Hvordan kontrollere støv ved smelting av ikke-jernholdige metaller?

Det direkte svaret: Kombiner kildefangst, støvfiltrering og røykgassbehandling

Støv fra smelting av ikke-jernholdige metaller bringes under kontroll av tre lag som arbeider sammen, ikke av noe enkelt utstyr: forseglet eller hettefangst ved ovnen, omformeren og tappepunkter; a støvfilter dimensjonert for de veldig fine partikkelstørrelsene som metallurgisk røyk produserer; og et røykgassbehandlingstrinn som fjerner svoveldioksid, sure gasser og gjenværende tungmetalldamp som et støvfilter ikke er laget for å fange opp.

Når alle tre lagene er konstruert som ett system, kan behandlet avgass bringes til en partikkelkonsentrasjon under 10 mg per normal kubikkmeter , med total fangsteffektivitet for sub-mikron smelterøyk som vanligvis overstiger 99 prosent . Å utelate røykgassbehandlingstrinnet, selv med et utmerket støvfilter på plass, etterlater fortsatt gassformige og dampfaseforurensninger i stabelen som partikkelkontroll alene aldri var i stand til å fjerne.

Hvorfor smelterøyk er vanskeligere å kontrollere enn vanlig industristøv

Mesteparten av partiklene som forlater et ikke-jernholdig smelteverk er ikke mekanisk generert støv. Det er metallurgisk røyk, dannet når metall- og metalloksiddamp produseres ved ovnstemperaturer over 1000°C kondenserer til faste partikler når gassen avkjøles nedstrøms. Fordi disse partiklene dannes gjennom kondens i stedet for brudd eller slitasje, måler en stor andel av dem under 1 mikrometer , med mye av den totale massen konsentrert under 0,3 mikrometer. Disse fine partiklene passerer rett gjennom utstyr dimensjonert for grovere støv og forblir suspendert i luften mye lenger enn større partikler gjør.

To distinkte støvstrømmer, to forskjellige problemer

En typisk smelteoperasjon gir to støvstrømmer som oppfører seg ganske forskjellig og ofte trenger ulike løsninger. Knusing, sikting, transport og fylling av malmkonsentrat genererer grovere håndteringsstøv, vanligvis i området 10 til 100 mikrometer, som legger seg relativt raskt og reagerer godt på konvensjonell hetting og syklonseparasjon. Avgass fra ovn og omformer, på den annen side, bærer den ultrafine kondensasjonsrøyken beskrevet ovenfor, ofte sammen med fordampede forbindelser av bly, arsen, kadmium eller sink som finnes i mange sulfid- og oksidmalmer. Å dimensjonere et enkelt stykke filtreringsutstyr for bare én av disse strømmene, og deretter forvente at det skal håndtere begge deler, er en av de vanligste årsakene til at støvkontrollsystemer underpresterer designmålene sine.

Kildefangst: Stopping Dust Before It Becomes Airborne

Den mest kostnadseffektive reduksjonen i smeltestøv skjer før noen gass når et filter i det hele tatt. Ovner, omformere og tappepunkter utstyrt med tettsittende hetter eller fulle kapslinger, holdt under lett undertrykk i forhold til det omkringliggende verkstedet, hindrer røyk i å slippe ut i bygningen før den kan trekkes inn i avtrekkssystemet. Capture-hetter er vanligvis utformet rundt en ansiktshastighet på omtrent 0,5 til 1,5 meter per sekund ; fulle kabinetter kan fungere effektivt ved lavere hastigheter fordi røyken ikke har noe sted å spre seg før den når kanalen.

Sekundær fangst betyr like mye som primær fangst. Banking, helling og støping slipper ut korte røykstøt som en primærhette ofte savner, så kalesjehetter eller push-pull-ventilasjon plassert rett over disse punktene er lagt til spesielt for å fange dem. Operasjoner som investerer i dette sekundære laget fanger vanligvis opp mer enn 95 prosent av generert røyk før den når støvfilteret, noe som både reduserer belastningen på nedstrømsutstyr og begrenser flyktige utslipp som ellers ville unnslippe gjennom takventiler og bygningsåpninger i stedet for den kontrollerte stabelen.

Velge et støvfilter for å smelte av gass

Å velge et støvfilter for smelting av avgass betyr å tilpasse utstyr til gasstemperatur, partikkelstørrelse og korrosivitet, ikke bare å matche en nominell luftstrøm. Tabellen nedenfor oppsummerer hvordan hovedfiltertypene typisk presterer mot den undermikron, metallbærende røyken beskrevet tidligere.

I praksis arrangerer mange smelteverk disse teknologiene i serie i stedet for å stole på bare én: en syklon fjerner den grove fraksjonen først, slik at primærfilteret ikke blir overbelastet, mens et stofffilter eller elektrostatisk utskiller installert nedstrøms håndterer den fine kondensasjonsrøyken. Stofffiltre utstyrt med PTFE membran media har blitt et vanlig valg for nye installasjoner, siden de holder fjerningseffektiviteten under mikron over 99,5 prosent over et bredt spekter av gassstrømforhold, selv om de krever nøye temperatur- og fuktighetskontroll for å unngå å blende posene eller forkorte levetiden.

Røykgassbehandling: Håndtere hva støvfilteret ikke kan fjerne

Et støvfilter, uansett hvor effektivt det er, fjerner bare faste og flytende partikler. Avgass fra sulfidmalmsmelting bærer vanligvis svoveldioksid i konsentrasjoner som er langt høyere enn de fleste andre industrielle kilder, noen ganger i området ca. 3 til 30 volumprosent for høystyrke ovnsgass, sammen med sur tåke og gjenværende tungmetalldamp som kun kondenserer eller reagerer etter å ha passert filteret. Røykgassbehandling er trinnet som er bygget spesielt for å håndtere disse gass- og dampfaseforurensningene.

Høykonsentrasjonsstrømmer: gjenvinning i stedet for deponering

Der svoveldioksidkonsentrasjonen er høy nok, er standardtilnærmingen ikke å skrubbe bort gassen, men å omdanne den til svovelsyre gjennom en dobbel-kontakt, dobbel absorpsjonsprosess, som kan oppnå svovelkonverteringseffektiviteter over 99,5 prosent mens de produserer et brukbart syreprodukt i stedet for en avfallsstrøm.

Lavere konsentrasjon og halegassstrømmer

For svakere gassstrømmer, eller som et poleringstrinn etter syregjenvinning, fjerner våt, halvtørr og tørr sorbentskrubbing med kalk-, kalksteins- eller natriumbaserte reagenser vanligvis 90 prosent eller mer av det gjenværende svoveldioksidet. Aktivt karboninjeksjon eller adsorpsjon med fast sjikt tilsettes der kvikksølv eller andre flyktige tungmetaller er tilstede, siden disse forurensningene passerer gjennom både partikkelfiltre og konvensjonelle syregassscrubbere urørt. Der forbrenning eller høytemperaturoksidasjon også genererer nitrogenoksider, legges selektiv katalytisk eller ikke-katalytisk reduksjon ved bruk av en ammoniakkbasert reagens på samme gasstog for å bringe nitrogenoksider ned sammen med partikler og svoveldioksid.

Hvordan stadiene kobles sammen: Et flertrinns behandlingstog

Fordi hvert trinn retter seg mot et annet forurensnings- eller partikkelstørrelsesområde, betyr rekkefølgen utstyret er arrangert like mye som selve utstyret. Et typisk tog for et sulfidmalmsmelteverk beveger avgass gjennom følgende sekvens, hvor hvert trinn beskytter ytelsen og levetiden til den etterfølgende:

• Avgass fra ovn eller omformer etterlater prosessen varm og tungt belastet med fin røyk.
• Spillvarmegjenvinning og gasskjøling bringer strømmen til en temperatur nedstrømsfilteret tåler.
• En syklon-for-separator fjerner den grove partikkelfraksjonen, og beskytter primærfilteret mot slitasje og overbelastning.
• Et primært støvfilter, typisk et stofffilter eller elektrostatisk filter, fjerner de gjenværende fine partikler.
• Et røykgassavsvovlings- eller skrubbetrinn fjerner svoveldioksid og sure gasser.
• Et poleringstrinn, ofte aktivert karbonadsorpsjon, fanger opp spor av tungmetalldamp som tidligere stadier ikke kan.
• Den rene gassen kommer ut gjennom en stabel utstyrt med kontinuerlig utslippsovervåking.

Diagrammet ovenfor representerer denne sekvensen visuelt: Avgass beveger seg fra venstre til høyre fra ovnen, gjennom syklonforseparasjon og det primære støvfilteret, inn i røykgassbehandling og et siste poleringstrinn, før kontinuerlig overvåking bekrefter hva som når stabelen.

Drift, overvåking og vedlikehold av systemet

Et støvfilter og røykgassbehandlingstog fungerer bare så godt som det betjenes. Selv et korrekt designet system vil drive bort fra designeffektiviteten uten konsekvent overvåking og vedlikehold, siden støvavleiringer, fuktighet og syrekondensat virker på utstyret kontinuerlig over tid.

Kontinuerlig overvåking holder systemet ærlig

Stabelmonterte instrumenter for kontinuerlig utslippsovervåking som sporer partikkelkonsentrasjon, opasitet og svoveldioksid gir operatører sanntidsbevis på hvordan støvfilteret og røykgassbehandlingsstadiene fungerer, i stedet for å stole på periodiske manuelle tester alene for å fange et problem etter at det allerede har påvirket utslippene.

Differensialtrykk signaliserer når et filter trenger oppmerksomhet

På tvers av et stofffilter holdes differensialtrykket normalt innenfor et bånd rundt 1000 til 1500 pascal . En jevn stigning utenfor dette båndet peker vanligvis på at posen blender fra fuktighet eller kjemisk angrep, mens et plutselig fall ofte signaliserer en revet eller løs pose som lar støv omgå filtrering helt.

Planlegg utskifting av pose og korrosjon før de forårsaker driftsstans

Filterposer utsatt for sur, høytemperatur smeltegass varer vanligvis i størrelsesorden to til fire år før utskifting, selv om belastning av slipende støv eller temperatursvingninger kan forkorte dette betraktelig. Våtte komponenter i røykgassbehandlingstrinnet står overfor en egen korrosjonsrisiko fra surt kondensat, så materialvalg og rutinemessig inspeksjon av kanaler, skrubberinnvendige deler og absorberforinger betyr like mye som den underliggende prosesskjemien.

Ofte stilte spørsmål

Kan ett utstyr håndtere både støv og røykgass på en gang?

Våtskrubbere kan fjerne partikler og absorbere sur gass i en enkelt beholder, men partikkelfjerningseffektiviteten de oppnår for metallurgisk røyk under mikrometer er generelt lavere enn et dedikert stofffilter, og de genererer en avløpsvannstrøm som i seg selv trenger behandling. De fleste smelteoperasjoner får mer pålitelig ytelse som er enklere å vedlikeholde ved å holde støvfiltrering og røykgassbehandling som separate, spesialbygde trinn i stedet for å kombinere dem til én enhet.

Hvorfor trenger smelterøyk finere filtrering enn støv fra knusing eller sikting?

Fordi smelterøyk dannes gjennom dampkondensering i stedet for mekanisk brudd, er det meste av massen under 1 mikrometer, mens knusing og siling av støv vanligvis er 10 mikrometer eller større. Et støvfilter og oppsamlingssystem dimensjonert for den grovere strømmen vil ikke holde tilbake den finere.

Hvordan behandles svoveldioksid fra smelting av avgass vanligvis?

Der svoveldioksidkonsentrasjonen er høy, noe som er vanlig ved smelting av sulfidmalm, er konvertering til svovelsyre gjennom dobbel-kontakt dobbeltabsorpsjon standard tilnærming til røykgassbehandling, og gjenvinner svovel som et brukbart produkt i stedet for å slippe ut det. Svakere strømmer, eller restgassen etter syregjenvinning, poleres vanligvis med våt, halvtørr eller tørr alkalisk skrubbing.

Hva får et stofffilter til å miste effektivitet over tid?

De vanligste årsakene er poser som blender fra fuktighetskondens eller kjemisk angrep, fysiske skader som rifter eller slitte sømmer, og opphopning av støvkaker som rengjøringssyklusene ikke klarer å fjerne tilstrekkelig. Sporing av differensialtrykktrender sammen med periodisk visuell eller lekkasjetesting fanger vanligvis opp disse problemene før de viser seg som en utslippsoverskridelse.

Påvirker røykgassbehandling hvordan støvfilteret betjenes?

Ja. Gasstemperatur og fuktighet som kommer inn i røykgassbehandlingstrinnet kontrolleres vanligvis med støvfilterets toleranser i tankene, siden kondens oppstrøms for filteret kan blende stoffmedier eller akselerere korrosjon inne i en elektrostatisk filter. De to trinnene er normalt utformet og drevet som ett integrert system i stedet for uavhengig.

Hvilken partikkelkonsentrasjon kan et godt designet system oppnå?

Moderne stofffiltre sammen med effektiv kildefangst holder vanligvis utløpspartikkelkonsentrasjonen under 10 mg per normal kubikkmeter på en vedvarende basis, selv om tallet som gjelder for et bestemt anlegg avhenger av gassegenskapene og den regulatoriske grensen systemet er designet for å møte.