PDF《有色冶炼烟气骤冷收砷技术的研究与应用》

有色冶炼烟气骤冷收砷技术的研究与应用 姚摇 亮, 李旭朋 (中国恩菲工程技术有限公司, 北京摇 100038) [摘摇 要]摇 对烟气骤冷收砷技术的原理、特点进行分析,结合现场试验,提出适用于有色冶炼烟气收砷 的优化工艺,对喷雾冷却器等核心设备进行升级,较好地解决了结露、腐蚀、对烟气波动适应性差等问 题.

通过对砷烟尘的有效回收,减少了二次污染对环境和人体的危害. [关键词]摇 有色冶炼烟气;

高砷矿;

收砷;

三氧化二砷;

烟气骤冷;

露点 [中图分类号]摇TF805郾 3摇 摇摇[文献标志码]摇 B摇 摇摇[文章编号]摇1672鄄鄄6103(2014)03鄄鄄0041鄄鄄04 [作者简介] 姚亮(1980―),新疆石河子人,硕士,高级工程师,从事 有色冶炼烟气处理技术及管理工作. [收稿日期] 2013鄄鄄12鄄鄄24 0摇 前言 目前国内外高品位精矿供应量减少,精矿资源 匮乏价格上涨. 为了降低生产成本,国内外各大冶 炼企业对价格较低的低品位高砷精矿的需求量增 大. 一般情况下,精矿含 As >

0郾5% 即为高砷矿,国 外铜精矿含 As >

0郾2% 就是高砷矿,高砷矿冶炼时 必须采 用合理的方法处理含As 烟气并回收含As2 O3 烟尘. 目前烟气中砷的去除(回收) 代表技术分为干 法和湿法,干法技术是通过冷却的方式将砷从烟气 中分离并收集,其中骤冷收砷技术采用急冷方式使 烟气温度迅速通过玻璃砷温度区间,解决了采用传 统冷却烟道缓冷造成的玻璃砷粘结问题. 湿法技 术,如电热回转窑蒸馏法、新住友法,用于处理含砷 烟灰或含砷污酸污水,可提取高纯度的 As2 O3 ,但投 资远大于骤冷收砷技术. 骤冷收砷技术早期用于黄金冶炼项目含砷烟气 的处理,现已应用于铜、铅冶炼含砷烟气的处理,烟 气中的 As 以As2 O3 烟尘形态回收,降低了污酸处理 系统的负荷,实现危废渣减量化. 1摇 工艺及应用 1郾 1摇 工艺流程 含砷精矿在炉窑内的砷化学反应如下: 4FeAsS 4FeS + As4 (g) (1) As4 + 3O 2As4 O6 (g) (2) 4FeAsS + 10O 2As4 O6 (g) + 2Fe2 O3 + 4SO2 (3) 2As2 S3 (g) + 9O 26SO2 + As4 O6 (g) (4) 烟气经余热回收及收尘系统净化后,所含 99% 以上的固态烟尘被收集,并采用蒸发冷却器内骤冷 的方式,将烟气温度在

2 ~

4 s 内由

350 益降至 ~

120 益,烟气中气态 As4 O6 冷凝为固态烟尘饱和析出 (As4 O6 为As2 O3 的二聚体). As2 O3 的饱和浓度见 表1[1] . 表 1摇 不同温度下气体中 As2 O3 的饱和浓度 g / m3

500 益380 益280 益180 益150 益120 益100 益8840

3 210

490 2郾09 0郾35 0郾023 0郾005

8 摇摇理论上, 烟气温度降至

120 益 以下后, 其中 95% 以上的 As2 O3 饱和析出,由后续的布袋收砷器 收集,As2 O3 综合捕集效率可达 99% 以上. 固态 As2 O3 的形成温度通常和烟气露点相近, 甚至低于烟气露点,过程中无法达到烟气温度高于 露点温度

30 益的要求,导致设备腐蚀. 图1为工艺 流程图,为了避免各核心设备调试时对系统产生影 响,设置烟气旁路,管路上设置压力温度测点用于监 测和控制调节. 1郾 2摇 实际应用 骤冷收砷技术已应用于二段焙烧脱硫除砷的黄 金冶炼项目中,焙烧炉工况稳定,有利于收砷系统稳 ・

1 4 ・ 摇2014 年6月第

3 期摇 摇摇摇摇姚摇 亮: 有色冶炼烟气骤冷收砷技术的研究与应用 试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试 图 1摇 骤冷收砷工艺流程图 摇 定运行. 在铜、铅等有色金属冶炼中,其工艺过程决 定了烟气量、温度等会有一定的波动,在这种条件 下,收砷系统运行会出现一些问题. 表2为已完成的采用骤冷收砷工艺工程项目的 概况. 初期项目运行情况不稳定,出现结露、腐蚀、 砷尘黏结现象,对设备造成损害,也影响了冶炼生 产. 通过技术升级完善,后续铜冶炼项目中取得了 良好效果. 表 2摇 采用骤冷收砷工艺工程概况 单位 山东某一期 铜冶炼项目 山东某二期 铜冶炼项目 云南某铜 冶炼项目 投产时间

2009 年2011 年2012 年 使用效果 较差 一般 较好 烟气含砷 kg/ h ~

600 ~

700 ~

300 电收尘器 m2

60 60

80 布袋收砷器 m2 F =

2 800 F =

4 000 F =

4 000 蒸发冷却器 m3 V =

150 V =

233 V =

315 喷水量 m3 / h 4郾657郾

7 压缩气控制 恒压 恒压 恒流 水流量控制 比例调节阀 变频调速 阀站调节 2摇 试验研究 中国恩菲以某铜冶炼项目为依托,开展研发工 作,以突破技术瓶颈,提升骤冷收砷技术的可靠性. 2郾 1摇 试验工艺流程 在铜熔炼过程中,精矿中的固态砷多数以气态 As2 O3 的形式进入烟气,剩余的砷进入冰铜和渣. 从顶吹熔炼炉出来的工艺烟气温度在 ~

1 100 益,经 余热锅炉降温至

360 益后进入高温电收尘器进行收 尘. 来自电收尘器出口的烟气经蒸发冷却器骤冷降 温,温度在很短时间内降至

120 益,气态砷冷凝为固 态砷烟尘,随后进入布袋收砷器被捕集,收尘效率可 达99% . 蒸发冷却器入口设置烟气旁路,在调试和 非正常状况时使用,并参照温度、压力等参数设定值 连锁动作. 2郾 2摇 主要设备规格及性能 本项目收砷系统的主要设备及规格见表 3. 表 3摇 主要设备一览表 序号 设备名称 数量 规格性能

1 高温电收尘器

1 台80 m2 单室四电场

2 布袋收砷器

1 台F=4100 m2

3 蒸发冷却器

1 台 有效 V =

315 m3

4 摇 高温防腐风机 摇2台摇Q=220

000 m3 / h , P =

5 000 ~

6 500 Pa

5 螺旋包装机

1 台25 ~

50 kg/ 袋6自动反馈旁路

2 台DN2000 摇摇高温电收尘器用于捕捉含 Cu、Pb、Zn 等有价金 属烟尘,提高收尘效率可提高所收集 As2 O3 烟尘的 纯度. 电收尘器性能参数见表 4. 表 4摇 电收尘器性能参数 序号 项目 参数

1 型号 单室

80 m2 四电场卧式,C480 阳极板

2 外形尺寸 电场有效长度 11郾5m3烟气流速 0郾6m/ s,停留时间 17郾2s4振打形式 底、侧部机械振打

5 供电 硅整流变压器,

72 kV/

800 mA 摇摇蒸发冷却器的作用是将烟气在短时间内降至

120 ~

170 益,避开玻璃态砷的生成温度区间(175 ~

250 益)[2] . 烟气在蒸发冷却器内停留时间应保证 液滴完全蒸发;

喷枪布置合理,喷淋覆盖面积均匀不 能喷淋至塔内壁. 蒸发用冷却水与压缩空气在喷嘴 处混合雾化后,产生的液滴平均直径

50 ~

150 滋m. 喷嘴采用双流体雾化喷嘴,内管进水,外环通入雾化 压缩空气,在出口混合后带压喷出. 双流体雾化喷 嘴外形见图 2. ・

2 4 ・ 中国有色冶金摇 摇摇A生产实践篇 ・ 综合利用与环保摇 试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试试 图 2摇 双流体雾化喷枪 摇 蒸发冷却器内喷入水的雾化效果至关重要,在 传热过程中,雾化的液滴一般是愈细愈有利,效果愈 好. 理论上,喷雾的液滴平均粒径可参照式(5) 确定[3] : Dc =

585 滓ug 籽1 ( +

597 滋1 滓籽 )

1 0郾45 ・ L1郾5(5) 式中:DC 为液滴平均直径,滋m;

滓 为液滴表面张力, Pa;

Ug 为液体间相对速度, m/ s;

籽1 为液体密度, g / cm3 ;

u1 为液体粘度, g / ( cm・s);

L 为液气比, L液/m3 气体 . 喷入冷却塔的液滴要在出塔前完全被蒸发,这 与蒸发时间有关,也就是烟气在塔内的最小停留时 间. 理论上,蒸发时间可参考式(6)确定[4] : t = 籽1 姿D2

0 9Kd 驻[T1-2茁 D2

0 乙D0D100 D2郾07 dD

1 + 茁D ] 1郾07 (6) 式中: D0 为雾滴最初直径, 滋m;

籽1 为液体密度, g / cm3 ;

驻T 为烟气与水温度差;

姿 为水蒸发潜热, kJ/ kg;

Kd 为气膜传热系数 W/ (m2 ・ K). 理论上,粒径

100 ~

150 滋m 的水滴蒸发时间为 1郾5~3郾

3 s. 但考虑到塔内的蒸发过程复杂,为了 保证烟气在塔内有足够的反应时间,实际取值应有 富裕. 布袋收砷器用于收集冷凝为固态的 As2 O3 烟尘. 由于雾化水形成蒸汽,烟气中含水量增加,露点 提高. 布袋收砷器应考虑防腐,滤料应考虑抗酸、抗 结露等. 3摇 调试过程及关键参数 试验过程中,系统有正常生产状态和事故状态 两种状况. 正常生产时熔炼炉持续投料,烟气中 SO2 >

5% ,收尘尾气送制酸. 事故状态指加料量 <

6 t/ h 工作状况,烟气中 SO2 <

3% ,收尘尾气送脱硫处 理. 3郾 1摇 实测参数 系统运行时的物料成分及实测参数见表 6. 由 监测数据可见,精矿含砷较低,但处于收砷范围内. 在精矿含 As 0郾17% ~ 0郾8% 的范围内,脱砷率已达 到上述值. 表 5摇 物料成分 % SiO2 CaO Zn As Pb S Cu 精矿 8郾65 0郾24 0郾40郾

53 0郾065 28郾924郾56 炉渣 0郾752 6郾30郾

58 0郾048 0郾045 0郾655 0郾75 冰铜 0郾032 0郾003 0郾45 0郾001 0郾045 17郾258郾2酸滤饼 H2 O颐46郾83郾

15 0郾046 4郾46 0郾37 表 6摇 实测工况参数 单位 正常工况 事故工况 投精矿量 t/ h

60 ~

70 0 ~

5 烟气量 m3 / h

65 000

20 000 烟气温度 益355

280 3郾 2摇 主要设备 (1)高效电收尘器. 高效电收尘器运行正常, 表7是电收尘器各个电场烟灰成分. 表 7摇 电收尘器烟灰成分 % Cu S SiO2 CaO Zn Pb As 余热锅炉 13郾37 4郾63 5郾87 1郾15郾

75 3郾27 1郾53 玉电场 10郾84 6郾07 14郾93 0郾95 11郾29 3郾54 1郾15 域电场 5郾68 5郾22 23郾29 1郾58 11郾85 3郾71 1郾50 芋电场 4郾57 7郾67 14郾85 0郾96 12郾19 4郾02 2郾03 郁电场 3郾40 8郾60 12郾03 0郾77212郾17 3郾53 2郾48 摇摇余热锅炉烟灰含 Cu 最高,绝对量大,电收尘器 烟灰中 Cu、As 元素的分布符合规律. (2) 蒸发冷却系统. 本试验蒸发冷却系统采用 恒流操作,即保持雾化用压缩空气的流量不变,根据 设定温度进行水量调节,调节参数关系曲线见图 3. 随着喷入水量的增大,喷嘴出口的压力增大,但 液滴直径基本不变. 恒流操作的优点是适用于工况 波动较大的条件,并且在水量要求较大时,压缩空气 量较为节省. 控制系统采用阀站调节,给水调节阀与蒸发冷 却器出口温度连锁动作. 正常工况下的蒸发冷却效 ・

3 4 ・ 摇2014 年6月第

3 期摇 摇摇摇摇姚摇 亮: 有色冶炼烟气........