Глава 33 пылеулавливание в медной промышленности

В зависимости от исходного сырья и особенностей выплавки медеплавильные заводы можно разделить на три группы: выявляющие медь из первичного сырья (руды или концентратов); перерабатывающие вторичное сырье (латунный, бронзовый лом и т. п.); медно-серные, в которых выплавка меди сочетается с одновременным получением элементарной серы. Так как во всех этих случаях технология получения меди различна, соответственно изменяются и схемы очистки газов.

§ 1. Очистка газов на заводах, выплавляющих медь из первичного сырья

Некоторые данные, характеризующие основные источники газовыделений на заводах, выплавляющих медь из первичного сырья, приведены в табл. 33.1. Как видно из табл. 33.1, почти на всех этапах передела в отходящих технологических газах присутствуют сернистые соединения, а в ряде случаев и свободный серный ангидрид (S0₃). Вследствие кондиционирующего действия этих компонентов удельное электрическое сопротивление пылей невелико. В то же время пыли в большинстве случаев мелкодисперсны. Эти обстоятельства позволяют считать наиболее целесообразным применение на всех стадиях передела в качестве основного типа пылеулавливающих аппаратов тонкой газоочистки сухих электрофильтров, хорошо зарекомендовавших себя на практике.

Таблица 33.1. Характеристика технологических газов и пылей на заводах, выплавляющих медь из первичного сырья

Источник газо- и пылевыделения	На выходе из металлургического агрегата			Запылен-ность газов перед аппаратами тонкой очистки, г/м3	Пыль из аппаратов тонкой очистки
	темпе-ратура, °С	запылен-ность, г/м3	содержание, % (объемн.)		содержание металлов, (по массе)	средний размер частиц, мкм
Обжиговые печи:
многоподовые	500-600	35-40	6-9 S02	12-20	12-15 Cu; 2-7 Zn; 2-3 Pb; 12 Sобщ	4
кипящего слоя	650-800	35-40	0,1-0,3 S03; 12-15 S02	10-40		4
Шахтные печи	350-500	10-15	4-55 S02	3-6	3-15 Cu; 9-20 Zn; 6-10 Pb; 2-15 As	6
Электропечи	400-700	10-15	1,8-4 S02	5-7	15-20 Cu; 5-10 Zn; 10-15 Pb	-
Печи ВФП	1300	40	10-14 S02; 0,05-0,07 S03	35	13 Cu, 6 Zn; 17 Pb	-
Печи КФП	1300	До 450	<90 S02	<50	17-21 Cu; 2,5 Zn; 1,4 Pb
Отражательные печи	1200-1300	5-12	1-2,5 S02; 0,1 S03; 7,0 C02	1-5	1-5 Cu; 10-30 Zn; 4-10 Pb	1,5-2
Конвертеры	900-1000	-	6-12 S02,*1	1-6*2	5-25 Cu; 5-20 Zn; 10-50 Pb	1,0-1,5
Сушилки концентратов и гранул	100-250	-	0,2-0,4 S02; 3,1 C02; 0,3 CO	5-20*3	11-12 Cu; 16-20So6щ	3-5
*1 Перед аппаратами тонкой очистки содержание S02; зависит от подсосов по газовому тракту, тягового режима и других факторов и составляет обычно 2-8%; *2 Запыленность газов и химический состав пыли зависят от содержания цинка и свинца в штейнах; *3 Запыленность газов сушильных барабанов зависит от влажности сухого продукта и резко возрастает при содержании влаги меньше 4%

Присутствие в газах свободного серного ангидрида не позволяет применять рукавные фильтры из натуральных и большинства синтетических тканей, так как образующиеся в газах пары серной кислоты имеют температуру точки росы около 220 °С и при более низких температурах будут конденсироваться. Как включение для некоторых установок за рубежом применяют ткани из стеклянных волокон, работающие при 250 °С.

Применение мокрых методов очистки ограничивается наличием сернистых соединений в газах, вызывающих активную коррозию оборудования, а также использованием высокосернистых технологических газов для получения серной кислоты. Наиболее часто применяемые схемы очистки технологических газов , на различных переделах производства меди приведены на рис. 33.1.

Рис. 33.1. Схемы газоочисток, применяемые в медной промышленности: а — при сушке концентратов, сухая очистка; б — то же, мокрая очистка; в — при обжиге концентратов в многоподовых печах; г —то же, в печах КС; д — при плавке в шахтных печах; е — при плавке в отражательных печах. I — печь; 2 — циклон; 3 — скруббер; 4 — сухой электрофильтр; 5 — дымосос; 6 — труба Вентури; 7 — каплеуловитель; 8 — котел-утилизатор; 9 — осадительная камера; 10 — охлаждаемый стояк; 11— дымовая труба.

Сушилки концентратов и гранул. Для тонкой очистки газов сушильных барабанов ранее применяли в основном сухие электрофильтры (рис. 33.1, а). Однако, как показала практика, они оказались недостаточно надежными по следующим причинам. В условиях переменного режима сушки материал и пыль часто пересушиваются и легко загораются. При отряхивании электродов без снятия напряжения электрические пробои межэлектродных промежутков могут привести к взрывам сухой пыли, не успевшей осесть в бункера. Частицы сухой пыли обладают высокоразвитой активной поверхностью и легко возгораются. Поэтому в последние годы широкое распространение получили мокрые методы очистки газов сушильных барабанов преимущественно в скрубберах Вентури (рис. 33.1,6) и скрубберах ударного действия (СУД). Последние при среднем размере частиц пыли 3—5 мкм имеют степень очистки 96—98%. Хотя содержание S0₂ в газах сушилок невелико, следует защищать корпуса аппаратов от коррозии и предусмотреть эффективное улавливание капель, выносимых из аппарата.

Обжиговые печи. При обжиге медных концентратов как в многоподовых печах, так и в печах КС основными аппаратами тонкой очистки являются сухие многопольные электрофильтры. Вследствие наличия в газах серного ангидрида и сульфитизированной пыли электрофильтры работают достаточно хорошо без предварительной подготовки газа, который имеет, как правило, повышенную температуру (300—400 °С), считающуюся для газов обжиговых печей оптимальной.

Из многоподовых обжиговых печей газы обычно попадают по футерованным газопроводам прямо в электрофильтры без специального охлаждения и предварительной очистки, которая, однако, как показывает практика, необходима (рис. 33.1, в). На обжиговых печах КС вследствие более высокой температуры и значительной запыленности (~800—900 г/м³) газ охлаждают в стояках и очищают в двух ступенях наклонов от грубой пыли (рис. 33.1,г). Концентрация пыли в газе, поступающем на электрофильтры, не должна превышать 20—30 г/м³. Для получения запыленности на выходе порядка 0,1 г/м³ скорость газа в сухих электрофильтрах не должна превышать 0,5—0,6 м/с.

Во избежание подсосов воздуха и снижения концентрации S0₂ в газах обжиговых печей, направляемых обычно на получение серной кислоты, эксгаустеры устанавливают перед электрофильтрами.

Шахтные печи. Газы шахтных печей выносят в виде пыли значительные количества возгонов свинца и цинка с высоким удельным сопротивлением. Содержание S0₂ в газах не постоянно и может снижаться до 1 %; свободный S0₃ в газах отсутствует. Температура газов на выходе из печи может достигать 550—600 °С. Совокупность этих обстоятельств вызывает необходимость предварительной подготовки газа перед электрофильтрами путем предварительной очистки в циклонах, а также охлаждения и увлажнения в скрубберах (рис. 33.1,д), которые следует защищать от коррозии. При этих условиях обеспечивается надежная и устойчивая работа сухих электрофильтров с остаточной запыленностью 0,1—0,2 г/м³.

Проведенные исследования показали, что оптимальная скорость газа 0,7—0,8 м/с, а оптимальная относительная влажность 35%. Газы шахтных печей могут быть использованы для получения серной кислоты.

Электропечи. При плавке медных концентратов или окатышей (гранул) в электропечах отходящие газы имеют температуру 400—700 °С. Обычно их подвергают предварительной очистке в водоохлаждаемых циклонах, а затем направляют для тонкой очистки в сухие электрофильтры, эффективно работающие при температуре около 300 °С. При герметичном тракте содержание S0₂ в газах можно поддерживать на уровне 4—4,5 %, что позволяет использовать их для получения серной кислоты.

Конвертеры. Высокая температура и запыленность конвертерных газов требуют охлаждения и предварительной очистки. Охлаждение можно осуществлять подсосом воздуха в напыльниках, воздушных холодильниках и котлах-утилизаторах, а предварительную очистку — в осадительных камерах и циклонах. Газы конвертеров, как правило, используют для получения серной кислоты, поэтому необходимо поддерживать в них максимально возможную концентрацию S0₂ и , всемерно сокращать подсосы воздуха. С этой точки зрения установка котлов-утилизаторов и герметизация газоотводящего тракта являются предпочтительными. Однако трудности в эксплуатации котлов-утилизаторов, связанные с высокой запыленностью и периодичностью выхода конвертерного газа, привели к тому, что в большинстве случаев охлаждение газа осуществляют подсосом воздуха в напыльниках.

В связи с периодичностью работы от конвертеров отбирают два вида газов: богатые по содержанию S0₂ во время продувки конвертера и бедные (вентиляционные) во время перерывов в подаче дутья. И те, и другие газы отсасывают из конвертера через водоохлаждаемый напыльник, снабженный «катучей» заслонкой, и пропускают через осадительную камеру. Далее бедные (вентиляционные) газы выбрасываются в атмосферу, а богатые просасываются через циклоны и дымососами подаются на тонкую очистку. Соответствующие переключения производятся клапанами в соответствии с режимами работы конвертера (рис. 37.2).

Рис. 33.2. Очистка отходящих газов конвертеров: 1 — конвертер; 2 — загрузочная «катучая» дверка; 3 — напыльник; 4 — осадительные камеры; 5 — газоход богатых газов; 6 — клапаны на линии богатых газов; 7 — газоход вентиляционных газов; 8 — клапаны на линии вентиляционных газов; 9 — циклон; 10 — дымосос; 11 — сухие электрофильтры; 12 — регулирующий клапан; 13 — дымовая труба для сброса избытка богатых газов; 14— газоход очищенных богатых газов; 15—дымовая труба вентиляционных газов.

Тонкую очистку конвертерных газов от пыли (d_m = 0,5÷1,5 мкм, σ_ч = 2,3) ведут, как правило, в сухих электрофильтрах. Высокое содержание SO₂ и присутствие SO₃ позволяют получать эффективную очистку от пыли. Однако скорость газов в электрофильтре не должна превышать 0,5 м/с. Во избежание возможных временных снижений температуры до точки росы ( ~ 220 °С) газоходы и корпуса электрофильтров тщательно теплоизолируют, стенки корпусов изготовляют из кислотостойкой стали, изоляторные коробки оборудуют электроподогревом.

Ниже приведены показатели работы системы очистки газов в горизонтальном трехпольном электрофильтре на одном из предприятий.

Количество газов перед сухими электрофильтрами, ЧАСТЬ I 18 ГАЗООЧИСТНЫЕ АППАРАТЫ 18 Глава 1 18 Рис. 1.1 Классификация пылеулавливающих аппаратов 18 Контрольные вопросы 20 Глава 2 21 Решая уравнение (2.3) относительно диаметра частицы, получим 22 Рис. 2.2. Схема пылеосадительной камеры. 22 Контрольные вопросы 23 Глава 3 24 Рис. 3.1. Движение частиц пыли в криволинейном потоке газа 24 После несложных преобразований будем иметь 24 Рис. 3.3. Схема радиального пылеуловителя 26 Контрольные вопросы 26 Глава 4 27 Рис. 4.1. Схема циклона: 1 — входной патрубок; 2 — раскручивающая улитка; 3 — выходной патрубок; 4 — крышка; 5 — выхлопная труба; 6 — цилиндрическая часть; 7 — коническая часть; 8 — пневмовыпускное отверстие; 9 — бункер для пыли; 10 — пылевой затвор. 27 Диаметр частицы, (м), успевающей за время t пройти путь R2-R1, будет равен 28 Рис. 4.5. Схема прямоточного циклона 31 Таблица 4.1. Поправочный коэффициент К2 для различных типов циклонов 33 Плотность газов при рабочих условиях, (кг/м3), находят по формуле 33 Величина х применительно к циклонам может быть определена по следующей формуле 35 Таблица 4.2. Значения нормальной функции распределения 35 Рис. 4.8. Общий вид батарейного циклона типа БЦ-2: 1 - подводящий патрубок; 2 - газораспределительная камера; 3 – предохранительный клапан; 4 - камера чистого газа; 5 - циклонный элемент; 6 - нижняя решетка; 7 - люк; 8 - бункер; 9 - корпус; 10 - выхлопная труба; 11 - крышка; 12 – верхняя крышка 37 Потеря давления в батарейном циклоне, Па, будет равна 38 Рис. 4.9. Схема батарейного циклона типа БЦР-100у 40 Рис. 4.10. Вихревые пылеуловители: а - соплового типа; б - лопаточного типа. 1 - камера; 2 - выходной патрубок; 3 – сопла; 4 - лопаточный завихритель типа «розетка»; 5 - входной патрубок; 6 - подпорная шайба; 7 - пылевой бункер; 8 - кольцевой лопаточный завихритель. 41 Контрольные вопросы 46 Глава 5 46 Тогда эквивалентный диаметр поровых каналов будет равен 48 Рис 5.1. Механизм процесса фильтрования: 1 — механизм касания; 2 — инерционный механизм; 3 — диффузионный механизм; 4 — электростатический механизм. 49 Формула для определения коэффициента захвата в этом случае имеет вид 50 Следовательно, общая потеря давления на фильтре равна 53 Контрольные вопросы 53 Глава 6 53 Рис. 6.1. Схема волокнистого фильтра: 1 — фильтрующий материал; 2 — клинообразная рамка. 54 Таблица 6.1. Некоторые свойства фильтровальных материалов 57 Рис. 6.5. Зависимость коэффициента С2 от концентрации пыли. 60 Подставляя это значение в формулу (6.3), получим 63 Таблица 6.3. Фильтры типа ФРО (фильтры рукавные с обратной продувкой) 64 Таблица 6.4. Фильтры типа ФРКИ (рукавные, каркасные с импульсной продувкой) 65 Таблица 6.6. Фильтры типа СМЦ-101А (регенерация обратной продувкой) 67 Таблица 6.10. Фильтры типа ФРИ (рукавные импульсные) 71 Таблица 6.11. Фильтры ФКИ (кассетные импульсные) 72 Рис. 6.6. Схема зернистого фильтра с регенерацией обратной продувкой и вибрацией: 1 — входной патрубок; 2 — корпус; 3 — продувочный патрубок; 4 — выпускной клапан; 5 — зернистый слой; 6 — перфорированная плита; 7 — контейнер; 8 — гибкие уплотнения вибратора; 9 — вибратор; 10 — пружины; 11 — бункер; 12 — пылевыгрузное отверстие/ 74 Рис. 6.7. Схема зернистого фильтра конструкции НИПИОТСтрома: 1 — бункер; 2 — кассета с зернистым слоем; 3— сетки верхние и нижние; 4 — шпильки, стягивающие кассеты; 5 — газоход; 6 — вход в верхнюю секцию; 7 — клапанная коробка; 8 — эластичная вставка; 9 — верхняя секция; 10 — газоход очищенного газа; 11 — вибратор; 12 — привод вибратора; 13 — опорные пружины; 14 — опора. 74 Рис. 6.8. Схема зернистого фильтра с движущимся слоем: 1 — шлюзовой питатель; 2 — труба для возврата отрегенерированного зерна; 3 — жалюзи; 4 — щелевая сетка; 5 — фильтрующий слой; 6 — бункер зернистого материала; 7 — циклон; 8 — грохот; 9 — бункер уловленной пыли. 75 Рис. 6.9. Схема зернистого фильтра с удалением загрязненного слоя скребками: 1 — корпус аппарата; 2, 4—жалюзийные решетки; 3 — скребки; 5 — вращающаяся рама; 6 — бункер; 7—грохот; 8 — электродвигатель. 76 Рис. 6.11. Волокнистый уловитель типа ФВГ-Т: 1 — корпус; 2 — кассета материалом; 3 — люк для промывки; 4 — люк для смены кассет; 5 — форсунки для промывки шлангом. 79 Контрольные вопросы 80 Глава 7 80 Рис. 7.1. Захват частиц пыли пленкой жидкости. 83 Для минеральных масел при толщине пленки δ= 0,5d 83 Из сопоставления выражений (7.14) и (7.15) следует, что 84 Таблица 7.1. Характеристика некоторых видов пылей и туманов 84 Уравнение массообмена имеет вид 85 Таблица 7.2. Температура мокрого термометра дымовых газов 86 §1. Форсуночные скрубберы 88 Рис. 8.3. Улавливание пыли в форсуночном скруббере 91 Количество капель в элементарном объеме 92 Уравнение материального баланса в элементарном объеме скруббера имеет вид 92 Диаметр отверстия форсунки dф, находят из выражения 96 Коэффициент ж определяют из выражения 100 Таблица 8.1. Значения коэффициентов А и (1 + В) 100 Гидравлическое сопротивление каплеуловителя 102 Таблица 8.2. Технические характеристики аппаратов типа ГВПВ 103 Таблица 8.3 Технические характеристики циклона типа КЦТ 105 Таблица 8.4. Технические характеристики кольцевых скрубберов Вентури типа СВ-Кк 107 Глава 11 131 Подставив в формулу (11-4) развернутое значение q из формулы (11-5), получим 134 Для пластинчатого электрофильтра приближено 144 144 Для трубчатого электрофильтра 144 Рис. 68. Явление запирания короны 147 Следовательно, степень очистки 148 Глава 12 149 § 1. Характеристика доменного газа и колошниковой пыли 260 § 2. Схемы очистки доменного газа 263 § 3. Вредные выбросы доменного производства и их очистка 265 § 4. Борьба с выбросами при грануляции шлака 267 § 5. Выбросы миксерного отделения и их очистка 268 Глава 33 343 ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЕ В МЕДНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 343 § 1. Очистка газов на заводах, выплавляющих медь из первичного сырья 343 § 2. Очистка газов на медеплавильных заводах при переработке вторичного сырья 350 § 3. Обеспыливание газов на медно-серных заводах 356 Глава 35 367 ОЧИСТКА ГАЗОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ГЛИНОЗЕМА 367 И ЛЕГКИХ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ 367 § 1. Обеспыливание газов при производстве глинозема 368 § 2. Очистка газов при производстве алюминия 370 § 3. Обеспыливание газов при производстве силуминов (А1—Si сплавов) 373 § 4. Очистка газов при производстве магния 375 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20 1250 600 320 10 4,33 0,08

Печи взвешенной (факельной) плавки. Для выплавки черновой меди широкое распространение в мировой практике получил процесс взвешенной (факельной) плавки медных концентратов. Этот процесс можно вести на подогретом воздушном дутье (печи ВФП), на дутье, обогащенном кислородом, и на чисто кислородном дутье (печи КФП). Одна из основных причин этой тенденции заключается в эффективном использовании отходящих газов для производства серной кислоты, элементарной серы и 100 %-ного сернистого ангидрида. При этом серу сырья используют более чем на 90 %, что улучшает экономические показатели процесса.

Печи ВФП. Отходящие газы с температурой около 1300 °С и запыленностью до 40 г/м³ прежде всего направляют в котел- утилизатор, где происходит их охлаждение до 350 °С и осаждается крупная пыль. Далее газы поступают в сухой электрофильтр, после прохождения которого с содержанием 10 % S0₂ идут в сернокислотный цех.

Печи КФП. Для печей КФП характерны малое количество отходящих газов, высокая их температура — до 1300 °С, большая запыленность—-до 450 г/м³, высокое содержание S0₂ — до 90%. Газы, выходящие из печи, охлаждают в котле- утилизаторе, очищают от пыли в сухих электрофильтрах до 0,05—0,2 г/м³ и вентиляторами подают в сернокислотный цех, предварительно смешав с конвертерными газами (рис. 33.3).

Рис. 33.3. Схема очистки на опытно-промышленной установке печи кислородно-факельной плавки: 1 — печь; 2 — котел-утилизатор; 3 — сухой электрофильтр; 4 — дымосос.

Отражательные печи. Высокие температуры и большие количества газов отражательной плавки требуют установки за отражательными печами котлов-утилизаторов. Наряду с полезным использованием тепла в котле-утилизаторе происходит осаждение крупной пыли, вследствие чего запыленность газов значительно снижается. Температура газов за котлом-утилизатором обычно 300—400 °С, а запыленность 5—6 г/м³. При таких параметрах газы могут быть направлены на тонкую очистку сразу в сухие электрофильтры (см. рис. 33.1, е).

Однако при высоком содержании в пыли оксидов цинка и свинца ее электрическая проводимость может оказаться недостаточной для устойчивой работы электрофильтров. В этих случаях целесообразнее устанавливать перед ними скрубберы для предварительного увлажнения газа, снабженные антикоррозионной защитой.

В целях использования газов отражательных печей (содержащих 1—2% S0₂) для получения серной кислоты их часто смешивают с более концентрированными по содержанию S0₂ обжиговыми или конвертерными газами. В этом случае необходимость в дополнительном увлажнении отпадает. При работе печи на сырой шихте перед электрофильтрами иногда устанавливают циклоны.