除尘工艺在炉中逍烟的作用解析

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除尘工艺在炉中逍烟的作用杭州汽发铸造厂是生产大功率柴油发动机铸件的专业铸造厂,其产品主要有:气缸体、曲轴箱、缸盖、飞轮、飞轮壳、曲轴及中小件。

 

铸造厂原先与10t/h水冷冲天炉配套的除尘设备为水淋式脱硫消烟除尘器,是集消烟、除尘、脱硫为一体的多功能除尘设备。其工作原理是:烟气经水雾化增湿后进入除尘器,通过鹅卵石堆填料(填料层能有效地防止可燃气体的引爆和回火),与上面喷洒下来的碱性水溶液充分摩擦接触,有害烟气被充分溶解中和。消烟、除尘、脱硫、降温后的洁净气体经过气、水(雾滴)分离后,经引风机进入大气。上层污水经管道进入水池,在沉淀池中沉淀、清洁,再经泵注入除尘器循环使用。沉淀池中沉淀下来的污泥定期清理。运行时水中的PH值大于等于8.

方案的基本要求1.1根据现有冲天炉的主要技术参数(见表1),按最高熔化率为16t/h(额定熔化率为12t/h),两台冲天炉合用一套除尘系统(但两台冲天炉不同时使用)来布置设计。

1.2二氧化硫(SO 2)排放达到GB16297-1996《大气污染物综合排放标准》要求(按表1规定),即排放量小于1200mg/m 3;1.3烟尘排放达到GB9078-1996《工业炉窑大气污染物排放标准》Ⅱ类标准,即排放量小于200mg/m 3,烟气黑度(林格曼级)小于1级;1.4噪声值达到GB12348-1990《工业企业厂界噪声标准》Ⅰ类标准,即昼间45dB,夜间55dB.

1.5安装位置:冷却器、除尘器、风机等位置安装在大件线车间北墙外空地,要求吸风管在厂房屋面上走,不影响铁液转运行车。

2有关分析2.1除尘系统排风量和系统阻力估算由冲天炉炉气量和从加料口进入的空气两部分组成。据计算,系统总排风量约为58090m 3/h.

除尘系统阻力包括管道阻力、旋风冷却器阻力、多管冷却器阻力、袋式除尘器阻力等。据估算,管道阻力约为800~1000Pa,旋风冷却器阻力约为1200 Pa,多管冷却器阻力约为800Pa,袋式除尘器阻力约为1500~1700Pa,因此,除尘系统总阻力约为4500 Pa.

2.2废气排放分析炉气和从加料口进入的空气混合后成为含尘烟气,它包括烟尘和废气。该厂目前使用的焦炭为特级铸造焦炭(GB/T8729-1988)。其中,硫份(St.d)≤0.5%,挥发份(Vdaf)≤1.5%,落下强度(SI504)≥92.0%,灰分(Ad)≤8.0%。由于硫份、挥发份较低,燃烧所产生的废气中二氧化硫(SO 2)及氮氧化物(NO X)含量相对较少。由于强度较高且灰分较低,冲天炉在运行过程中排放的焦屑烟尘相对较少。而且,由于铸造焦的硫份、挥发份较低,其产生的废气中二氧化硫(SO 2)及氮氧化物(NO X)含量亦较低,经分析,认为不进行中和处理,也能达到1996版《大气污染物综合排放标准》的要求。

2.3烟尘排放分析冲天炉烟尘主要由焦屑、氧化铁屑及二氧化硅微粉等。烟尘的含尘量随原材料的清洁程度和操作情况的不同而变化很大。在加料时含尘浓度高而颗粒粗(特别是在加焦炭时),当燃烧完全时烟尘的含尘浓度则低。据测算,该厂的10t/h冲天炉的烟尘起始浓度约50000~60000mg/m 3.

2.4噪声分析噪声污染是一种物理性污染,它的特点是局部性和无后效性。噪声在环境中只是造成空气物理性质的暂时变化,噪声源的噪声停止之后,污染立即消失,不留下任何残余物质。因此,噪声的防治主要是控制声源和声的传播途径,以及对接收者进行保护。

除尘器噪声主要来源是通风机,包括两部分:①空气动力性噪声;②机械噪声。通风机噪声的大小与风机的结构形式、风量、全压及转速等因素有关。

根据风机的声功率和频带声功率实测数据,风机噪声可达114dB,故须采取噪声防治措施[3]。

3治理方案3.1除尘器选用由于冲天炉的烟气温度和性质较难确定,对于烟尘的治理带来一定的难度。目前适用于冲天炉的除尘器,按其工作原理可分成两大类,一为干法除尘器,另一为湿法除尘器。干法除尘器是利用烟尘的重力、惯性力、离心力或借助于外界电场产生的静电引力或经过过滤物的作用,将烟尘捕集,达到除尘净化烟气的目的。投资少者可采用旋流除尘器、旋风除尘器(含多管旋风除尘器);投资较多者可采用袋式、静电、颗粒层等除尘器。湿法除尘器是利用水在除尘器中与烟气作相对运动,烟气中的烟尘和有害气体分子与水的接触过程中,所发生的惯性碰撞、阻拦作用、扩散溶解作用以及水分子的凝聚作用,使烟气中的烟尘相互结合(指烟尘颗粒与水之间或颗粒与颗粒之间),逐步形成较大的粒子而被捕集,同时也使烟气中的有害气体溶入到水中而被捕集。该厂原有2 3 4 5 6 7炉膛平均直径实际鼓风直径加料口尺寸烟气温度焦炭中固定含碳量连续熔化时间10t/h(额定)12t/h(额定)14t/h(最高)10t/h(最高)φ1370mm 170m 3/min 200m 3/min 2850×1500mm 600℃(打炉阶段约900℃)≥86.5%16小时/天φ1370mm 200m 3/min 2850×1500mm加料口实测600℃≥85%16小时/天参数名称序号数值除尘器设计依据表1冲天炉主要技术参数Tab.1Maintechnicalparametersofcupolas熔化率1 16t/h 2006/4现代铸铁19铸造环保技术FoundryEnviromentalProtection的水幕式除尘器就是一种低能耗湿法除尘器。

除尘器的结构形式多种多样,它们的特性又相差极大。因此在冲天炉上选择除尘装置必须考虑技术要求,经济性,可靠性以及气象水文条件等因素。

某厂研制的LCPM型高压侧喷气箱脉冲袋式除尘器,是目前比较新颖的袋式除尘器,由上、中、下箱体、气动脉冲系统和电气控制系统等组成,工作时粉尘顺着导流槽下方进入除尘室,尘气流过挡流板改变方向,同时经扩容使尘气流速度减慢,粒径较大的粉尘在重力作用下直接落入灰斗(下箱体),粒径较小的粉尘随气流上升,吸附在滤袋外表。过滤后的净气透过滤袋进入净气室(上箱体),顺导流槽上部排出。运行过程中,滤袋外表粉尘不断增多,一方面形成粉尘的保护层可提高净化效率,另一方面使设备的阻力不断增加。通过PLC自动反吹清灰,使之恢复正常阻力。采用分室离线吹灰,可避免粉尘的再吸附现象,以提高清灰效果。所谓离线,是指被清灰的一室,由提升阀自动切断该室的净气出口通道,使该室不受上升气流的干扰。当一室清完后,又能自动打开该室通道并同时切断另一室通道,如此循环清灰一周后自动停顿。间隔一定时间后,当阻力超过限值,再自动进行第二周清灰。这种清灰方式,称为三态清灰,即过滤、清灰、静止。

由于一铁厂的10t/h冲天炉的烟尘起始浓度约S 0=50000~60000mg/m 3.如除尘器效率为99.5%(袋式除尘器),仅采用一级除尘,仍不能达到国标要求,因此必须进行二级除尘。即①通过第一级旋风除尘器,除尘效率为75%,烟尘浓度降至S 1=15000mg/m 3;②通过第二级LCPM型高压侧喷气箱脉冲袋式除尘器,除尘器效率为99.5%,烟尘浓度降至S 2=75 mg/m 3.

3.2烟气冷却冲天炉排出的烟气较高,在加料口实测为600℃,打炉阶段最高温度约900℃。在高温烟气环境下,除尘器和风机的运行均受到限制。袋式除尘器受滤材耐温性能的限制,一般滤料只限130℃以下,使用耐高温的诺美克斯(Nomex)滤料也只限250℃以下,因此袋式除尘器在运行过程中,应特别注意进入袋滤室前的烟气温度,防止温度过高烧毁滤袋[4]。设计时应设置烟气温度监测和报警装置,并与风机并入电动机联锁(必要时包含紧急冷风阀),当入口温度超过限定值时停止系统引风(或立即打开紧急冷风阀混入冷风)。冲天炉使用袋式除尘器,烟气冷却是关键环节。在诸多冷却方式中,热交换器法,尽管结构复杂,造价较高,但却是最稳妥可靠的方法。

经计算,高温烟气由600℃降至100℃左右须进行二级冷却。根据吸风口至第一级冷却器的管道长度和管道自身散热能力,在第一级冷却器的入口处,烟气温度已降至500℃左右;第一级采用旋风水冷却器,温度可降至150~160℃;经第二级多管水冷却器,温度可降至100~110℃。从而保证进入袋式除尘器的烟气温度在滤材耐温性能的限值内。

此外,两种水冷却器同时兼具冷却和除尘的双重功效。

3.3风机、电机选择根据除尘系统总排风量58090m 3/h及系统阻力损失4500Pa,选择风机的流量为55978~61575 m 3/h,全压为4724~4303Pa,配电机功率为132 kW.

3.4冷却水循环利用第一级旋风水冷却器的冷却水量约为220t/h,第二级多管水冷却器的冷却水量约为28t/h.可将原水幕式除尘器的70m 3冷却水池加高1.5m,使其容积扩充为100m 3.为加快循环的冷却速度,在冷却水池上方增设一台100m 3/h的玻璃钢冷却塔。

3.5噪声防治采取两条防治措施:①为风机建一间砖结构隔声房,可将噪声降到50dB左右。

②在风机出口处安装一只管道消声器,以消除风机出口处烟气的动力性噪声,气流噪声可降到55dB左右。由于除尘器安装位置离厂区围墙有150m以上,据GB12349-90《工业企业厂界噪声测量方法》进行测量,噪声值可满足GB12348-1990《工业企业厂界噪声标准》Ⅰ类标准要求。

3.6除尘系统流程及示意图新增的除尘系统,其流程如下:冲天炉出来的高温含尘气体首先进入旋风水冷却器,使高温含尘气体得到第一次冷却,温度可下降到150℃左右,同时,一部分粗颗粒在气体扩张、流速减慢和旋风的作用下沉降下来;然后含尘气体进入多管水冷却器,烟气得到进一步冷却,温度下降到100℃以下;含尘气体再进入袋式除尘器以彻底除尘;经净化后的气体经风机抽至排气筒排出,排气筒出口处气体温度59℃。

本项目于2003年4月底立项,6月初招标,8月25日制造安装完成并投入试运行,9月8日经杭州冲天炉旋风冷却器多管冷却器袋式除尘器排气筒风机现代铸铁2006/4 20铸造环保技术FoundryEnviromentalProtection市环境监测中心站监测,冲天炉烟尘排放符合1996版《工业炉窑大气污染物排放标准》的要求。

特别需要指出的是,该除尘系统做到了:①处理后烟尘排放达标;②冲天炉火花熄灭器不再冒烟;③冲天炉各操作点不再冒烟。

4结论(1)铸造厂对其10t/h冲天炉的更新改造,是成功的。

(2)在多种除尘装置中,袋式除尘器对减少冲天炉有害烟气的排放是比较稳妥和可行的。实践证明,袋式除尘器除尘效率高,可确保烟尘排放达到国家标准要求,且比较稳定。虽然设备费用较高,但运行费用较低。

(3)LCPM型高压侧喷气箱脉冲袋式除尘器采用三态清灰方式,比一般除尘器的清灰效果好,可避免粉尘再吸附。

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