铜铅锌冶炼烟尘净化用滤料优化研究

朱永贵

(湖南有色冶金劳动保护研究院,湖南长沙 410014)

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铜铅锌冶炼烟尘净化用滤料优化研究

朱永贵

(湖南有色冶金劳动保护研究院,湖南长沙 410014)

从分析铜铅锌冶炼烟尘性质入手,在对比国产几种主要工业滤料空载及荷载阻力特性基础上,进行了有代表性的工业生产性过滤清灰试验研究。从而对铜铅锌冶炼烟尘净化用滤料的优化进行研究,并探讨出经济实用、运行阻力低、清灰性能好的新型过滤材料。

铜铅锌冶炼烟尘;工业滤料;阻力特性;过滤材料

在铜铅锌冶炼过程中产生大量的烟尘,由于其特殊的性质,如高比电阻、分散度高、流动性差、粘度中等偏高等等,使得铜铅锌冶炼烟尘大部分净化回收系统采用了干式布袋收尘技术措施。就我国目前较大的铜铅锌冶炼企业株洲冶炼集团股份有限公司而言,其工艺收尘和环保净化用的布袋收尘设备达三十多台套,占企业总净化收尘设备台数70%以上。这些收尘设备对企业的生产和环保净化收尘工作起到了非常重要的作用。

作为袋式收尘设备而言,一方面是清灰再生技术,它关系到设备能否长期稳定运行;另一方面是过滤材料,它不但影响清灰效果,而且是收尘效率、运行阻力等技术指标能否优化的关键。

上世纪70年代,我国随着化工纺织技术的发展,开发出了涤纶208过滤布,且得到大面积应用,由于这种聚酯类纤维滤料表面采用拉毛织法,使得其表面有较长的绒毛,特别是在铜铅锌冶炼烟尘净化过程中,容易出现运行阻力高、剩余烟尘量大、积尘不易清除等技术问题。为克服208涤纶滤料的技术不足,国内又相继开发出了多种新型过滤材料,如0347芳砜纶、针刺毡、梅洛克斯、729、F729等,0347芳砜纶虽然耐高温、耐酸性和耐湿性较好,但耐碱性和耐磨性比较差,针刺毡虽然耐高温、过滤效率高,但透气性、粉尘剥落性较差,梅洛克斯虽然耐高温、耐酸性和耐碱性较好,但粉尘剥落性较差,F729透气性好、过滤效率高、容易清灰。不过对于铜铅锌冶炼烟尘净化收尘而言,由于工艺流程互不相同,尘源性质十分复杂的各收尘系统,是不可能一概而论能否采用哪种滤料,而应根据试验研究结果,科学合理,经济实用地选择适用于各工艺系统的过滤材料。因此,开展铜铅锌冶炼烟尘净化收尘用滤料的优化试验工作,将能有效改善收尘设施的运行状况,降低收尘系统的运行阻力,提高收尘效率。无论在经济效益,还是在环境效益及社会效益上都具有明显的现实意义。

1 几种主要工业过滤材料阻力特性试验

为达到布袋收尘装置高效连续地运行,除清灰方式和设备本体结构外,其关键技术在滤料的研究与选用。近年来,国内外在滤料的研究开发、应用推广方面做了许多工作。

在布袋收尘设备的高温应用领域,对滤料的要求更加严格,不但要求纤维材料耐高温,同时要求耐腐蚀性气体。目前在国内加工生产的高温滤料材质有:Aramid纤维、PTFE纤维、PPS纤维等几种,由于原料大多为进口,故价格较高,使用范围非常有限。而国产的玻璃纤维虽然具有很好的耐温性能(230～260℃),是目前用于过滤高温烟气的滤料之一,但耐磨和耐折弯的机械强度差,使得其应用范围受到局限。为克服玻璃纤维的缺点而研究出一些不同的预处理方法,取得了较好的效果。特别是玻纤针毡与普通的玻纤织布比较,提高了过滤效率,降低了阻力,延长了滤袋使用寿命,并且节约造价达43%。这种滤料已成功地运用于锅炉及水泥熟料回转窑的烟气净化工程,取得较好的效果。

随着化纤工业的发展在布袋收尘器的中低温范围内(＜130℃),目前广泛采用的滤料是国产聚脂纤维滤料,消化引进产品还有聚丙烯晴(PAN)和聚乙烯对苯二(甲)酸盐脂(PETP)。PETP纤维对水解很敏感,在高温、高湿和酸性气体条件下,PETP纤维会很快遭到破坏。PAN纤维可在120℃及高湿的气体中工作,在含有NO2、SO2的气体中PAN纤维的破坏状况类似于在高温(＞200℃)空气中的分解,因此PAN纤维在含有NO2、SO2的烟气中的应用是非常有限的。208涤纶绒布和新型F729滤料统属聚脂类纤维,具有抗腐蚀性强、机械性能好等共同优点。

对几种国产过滤材料进行了对比试验。对比试验选用了F729、208、0347、针刺毡四种材质,分别进行了空载阻力特性、滤料静态集尘之后的阻力特性、以及反吹强度对剩余阻力和粉尘量的影响测试。

对上述四种常温下应用的滤料,在不同的过滤风速下,空载阻力的测定值见图1,由图1中可以看出:针刺毡阻力系数最小,透气性最好,而0347阻力系数最大。

图1 滤料空载阻力特性

滤料静态集尘阻力,滤料集尘后阻力上升的快慢是评价滤料集尘阻力特性的主要参数,上升速率与粉尘阻力系数、粉尘层负荷指数有关,表1是四种被测试滤料在过滤某种标准粉尘时,静态集尘阻力的上升速率值,测定时的运行条件是过滤风速0.8 m/min,发尘浓度相同,过滤时间为30 min。

表1 四种滤料的集尘阻力速率

由测试结果看出:F729滤料与针刺毡的集尘阻力上升速率较小。

反吹强度参数对剩余阻力及粉尘量的影响。滤料集尘后阻力上升,影响其过滤性能,因此需要不断地清灰再生,反吹风清灰是利用与过滤气流相反的气流清理滤料上的集尘层。反吹风强度参数的高低对剩余阻力和剩余粉尘层量大小起一定作用。表2是在过滤风速为0.8 m/min,反吹风风量与过滤风量之比取不同值的条件下对四种滤料的剩余阻力和剩余粉尘量的测定结果。

表2 不同反吹风条件下滤料的剩余阻力和粉尘量

由表2的结果可以看出,对于该种试验粉尘而言,反吹风风量与过滤风量之比要大于1.5才能达到适宜清灰的目的。另外反吹风作用后0347滤料的剩余粉尘量最少,毡类最高。

通过上述试验比较的结果说明,新型滤料无论是过滤特性还是清灰效果都得到了较大的提高。

2 工业性生产过滤清灰试验

为了探讨筛选出的几种过滤材料在实际生产中的性能,展开了反吹风大布袋收尘用过滤材料的工业性生产应用对比试验研究。目的在于检验新型过滤材料在各种生产条件下对烟尘的适应性,以及运行过程中过滤和清灰的阻力特性等技术参数是否能达到预期的要求。由于株洲冶炼集团股份有限公司工艺生产条件较复杂,为了使试验更具有代表性,各试验点的选择按下述原则进行:

1.铜、铅、锌、稀贵等不同的金属冶炼工艺过程中各选一个试验点。

2.各试验点的烟气、烟尘性质具有较强的代表性。

3.原有的大布袋收尘设施应能基本正常地运行,年运行天数较多。

4.原有的大布袋收尘设施应拥有较好的清灰再生系统。

5.原有的大布袋收尘设施应拥有较好的维护管理人员队伍。

根据上述原则,选择的本次试验点为:铜冶炼分厂鼓风炉、铅精炼分厂浮渣反射炉、锌焙烧分厂多膛炉、铅粗炼分厂烟化炉、稀贵分厂银转炉。以上五个点的收尘系统状况见表3。

表3 五个试验点收尘系统的基本技术状况

试验方法及检测结果。在每一个试验点上选取两个布袋室,一个布袋室维持原有的滤料不变;另一个布袋室则全部更换为试验的新型滤料布袋,并且分别装上压差监测仪器,试验测试示意图见图2。

图2 试验测试示意图

试验过程中,完全按照原来的生产要求进行操作。根据生产情况的变化定期观测两个试验箱体内的温度以及过滤-清灰过程中的压差变化。经记录整理后的检测结果列于表4。(注:由于银转炉的试验用滤料送到厂的日期滞后,暂未加以统计。)

通过对以上过滤-清灰过程的压差检测数据分析以及对各箱体内布袋净气面粉尘粘附状况的观察,有必要对两种不同的滤料进行粉尘透过率的测试。于是,分别在两个不同的箱体内安装AKFC-92G个体粉尘采样器,获得如表5的结果。

3 分析讨论

通过对铜铅锌冶炼几个有代表性的布袋收尘器试验点上不同滤料的对比测试研究,大体上表明新型F729过滤材料是基本上能满足生产工艺要求的。对获得的几个主要技术参数分析讨论如下。

表4 各试验点采用不同滤料时的测试结果 Pa

表5 F729和208两种过滤材料的透过粉尘浓度

3.1 过滤和清灰的阻力特性

根据表4中的数据可以作出在每种收尘设备中分别采用两种不同滤料时的压差工作曲线。工作曲线分别见图3～图6。

图3 铅烟化炉袋式除尘器滤料压差变化曲线

图4 铅浮渣反射炉袋式除尘器滤料压差变化曲线

图5 铜鼓风炉袋式除尘器滤料压差变化曲线

图6 锌焙烧多膛炉袋式除尘器滤料压差变化曲线

由图3～图6的曲线上可以清楚地看出,两种滤料的阻力特性是明显不同的。虽然在清灰前状态下两种滤料的工作压差非常接近,但是在清灰后F729的阻力却明显低于涤纶208。这是因为在滤料上附着有一层粉尘层时,粉尘层是构成压差的主要部分,而在清灰以后,工作压差则主要由滤料织物本身的阻力特性所决定。

布袋收尘器主要是采用滤料对含尘气体进行过滤,使粉尘驻留在滤料上,以达到除尘的目的。过滤过程分为两个阶段:首先是含尘气体通过清洁滤料,这时起过滤作用的主要是纤维,因而遵循纤维过滤的机理。而当驻留的粉尘量不断增加时,一部分粉尘将嵌入到滤料内部,其余则覆盖在表面上而形成一层粉尘层,在这一阶段中,含尘气体的过滤,主要是依靠粉尘层进行的。

3.2 滤料阻力与系统能耗

布袋收尘器的阻力特性与除尘效率有着同样重要的技术和经济意义。理论上,布袋收尘器的阻力(ΔP)主要由除尘器的结构阻力(ΔPc)、清洁滤料阻力(ΔPf)及滤料上积附的粉尘层阻力(ΔPd)三部分组成。

除尘器的机构阻力(ΔPc)包括气流通过除尘器的进、出口、灰斗挡板等部位时所损失的压力。在结构设计合理的正常情况下,一般为200～500 Pa。

清洁滤料的阻力是指未过滤粉尘前的阻力。由于气流速度低,属于粘性流状态,此时阻力与流速成正比:

其中ξf为滤料的阻力系数,与滤料特性有关;μ为气体粘度,与烟气特性有关/Pa·s;v为平均过滤风速/m·s-1。

当滤料开始过滤粉尘后,其上形成一个粉尘层,从而产生一个附加阻力,其大小则与粉尘的性质有关,即:

其中μ为气体粘度/Pa·s;α为粉尘层阻力系数;m为单位面积粉尘质量/kg·m-2;v为平均过滤风速/ m·s-1。

此时滤料的总阻力为:

尽管只是在清灰后F729的低阻力特性才充分体现出来,但这对于整个收尘系统的运行仍然是具有积极作用的。它降低了系统在整个运行期间的平均阻力损失,而风机的能耗是与运行阻力成正比的。因为有电机功率消耗:

其中ηs为机械传动效率(＜1)/%;η为风机效率(＜1)/%;KR为容量安全系数(1～2,一般取1.3); Q为风量/m3·h-1;P为风压/Pa;

也就是说,如果一台正常运行在2 000 Pa的风机在风量不变的条件下能降到1 800～1 900 Pa的风压下运行,能耗也将同样下降5%～10%。这无疑是一笔可观的效益。

事实上,由于进行试验的布袋室的进出风管全部都是相通的,清灰后F729布袋室因为压差较低,会导致更多的气流流向F729布袋室,提高了这个布袋室的负荷,阻力很快又上升,所以如果在整台布袋收尘器上都换用F729滤料,运行阻力的下降将比试验条件下更为明显,工作状况更优于试验时的状况。

另外,除尘器的性能在很大程度上也取决于过滤风速的大小。风速过高会使沉积在滤料上的粉尘层压实,阻力会急剧增加。由于滤料两侧的压差增加,使粉尘颗粒渗入到滤料内部,甚至透过滤料,致使出口尘浓度增加。这种现象在滤料的非正常清灰以后表现更为突出。过滤风速过高时还会导致滤料上迅速形成粉尘层,引起过于频繁的清灰。对于分室类型的大型布袋收尘器来说,应合理地分布各室烟气,避免造成局部的过负荷,才能保障收尘设备的正常运行。当然,同样重要的是运行中要保持滤袋的完整,否则,只要有一个滤袋上出现小孔,就会导致除尘效率的大幅度下降,影响滤料的使用寿命。

4 结 论

通过对铜铅锌冶炼烟尘净化用滤料优化试验研究,在布袋收尘设备运行温度小于130℃的场所,采用F729滤料,其透气性能好,运行阻力低,粉尘剥离性能大幅度提高,且使用寿命延长一倍以上,造价仅为208涤纶布的1/3左右,起到了优化袋式除尘设备性能的效果。

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Abstract:The paper analyzes the properties of Cu-Pb-Zn smelting fume,contrastes the no-load and load resistance characteristics of several domestic major industrial filter and makes the experimental study of filter cleaning of industrial production at last.In order to explore the economical,practical,low running resistance and good cleaning performance of the new filter material,it in-depth studies filter optimization for the purification of Cu-Pb-Zn smelting fume.

Key words:Cu-Pb-Zn smelting fume;industrial filter;resistance characteristics;filter material

Filter Optimization Studies for the Purification of Cu-Pb-Zn Smelting Fume

ZHU Yong-gui
(Hunan L abor Protection Institute of Nonferrous Metals,Changsha410014,China)

X75

A

1003-5540(2012)04-0050-05

2012-05-30

朱永贵(1966-),男,高级工程师,主要从事环保、暖通研究工作。