動(dòng)力波工藝在銅冶煉煙氣治理方面的應(yīng)用

廖小平(云南錫業(yè)股份有限公司，云南 個(gè)舊 661000)

0 引言

在銅原料熔煉、吹煉及精煉生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的SO2，主要來(lái)自含硫化合物(FeS2中的硫化物)、含鐵原料的硫酸鹽、以及燃料中的有機(jī)硫[1]。在熔煉、干燥和預(yù)熱過(guò)程中，硫化物和燃料中的有機(jī)硫氧化為SO2。熔融時(shí)的溫度約為1000℃，在此溫度下硫酸鹽分解生成SO2。由于銅冶煉技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)相當(dāng)成熟，短期內(nèi)很難進(jìn)行重大革新，銅冶煉成品礦的含硫量也是其主要質(zhì)量指標(biāo)。減少生產(chǎn)過(guò)程中的SO2，排出物會(huì)增加空氣中的含硫元素，導(dǎo)致空氣質(zhì)量下降[2]。以往大都采用霧化噴嘴將脫硫漿霧化成直徑為2500～3000 微米的液滴，增大液滴與煙氣接觸的表面積。本工藝霧化噴嘴的霧化效果與漿液流量有直接關(guān)系，在一定的流動(dòng)條件下，霧化噴嘴的孔徑范圍在4.8～63.5mm 范圍內(nèi)。霧化噴嘴在實(shí)際運(yùn)行中，易產(chǎn)生積垢，會(huì)發(fā)生堵塞甚至損壞現(xiàn)象[3]。因此，提出了動(dòng)力波工藝在銅冶煉煙氣治理方面的應(yīng)用研究。

1 動(dòng)力波洗滌原理

動(dòng)力波洗滌是一種煙氣洗滌凈化工藝，主要應(yīng)用于銅冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的含酸霧、粉塵的煙氣洗滌[4]。圖1 中顯示了動(dòng)力波洗過(guò)程的基本原理。

圖1 動(dòng)力波洗滌原理

煙氣由上向下進(jìn)入洗滌管內(nèi)，洗滌液通過(guò)噴嘴由下向上反向噴入氣體。氣液兩相在泡沫區(qū)內(nèi)，不僅接觸面積大，而且接觸面快速更新，提高了傳熱傳質(zhì)效率，達(dá)到高效洗滌的目的[5]。

選擇合適的液/氣流量是動(dòng)力波清洗吸收技術(shù)的關(guān)鍵，當(dāng)氣體速度很低時(shí)，氣體與液體不會(huì)發(fā)生劇烈碰撞，每一層都不會(huì)形成泡沫區(qū)；當(dāng)氣體流速逐漸增加，就會(huì)把液體吹走；當(dāng)氣體流速增加到一定程度，就會(huì)在氣體和液體表面形成泡沫區(qū)；氣體流速繼續(xù)增加，液體被霧化，而泡沫區(qū)沒(méi)有形成。所以，保持氣液流速接近液泛區(qū)域內(nèi)，是動(dòng)力波技術(shù)的關(guān)鍵。

2 動(dòng)力波工藝在銅冶煉煙氣治理方面應(yīng)用

以清潔水為吸收劑，對(duì)銅冶煉煙氣中的含砷、鉛煙塵等進(jìn)行循環(huán)洗滌，從而對(duì)冶煉煙氣進(jìn)行凈化。凈化漿液完成動(dòng)力波洗滌管的傳質(zhì)傳熱過(guò)程，含鉛廢液和含砷廢液再利用斜板沉降槽對(duì)含鉛廢液進(jìn)行沉降處理，含砷廢液則進(jìn)入脫砷系統(tǒng)進(jìn)行脫除，最終產(chǎn)出的廢渣，含水率可達(dá)15%以下。以下是具體的凈化過(guò)程：

(1)主煙氣由凈化塔頂部通過(guò)兩個(gè)升壓風(fēng)機(jī)進(jìn)入凈化漿液動(dòng)力波洗管內(nèi)，形成泡沫區(qū)，硬化至絕熱飽和溫度，故還能被吸收。凈化后的煙氣，通過(guò)雙層折板除霧器從動(dòng)力波洗滌液儲(chǔ)罐頂部排入下一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

泡沫區(qū)為高度湍流，并基于氣液的相對(duì)動(dòng)量在混合區(qū)內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)，泡沫區(qū)能有效地同時(shí)去除粉塵顆粒和氣泡中的雜質(zhì)。因?yàn)闅馀菖c大量更新的液面接觸，所以動(dòng)力波泡洗滌技術(shù)也是一種高效投資的氣冷沖擊器?？蓱?yīng)用于高溫氣體的冷沖擊，也可合理設(shè)計(jì)，通過(guò)慢速冷卻過(guò)程，或增加亞微米顆粒的捕獲，促進(jìn)顆粒的生長(zhǎng)至能可快速采集的地步。

圖2 兩相流動(dòng)狀態(tài)圖

兩相流動(dòng)狀態(tài)圖，如圖2 所示。泡沫區(qū)的面積很大，可以承受相當(dāng)大的調(diào)節(jié)比，并且不會(huì)降低清洗效率。動(dòng)力波洗滌工藝的主要作用是清除煙氣中的塵粒及氣體雜質(zhì)，同時(shí)冷卻煙氣，以達(dá)到強(qiáng)化煙氣凈化的目的。

(2)為確保銅冶煉煙氣后續(xù)煙氣制酸的需要，可以根據(jù)一次動(dòng)力波洗滌煙氣情況，設(shè)置二級(jí)動(dòng)力波煙氣洗滌系統(tǒng)，進(jìn)一步提高煙氣質(zhì)量，確保煙氣制酸系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

(3)動(dòng)力波吸收液循環(huán)吸收達(dá)到一定比重時(shí)，可將部分循環(huán)液送入斜板沉降槽進(jìn)行脫鉛處理，并壓濾成含水率低于15%的鉛渣；其余循環(huán)液進(jìn)入脫砷系統(tǒng)進(jìn)行脫砷，并壓濾后產(chǎn)出含水率低于15%的含砷渣。

(4)動(dòng)力波噴淋系統(tǒng)主要包括動(dòng)力波清洗管、除霧器、循環(huán)系統(tǒng)等設(shè)備。玻璃纖維整體纏繞脫硫塔，具有耐高溫和耐腐蝕的動(dòng)力波清洗管，同時(shí)避免了設(shè)備腐蝕問(wèn)題。

該過(guò)程需要注意以下要點(diǎn)：

(1)動(dòng)力波洗滌技術(shù)可使煙氣在50%～100%范圍內(nèi)發(fā)生波動(dòng)。

動(dòng)力波洗滌工藝的關(guān)鍵技術(shù)是泡沫區(qū)的形成，當(dāng)氣液比值一定時(shí)，只要?dú)饬髁勘３衷谝欢ǚ秶鷥?nèi)，即能在附近形成泡沫區(qū)。所以，進(jìn)入洗滌管內(nèi)的煙道容量變化到一定程度后，仍然可以進(jìn)行洗滌。泡沫區(qū)形成于管道內(nèi)部，但其位置沿洗滌管上下移動(dòng)，不影響傳熱和傳質(zhì)效果。

(2)使用大直徑的噴嘴，不容易堵塞。

使用了潔凈水作為清洗液，水口主要是保證洗滌液在洗滌管內(nèi)有足夠的流量，且分布均勻。清洗液不形成霧滴，凈化后煙氣中夾帶的霧滴較少，從而減少了除霧器的負(fù)荷。所以，動(dòng)力波洗滌工藝能夠適應(yīng)銅冶煉煙氣粉塵含量高、煙氣負(fù)荷變化大的特點(diǎn)。

3 實(shí)踐分析

相對(duì)于常規(guī)設(shè)備泡沫塔，使用動(dòng)力波技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)：

(1)動(dòng)力波技術(shù)所涉及的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，整合塔槽，節(jié)省設(shè)備投資。

(2)該技術(shù)煙氣SO2凈化效果可以滿足后續(xù)煙氣制酸的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，且可以多級(jí)串聯(lián)使用。

(3)最終確保銅冶煉企業(yè)在滿足煙氣制酸的基礎(chǔ)上，盡最大可能降低制酸尾氣二氧化硫濃度，滿足《銅、鎳、鈷工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)要求。

表1 是傳統(tǒng)泡沫塔和動(dòng)力波裝置的對(duì)比數(shù)據(jù)。

傳統(tǒng)泡沫塔在運(yùn)行初期運(yùn)行控制不穩(wěn)定，一是吸收SO2量不高(僅為50%左右)，游離的顆粒物容易從煙道排出，形成白煙。二是主流程基本自動(dòng)化，但吸收塔出口處，并沒(méi)有設(shè)置SO2運(yùn)行控制參數(shù)，這就造成了傳統(tǒng)泡沫塔控制調(diào)整不及時(shí)。

表1動(dòng)力波洗滌工藝與傳統(tǒng)泡沫塔對(duì)比情況

動(dòng)力波濕式除塵是一種高效的氣-液接點(diǎn)傳質(zhì)傳熱裝置。有下列優(yōu)點(diǎn)：

(1)雖然入口煙量大，但兩相接觸面積大，凈化效果較好；它的除塵效率可達(dá)到99%以上，凈化效率比傳統(tǒng)設(shè)備高，從而以更低的能耗獲得更高的效率，吸附能力強(qiáng)。

(2)由于清洗泡沫的面積很大，足以承受相當(dāng)大的調(diào)整比，容許風(fēng)量波動(dòng)范圍在50%～100%之間，整體清洗除塵效率不會(huì)降低。

(3)設(shè)備投資低、成本低、安裝方便、占地面積小、節(jié)省空間。

(4)由于噴嘴結(jié)構(gòu)獨(dú)特，管路內(nèi)流速大，氣液流動(dòng)平穩(wěn)，不易結(jié)晶，塔體含量高，不會(huì)堵塞，設(shè)備運(yùn)行可靠。

(5)具有靈活的配置和廣泛的應(yīng)用。設(shè)計(jì)合理后，該動(dòng)力波洗滌器可應(yīng)用于任何氣體凈化工藝。

(6)動(dòng)力波裝置不僅具有極高的除塵效率，而且工作過(guò)程不受溫度和壓力的影響，在滿足材料耐受溫度的條件下，溫度和壓力條件下都能穩(wěn)定可靠地工作。

4 結(jié)語(yǔ)

采用動(dòng)力波洗滌技術(shù)對(duì)銅冶煉煙氣進(jìn)行凈化處理，符合排放標(biāo)準(zhǔn)，證明了該塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用玻璃鋼材料制作，耐腐蝕性好，生產(chǎn)成本低。通過(guò)我公司采用動(dòng)力波洗滌技術(shù)對(duì)銅冶煉煙氣的治理，證明了采用了動(dòng)力波清洗技術(shù)，凈化效率是穩(wěn)定的，可適應(yīng)于波動(dòng)煙氣系統(tǒng)的入口，以及用來(lái)防止堵塞的大直徑噴嘴。使用該技術(shù)治理時(shí)，能夠改善傳統(tǒng)方法存在弊端。