煙塵采樣器在銅冶煉工藝煙氣監測中的應用

黃 科

（江西銅業集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

在銅冶煉工藝過程中，電收塵器的收塵效率對制酸工藝影響明顯［1］。熔煉車間閃速爐和轉爐電收塵煙氣溫度［2］在300℃左右，二氧化硫濃度分別在35%和11%左右(高溫、高二氧化硫濃度煙氣簡稱“兩高”)。目前電收塵含塵監測的方法為恒流法［3］。該方法自動化水平低，監測誤差較大，且采樣泵受“兩高”煙氣影響故障率高。

要想較為準確的監測電收塵器的效率，需要采用先進的設備，在環境監測領域使用微電腦煙塵采樣器對煙塵進行監測。微電腦煙塵采樣器能提高自動化水平和監測結果的準確性，對監測閃速爐和轉爐電收塵的收塵效率準確性的提高有重大意義。但由于熔煉車間閃速爐和轉爐電收煙氣煙溫和二氧化硫濃度過高，該設備無法在該工藝過程中得以應用，因此貴溪冶煉廠環境監測站開展了微電腦煙塵采樣器在銅冶煉工藝煙氣監測中應用的研究。

2 原理及問題分析

“兩高”煙氣監測的原理為采樣煙氣出采樣槍后經過煙氣預處，理最后進入采樣器（如圖1）。煙氣預處理是“兩高”煙氣監測的關鍵步驟，預處理包括降溫、降低二氧化硫濃度、干燥三個步驟。

圖1 恒流法煙氣預處理裝置

根據微電腦煙塵采樣器說明書［4］上提供的參數和使用恒流法的預處理裝置監測參數對比（對比數據見表1）從對比數據分析可知，“兩高”煙氣進入微電腦煙塵采樣器后，煙氣溫度和二氧化硫濃度均超過設備的最大允許參數。因此微電腦煙塵采樣器不能使用原預處理裝置應用于“兩高”煙氣的監測。

表1 煙氣參數對比表

因此，要解決微電腦煙塵采樣器在銅冶煉工藝煙氣監測中的應用問題，需先做好“兩高”煙氣預處理，再開展應用試驗。

3 煙氣預處理解決方案及效果

煙氣處理要滿足微電腦煙塵采樣器的要求，需對原有預處理裝置和吸收液進行改進，解決方案為先降溫后吸收二氧化硫。

3.1 降低煙氣溫度

閃速爐和轉爐煙氣在電收塵處的溫度在300℃左右，恒流法為煙氣直接通入冷卻水中降溫，冷卻后煙溫仍在200℃左右。煙氣再進入吸收瓶，使吸收液溫度大幅升高，降低吸收瓶內吸收液對二氧化硫的去除效率。且高溫會造成煙氣含濕量過高，嚴重影響采樣體積的計量。

應降低煙氣溫度，尋找能將煙氣溫度降低至100℃以下的方法。采樣用盤管冷卻的方式，對煙氣降溫。定制冷凝器，將不銹鋼盤管和水槽組合，在水槽中注水后通煙氣進行冷卻試驗。試驗結果見表2。

表2 煙氣降溫試驗結果對比表

經試驗，盤管冷凝后煙氣溫度均低于100℃，能滿足微電腦煙塵采樣器對流量計前溫度的要求。

3.2 提高二氧化硫吸收率，降低二氧化硫濃度

恒流法為吸收瓶的采樣管直接插入吸收液液面以下，煙氣直接充入吸收液中進行吸收。該方式缺點為氣體無法分散，大氣泡在吸收液內停留時間過短，導致二氧化硫吸收效率低。原方法的吸收液為雙氧水，由于二氧化硫濃度太高，即使吸收瓶完全裝滿雙氧水也遠遠無法吸收如此大量的二氧化硫，且使用雙氧水吸收二氧化硫屬放熱反應，會提高吸收液溫度。由于上述兩個缺點導致吸收后煙氣二氧化硫濃度仍在10000mg/m3以上，過高的二氧化硫對流量計和采樣泵造成嚴重損害，采樣泵故障率居高不下，煙氣采樣過程經常中斷。采樣泵排出的高濃度二氧化硫尾氣嚴重影響采樣作業環境，對采樣人員的呼吸道和眼睛造成刺激。

要提高二氧化硫吸收率需對氣體分散度和吸收液進行改進。通過選擇合適的部件來提高氣體分散度，對曝氣管、砂芯曝氣頭、曝氣嘴等進行試驗，選擇氣體分散度好，且阻力［5］能夠滿足設備要求的部件作為氣體分散裝置。試驗結果見表3。

表3 曝氣試驗結果

再通過選擇合適的吸收液來增加二氧化硫的吸收總量，對高濃度雙氧水、自制吸收液、石灰水等進行試驗，選擇吸收總量最大，且放熱小的吸收液。試驗結果見表4。

表4 二氧化硫吸收試驗結果

通過試驗可以知，利用盤管冷凝、帶曝氣管的吸收瓶、干燥器組成的煙氣預處理裝置（見圖2）再使用自制吸收液處理“兩高”煙氣，處理后的煙氣溫度、二氧化硫濃度均能,滿足微電腦煙塵采樣器的設計要求。

圖2 改進后的煙氣預處理裝置

4 開展微電腦煙塵采樣器應用試驗

在解決煙氣預測理問題后，進行電腦煙塵采樣器應用試驗，通過應用過程中測得的數據，判斷綜合阻力、煙氣溫度、二氧化硫濃度是否能滿足采樣器要求［6］；對監測數據結果的波動性進行分析，判斷監測結果的穩定性。

對閃速爐和轉爐電收塵分別用兩種方法開展了三次監測，每次測三個濾筒，結果如表5、表6。恒流采樣系統每次測得的三個濾筒數據結果波動大，微電腦煙塵采樣系統每次測得的三個濾筒數據結果非常接近。通過數據分析可以證明微電腦煙塵采樣器的應用監測數據穩定性明顯提升，可以提高監測結果的準確性。

表5 恒流法監測結果 mg/m3

表6 微電腦煙塵采樣監測結果 mg/m3

由于微電腦煙塵采樣器對進入儀器的溫度、二氧化硫濃度、采樣阻力都有要求，計劃將改進后的冷凝器、吸收瓶和其他部件連接后對流量計前溫度、二氧化硫濃度和綜合阻力進行對比，判斷是否滿足設備要求。

通過應用試驗數據可知，在不同采樣流量時，經過冷卻、吸收后的煙氣溫度、二氧化硫濃度、綜合阻力均低于設備最優參數。微電腦煙塵采樣器配合盤管冷凝器和改進后的吸收瓶后可以應用于高溫、高濃度二氧化硫煙氣的含塵量監測。

表7 不同流量情況時參數

5 結論

經過試驗，找到了解決高溫、高二氧化硫煙氣預處理的方法， 預處理后煙氣各參數能滿足微電腦煙塵采樣器的要求，使微電腦煙塵采樣器成功應用于閃速爐、轉爐電收塵的含塵量監測。該應用能大大提高采樣過程的安全系數和分析結果的準確性，降低采樣過程設備故障率和勞動強度。

［1］陸湖南,王小政,褚繼軍. LD型電除塵器在北方銅業公司冶煉廠的應用[J].硫酸工業, 2005(5):28-31.

［2］江銅集團貴溪冶煉廠教培科. 熔煉車間二系統培訓教材[Z].鷹潭:貴溪冶煉廠, 2008:55-102.

［3］陳偉峰, 呂銘 ,宋維亮, 等. 干式電除塵控制系統在轉爐上的應用[J].冶金自動化, 2007, 31(2):62-67.

［4］武漢天虹儀表有限公司. 微電腦煙塵平行采樣器使用說明書[Z].3-4.

［5］張丘. 關于轉爐煉鋼一次煙氣除塵系統風機前煙塵監測中的煙氣壓力參數測試探討[C]. 2003年冶金能源環保生產技術會議論文集.北京, 2003:368-369.

［6］周勁軍, 陳廣言. 利用TH-880Ⅳ型煙塵平行采樣儀測定轉爐除塵系統中的含塵量與含水量[J].冶金動力, 2004, 2:29-31.