),男,助理工程师,主要从事环境保护研究 工作。 结合工程改造中的两个实例,说明沉降室的理 第6期 论计算。 邓沙宁:隔板式沉降室在冶金炉窑收尘系统的应用 线,如图1、图2所示。 41 1.1 水平隔板沉降室理论计算 某厂对转炉工艺收尘系统进行了改造,设计了 一个带两层水平隔板的翻板式沉降室,沉降室的尺 寸为:长×宽×高:6 m×3 m×3 111。进入沉降室的 烟气量按两次实测的平均值Q=39 000 in /h,烟尘 的密度P。=4 038 kg/m。,烟气在300 oC的动力粘度 蓁10善 一 近似按空气动力粘度来考虑,取 =3.03×10 Pa.s,烟气的密度取P =0.74 kg/In ,假如气流为层 流状态,且气流分布较均匀,沉降室内的断面风 ]: s= :1.2(m/s) (1) 式中B为沉降室宽度/m;H为沉降室高度/m;Q为 进入沉降室的平均烟气量/m ・S~。 烟气在沉降室内的通过时间: t= =5(s) (2) 式中 为沉降室长度/m。 在t=300 oC、P=1 kg/m 的条件下,粒径为 d -:300 m和(z F,2=50 m的沉降速度分别为: =0.067(m/s)(3) : =0.185(m/s)(4) 式中g为重力加速度9.81/m・sI2;P 为烟气的密 kg・in一 ;P 为尘粒密度/kg。mI3; 为空气在 300℃时,在1个大气压下的动力粘度/Pa・S;d 为 烟尘粒径/m。 直径为30 m和500 m的尘粒在沉降室内的 下降高度分别为: h1=Vsl×t=0.335(in) h2=Vs2×t=0.925(In) 直径为30 m尘粒的收尘效率(分级效率): r/d1= 1 =33.・5% )% (5))  式中 为分级效率;N为水平隔板层数。 直径为50肚m尘粒的收尘效率(分级效率): 2= 2 =92.・5% 3% (6)o  重力沉降室100%捕集的最小粒径。 dmin:√ 二0 =52 m(7) 沉降室对该烟尘的分级效率表示为7d—d 曲 \ {;}} 壬H 墓 图2 Pp=4 860 kg/m。粒子的77d—dp曲线图 沉降室阻力: 一 ×( 。) (8) 式中 i为进口阻力系数; 。为出口阻力系数;厂为 沉降室磨擦系数(O.004 59);R h为沉降室水力半径 /mo 通过计算得:△P=57.52(Pa) 沉降室的最大阻力△P [ +( ) + 0.45]_69(Pa) (9) 通过以上计算可以看出,该沉降室对于大于50 ITI的烟尘有很高的收尘效率,对于大于40 m的烟 尘有比较好的收尘效率,小于30 m的烟尘效率比 较低,小于20 m的烟尘效率极低。同时,该沉降率 阻力很低,一般情况下在70 Pa左右。 1.2垂直隔板沉降室理论计算 某厂烟化炉氧化锌工艺收艺系统进行了改造, 在空气冷却器后加了一个沉降室,沉降室内设三块 垂直挡板,沉降室的尺寸为:长×宽×高=6.4 Ill×3 m×3 m。进入沉降室的烟气量按实测的平均值Q =37 000 m0/h,烟尘的密度P =4 860 kg/m ,烟气 在100℃的动力粘度近似按空气动力粘度来考虑, 取 :2.32×10一 Pa・s,烟气的密度取Pg=0.80 kg/m3,垂直挡板的高为1.5 1TI,宽为1.3 m,同样假 42 湖南有色金属 第27卷 定气流为层流状态,且气流分布较均匀。 气流进入沉降室后,遇到档板,折转180。,气流 经过三个转折180。,然后排出,气流在沉降室里流 通过计算,AP=58.25(Pa) 沉降室的最大阻力△P 动,由于折转,无形就增加了气流在沉降室里的运行 距离,这就相当于增加了沉降室的长度L=9.O1 (m)。 AP…= [ +( (14) 0.45+k;]=69.75(Pa) 通过以上计算可以看出,该沉降室对于大于50 ym的烟尘有较好的收尘效率,对于小于30 ym的烟 尘效率较低。同时,该沉降室阻力很低,一般在70 叩d: 沉降室的分级效率为: 叩d ————— 二 _ : ×d2×d‘ p ( 1o一、) (11) Pa左右,另外,由于设置了垂直挡板,应用到了惯性 收尘的原理,收尘效率实际上要比理论计算结果还 要高,本次计算考虑到沉降室里气流速度不大(1.14 m/s),而惯性收尘气流速度要达到10 m/s以上效果 才明显,因此,理论计算仍采用沉降室的计算方法。 (Pp-Pg )gBL一 18305.7×106—:—=/2p 沉降室对d =30 btm和dp=50 ptm的分级效率 分别为: 77dp=k×d =27.5% T/dp= ×d =76.4% 2工程上的应用情况 2.1水平隔板沉降室的应用 沉降室能够100%捕集的最小直径drain为: d i =57 ptm 某厂转炉车间原来的工艺流程为:炉口烟气一 沉降室一旋风收尘器一钟罩阀一电收尘器一制酸设 备一主风机一烟囱。 该沉降室对烟气的分级效率 d—d 曲线如图2 所示。 △P_ ×( / 沉降室雷诺尔数Re的确定: Re: ) ) (13) 改造前,转炉炉口附近为微正压,炉口冒烟严 重,有20%左右的烟气从炉口跑掉,对粗收尘系统进 行测定发现,沉降室入口处的含尘浓度平均为24.47 g/m ,旋风口收尘器出口的含尘浓度为12.87 g/m , 式中 i为沉降室垂直挡板阻力系数(1.71)。 =1.2×105>3×10。对粗收尘(旋风收尘器和沉降室)收集下来的粉尘进 行分散度分析,情况列于表1,对电收尘器的粒尘进 行分散度分析,情况列于表2。 通过计算,沉降室气流为紊流状态。 表1 粗收尘粉尘分散度分析 根据改造的现状和测定数据可知:(1)粗收尘收 尘效率偏低,按浓度法求得粗收尘的效率为 47.41%,从分散来看,电收尘灰斗粉尘大于30/xm 的占56.9%,这部分粉尘没有被粗收尘收集到。原 有沉降室的尺寸为长×宽×高=3.4 ITI×3.4 m×4 m,这样的沉降室对粉尘的收尘效率极低,旋风收尘 器的人口风速为11 m/s,而旋风除尘器的人口速度 沉降室和旋内收尘器是得不偿失。 针对上面原因分析,对系统进行了改造,去掉前 面的沉降室和旋风收尘器,在电收尘器的旁边设计 了带两层水平隔板的翻板式沉降室,沉降室的尺寸 为:长×宽×高=6 133×3 1TI×3 In,水平隔板可以翻 转到800 m左右,具体结构如图3所示。 从几年的实践运行来看,炉口冒烟现象已消除, 系统阻力明显降低,炉口出现了微负压。通过对电 收尘灰斗粉尘重量分散度分析发现,大于30 ym的 要达15~20 m/s之间,收尘效果才会较高;(2)炉口 冒烟严重,说明系统阻力太大,作为粗收尘同时设置 第6期 邓沙宁:隔板式沉降室在冶金炉窑收尘系统的应用 43 图3水平翻板式隔板沉降室 1一水平隔板;2一电动葫芦;3一钢丝绳;4一连杆 仅占5.67%,电收尘的出含尘浓度低于200 mg/m , 这说明进入收尘的粗颗粒不多,粗颗粒绝大部分已 在水平隔板式沉室中得到捕集,这说明翻板式水平 隔板沉降室的收尘效率还是很高。 2.2垂直隔板沉降室的应用。 某厂烟化炉氧化锌收尘工艺改造前的流程为: 烟化炉一余热锅炉一水冷却器一空气冷却器一风机 一布袋收尘器一风机一烟囟,烟化炉粉尘分散度列 于表3、烟化炉烟尘分析列于表4。 表3烟化炉粉尘分散度 烟尘成分 Zn Pb C S As SJ02 其它 重量成分比 68.O0 7.10 1.16 2.78 0.48 3.80 16.68 从烟化炉粉尘粒径分析,发现大于30 ffm的粒 子占25.4%,从烟化炉烟尘成分来看,虽然混合烟尘 的含碳量只有1.16%,但对混合烟尘进行分级处理 后,发现200目筛上物含碳量达26.7%,这表明:混 合尘中大颗粒物为烟化炉燃煤中未完全燃烧的碳粒 子。对布袋除尘器入口含尘浓度测定,发现人口烟 尘浓度达16.6 g/m 。由此可见,整个流程由于没有 粗收尘装置,使得布袋收尘器负担太大,布袋磨损严 重,同时,由于碳粒子大量进入到布袋,极易在布袋引 起自燃,而发生爆炸,严重影响到生产的正常进行。 因此,在考虑到风机不变的情况下,去掉空气冷 却器后面的几个集尘斗,增加了一个长×宽×高= 6.4 m×3 m×3 m的垂直档板沉降室,使得烟气中 的粗颗粒(尤其是碳粒子)在沉降室得到捕集,以减 少布袋负担过重和防爆炸,垂直档板沉降室的结构 如图4。 图4垂直隔板沉降室 1一垂直隔板;2一壳体;3一螺旋输送机 从投产后的实际运行情况来看,该沉室起到了 控制袋式收尘器人口含尘浓度的作用,对运行工况 下的沉降室收集尘和袋式收尘器粉尘进行了化学成 分分析和物性参数测定,检查结果列于表5、表6。 表5粉尘的化学成分分析结果 % 尘名毒 。 粉度分布/% 布袋室收集尘 4.91 1.09 81.3 9.9 4.7 4.1 沉降室收集尘 4.73 1.81 42.6 8.5 18.4 30.5 从表5、表6的分析检测结果可知,烟化炉收尘 系统增设垂直多隔板沉降收尘装置后,布袋收集尘 的品质得到有效的改善,且沉降室起到有效分离粗 粒子可燃物的效用。 3结论 1.水平隔板的设置降低了沉降高度,有效地提 高了粉尘的收尘效率。 2.水平隔板由电动葫芦、钢丝绳、连杆带动旋 转,可以自如翻转到80左右,粉尘可自如落人灰斗, 清灰方便、可靠。 3.垂直档板使气流折转,相应地提高了沉降长 度,实际上提高了沉降室的收尘效率。 4.垂直隔板沉降装置也起到一定的惯性除尘作 用。 5.沉降装置阻力小,结构简单,维护方便,在收 尘系统中的应用是成功的。但是,它只能作为粗级 收尘,并且,只能在尘粒粒径较粗的情况下,才能体 现到它的优越性。 湖南有色金属 第27卷 参考文献: [1]唐运雪,周显荣.银转炉收尘系统技术改造[J] 湖南有色金 属,1999,15(5):41—44. 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[5]裴莹莹,罗宏,吕连宏.电除尘器强制收集系统设计计算[J]. 工业安全与环保,2009,35(10):18—20. 收稿日期:2011—08—20 Application of Clapboard-type Settling Chamber on the Dust Collecting System of Metallurgical Furnace DENG Sha—ning (Hunch Labour Protection Institute of mo ̄ferrous Metals,Changsha 410014,China) Abstract:From the practical requirements of the configuration of dust collector to the smoke clean system of non— ferrous metallurgical furnaces,this paper discusses the necessity of dust collecting system of non—ferrous metallur- gical furnaces based on theoretical analysis of the new settlement dust collective device.By engineering applica— tions,the results show that the new settlement dust collective device has the advantages of suitable dust collecting efficiency,low resistance and steady and reliable operation.And the design could be referred to the configuration of dust collector to the smoke clean system of non—ferrous metallurgical furnaces. Key words:metallurgical furnace;dust collecting system;settlement dust collective (上接第16页) [37j Ke J J,Li H M.Bacterial leaching of nickel-beanng pyrrhotite lJj.Hydrometallurgy,2006,82:172—175. operation using the BioNIC(r)process to produce nickel metal 【Aj.Amieoni T,Seddon K D,Harvey P,et a1.Proc.BIOMINE’ 99 and water management in metallurgical operations’99[c]. Glenside,SA:Australin Mianeral Foundation,1999.16—25. [38j Zhen S J,Yah z Q,Zhang Y S,et a1.Column bioleaehing of a low grade nickel-bearing sulfide ore containing high magnesium as o— [42] Riekkola-Vanhanen M.Talvivaara black schist bioheapleaching livine,chlorite and antigorite[J].Hydrometallurgy,2009,96:337 —demonstration plant l J j.Advanced Materilsa Research,2007,20 ~341. 21:30—33. 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[41j Heinzle T,Miller D,Nagel V.Results of an integrated pilot plant 落结构分析的硫化矿生物浸出分析[J].生物工程学报,2008, 24(6):968—974. 收稿日期:2011一O9—15 Review on Bioleaching of Nickel/Cobalt Sulfide Ore ZHAO Si—jia,WENG Yi,XIAO Chao (Hunan Research Institute of Nonferrous Metals,Changsha 410015,China) Ab t眦t:The bioleaching mechanism。f nicke1(cobaIt)sulifde。re was briefly reviewed in th。p perMeanwhile, .the processes and industrial application of nickel(cobalt)sulfide ore bioleaching were laso intI.oduoed jn n cent home and abroad・In addition,veaI the main research direction on bioleaching of nickel(cobalt)sumde ore waS indicatedKey w0rds:nicke1 c。bait sulifde 0re;bi。1eaching;bi。heapleaehing , 

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