电子废料火法冶炼除尘系统优化

2019-05-15艾中华

设备管理与维修 2019年3期

艾中华

（江西瑞林稀贵金属科技有限公司，江西丰城 331100）

0 引言

由中国瑞林自主研发的NRTS（Nerin Recycling Technology System，中国瑞林再循环利用技术系统）炉主要以电子废物、低品位杂铜、工业废渣、电镀污泥等“城市矿产”为原料实现金属与冶炼废渣的分离。NRTS炉产出的含尘高温烟气，经余热锅炉回收余热生产蒸汽，使烟气降温至600℃左右，再进入急冷塔，使烟气骤冷至＜200℃，然后烟气进入布袋收尘器（图1），经布袋除尘器收尘后的烟气送脱硫系统进行脱硫后达标排放。

布袋除尘入口烟气量（20 000～27 000）m3/h（200 ℃时）；入口温度（150～250）℃（瞬间）；入口压力 1000 Pa（表压）；壳体漏风率＜3%。

1 现状

由于NRTS炉电子废料火法冶炼属于国内首创，特别是电子废料成分复杂，烟气成分与常规原料冶炼烟气成分不一样，烟尘具有粒度细、水分高、黏性大、比重小、腐蚀性强等特性，烟尘的这些特性使得烟尘处理和回收更加困难。

NRTS炉自投产以来，烟气系统布袋除尘卸灰装置出现排灰口严重堵塞、星型阀叶轮卡顿变形、轴弯曲变形等问题（图2）。除尘器的排灰装置是除尘设备的一个重要配件，它的工作状况直接影响除尘器的运行和除尘效率。排灰方式不当，会使空气经排灰口吸入，破坏除尘器内的气流运动，恶化操作，还会使回收的烟尘再次飞扬，降低收尘效率，污染环境；或者造成排灰口堵塞，使得除尘系统无法正常运行。

图1 布袋除尘系统流程

2 原因分析及优化

根据NRTS炉烟气物理性质和化学性质的特殊性，采取以下优化方案。

图2 卸灰系统故障

（1）由于烟灰具有较大腐蚀性，与星型阀接触时，叶轮与阀体会受到不同程度的腐蚀，导致星型阀阀体和叶轮容易生绣，运行时阀体与叶轮容易卡顿，并导致叶轮变形。而星型阀运行时卡顿，势必会增大转子轴的扭矩，从而导致轴弯曲变形。对于这些情况，主要从星型阀结构和材料上进行优化。①星型阀入口大小由原来300 mm×300 mm增大为400 mm×400 mm，卸料量由16 L/r提高到26 L/r，电机功率由1.1 kW改为2.2 kW。通过改造提高了星型阀的卸灰量和卸灰速度。②改进星型阀壳体进料口结构。星型阀壳体进料口每边收小10 mm，且制造成45°斜边，防止料仓卸料时，落料进入转子与壳体的动静间隙中，避免转子与壳体卡顿。③改进星型阀的材料（表1）和优化轴的结构，在保证符合生产要求的同时，实现高性价比。

表1 星型阀改造前后对照

壳体材料由灰口铸铁改为球墨铸铁可以提高壳体使用温度和强度，有效防止壳体运体时变形和磨损。壳体端板材料由Q235改为16Mn，可提高端板耐磨性。转子端板和叶片由2Cr13改为0Cr18Ni9，可以解决烟灰给转子端板和叶片造成腐蚀的问题。转子轴材料由45#改为40Cr，提高轴的强度，防止轴弯曲变形。

轴的结构设计及计算：已知电机功率2.2 kW，链传动效率η=0.9，轴转速43 r/min。选取轴的材料40Cr、调质处理，由《机械设计》教材表15-3，取A0=97，可得轴的直径。

考虑轴上开有一个键槽对轴强度的削弱，轴径增大5%～7%，并圆整后取d=35 mm，轴承选用深沟球轴承6209-2RS，B=19 mm，综合其他零件的布置和星型阀壳体的轮廓。

校核轴的强度 τmax=T/Wt=16T/πd3=52.26 MPa＜[τT]，校核轴的刚度 φ=5.73×104T/GIp=0.02°/m＜[φ]，其中，τmax是最大扭转切应力，MPa；T是轴所受的扭矩，N·mm；Wt是轴的抗扭截面系数，mm3；n 是轴的转速，r/min；P 是轴传递的功率，kW；η 是传动效率，链传动取0.9；d是计算截面处轴的直径，mm；[τT]是许用扭转切应力，MPa，40Cr取55 MPa；G是轴的材料的剪切弹性模量，MPa，对于钢材，G=8.1×104MPa；Ip是轴截面的极性矩，mm4，对于圆轴，Ip=πd4/32；[φ]是轴每米长的允许扭转角，对于一般传动轴，可取0.5～1°/m。该轴满足强度和刚度条件。

（2）对布袋除尘卸灰仓进行改造，原灰斗坡度过小，内壁不够光滑，影响了粉尘的流动性，导致布袋除尘器灰斗内有残留灰尘无法下滑。①增大卸灰斗的倾斜角度，使灰斗倾角≥55°～60°，且内壁打磨光滑；②卸料仓4个转角处焊接R=200的圆弧形钢板，使的卸灰仓内部横截面由原来的方型变为圆形（图3），消灭“死角”；③减小卸灰仓的竖直高度，缩短烟尘下落时间和减小烟尘温降，可以避免烟尘因比重小在下落过程中粘结在仓壁。

图3 卸料仓改造前后形状

（3）布袋除尘器灰斗出现篷灰现象，又称起拱和搭桥。灰斗加热装置温度较低，灰尘含水量过高，灰尘含有一定水量时产生粘结，不易脱落造成灰斗内搭桥。灰斗仓壁振打器安装位置不正确，功率选型不合适，导致振动失效。排除方法：除尘卸料仓增强加热和保温，卸灰仓增设仓壁振打器。增强星型卸料阀的密封性（布袋除尘器灰斗上部为负压，下部为大气压）。

优化方案：①灰斗加热采用蒸汽伴管加热，蒸汽由余热锅炉提供。由于较远距离输送，饱和蒸汽品质下降，影响灰斗蒸汽伴管加热效果。在伴热管最前端和每个伴热管的下端加装疏水阀，把凝结水排除，保证伴热管与灰斗之间高效的热换，使灰斗外壳温度不低于100℃。把卸灰仓蒸汽加热管下移到星型阀入口法兰处，保证烟灰下落过程全程加热。②由于原来振动电机安装位置不正确，影响料仓壁振动效果，通过计算调整振动电机安装位置（图4）。根据公式 H1=1～1.5D，H2=H1+50～100，单位 mm，已知D=400，得 H1=400～600，取 450，H2=550～600，取 600。③对照料仓的钢板厚度对卸料仓的振动装置重新选型，并增加振动装置数量。根据料仓壁厚通过计算重新选取振动装置型号，振动装置激振力由原0.7 kN增大到2.5 kN，并在原有振动装置反面新增一台振动装置。④根据F浮力=PS，只有烟灰在F浮力＜G重力时，烟灰才会顺畅落下；当星型阀漏风较大时，P增大，当F浮力＞G重力时，布袋除尘器灰斗会出现篷灰现象。通过加强星型阀下面的刮板机观察孔密封，刮板机卸料口与烟灰袋连接处制作专用密封卡紧装置，防止卸料系统漏风。