Hvordan kontrolleres støv ved smeltning af ikke-jernholdigt metal?

Det direkte svar: Kombiner kildefangst, støvfiltrering og røggasbehandling

Støv fra smeltning af ikke-jernholdigt metal bringes under kontrol af tre lag, der arbejder sammen, ikke af et enkelt stykke udstyr: forseglet eller afskærmet opsamling ved ovnen, konverteren og tappesteder; a støvfilter dimensioneret til de meget fine partikelstørrelser, som metallurgisk damp producerer; og et røggasbehandlingstrin, der fjerner svovldioxid, sure gasser og resterende tungmetaldamp, som et støvfilter ikke er designet til at opfange.

Når alle tre lag er konstrueret som ét system, kan behandlet afgangsgas bringes til en partikelkoncentration under 10 mg pr. normal kubikmeter , med den samlede opfangningseffektivitet for sub-mikron smelterøg, der almindeligvis overstiger 99 procent . Udeladelse af røggasbehandlingstrinnet, selv med et fremragende støvfilter på plads, efterlader stadig gasformige og dampfaseforurenende stoffer i stakken, som partikelkontrol alene aldrig var i stand til at fjerne.

Hvorfor smelterøg er sværere at kontrollere end almindeligt industristøv

Det meste af de partikler, der forlader en ikke-jernholdig smelter, er ikke mekanisk genereret støv. Det er metallurgisk damp, der dannes, når metal- og metaloxiddampe produceres ved ovntemperaturer over 1.000°C kondenserer til faste partikler, når gassen afkøles nedstrøms. Fordi disse partikler dannes gennem kondens i stedet for brud eller slid, måler en stor del af dem under 1 mikrometer , med meget af den samlede masse koncentreret under 0,3 mikrometer. Disse fine partikler passerer lige gennem udstyr, der er dimensioneret til grovere støv og forbliver suspenderet i luften meget længere end større partikler gør.

To forskellige støvstrømme, to forskellige problemer

En typisk smelteoperation producerer to støvstrømme, der opfører sig ret forskelligt og ofte har brug for forskellige løsninger. Knusning, sigtning, transport og påfyldning af malmkoncentrat genererer grovere håndteringsstøv, generelt i området 10 til 100 mikrometer, som sætter sig relativt hurtigt og reagerer godt på konventionel hætte- og cyklonseparation. Ovn- og konverter-afgas, på den anden side, bærer den ultrafine kondensationsrøg, der er beskrevet ovenfor, ofte sammen med fordampede forbindelser af bly, arsen, cadmium eller zink, der er til stede i mange sulfid- og oxidmalme. At dimensionere et enkelt stykke filtreringsudstyr til kun en af ​​disse strømme og derefter forvente, at det håndterer begge dele, er en af ​​de mest almindelige årsager til, at støvkontrolsystemer underpræsterer deres designmål.

Kildefangst: Stopning af støv, før det bliver luftbåren

Den mest omkostningseffektive reduktion af smeltestøv sker, før nogen gas overhovedet når et filter. Ovne, omformere og anboringssteder forsynet med tætsluttende hætter eller fuld indkapsling, holdt under let undertryk i forhold til det omgivende værksted, forhindrer røg i at slippe ud i bygningen, før det kan trækkes ind i udsugningssystemet. Capture hætter er almindeligvis designet omkring en ansigtshastighed på ca 0,5 til 1,5 meter i sekundet ; fulde indkapslinger kan fungere effektivt ved lavere hastigheder, fordi røgen ikke har nogen steder at sprede sig, før den når kanalen.

Sekundær fangst betyder lige så meget som primær fangst. Bankning, hældning og støbning frigiver korte dampe, som en primær emhætte ofte savner, så baldakinhætter eller push-pull ventilation placeret direkte over disse punkter er tilføjet specifikt for at fange dem. Operationer, der investerer i dette sekundære lag, fanger typisk mere end 95 procent af genereret røg, før det når støvfilteret, hvilket både reducerer belastningen på nedstrøms udstyr og begrænser flygtige emissioner, der ellers ville slippe ud gennem tagventiler og bygningsåbninger i stedet for den kontrollerede stak.

Valg af støvfilter til smeltning af afgas

At vælge et støvfilter til smeltning af afgangsgas betyder, at udstyr skal tilpasses til gastemperatur, partikelstørrelse og korrosivitet, ikke blot at matche en nominel luftstrøm. Tabellen nedenfor opsummerer, hvordan hovedfiltertyperne typisk præsterer over for den metalbærende røg, der er under mikrometer, beskrevet tidligere.

I praksis arrangerer mange smelteværker disse teknologier i serier i stedet for at stole på kun én: en cyklon fjerner den grove fraktion først, så det primære filter ikke overbelastes, mens et stoffilter eller elektrostatisk udskiller installeret nedstrøms håndterer den fine kondensationsrøg. Stoffiltre monteret med PTFE membranmedier er blevet et almindeligt valg for nye installationer, da de holder sub-mikron fjernelseseffektivitet over 99,5 procent over en bred vifte af gasstrømningsforhold, selvom de kræver omhyggelig temperatur- og fugtkontrol for at undgå at blænde poserne eller forkorte deres levetid.

Røggasbehandling: Håndtering af, hvad støvfilteret ikke kan fjerne

Et støvfilter, hvor effektivt det end er, fjerner kun faste og flydende partikler. Afgangsgas fra sulfidmalmssmeltning bærer sædvanligvis svovldioxid i koncentrationer langt højere end de fleste andre industrielle kilder, nogle gange i størrelsesordenen 3 til 30 volumenprocent til højstyrke ovngas, sammen med sur tåge og resterende tungmetaldamp, der kun kondenserer eller reagerer efter passage gennem filteret. Røggasbehandling er den fase, der er bygget specifikt til at håndtere disse gasformige og dampfaseforurenende stoffer.

Højkoncentrationsstrømme: genvinding i stedet for bortskaffelse

Hvor svovldioxidkoncentrationen er høj nok, er standardmetoden ikke at skrubbe gassen væk, men at omdanne den til svovlsyre gennem en dobbelt-kontakt, dobbeltabsorptionsproces, som kan nå svovlomdannelseseffektiviteter over 99,5 procent samtidig med at der produceres et brugbart syreprodukt frem for en affaldsstrøm.

Lavere koncentration og halegasstrømme

Til svagere gasstrømme eller som et poleringstrin efter syregenvinding fjerner våd, halvtør og tør sorbentskrubning med kalk-, kalkstens- eller natriumbaserede reagenser typisk 90 procent eller mere af den resterende svovldioxid. Aktivt kulinjektion eller fast-bed adsorption tilsættes, hvor kviksølv eller andre flygtige tungmetaller er til stede, da disse forurenende stoffer passerer gennem både partikelfiltre og konventionelle syre-gas scrubbere urørt. Hvor forbrænding eller højtemperaturoxidation også genererer nitrogenoxider, anbringes selektiv katalytisk eller ikke-katalytisk reduktion ved hjælp af et ammoniakbaseret reagens på det samme gastog for at bringe nitrogenoxider ned sammen med partikler og svovldioxid.

Sådan forbinder stadierne: Et behandlingstog i flere stadier

Fordi hvert trin retter sig mod et andet forurenende stof eller partikelstørrelsesområde, betyder rækkefølgen, som udstyret er arrangeret i, lige så meget som selve udstyret. Et typisk tog til en sulfidmalmsmelter bevæger afgangsgas gennem følgende sekvens, hvor hvert trin beskytter ydeevnen og levetiden for det efter det:

• Ovn- eller konverterafgas efterlader processen varm og tungt belastet med fin damp.
• Genvinding af spildvarme og gaskøling bringer strømmen til en temperatur, som nedstrømsfilteret kan tåle.
• En cyklon-for-separator fjerner den grove partikelfraktion og beskytter det primære filter mod slid og overbelastning.
• Et primært støvfilter, typisk et stoffilter eller elektrostatisk udskiller, fjerner de resterende fine partikler.
• Et røggasafsvovlings- eller skrubbetrin fjerner svovldioxid og sure gasser.
• Et poleringstrin, ofte aktiv kuladsorption, fanger spor af tungmetaldamp, som tidligere stadier ikke kan.
• Den rene gas kommer ud gennem en stak udstyret med kontinuerlig emissionsovervågning.

Diagrammet ovenfor repræsenterer denne sekvens visuelt: Afgangsgas bevæger sig fra venstre mod højre fra ovnen, gennem cyklon-forseparation og det primære støvfilter, ind i røggasbehandling og et sidste poleringstrin, før kontinuerlig overvågning bekræfter, hvad der når stakken.

Drift, overvågning og vedligeholdelse af systemet

Et støvfilter og røggasbehandlingstog fungerer kun så godt, som det betjenes. Selv et korrekt designet system vil glide væk fra dets designeffektivitet uden konsekvent overvågning og vedligeholdelse, da støvaflejringer, fugt og syrekondensat alle påvirker udstyret kontinuerligt over tid.

Kontinuerlig overvågning holder systemet ærligt

Stabelmonterede instrumenter til kontinuerlig emissionsovervågning, der sporer partikelkoncentration, opacitet og svovldioxid, giver operatører realtidsbevis på, hvordan støvfilteret og røggasbehandlingstrinene fungerer, i stedet for at stole på periodiske manuelle test alene for at fange et problem, efter at det allerede har påvirket emissionerne.

Differenstryk signalerer, når et filter har brug for opmærksomhed

På tværs af et stoffilter holdes differenstrykket normalt inden for et bånd omkring 1.000 til 1.500 pascal . En konstant stigning uden for dette bånd peger normalt på, at posen blænder fra fugt eller kemisk angreb, mens et pludseligt fald ofte signalerer en iturevne eller løsrevet pose, der lader støv omgå filtreringen helt.

Planlæg poseudskiftning og korrosion, før de forårsager en nedlukning

Filterposer udsat for sur smeltegas med høj temperatur holder typisk i størrelsesordenen ca to til fire år før udskiftning, selvom slibende støvbelastning eller temperaturudsving kan forkorte det betydeligt. Befugtede komponenter i røggasbehandlingsstadiet står over for en egen korrosionsrisiko fra surt kondensat, så materialevalg og rutinemæssig inspektion af kanaler, scrubber indvendige dele og absorberforinger betyder lige så meget som den underliggende proceskemi.

Ofte stillede spørgsmål

Kan ét stykke udstyr håndtere både støv og røggas på én gang?

Vådskrubbere kan fjerne partikler og absorbere syregas i en enkelt beholder, men partikelfjernelseseffektiviteten, de opnår for sub-mikron metallurgisk røg, er generelt lavere end et dedikeret stoffilter, og de genererer en spildevandsstrøm, der i sig selv skal renses. De fleste smelteoperationer får en mere pålidelig, lettere at vedligeholde ydeevne ved at holde støvfiltrering og røggasbehandling som separate, specialbyggede faser i stedet for at kombinere dem i én enhed.

Hvorfor har smelterøg brug for finere filtrering end støv fra knusning eller sigtning?

Fordi smelterøg dannes gennem dampkondensering snarere end mekanisk brud, ligger det meste af dens masse under 1 mikrometer, mens knusnings- og sigtestøvet typisk løber 10 mikrometer eller mere. Et støvfilter og opsamlingssystem, der er dimensioneret til den grovere strøm, vil ikke holde den finere tilbage.

Hvordan behandles svovldioxid fra smeltning af afgangsgas normalt?

Hvor svovldioxidkoncentrationen er høj, hvilket er almindeligt ved sulfidmalmsmeltning, er omdannelse til svovlsyre gennem dobbelt-kontakt dobbeltabsorption standard røggasbehandlingsmetode, hvor svovl genvindes som et brugbart produkt i stedet for at udlede det. Svagere strømme eller restgassen efter syregenvinding poleres typisk med våd, halvtør eller tør alkalisk skrubning.

Hvad får et stoffilter til at miste effektivitet over tid?

De mest almindelige årsager er poseblænding på grund af fugtkondensering eller kemisk angreb, fysiske skader såsom rifter eller slidte sømme og ophobning af støvkage, som rengøringscyklusser ikke fjerner tilstrækkeligt. Sporing af differenstryktendenser sammen med periodisk visuel test eller lækagetest fanger normalt disse problemer, før de viser sig som en emissionsoverskridelse.

Påvirker røggasrensning, hvordan støvfilteret betjenes?

Ja. Gastemperatur og fugt, der kommer ind i røggasbehandlingstrinnet, styres normalt med støvfiltrets tolerancer i tankerne, da kondens opstrøms for filteret kan blænde stofmedier eller fremskynde korrosion inde i en elektrostatisk udskiller. De to trin er normalt designet og drevet som ét integreret system snarere end uafhængigt.

Hvilken partikelkoncentration kan et veldesignet system opnå?

Moderne stoffiltre parret med effektiv kildefangst holder normalt udgangspartikelkoncentrationen under 10 mg per normal kubikmeter på et vedvarende grundlag, selvom det tal, der gælder for ethvert specifikt anlæg, afhænger af gasegenskaberne og den lovmæssige grænse, systemet er designet til at overholde.