WWW.LIB.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные матриалы
 

Pages:   || 2 |

«Модернизация систем улавливания и переработки пылей цветной металлургии 6D070900 - Металлургия Диссертация на соискание ученой степени доктора философии (P ...»

-- [ Страница 1 ] --

Восточно-Казахстанский государственный технический университет

имени Д. Серикбаева

УДК 669.2/8:502.13

На правах рукописи

АСАНОВ ДАУЛЕТ АСАНОВИЧ

Модернизация систем улавливания и переработки пылей цветной

металлургии

6D070900 - Металлургия

Диссертация на соискание ученой степени

доктора философии (PhD)

Научные консультанты

кандидат технических наук

,

профессор

Запасный В.В.;

кандидат технических наук, ассоциированный профессор Куленова Н.А.;

Dr. Habil, приват-доцент TU Clausthal Рыспаев Т.А.

Республика Казахстан Усть-Каменогорск, 2015 СОДЕРЖАНИЕ

НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ 4

ОПРЕДЕЛЕНИЯ 5

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 6

ВВЕДЕНИЕ 7

АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ

ИССЛЕДОВАНИЙ 11 Анализ экологического состояния г. Усть-Каменогорска 1.1 11 Свойства пылей цветной металлургии 1.2 15 Обзор аппаратов пылеулавливания 1.3 21 Анализ современного состояния улавливания и переработки 1.4 пылей цветной металлургии 25 1.4.1 Пирометаллургические способы 25 1.4.2 Гидрометаллургические способы 29 1.4.3 Брикетирование пылей 31 Выбор направления исследования 1.5 35 Выводы по разделу 1 36

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ

ПАРАМЕТРОВ НА ПРОЦЕСС ФИЛЬТРАЦИИ ПЫЛЕЙ 38



Изучение физико-химических свойств улавливаемых пылей 2.1 цветной металлургии 38 Изучение влияния различных параметров фильтровальных 2.2 материалов на процесс фильтрации пылей 49 2.2.1 Газы свинцового производства

–  –  –

НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В представленной диссертации использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 13587-77. Полотна нетканые и изделия штучные нетканые.

Правила приемки и метод отбора проб.

ГОСТ 10681-75. Материалы текстильные. Климатические условия для кондиционирования и испытания проб и методы их определения.

ГОСТ 12023-93. Материалы текстильные. Полотна. Метод определения толщины.

ГОСТ 29088-91. Материалы полимерные ячеистые эластичные.

Определение условной прочности и относительного удлинения при разрыве.

ГОСТ 17514-93. Шерсть натуральная. Методы определения тонины.

ГОСТ 3811-72. Материалы текстильные. Ткани, нетканые полотна и штучные изделия. Методы определения линейных размеров, линейной и поверхностной плотностей.

ГОСТ 12088-77. Материалы текстильные и изделия из них. Метод определения воздухопроницаемости

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

В представленной диссертации использованы следующие термины с соответствующими определениями:

предельно-допустимая концентрация – утвержденный в законодательном порядке санитарно-гигиенический норматив. Под ПДК понимается такая концентрация химических элементов и их соединений в окружающей среде, которая при повседневном влиянии в течение длительного времени на организм человека не вызывает патологических изменений или заболеваний, устанавливаемых современными методами исследований в любые сроки жизни настоящего и последующего поколений;

фильтрация – просачивание, естественное процеживание жидкостей, газов через пористые вещества;

гидрометаллургия – выделение металлов из руд, концентратов и отходов производства с помощью водных растворов определённых веществ (химических реагентов);

пирометаллургия – совокупность металлургических процессов, протекающих при высоких температурах.

брикетирование – переработка мелких материалов в куски правильной формы равной массы (брикеты) прессованием в ленточных, вальцевых, штемпельных и кольцевых прессах.

пыли – мелкие твердые частицы органического или минерального происхождения. К пыли относят частицы среднего диаметра от долей микрона и до максимального – 0,1 мм;

промпродукты – промежуточный продукт обогащения и переработки полезных ископаемых, не являющийся кондиционным концентратом или отвальными хвостами и подлежащий дальнейшей переработке в технологической схеме. Промпродукт может подвергаться перечистке, доводке или гидрометаллургической переработке;

рукавный фильтр – вид высокоэффективного пылеулавливающего оборудования сухого типа, предназначенный для очистки технологических и вентиляционных газов запылённостью до 200 г/м3;

электрофильтры – высоковольтное электротехническое оборудование, в котором используется коронный разряд для зарядки взвешенных в газе частиц и их улавливания в электрическом поле. Для этого электрофильтры питаются от повысительно-выпрямительных агрегатов с номинальным выпрямленным напряжением 80, 110 и 150 кВ;

возгон – продукт процесса сублимации вещества, в частности металла, образующегося при нагреве шихты, полупродукта или готового металла на разных технологических стадиях получения Сu, Ni, Pb, Sn, Zn, Hg и Mg;

пылеулавливание – очистка воздуха, а также других газов от взвешенных в них твердых частиц. Пылеочистка необходима в металлургической, деревообрабатывающей, горнодобывающей, химической, пищевой, текстильной, газовой промышленности и энергетике.

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ВКГТУ – РГП на ПХВ «Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева» МОН РК МОН РК – Министерство образования и науки Республики Казахстан ТОО – Товарищество с ограниченной ответственностью АО – Акционерное общество РМК – Риддерский металлургический комплекс БМЗ – Балхашский медеплавильный завод ФРИ – фильтр рукавный, импульсный УРФМ – укрупненный рукавный фильтр, модернизированный ПДК – предельно-допустимая концентрация ПДВ – предельно-допустимый выброс УК МК – Усть-Каменогорский металлургический комплекс СЭФ – сухой электрофильтр Па – паскаль (единица давления) Т – абсолютная температура, К Ж:Т – соотношение жидкой фазы к твердой в суспензии рН – водородный показатель т – тонна (единица массы) мкм – микрометр (единица длины) кВт – киловатт (единица мощности)

– масса m

– воздухопроницаемость uв

– толщина

– средний диаметр открытых пор dп

– коэффициент множественной корреляции R R2 – коэффициент детерминации

– целевая функция y

– объем газов Q

– площадь щели завесы F

– ширина щели завесы b

– длина щели завесы l

ВВЕДЕНИЕ

Принятая Стратегия «Казахстан-2050»: новый политический курс состоявшегося государства» ставит четкие ориентиры на построение устойчивой и эффективной модели экономики, основанной на переходе страны на «зеленый» путь развития. «Зеленая экономика» определяется как экономика с высоким уровнем качества жизни населения, бережным и рациональным использованием природных ресурсов в интересах нынешнего и будущих поколений и в соответствии с принятыми страной международными экологическими обязательствами, в том числе с Рио-де-Жанейрскими принципами, Повесткой дня на XXI век, Йоханнесбургским планом и Декларацией Тысячелетия [1].

В этой связи предприятия все больше внимания уделяют вопросам охраны окружающей среды, минимизации вредного воздействия в процессе хозяйственной деятельности.

В условиях общемирового падения цен на продукцию предприятий цветной металлургии: меди на 27 %, железа на 40 %, свинца на 16,7 %, цинка на 6,6 %, алюминия на 8,4 %, предприятиям все сложнее инвестировать значительные средства на техническое перевооружение, модернизацию мощностей и охрану окружающей среды. При этом, законодательство Республики Казахстан требует внедрения мероприятий по снижению негативного воздействия на компоненты окружающей среды.

Актуальность работы. Проблема снижения промышленных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при нахождении предприятий в черте населенных пунктов обусловливает необходимость срочного решения данной задачи. В г. Усть-Каменогорске. В периоды неблагоприятных метеорологических условий стационарные посты наблюдения за состоянием атмосферного воздуха постоянно фиксируют значительные превышения санитарных норм. При этом с выбрасываемыми в атмосферу газами теряются значительные количества цветных и благородных металлов.

Для снижения антропогенной нагрузки предприятий на атмосферный воздух применяются различные виды пылеуловителей: пылеосадительные камеры, аппараты сухой инерционной очистки, электрофильтры, аппараты мокрой очистки, тканевые, волокнистые, зернистые фильтры.





Наиболее эффективными из них являются электрофильтры и рукавные фильтры. На предприятиях большие затруднения вызывает процесс оптимизации режима фильтрации в рукавных фильтрах, связанное с необходимостью проведения большого объема технологических испытаний навешиваемых фильтровальных материалов с последующим определение запыленности газов инструментальным путем. При неудовлетворительных результатах требуется подбор других видов материалов, что сопряжено большими финансовыми затратами. В этой связи получение уравнений, обеспечивающих достаточно близкое схождение с эмпирическими данными является важной задачей для металлургической отрасли.

Работа рукавных фильтров в оптимальном режиме способствует снижению негативного антропогенного воздействия на окружающую среду, позволяет вовлекать в процесс переработки максимальное количество промпродуктов.

Рациональная переработка улавливаемых пылей позволяет дополнительно повысить эффективность извлечения металлов из горнорудного сырья. В условиях падения спроса на продукцию предприятий цветной металлургии требуется поиск научных решений по снижению потерь промпродуктов с отходящими газами без значительных капиталовложений.

Цель диссертационной работы:

снижение негативного антропогенного воздействия на компоненты окружающей среды;

совершенствование методики оценки влияния свойств фильтровальных материалов на процесс пылеулавливания;

разработка практических рекомендаций металлургическим предприятиям по уменьшению потерь ценных промпродуктов (пылей).

Основные задачи

диссертационной работы:

провести оценку промышленных выбросов предприятий цветной металлургии;

изучить механизм процесса фильтрации технологических газов;

исследовать влияние физико-химических свойств улавливаемых пылей из технологических газов металлургических производств на показатели работы пылеуловителей;

разработать на основе полученных результатов практические мероприятий по повышению эффективности улавливания пылей;

исследовать возможность переработки пылей медного производства, содержащих свинец, цинк и мышьяк гидрометаллургическим способом.

Объекты исследования:

пыли свинцового, цинкового и медного производств;

системы очистки технологических и вентиляционных газов на предприятиях цветной металлургии.

Методы анализа: Исследования выполнены с использованием современных физико-химических методов анализа промпродуктов:

химических, спектрального, термогравиметрического, рентгеноструктурного с применением табличного процессора Excel, программного комплекса Statistica для обработки результатов.

Научная новизна работы:

впервые исследованы физико-химические свойства пылей различных переделов металлургических производств и определены факторы, влияющие на процессы фильтрации технологических газов;

впервые установлено комплексное влияние физико-химических свойств пылей, улавливаемых из технологических газов на показатели работы пылеуловителей;

впервые выведены математические зависимости свойств улавливаемых пылей и фильтровальных материалов на показатели работы рукавных фильтров;

впервые на основе экспериментальных данных показана возможность применения процесса водной отмывки пылей медного производства, содержащих мышьяк.

Получены следующие научные результаты:

установлено влияние выбросов градообразующих предприятий на качество атмосферного воздуха г. Усть-Каменогорска, предложены мероприятия для улучшения ситуации;

установлено, что наибольшее влияние на эффективность пылеулавливания оказывают дисперсный и химический состав пылей, в особенности содержание в них свинца, т.к. данное вещество имеет более низкую дисперсность по сравнению с другими компонентами пылей;

получены регрессионные уравнения зависимости между свойствами фильтровальных материалов и выходной запыленностью технологических газов, позволяющие с высокой точностью прогнозировать запыленность на выходе из рукавных фильтров без выполнения трудоемких инструментальных измерений. Сходимость результатов при этом составила выше 95 %;

симплексным методом линейного программирования выявлены оптимальные параметры фильтровальных материалов для достижения наиболее низкого значения запыленности технологических газов;

разработанная методика расчета технологических показателей работы рукавных фильтров может использоваться при выборе фильтровальных материалов применительно к очистке технологических и вентиляционных газов на различных металлургических переделах;

исследованиями состава технологических газов БМЗ на различных стадиях очистки установлено, что медь концентрируется в более крупных фракциях пыли (процентное соотношение Cu/Pb=8/25), а свинец преимущественно в мелких (процентное соотношение Cu/Pb=2/30);

исследования гидрометаллургического способа переработки пылей медного производства, содержащих мышьяк показали возможность возврата в металлургический цикл цинка в виде растворов с рН-6-7, содержащих 13-14 г/дм3 цинка, и свинца в виде кека, содержащего около 40 % свинца.

Основные положения, выносимые на защиту:

Определение влияния предприятий цветной металлургии на качество атмосферного воздуха.

Определение и обоснование основных свойств фильтровальных материалов, влияющих на процесс пылеулавливания.

Совершенствование методологии определения физико-химических свойств пылей цветной металлургии и их влияние на показатели работы пылеуловителей.

Разработка мероприятий по снижению потерь промпродуктов без значительных капиталовложений.

Результаты исследований гидрометаллургического вскрытия пылей медного производства, содержащих мышьяк.

Работа выполнялась на кафедре «Химия, металлургия и обогащение»

Восточно-Казахстанского государственного технического университета им. Д.

Серикбаева.

Практическая значимость работы:

разработанная методика расчета технологических показателей работы рукавных фильтров позволяет определять выходную запыленность газов на различных металлургических переделах без проведения инструментальных измерений;

по выданным рекомендациям модернизации конструкции фильтра ФРИ-1600 произведена его реконструкция, что обеспечило снижение выбросов цинк содержащей пыли в атмосферу на 10 т/год;

составлены комплексные рекомендации по электролитному цеху РМК с целью обеспечения оптимальных условий труда;

предложена оптимальная схема пылеулавливания на БМЗ для эффективного разделения меди и свинца в пылях, исключающая нарушения технологического режима;

разработан план модернизации системы аспирации технологических газов ТОО «МК «KazSilicon» для уменьшения неорганизованных подсосов атмосферного воздуха в электропечь на 50 %;

показана возможность утилизации ценных компонентов из пылей медного производства, содержащих свинец, цинк и мышьяк, гидрометаллургическим способом, включающим предварительную водную отмывку с последующим сернокислотным вскрытием, позволяющую извлечь более 95 % цинка в раствор, а также получить свинецсодержащий продукт с минимальным содержанием мышьяка.

Реализация результатов работы.

Разработанные рекомендации внедрены в производство Риддерского металлургического комплекса ТОО «Казцинк», ТОО «МК «KazSilicon», ТОО «Центр экологической безопасности» и учебный процесс на кафедре «Химия, металлургия и обогащение» Восточно-Казахстанского государственного технического университета им. Д. Серикбаева.

Публикации.

Основные положения работы были представлены на 8 международных научно-практических конференциях. По результатам работы опубликовано 10 статей в научных изданиях, в том числе: 4 – в изданиях, включенных в перечень ККСОН МОН РК; 2 – в изданиях с ненулевым импакт-фактором по базе данных Thomson Reuters; 2 – рекомендованных ВАК РФ.

Опубликована в соавторстве монография «Охрана воздушного бассейна от антропогенных выбросов на примере г. Усть-Каменогорска ВосточноКазахстанской области Республики Казахстан».

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, заключения и списка использованных источников.

Работа изложена на 129 страницах машинописного текста, содержит 19 таблиц, 34 рисунка и 4 приложения. Список использованных источников включает 124 наименования.

АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Анализ экологического состояния атмосферы г. УстьКаменогорска Предприятия цветной металлургии относятся к числу наиболее крупных народнохозяйственных объектов, которые в значительной степени определяют уровень экономического развития Республики Казахстан. Одновременно они являются одним из основных источников загрязнения окружающей среды. На их долю приходится 20-25 % промышленных выбросов Казахстана в атмосферу (73,3 тыс. т/год твердых дисперсных материалов; 259 тыс. т/год газообразных веществ, в том числе оксидов азота, серы, углерода) и сбросов в водоемы (порядка 2 млн. м3) [2].

Только на металлургических предприятиях, находящихся в зоне г. УстьКаменогорска накоплено свыше 90 млн. тонн отходов, складированных в шлакоотвалах, хвосто- и шламонакопителях. Кроме того, в атмосферу этими предприятиями выбрасывается более 4 000 тонн пыли.

Загрязненность атмосферного воздуха города Усть-Каменогорска в основном обусловливает работа следующих градообразующих предприятий цветной металлургии – Усть-Каменогорский металлургический комплекс ТОО «Казцинк»; АО «Усть-Каменогорский титано-магниевый комбинат»; АО «Ульбинский металлургический завод», а также предприятий теплоэнергетики

– ТОО «AES Усть-Каменогорская ТЭЦ» и ТОО «АЭС Согринская ТЭЦ» и автотранспорта [3].

По действующему законодательству Республики Казахстан [4] нормативы выбросов для предприятий устанавливаются на основании разработанных и прошедших государственную экологическую экспертизу проектов нормативов предельно-допустимых выбросов. Нормативы выбросов должны обеспечивать содержание вредных веществ на границе установленных санитарно-защитных зон не выше 1 ПДКм.р. по всем ингредиентам. Значения ПДК, устанавливаемые на основании экспериментальных данных о токсичности и иных обстоятельств не одинаковы в разных странах и периодически пересматриваются. Нормативные значения ПДК в Республике Казахстан были пересмотрены в 2012 году в сторону увеличения в связи с невозможностью их достигнуть в промышленных центрах экономически доступными технологиями [5]. Сравнение значений ПДК наиболее распространенных ингредиентов представлено в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Сравнение значений ПДК по основным ингредиентам

–  –  –

По официальным данным годовое количество выбросов вредных веществ в атмосферу г. Усть-Каменогорска составило 61500 т, в том числе твердых – 4300 т, газообразных – 57200 т [6]. Основная часть выбросов представлена следующими ингредиентами: диоксид серы – 34700 т; оксид углерода – 14100 т; окислы азота – 6300 т; пыли – 4300 т. Доля каждого из ингредиентов в выбросах представлена на диаграмме (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 – Диаграмма выбросов загрязняющих веществ в атмосферу г.

Усть-Каменогорска по ингредиентам, % Количество вредных веществ, в том числе и пылей, поступивших в атмосферу г. Усть-Каменогорска в 2008-2012 г.г. представлены в таблице 1.2 [7] и на рисунке 1.2.

Таблица 1.2 – Выбросы вредных веществ по г.

Усть-Каменогорску в 2006-2012 г.г.

–  –  –

Данные показывают, что с 2006 года происходит постепенное снижение газообразных выбросов диоксида серы и окислов азота, связанное с реализацией проекта «Новая металлургия» на территории Усть-Каменогорского металлургического комплекса ТОО «Казцинк» [7, с. 29] и внедрением технологий подачи угольной пыли высокой концентрации с модернизацией горелочных устройств на ТЭЦ [8]. Динамика же выбросов пыли практически остается на одном уровне.

Большое количество выбрасываемых пылей с содержанием различных металлов обусловливает активное загрязнение подземных и поверхностных вод. Анализ показал, что сточные воды из систем хозяйственно-бытовой канализации г. Усть-Каменогорска без поступления в них промышленных и дождевых сточных вод практически одинаковы по содержанию металлов (железо, цинк, медь), не зависимо от места их отбора – в селитебной зоне или на предприятии. [9].

Основной же проблемой для промышленных городов является сложность выявления основных загрязнителей атмосферного воздуха для принятия эффективных мероприятий. В работе [10] для оценки влияния доли вклада выбросов предприятий цветной металлургии и ТЭЦ г. Усть-Каменогорска на состояние атмосферного воздуха проведен расчет рассеивания вредных веществ в атмосфере от основных семи источников загрязнения атмосферного воздуха вышеперечисленных предприятий в программном комплексе «Эра 1.7».

Результаты показали максимальный вклад в загрязнение атмосферы г. УстьКаменогорска промышленных предприятий по диоксиду азота 18,7 %, диоксиду серы 65 % и пыли 27,5 %. По бериллию вклад не превысил 0,01, по свинцу – 0,51 доли ПДКм.р. Превышения ПДКм.р. по всем ингредиентам не выявлены, следовательно, высокую загрязненность обусловливают остальные загрязнители – автотранспорт, мелкие предприятия и индивидуальная жилая застройка с печным отоплением.

Результаты расчета рассеивания вредных веществ в приземном слое атмосфере от промышленных предприятий г. Усть-Каменогорска представлены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 – Результаты расчета рассеивания вредных веществ от промышленных предприятий

–  –  –

В природоохранные мероприятия градообразующими предприятиями Усть-Каменогорска в последние годы вложены значительные капиталовложения, реализуемые мероприятия носят точечный характер [11].

Однако в городе наблюдается неблагоприятная обстановка по наличию в атмосфере диоксида азота с превышением значений ПДКм.р. более чем в два раза, обусловленное выбросами прочих источников выбросов – автотранспорта, мелких предприятий и индивидуальной жилой застройки с печным отоплением.

Образующиеся на предприятиях цветной металлургии пыли и прочие отходы представляют собой крупный сырьевой источник для производства цветных и редких металлов. В таблице 1.4 представлен усредненный состав металлургических пылей [12].

Таблица 1.4 – Состав металлургических пылей

–  –  –

Утилизация пылей металлургического производства решает проблемы экономии природного сырья, существенного уменьшения выбросов, загрязняющих атмосферу (за счет применения более эффективной системы пылеулавливания).

1.2 Свойства пылей цветной металлургии Пыли, образующиеся при пирометаллургических процессах характеризуются разнообразным химическим и дисперсным составами. При выборе или анализе работы пылеуловителей физико-химические свойства пылей оказывают существенное влияние. Дисперсность и фракционный состав пыли определяют выбор и применение тех или иных типов пылеулавливающих аппаратов и фильтровальных материалов, режим их работы [13].

Возгоны – пыли, образующиеся в газах в результате конденсации паров веществ и в процессе химических реакций газообразных компонентов [14].

Гигиеническое значение промышленных пылей обусловливается их физическими и химическими свойствами, из которых наиболее важными являются дисперсность (размер пылевых частиц), формы пыли, электрический заряд, растворимость и химический состав [15].

Химический состав пыли всегда характерен для конкретного производства или технологического процесса. Например, пыль, образующаяся во время плавки металлов, состоит из окислов этих металлов, флюсов и добавок; пыль, выделяющаяся в процессе холодной обработки металлов абразивным инструментом, содержит мелкие частицы металлов и абразивного инструмента; в производстве строительных материалов пыль состоит из их минеральных составляющих и т.п.

Если пыли, образующиеся при механической обработке, по своему химическому и вещественному составу почти не отличаются от исходного материала, то этого нельзя сказать о возгонах. При высоких температурах технологического процесса могут одновременно испаряться как металлы, так и флюсы. В процессе конденсации этих паров образуются частицы, которые могут содержать несколько веществ. Таким образом, возгоны отличаются от исходного материала и механической пыли химическими свойствами [14, с. 59].

Абразивные свойства пыли определяются ее дисперсным и минералогическим составом. Величина концентрации пыли и размеры ее частиц влияют на величину износа деталей [16].

Важным параметром пыли является ее плотность. Различают истинную и кажущуюся плотность частиц пыли, а также насыпную плотность слоя пыли.

Кажущаяся плотность частицы представляет собой отношение ее массы к объему. Для сплошных (непористых) частиц значение кажущейся плотности численно совпадет с истинной плотностью. Насыпная плотность слоя пыли равна отношению массы слоя к его объему и зависит не только от пористости частиц пыли, но и от процесса формирования пылевого слоя. Насыпная плотность слоя необходима для определения объема, который занимает пыль в бункерах [17].

Угол естественного откоса пыли представляет собой угол между образующей и основанием свободно сформированного конуса сыпучего материала. Величина угла естественного откоса учитывается при конструировании и выборе бункеров аппаратов газоочистки [18].

Гигроскопичность существенно сказывается на слипаемости частиц и зависит от химической природы пыли, размеров, формы частиц и степени шероховатости поверхности. С укрупнением частиц поверхность уменьшается, тем самым уменьшается контакт ее с газом и увеличивается смачиваемость.

Пылинки сферической формы увлажняются легче, чем пылинки неправильной формы [19].

Пыли по смачиваемости разделяют на три группы: гидрофобная (плохо смачиваемая, менее 30 %), умеренно смачиваемая (30-80 %), гидрофильная (хорошо смачиваемая, 80-100 %). В зависимости от химического состава некоторые пыли при смачивании водой схватываются (цементируются, затвердевают). Такие пыли при оседании на стенки аппаратов и газоходов образуют трудно удаляемые отложения, которые уменьшают сечение для прохода газа и ухудшают условия газоочистки [14, с. 60].

Удельное электрическое сопротивление слоя пыли является одним из важнейших факторов, от которых зависит эффективность работы электрофильтра. Поэтому важно проследить влияние температуры и влажности газа на удельное сопротивление пыли [20].

Пыли, содержащиеся в очищаемых газах, по удельному объемному электрическому сопротивлению можно разделить на три группы:

- пыли с сопротивлением до 104 Омсм;

- пыли с сопротивлением от 104 до 21010 Омсм;

- пыли с сопротивлением от 21010 Омсм;

В данном случае имеется в виду удельное электрическое сопротивление слоя пыли, образующегося на осадительных электродах электрофильтра.

Вследствие адсорбции частицами пыли газов и паров, заполняющих пустоты, имеющиеся в пылевом слое, удельное электрическое сопротивление слоя пыли всегда больше, чем удельное электрическое сопротивление материала, из которого образовалась пыль.

Пылинки первой группы при соприкосновении с осадительными электродами почти мгновенно теряют свой отрицательный заряд и приобретают заряд электродов. Получив одноименный заряд, пылинки отскакивают от электродов и попадают снова в газовый поток. Для надежного улавливания пылей первой группы в конструкциях осадительных электродов необходимо предусматривать минимальную скорость газового потока у их поверхности (возможно достижение при применении волнистых электродов в горизонтальных электрофильтрах).

Пыли второй группы (их большинство) улавливаются в электрофильтрах без затруднений.

При улавливании электрофильтрами пылей третьей группы возникают трудности. Слои пыли на осадительных электродах действуют в качестве изоляторов. Поступающие с оседающей пылью электрические заряды не отводятся на осадительный электрод, а создают в слое пыли напряжение. При повышении напряжения до величины, когда напряженность электрического поля (градиент) становится чрезмерной, в порах слоя, заполненных газом, происходит электрический «пробой». Это явление, получившее название «обратной короны», сопровождается выделением положительных ионов, которые движутся по направлению к коронирующим электродам и частично нейтрализуют отрицательный заряд пылинок. Одновременно положительные ионы, выделяемые осадительными электродами, преобразуют электрическое поле между электродами электрофильтра в поле, аналогичное образующемуся между двумя остриями, которое легко пробивается при невысоком напряжении [21].

При оценке токсического действия пыли необходимо учитывать такие факторы, как дисперсность, форма частиц, растворимость, химический состав.

Наибольшую опасность представляют пыли с частицами размером до 5 мкм, частицы этого размера задерживаются в легких, проникая в альвеолы и частично или полностью растворяются в лимфе. Частицы большего размера задерживаются в верхних дыхательных путях и выводятся наружу при выдохе или откашливании [22].

Отдельные частицы или их скопления, от ультрамикроскопических до видимых невооруженным глазом, могут иметь любую форму и состав. В большинстве случаев пыль образуется в результате диспергирования твердых тел и включает частицы разных размеров, в пределах 10-710-4 м. Пыль неустойчива, ее частицы соединяются в процессе броуновского движения или при оседании [23].

Сравнительные размеры различных частиц представлены на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 – Сравнительные размеры различных частиц

Пыль в аэрозолях состоит из частиц самой разнообразной формы.

Возгоны большей частью имеют шарообразную или сферическую форму, или форму тетраэдра. Частицы, образованные в результате механического воздействия, представляют собой мелкие осколки самой разнообразной неправильной формы. Пыль, образованная в процессе сжигания или плавления материала, наряду с частицами неправильной формы содержит большое количество частиц с оплавленными гранями. По структуре пыль может быть аморфной, зернистой и волокнистой. К аморфной пыли относят частицы округлой формы и возгоны, к волокнистой – частицы, образованные в процессе текстильного производства [14, с. 61].

Существует несколько классификаций аэрозолей по размеру.

В частности, в связи с тем, что частицы атмосферных аэрозолей играют важную роль в процессах конденсации водяного пара и тем самым в формировании осадков, в метеорологии их называют ядрами конденсации, независимо от физических и химических свойств, а классификацию проводят по характерным размерам [24]:

частицы Айткена – r 0,1 мкм;

• большие частицы – r = 0,1 – 1,0 мкм;

• гигантские частицы – r 1 мкм.

• Фракцию частиц с радиусом 0,1 мкм называют мелкодисперсной. Эта фракция играет важную роль в электрических атмосферных явлениях, а также в фотохимических процессах, происходящих в атмосфере, например, в слое озона.

Среднедисперсная фракция аэрозолей включает частицы в диапазоне размеров 0,11,0 мкм. Эта фракция определяет оптические свойства атмосферного аэрозоля в видимой и близкой к инфракрасной области спектров, а именно обуславливает как рассеивание, так и поглощение атмосферой солнечной радиации.

Грубодисперсной фракцией атмосферных аэрозолей называются частицы с радиусом 1,0 мкм. Они играют важную роль в процессах облакообразования, а также существенно влияют на оптические свойства атмосферных аэрозолей в инфракрасной области спектра. Именно эти частицы, являются главной составляющей компонента, которую измеряют при изучении атмосферного аэрозольного загрязнения.

Наиболее часто встречаются смешанные аэрозоли (рисунок 1.4), дисперсная фаза которых содержит частицы, образующиеся как в результате измельчения, так и конденсации. К ним относятся выбросы металлургических предприятий, тепловых электростанций, котельных, а также аэрозоли, образующиеся при пирометаллургических процессах, сварочных работах [25].

А – аэрозоль; 1, 6 – перемещение аэрозольных частиц;

2, 5 – образование аэрозольных частиц диспергированием и конденсацией;

3, 4 – агрегирование (коагуляция) и дезагрегирование частиц дисперсной фазы;

7, 8 – отток и приток частиц.

Рисунок 1.4 – Стадии становления аэрозольной системы Соединения металлов, независимо от их агрегатного состояния (пыль, дым окиси, пары, туман), обладают токсичностью.

Отравления могут происходить при нагревании металла или его сплавов, плавке руд и при производстве и применении красок и сплавов, в состав которых он входит. По своей токсичности кадмий аналогичен ртути или мышьяку. Менее растворимые соединения его действуют в первую очередь на дыхательные пути и желудочно-кишечный тракт, а более растворимые – после всасывания в кровь – поражают центральную нервную систему (сильное отравление), вызывают дегенеративные изменения во внутренних органах (главным образом – в печени и почках) и нарушают фосфорно-кальциевый обмен [26].

По степени токсичности пыли делятся на ядовитые и неядовитые.

Вредность воздействия зависит от количества вдыхаемой пыли, степени ее дисперсности, от химического состава и растворимости. Глубоко в легкие проникают пылинки размером от 1 до 10 мкм. Более мелкие выдыхаются обратно, а более крупные задерживаются в носоглотке. Нетоксичные пыли, кроме того могут адсорбировать ядовитые и нерадиоактивные вещества, приобретать электрический заряд, что увеличивает их вредное действие [27].

Вследствие своей огромной удельной поверхности аэрозоли пылей обладают большой реакционной способностью. Скорость реакции между частицами и содержащимися в среде газообразными веществами обычно определяется скоростью диффузии последних к частицам, т. е. выражается теми же уравнениями, что и испарение частиц. Таким образом, количество вещества, прореагировавшего в единицу времени в единице объема аэрозолей, пропорционально частичной концентрации аэрозолей и первой степени радиуса частиц, т.е. при данной весовой концентрации аэрозолей обратно пропорционально квадрату радиуса частиц. В очень многих случаях химическим реакциям в аэрозолях предшествует переход частиц в газообразное состояние либо путем испарения (например, при сжигании жидкого топлива) либо благодаря разложению вещества (горение органических пылей). Высокая коагуляционная способность аэрозолей влечет за собой легкую их воспламеняемость [28].

Окисление частиц пыли сопровождается повышением температуры, поэтому в местах скопления пыли возможны ее самовоспламенение и взрыв.

Ввиду большой удельной поверхности возгонов и наличия в ряде случаев в их составе неокисленных металлов, углерода и серы возгоны более склонны к самовозгоранию. Взрывоопасность пыли увеличивается с уменьшением ее зольности и влажности [14, с. 61-62].

Коагуляция – это процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия и объединения в агрегаты. Наибольшая роль в коагуляции пылей принадлежит молекулярным силам и силам электрического притяжения.

Коагуляция взвешенных в газах частиц существенно влияет на эффективность действия пылеулавливающих устройств. С точки зрения обеспыливания воздуха (газов) коагуляция весьма полезное явление, так как благодаря укрупнению пылевых частиц повышается эффективность их улавливания. Мелкодисперсная пыль, плохо или совсем не улавливаемая в более простых аппаратах, может быть задержана ими после коагуляции.

Соединение и укрупнение частиц происходит при слипании их вследствие столкновения под действием гравитационных сил, сил инерции, броуновского движения, взаимного притяжения и т.д. Параллельно с процессом образования агломератов происходит процесс разрушения образовавшихся укрупненных частиц. Коагуляция будет происходить тем интенсивнее, чем больше вероятность столкновения аэрозольных частиц. Эта вероятность увеличивается под действием указанных выше факторов. Мелкие частицы в большей степени подвержены коагуляции, чем крупные. Ускоряется также коагуляция при повышении концентрации пылевых частиц в газовой среде [29].

Коагуляция частиц пыли размером более 0,1 мкм происходит вследствие их столкновения во время движения. Более мелкие частицы пыли коагулируют в процессе броуновского движения под действием молекулярных сил. Частицы пыли размером более 5-10 мкм почти не коагулируют в газовом потоке [14, с.

62].

Борьба с образованием производственной пыли и пылеулавливание является наиболее важной технологической и экологической задачей.

Улавливание пыли необходимо также для извлечения из нее ценных продуктов и особенно важно для защиты окружающей среды от загрязнений, прежде всего

– атмосферы в районах городов и промышленных центров.

1.3 Обзор аппаратов пылеулавливания На предприятиях цветной металлургии большое внимание уделяется снижению выбросов твердых веществ, т.к. в состав пылей входит большое количество ценных компонентов, подлежащих извлечению.

Для выбора аппаратов с целью эффективной очистки газа необходимо знать следующие основные свойства пыли, содержащейся в технологических и вентиляционных газах: химический состав, плотность, угол естественного откоса, смачиваемость, удельное электрическое сопротивление, форму и структуру частиц, дисперсность, токсичность, воспламеняемость и взрываемость, способность коагулировать. Пыли, образующиеся при плавке металлов состоят из их окислов, флюсов и добавок [14, с. 59]. Формы и размеры зависят от технологического процесса, встречаются иглоподобные частицы с острыми гранями и пылинки округлой (правильной) формы. Параметры пыли влияют на процесс фильтрации.

Развитие науки и техники в стране сопровождается поиском путей снижения количества выбросов в атмосферу путем совершенствования технологических процессов и газоочистных аппаратов.

Технологические газы всех основных переделов металлургических предприятий подлежат очистке в пылеуловителях различной конструкции.

Технология очистки газов состоит из двух стадий: предварительной (грубой) и тонкой К аппаратам предварительной очистки относятся [30].

пылеосадительные камеры и циклоны различных конструкций. Для тонкой очистки в основном используются мокрые пылеуловители (скрубберы, эмульгаторы), рукавные фильтры и электрофильтры.

В пылеосадительных камерах выпадение частиц пыли из газового потока происходит под действием сил гравитации [31]. В осадительных камерах достаточно эффективно улавливаются частицы пыли размером 30-50 мкм. При размерах частицы менее 5 мкм эффективность практически равна нулю [32].

Циклонные аппараты благодаря дешевизне, простоте устройства и обслуживания, сравнительно небольшому сопротивлению и высокой производительности, являются наиболее распространенным типом сухого механического пылеуловителя. Работа их основана на использовании центробежных сил, возникающих при вращательно-поступательном движении газового потока внутри корпуса. Это вращение достигается за счет тангенциального подвода газа в циклон или применением специальных закручивающих устройств [33].

Циклоны различных типов отличаются конфигурацией корпуса, глубиной ввода выхлопной трубы в корпус, различным соотношением диаметров выхлопной трубы и цилиндрической части корпуса, способом подвода газа к аппарату, углом наклона входного патрубка [34]. Их устанавливают на всасе или на нагнетании. Направление вращения воздушного потока: правое – вращение потока воздуха по часовой стрелке; левое – вращение потока против часовой стрелки, если смотреть на циклон сверху [35].

Циклоны нашли широкое применение в промышленности благодаря простоте в изготовлении и эксплуатации, долговечности, стабильной работе при температуре до 500 0С и достаточно постоянному гидравлическому сопротивлению. Однако, циклоны малоэффективны при дисперсном составе пылей менее 15 мкм.

Электрофильтры предназначены для высокоэффективной очистки газов и аспирационного воздуха от твердых и туманообразных соединений, выделяющихся при различных технологических процессах. Они нашли применение на предприятиях энергетической промышленности, металлургии, строительных материалов и др. [36].

Аппараты этого типа могут эффективно очищать большие объемы газов от пыли с частицами в широком диапазоне размеров от 0,01 до 100 мкм [37].

Зарядка частиц происходит в электростатическом поле коронного разряда, создаваемом в межэлектродном пространстве электрофильтра [38].

Для промышленной газоочистки применяется в основном отрицательная корона, так как подвижность отрицательных ионов выше положительных.

Кроме того, при отрицательной короне удается поддержать более высокое напряжение без искрового пробоя между электродами. При очистке вентиляционного воздуха используют только положительную корону, так как она выделяет меньше озона [35, с. 103].

В электрофильтрах частицы подзаряжаются при помощи коронного разряда, создаваемого, например, между проволокой и окружающим ее цилиндрическим электродом. Вышедшие за пределы короны электроны соединяются с молекулами, образуя отрицательные ионы, которые в свою очередь осаждаются на аэрозольных частицах за счет их дрейфа в электрическом поле или диффузии. Поглотившая ионы частица приобретает движение в том же направлении и осаждается на цилиндрическом электроде, если время дрейфа частицы оказывается меньше времени ее пребывания в потоке, которое примерно равно отношению длины фильтра к скорости потока.

Полного улавливания, однако, не достичь даже при умеренных скоростях, так как турбулентные пульсации замедляют перемещение некоторой доли частиц к электроду, а уже осевшие частицы иногда уносятся потоком [39].

При достаточно высоком напряжении, приложенном к межэлектродному промежутку, у поверхности коронирующего электрода происходит интенсивная ударная ионизация газов, сопровождающаяся возникновением коронного разряда (ток короны) [33, с. 225].

Газовые ионы различной полярности, образующиеся в зоне короны, под действием сил электрического поля движутся со скоростью 60-100 м/с к разноименным электродам, вследствие чего в электродном промежутке возникает электрический ток, который и представляет ток короны. Взвешенные частицы, из-за адсорбции на их поверхности ионов, приобретают в межэлектродном промежутке электрический заряд и под влиянием сил электрического поля движутся к электродам, осаждаясь на них. Основное количество частиц осаждается на развитой поверхности осадительных электродов, меньшая их часть попадает на коронирующие электроды. По мере накопления на электродах осажденные частицы, в результате встряхивания или промывки электродов, удаляются в бункер [35, с. 103-104].

Зарядка частиц в поле коронного разряда происходит по двум механизмам: воздействием электрического поля (частицы бомбардируются ионами, движущимися в направлении силовых линий поля) и диффузией ионов.

Первый механизм преобладает при размерах частиц более 0,5 мкм, второй – менее 0,2 мкм. Для частиц диаметром 0,2-0,5 мкм эффективны оба механизма.

Максимальная величина заряда частиц размером более 0,5 мкм пропорциональна квадрату диаметра частиц, а частиц размером меньше 0,2 мкм

– диаметру частицы [40].

Величина заряда зависит от размера частиц пыли. Так частица диаметром 1 мкм несет заряд около 300 элементарных единиц, а 10 мкм – 30000. Этот заряд частицы приобретают за сотые доли секунды [35, с. 104].

К преимуществам электрофильтров относятся следующие факторы:

- минимальное, по сравнению с другими газоочистными аппаратами, газодинамическое сопротивление, не превышающее 250 Па и, соответственно, меньшее разрежение в фильтре. Это позволяет иметь минимальные неорганизованные подсосы атмосферного воздуха [35, с. 112].

- на зарядку и осаждение частиц требуется 0,10,5 кВт·ч на 1000 м3 газа [18, с. 566], что обуславливает низкие электрические затраты на улавливание пыли. Концентрация пыли, в поступающих на очистку газах, может колебаться от 0,005 до 500 г/м3 и более, а их температура достигает 500 0С.

Высокая эффективность, умеренный расход энергии, способность очищать большие объемы газов при высокой температуре и работать в агрессивной среде способствуют широкому применению электрофильтров в различных отраслях промышленности.

Одним из наиболее совершенных способов выделения из газов взвешенных твердых и жидких частиц является фильтрация аэродисперсных систем через пористые перегородки [41].

Этот способ характеризуется следующими особенностями [42]:

- способностью улавливать субмикронные частицы пыли;

- способностью улавливать твердые частицы в сухом виде и жидкие частицы из туманов;

- возможностью улавливания частиц при любом давлении газов (атмосферном, а также выше и ниже атмосферного);

- хорошей степенью очистки при малых концентрациях взвешенных частиц в очищаемых газах (доли миллиграммов на 1 м3 очищаемых газов);

- полной автоматизации процесса очистки газов;

- стабильностью процесса очистки и меньшей зависимостью от изменения физико-химических свойств улавливаемых частиц и расхода газов, чем, например, при электроочистке.

Осаждение частиц пылей в фильтре происходит вследствие совместного действия сил инерции, гравитационных сил и сил теплового движения газовых молекул.

При проходе газа через пору незапыленного фильтра вначале на волокнах будут осаждаться наиболее крупные частицы пыли. Постепенно пора заполнится со стороны входа газа частицами пыли, которые, сцепляясь одна с другой, образуют в поре сначала мостик, а затем, полностью заполнив пору, свод. Мостики и своды, представляющие собой пылевую пористую перегородку на пути движения газа, также участвуют в задержании пыли из газа, причем у такой перегородки поры значительно меньше, чем у фильтровального материала, поэтому она способна улавливать из газа более мелкие частицы пыли и даже возгоны. Таким образом, фильтровальной пористой средой при очистке газа будет не только пористый материал фильтра, но и осевшая в порах пыль. При увеличении слоя пыли на фильтровальном материале эффективность очистки газа возрастает, но при этом увеличивается гидравлическое сопротивление проходу газа и фильтрация его через пылевой пористый слой может по этой причине практически прекратиться. Для уменьшения гидравлического сопротивления пылевого слоя пыль периодически удаляют с поверхности и из пор фильтровального материала.

Достижение проектных показателей по эффективности и надежности работы тканевых фильтров возможно при соблюдении проектных параметров пылегазового потока (температуры, влажности, расхода газопылевого потока и др.). Превышение температуры газов выше допустимой приводит к уменьшению срока службы ткани, она становится жесткой и хрупкой. При снижении температуры газов до точки росы происходит конденсация паров воды, в результате чего пыль, осевшая на ткани, увлажняется, слипается, замазывает поры ткани, в результате резко повышается газодинамическое сопротивление аппарата [43].

При обеспыливании в рукавных фильтрах дымовых газов возникает необходимость в тонкой регулировке температуры. Здесь наиболее приемлемым методом охлаждения газов является смешение их с атмосферным воздухом путем автоматического регулирования необходимого количества подсасываемого воздуха [43, с.111].

Способы крепления и натяжения рукавов оказывают значительное влияние на сроки их службы. Чаще всего рукава надеваются на патрубки и уплотняются на них хомутами с винтовыми зажимами или другими специальными уплотняющими приспособлениями. На патрубках предусматривают кольцевые буртики, предотвращающие соскальзывание рукавов. Так как в этом месте ткань наиболее изнашивается, эту часть рукавов усиливают двойным слоем [43, с.108].

Основным показателем, характеризующим работу фильтра, является величина его гидравлического сопротивления. При нормальной работе фильтра, хорошей регенерации ткани и оптимальной расчетной нагрузке гидравлическое сопротивление аппарата должно составлять примерно 1200 – 2000 Па.

Цикличность регенерации ткани выбирают опытным путем в зависимости от степени запыленности газа и скорости фильтрации [33, с. 80].

Установка только одного рукавного фильтра типа ФРИК 235 от зонтов над летками плавильного цеха № 2 Аксуского завода ферросплавов позволило уменьшить выбросы пыли на 113 т/год [44].

1.4 Анализ современного состояния переработки пылей цветной металлургии К промышленному применению предложены различные методы пирометаллургического обогащения пылей, но наибольшее значение имеют вельцевание [45] и фьюмингование [46].

Вельцевание – универсальный метод переработки различных материалов, содержащих цинк, свинец, кадмий (кроме сульфидов). Металлургические пыли подвергаются вельцеванию совместно с кеками цинкового производства, шламами, окисленными рудами и т. п. [47]. Процесс не предъявляет жестких требований к качеству восстановителя, гранулометрическому составу материала и влажности. Недостатком является высокий расход кокса (до 50 % от массы шихты).

Вельцевание используют также для решения проблемы утилизации цинксодержащих отходов и увеличения количества тонкодисперсных металлургических отходов при обработке железо- и цинксодержащих шламов и пылей. На ООО УК «Металлоинвест» определены свойства агломерата и других продуктов, полученных вельцеванием [48]. Выявлены механизмы взаимодействия компонентов шихты, состоящей из металлургических отходов, содержащих в основном железо, цинк, и углерод. Взаимодействие компонентов рассматривается после их окомкования и во время восстановительной плавки гранул.

Выбор способа переработки пылей зависит от специфики сырья, технологической схемы, аппаратурного оформления и ряда других факторов [49]. Для переработки пылей используют пиро- и гидрометаллургические методы [50-52]. Кроме того, с целью возврата такого тонкодисперсного материала как пыли, в металлургический цикл применяют метод брикетирования.

1.4.1 Пирометаллургические способы В работе чилийских ученых [53] представлен метод постоянного контроля пылеуноса при пирометаллургическом производстве меди на основе теоретического анализа и результатов экспериментальной программы, направленной на снижение загрязненных технологических газов. В процессе рассматривается обжиг смесей пыли с сульфидирующими агентами (элементарной серы) при температуре менее 800 0С. В результате обжига вся медь восстанавливается в виде сульфидов. Огарок может возвращаться в технологию, снижая оборот грязных концентратов и лишнее пылеобразование.

Снижение температуры обжига достигается применением вакуума.

На базе АО «Челябинский цинковый завод» [54] ведутся работы по повышению эффективности переработки пылей медного производства с извлечением цинка, свинца и олова. Существующая технология вельцевания окисленных Zn-Pb-содержащих материалов решает проблему извлечения Zn в раствор, а Pb в твердый продукт, необходимые для пирометаллургической технологии. Учитывая экономическую целесообразность добычи Sn при переработке медных пылей, задача переноса металла в концентрированный продукт до сих пор актуальна.

На основании данных химического и фазового анализа переработки медных пылей и исследования термодинамических и кинетических параметров пирометаллургических процессов, разработана технология селективной экстракции Zn в раствор для гидрометаллургической переработки. В то же время, Pb переходит в концентрированный продукт с содержанием 40-50 % и коэффициентом экстракции 95-99 %, в то время как Sn экстрагируют продукт, содержащий 10-20 % этого компонента, с коэффициентом экстракции 60-64 %. Технология включает в себя этап пирометаллургического обжига сырья с удалением Pb в возгоны и золу для гидрометаллургической переработки. Степень экстракции Pb при этом составляет 98-99 %.

На медеплавильных заводах производится переработка материалов с содержание меди от 5 % и выше. Основными сопутствующими элементами в материалах являются цинк, никель, железо, олово, алюминий, свинец и драгоценные металлы. Эти материалы обладают широким спектром химических и физических характеристик – металлических, оксидных, сульфаты, карбонаты, гидроксиды, дисперсностью. Значительное количество шлака и пыли из конвертера и анодной печи, а также колошниковой пыли из шахтной печи должны быть переработаны на стадии первого процесса (шахтной печи), чтобы увеличить выход меди всего процесса из-за высокого содержания меди в этих материалах. При использовании количественного анализа потока сырья на уровне процесса становится возможным детальное исследование взаимодействия между вторичным сырьем и внутренними переработанными материалами. С помощью химических анализов вторичного сырья и выпускаемой продукции в печах (металл, шлак, пыль), материальные потоки с наиболее важными элементами (Cu, Ni, Fe, Pb, Sn, Zn, Sb и Ag ) визуализируются в Sankey-диаграммы [55].

В исследованиях [56] отмечается, что имеющиеся пирометаллургические методы переработки металлических отходов направлены в основном только на извлечение одного ценного компонента, при этом происходит образование побочных продуктов. Для оптимизации процесса технология должна рассматривать одновременное восстановление более чем одного ценного металла и повышение качества изделий. Кроме того, минимизация отходов и, соответственно, небольшие количества генерируемых остатков ведут к повышению эффективности всей технологии.

На заводе Preussag AG Metal в Германии [57], производящем цинк по способу Нью-Джерси [58], переработке подлежат: пыль обжига сульфидных цинковых концентратов, %: 45-50 Pb, 10-12 Zn, 2,5-3,2 Cd, 9-10 S, 250-350 г/т Ag; пыль коксования брикетов при температуре 1073 К, %: 65-70 Zn, 3-5 Pb, 1,5-2 Cd, 1-2 Cl; пыль вельц-процесса, %: 53-55 Pb, 13-15 Zn, 0,3-0,5 Cd, 5-6 S, 0,5-1,0 Cl, 80-120 г/т Ag. Эти пыли перерабатывают во вращающихся печах с добавлением баритового концентрата или Na2CO3. В обоих случаях получают черновой свинец, аккумулирующий серебро, и пыль, в которую переходит большая часть цинка и кадмия. Ее перерабатывают вельцеванием во вращающейся печи с получением клинкера (ZnO) и пыли, содержащей свинец и кадмий. Клинкер-окись содержит большую часть цинка исходной пыли, ее направляют для приготовления брикетов для ретортной печи. Свинецкадмийсодержащую пыль перерабатывают во вращающейся печи с получением чернового свинца и пыли, содержащей до 50 % кадмия. Эту пыль выщелачивают серной кислотой и цементируют кадмий из сульфатного раствора цинковым порошком. Вакуумным рафинированием получают цинк чистотой 99,995 %. Побочным продуктом этого процесса является сульфат цинка. Извлечение свинца в черновой свинец составляет 96 %, серебра в черновой свинец – 92 %, цинка в клинкер-окись – 62 %, в баритовый шлак – 30 %, в сульфат цинка – 1 %.

Советскими авторами предложен способ переработки цинксодержащих пылей обжигом совместно с цинковым концентратом или другими серосодержащими материалами (5-15 % от веса пыли) при температуре 770-870 К 55]. Для уменьшения содержания хлора и фтора в огарках в дутье вводят водяной пар (20-100 кг/т шихты). Обжиг некондиционных свинецсодержащих материалов в печах КС с подачей серы (0,5-0,9 кг/кг Pb) используют также на Беловском цинковом заводе [59].

Известен способ [60] брикетирования цинковых пылей с восстановителем и плавкой в шахтной печи для получения в отстойнике шлак и штейн, а конденсаторе – черновой оксид цинка (50 % Zn, 20 % Pb). Последний смешивают с цинковым шлаком, окатывают и загружают в трубчатую печь, огарок из которой (до 65 % Zn) восстанавливают в вертикальной реторте, получая черновой цинк и раймовку, возвращаемую на шахтную плавку.

НИИ «Гинцветмет» и Беловским цинковым заводом предложен обжиг некондиционного цинкового сырья в кипящем слое с подачей серы крупностью 10-30 мм в объем кипящего слоя на расстоянии 0,3-0,8 длины печи от места загрузки сырья из расчета 0,5-0,9 кг на 1 кг суммы окислов свинца и кадмия для повышения эффективности их извлечения. Высокое извлечение достигается поддержанием соотношения сульфидного и окисленного концентратов от 5:1 до 1:1. Технология позволяет увеличить извлечение свинца и кадмия из сырья в возгоны на 19,5 и 24 % [61].

В работе казахстанских авторов [62] предложено подвергать рений- и свинецсодержащие пыли медного производства перед гидрометаллургической обработкой трехстадийной плавке в окислительной среде в плазмотроне при температурах 2273, 1973 и 1073 К соответственно. Способ позволяет извлекать рений в кислоту до 93-95 % из пыли, образуемой в процессе плавки исходной пыли данным процессом. Сложность процесса заключается в аппаратурном оформлении, требующего нагрева материалов при высоких температурах, что приводит к повышенному расходу электроэнергии.

В другой работе [63] представлен метод расширения функциональных возможностей, повышения эффективности извлечения металлов в конечный товарный продукт и снижение материальных затрат на процесс переработки.

Это достигается тем, что в предлагаемом способе переработки полиметаллических продуктов и материалов, включающим на первой ступени применение для переработки в качестве полиметаллических продуктов и материалов сульфидных полиметаллических продуктов и материалов, извлечение, в плавильной печи, меди в штейн, свинца в черновой свинец, цинка в шлак, согласно изобретению, переработку ведут в три ступени, на первой ступени в качестве полиметаллических продуктов и материалов используют сульфидные полиметаллические штейны и окисленные полиметаллические промышленные продукты и материалы, переработку которых осуществляют с использованием в качестве плавильной печи – электропечи, на второй ступени, в окислительно-восстановительной печи с погружными фурмами производят селективное извлечение из полиметаллических продуктов и материалов, в качестве которых используют полиметаллические продукты первой ступени переработки, меди в медный штейн, свинца в черновой свинец, цинка в шлак, редких, редкоземельных и рассеянных металлов в пыли, на третьей ступени, в печи Ванюкова, производят селективное извлечение из полиметаллических продуктов и материалов, в качестве которых используют шлаки, полученные на первой и второй ступени цветных металлов в целевые товарные продукты:

меди и железа в медистый чугун, цинка, свинца в возгоны и используют обедненную по цветным металлам часть шлака для производства строительных материалов. При этом на первой ступени в качестве окисленных полиметаллических промышленных продуктов и материалов используют свинцовые пыли и/или кеки, на второй ступени в качестве полиметаллических промышленных продуктов и материалов используют медно-свинцовый штейн первой ступени переработки.

Достоинствами пирометаллургических схем переработки пылей являются высокая удельная производительность и сравнительно низкая стоимость применяемых реагентов.

Недостатками их является невысокое качество получаемых продуктов, интенсивный процесс пылеобразования и пылевыделения, как следствие, приводит к дополнительным потерям ценных промпродуктов.

Все это приводит к необходимости организации дополнительных мероприятий по очистке технологических газов [64]. Продукты, получаемые при переработке пылей в пирометаллургических агрегатах, в большинстве случаев требуют дополнительной (чаще гидрометаллургической) доработки, что значительно снижает эффективность пирометаллургических схем. Возврат пылей на передел шихтоподготовки нерационален из-за накопления вредных примесей в цикле основного производства и потерь ценных компонентов сырья с отвальными продуктами.

1.4.2 Гидрометаллургические способы Основной операцией гидрометаллургической переработки пылей обычно является выщелачивание, которое проводят в растворах различных щелочей (NH4OH, NaOH), кислот (H2SO4, HNO3, HСl), солей (FeCl3, NaCl) или органических растворителях.

Одним из методов переработки сложного полиметаллического сырья может служить метод сульфатизации серной кислотой, позволяющий извлекать из руд цветные металлы с высоким коэффициентом извлечения [65].

Сотрудниками института химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева предложен способ выщелачивания пыли при повышенной температуре с переводом меди и железа в раствор, отделение раствора от нерастворимого остатка, разделение меди и железа [66].

Затем ведут упаривание раствора, содержащего основное количество меди, кристаллизацию медного купороса, отделение кристаллов медного купороса от маточного раствора и извлечение из маточного раствора остаточного количества меди. При этом упаривание раствора ведут до обеспечения его плотности 1,30-1,36 г/см3. Разделение меди и железа осуществляют в процессе кристаллизации медного купороса. Полученные кристаллы медного купороса растворяют в сернокислом растворе до обеспечения концентрации серной кислоты 100-250 г/л. Образовавшийся раствор медного купороса подвергают основной электроэкстракции с получением катодной меди и отсечного электролита. Извлечение остаточного количества меди из маточного раствора осуществляют дополнительной электроэкстракцией. Технический результат заключается в получении качественной катодной меди марок МООК, МОК, MlK, а также медной губки при выходе по току на основной электроэкстракции до 93,3 % и на дополнительной – до 74,6 %. Степень извлечения меди из пыли в раствор при выщелачивании определяется содержанием меди в пыли в окисленной форме и достигает 99,4 %. Суммарное извлечение меди в катодный металл составляет 89,4-95,2 %.

Китайскими учеными предложена технология [67] получения из пыли вторичных медных заводов продукции с высокой добавленной стоимостью.

Процесс состоит из трех основных этапов: выщелачивания NaOH, двухступенчатого электролиза и глубокой очистки оборотным раствором.

Первоначально, 80-92 % Zn и Pb растворяли в 5 М NaOH при 80 0С, тогда как медь, концентрировали в остаток. Алгоритм Йетса используется для определения главных эффектов и взаимодействий факторов выщелачивания.

После электролиза при 100-250 А/м2 Pb высокой чистотой ( 97%) отделен от щелочного раствора. Впоследствии, импульсный ток был введен для получения порошков ультрадисперсного цинка (до 30 мкм). Сочетание щелочи и импульсного тока позволяет исключить стадию промывки дистиллированной водой и поверхностно-активными веществами, минимизируя сбросы загрязнений.

В работе [68] представлена технология переработки пылей при содержании меди около 24 %, путем выщелачивания металлического материала с раствором хлорида аммония, что дает растворение меди с помощью аммиачных комплексов, создает нейтральные условия выщелачивающего раствора. Результаты показали, что около 90 % меди, содержащейся в пыли может быть выщелочена при температуре 20 0С.

Согласно [69] эффективность выщелачивания пылей щелочным раствором карбоната аммония в присутствии ионов Cl-. Раствор очищают от железа и подвергают электролизу в диафрагменной ячейке при температуре 310 К и плотности тока 1000-1500 А/м2. Содержание цинка в исходном электролите (в виде Zn(NH4)Cl2) составляет 0,7-1,5 М, рН 9,5 (20 г/дм3 NH4CО3). В качестве катодов используют листы титана или нержавеющей стали.

В работе казахстанских авторов [70] предложена электротермическая переработка свинцовых кадмий-, редметсодержащих пылей медеплавильных заводов с получением свинца в металлическую фазу, меди – в штейношлаковый расплав, кадмия и рения во вторичные возгоны включает процессы плавки и реакционного взаимодействия компонентов пыли с натриевыми солями и углеродсодержащим восстановителем. Установлены термодинамические (AG, Кр) параметры процесса, обоснована возможность протекания основных реакций электротермического способа переработки свинецсодержащих пылей.

Оптимизация технологических параметров на основе экспериментов позволила установить основные условия электроплавки:

содержание соды – 40 %, Na2SO4 – 8 %, кокса – 10 % от массы пыли, температура – 1175 0С, продолжительность выдержки 30 минут. При этих условиях извлечение Pb в черновой металл составило 97,7 %, Cu, Zn, As в натриевый расплав тиосолей – 85,2, 96,4 и 82,0 %, Cd и Re во вторичные возгоны – 98,1 и 89,8 %, соответственно. Предложенная технология позволяет повысить извлечение цветных и редких металлов на 3-5 % по сравнению с известными технологиями.

Особенностью штейно-шлаковых расплав является интенсивное разложение из-за наличия значительного количества растворимых тиосоединений натрия и соединений металлов (мышьяка, селена, теллура).

Авторами предложена технология [71] водного выщелачивания расплавов, обеспечивающее полное отделение тяжелых металлов свинца, цинка и др., которые не растворяются в сульфидно-щелочных растворах и остаются в кеке.

Расплав перед выщелачиванием подвергали измельчению до крупности 100-150 меш., после выщелачивания и фильтрации кек промывали трехкратно с репульпацией водой при 50-60 0С. Опыты проводились в зависимости от температуры, продолжительности выщелачивания, от соотношения Ж:Т.

Мышьяк до 77 % переходит в раствор, а 20-22 % остается в кеке в виде сульфида. Оптимальным условием выщелачивания расплава является температура выщелачивания 95 0С, продолжительность 3-4 ч; Ж:Т=4:1. При трехкратном выщелачивании расплава в сульфидно-карбонатный раствор извлечение теллура составляет 78 %, натрия – 92,2 %, мышьяка – 81 %.

В работе [72] приведены результаты переработки пылей, получаемых при переплавке в конвертерах низкосортного медного скрапа. Состав пылей, %: 16 Pb, 4,3 Sn, 40,4 Zn. Выщелачивание осуществляют аммиачно-карбонатным раствором (50-150 г/дм3 NH3, 20-130 г/дм3 CО2) при температуре 300-350 К в течение 15-60 минут. Нерастворимый остаток содержал до 10 % Sn. Медь, свинец и олово осаждали из раствора цементацией цинковым порошком при температуре 335 К за 5-10 минут.

Цинк выделяли из фильтрата в виде основного карбоната Zn(NH3)2CO3·ZnO при рН = 7, барботируя раствор диоксидом углерода. После обжига получали чистый оксид цинка, а фильтрат возвращали в голову процесса на выщелачивание.

Наиболее распространенным и дешевым из кислотных растворителей является серная кислота. Использование других кислот связано с дополнительным расходом реагентов для селективного выделения металлов из растворов. Кроме этого, использование в качестве растворителей растворов кислот, приводит к необходимости создания специального кислотостойкого оборудования и ухудшению условий труда в цехе (большинство процессов выщелачивания протекают при повышенных температурах).

При использовании щелочных растворителей для извлечения свинца возникают трудности с регенерацией растворителей и их последующей утилизацией, а также переработкой получаемых продуктов. Одной из основных составляющих осадков, получаемых при такой обработке пылей и промпродуктов, является свинец, который переходит в них количественно.

Чаще всего эти осадки загрязнены другими тяжелыми цветными металлами, что приводит к необходимости дальнейшего их селективного разделения.

Гидрометаллургические способы от пирометаллургических отличаются меньшими энергозатратами на реализацию. Пирометаллургическими способами не удается в одну операцию получить товарный продукт или селективно разделить металлы, присутствующие в сырье; увеличивается количества выбросов, которые необходимо улавливать [73], очищать от пыли и утилизировать. Поэтому преимущества гидрометаллургических способов перед пирометаллургическими как с технологической, так и экологической точек зрения представляются очевидными.

1.4.3 Брикетирование пылей В работе [74] для более эффективного использования такого тонкодисперсного материала, как пыли, в металлургическом переделе предлагается довести их до необходимой влажности и окусковать, т.к.

непосредственная подача в процесс сопряжена с большими потерями и дополнительным пылеобразованием.

Наиболее доступным, изученным и технически подготовленным методом утилизации является метод брикетирования. Простота и мобильность процесса, возможность создания малотоннажного производства и сравнительно небольшая энергоемкость выгодно отличают брикетирование от агломерации и окомкования. Так же известно, что в сфере потребления брикеты дают дополнительный эффект, обусловленный повышением производительности металлургических печей, особенно по сравнению с насыпной шихтой, экономией электроэнергии, тепла и т.д.

Связующие вещества являются определяющим фактором в создании технологии брикетирования. Физико-химические, структурно-реологические, адгезионные свойства связующих определяют выбор параметров технологического процесса брикетирования, выход целых брикетов и их механическую прочность. Выбор связующего определяется, помимо обеспечения прочности брикетов, его доступностью, отсутствием как возможного отрицательного влияния на ход технологического процесса, так и примесей, способных ухудшить качество конечного продукта [75].

За рубежом традиционным и достаточно эффективным способом окускования колошниковой пыли считают ее брикетирование и использование в доменных печах. В частности в Германии одно из первых предприятий по ее утилизации было введено еще в начале 60-х годов XX века. Брикеты из колошниковой пыли и других железосодержащих отходов формовали на вальцовых прессах. В качестве связующего использовали 50 % (масс.) сульфитный щелок. Брикеты подвергали обжигу при температуре 600-900 0С в атмосфере СО:СО2 = 3:1 [76].

Исходным требованием к брикетированному материалу является заданный уровень механической прочности. Очевидно, прочность брикетов не должна быть меньше прочности шихтовых материалов, используемых в доменном производстве, в частности агломерата. Другим важным показателем для брикетов является прочность на раздавливание. По данным [77] прочность доменных брикетов на раздавливание должна составлять не менее 25 МПа. Эти величины приняли в качестве минимально допустимых при оценке механической прочности брикетов.

В процессе брикетирования большое значение имеет размер и состав материала. Крупные материалы и материалы с низкими адгезионными свойствами имеют неудовлетворительную брикетируемость. Колошниковая пыль имеет пониженную брикетируемость, поскольку включает частицы размером 2,5 мм и менее, часть из которых (топливо, агломерат) обладает низкими адгезионными свойствами. Определяющее значение для прочности брикетов имеет связующее. Оно должно обладать не только высокими вяжущими свойствами, но и сохранять свою прочность при температурах 1200С, а также вносить минимальное количество примесей [76, с. 40].

Высокими вяжущими свойствами обладают органические связующие, однако они выгорают или пиролизуются при средних температурах, либо вносят значительное количество серы, а поэтому их ограничено используют в брикетировании. Лучшие характеристики имеют минеральные связующие, однако и они включают значительное количество балластных и вредных примесей, включая щелочи, разрушающие кладку печи, и кремнезем, на связывание и плавление которого необходим дополнительный расход извести [76, с. 40].

В связующих – алюминиевый шлак и глиноземистый цемент связи образуются за счет образования алюмокальциевых соединений типа mAl2O3·nCaO·dH2O. Они обладают высокой прочностью даже при высоких температурах, а глинозем при определенных условиях способствует повышению текучести шлака. К недостаткам таких связующих можно отнести их дефицитность и дороговизну [76, с. 40].

При применении в качестве связующего портландцемента связи образуются за счет силикатов кальция типа SiO2·CaO·nH2O. Однако при температурах 400-500 0С распадаются, а связующее разрушается, кроме того они содержат большое количество SiO2. Гашеная известь – обладает высокой связываемостью и флюсуемостью, а также дешевизной и распространенностью.

Основным ее недостатком является то, что при нагревании выше 570 0С она разлагается и теряет прочность [76, с. 40-41].

Жидкое стекло mSiO2·nNa2O·dH2O обладает высокими вяжущими свойствами, доступное и относительно недорогое. Упрочнение брикетов происходит за счет образования прочных силикатов щелочей при удалении гидратной влаги при нагревании. Основным недостатком является наличие кремнезема и щелочи, по этой причине оно редко используется [76, с. 41].

Российскими специалистами запатентована технология [78], заключающаяся в том, что смешивание жидкого стекла производят с нагретым до заданной температуры материалом для совмещения в одном аппарате перемешивания компонентов с одновременным испарением определенной части воды из брикетируемой смеси, а точнее – из связующего. Окончательную подготовку смеси к прессованию производят с продолжением перемешивания в условиях, обеспечивающих дальнейшее испарение влаги и охлаждение ее до заданной температуры. Подготовленная таким способом брикетная смесь при ее последующем прессовании в валковых прессах обеспечивает высокий выход (не менее 85-87 %) и прочность сырых брикетов. В зависимости от массы и размера сырые брикеты выдерживают не менее 6-9 падений на стальную плиту с высоты 1,5 м и прессующую нагрузку 0,2-0,6 кН/брикет. Последующее упрочнение брикетов (прочность при прессовании возрастает до 1,5-2,0 кН/брикет) и их структурирование (упрочнение и приобретение влагостойкости) протекает достаточно активно, что позволяет направлять брикеты непосредственно в технологический цикл или накапливать их на относительно небольших складах и осуществлять отгрузку товарных брикетов потребителю через 1,5-2,0 сут. В других известных классических технологиях брикетирования с жидким стеклом использование и отгрузку брикетов осуществляют через 10-15 сут.

Одним из перспективных способов окускования мелких железосодержащих материалов является брикетирование под давлением, которое отличается от традиционных способов окускования экологической безопасностью. Получаемые по этой технологии брикеты по металлургическим свойствам полностью пригодны для использования в качестве компонента шихты в доменных и сталеплавильных печах и вагранках. Такие брикеты нетребовательны к хранению и образуют не более 5 % мелочи при перегрузках.

Применение железококсовых брикетов в шихте (100 % окатышей Лебединского ГОКа) в доменной печи № 1 полезным объемом 700 м3 ОАО «Свободный Сокол» при выплавке передельного и литейного чугунов в количестве 51,83 кг/т привело к повышению производительности печи на 92 т/сут. и уменьшению расхода кокса на 6,14 кг/т чугуна [79].

Успешно внедрена технология брикетирования в Донском ГОКе АО «ТНК «Казхром», обеспечивающая непрерывность производства брикетов, обладающих достаточной механической прочностью для противостояния динамическим и статическим нагрузкам, возникающим при перегрузках по всей технологической цепочке – от получения и хранения у производителя до поступления к потребителю, а также обладающих достаточными влагостойкостью (устойчивы к действию атмосферных осадков) и термопрочностью (не разрушаются при нагреве до температуры 950-1000 0С). В качестве связующего используется жидкое стекло. В результате при использовании хроморудных брикетов расход электроэнергии на 1 т снизился с 4196 до 3742,58 кВт·ч. С учетом металла из цеха переработки шлака при долевом содержании в хроморудной навеске 68,9 % брикетов извлечение хрома составило 87,37-90,56 %, что на 5,83-8,52 % выше, чем на базовом этапе [80].

Статья китайских ученых посвящена гранулированию [81] металлургической пыли для прямого восстановления с использованием связующего – негашеной извести в связи с ее высокой адгезионной способностью. Гранулы смешивают с негашеной известью при влажности 9 % в течение 2-х часов, затем прессуют 700 Н для подачи во вращающуюся печь.

Для поиска оптимальных механических свойств использован симплекс-метод.

По результатам принято содержание извести в диапазоне 5-10 %, бентонита 0-2 %.

Авторами [82] проведен анализ имеющихся технологий переработки FeZn-содержащих отходов в виде пыли и шламов:

- окускование отходов с получением из них окатышей или брикетов металлизация окатышей или брикетов в восстановительных агрегатах использование металлизованных окатышей или брикетов в горячем виде или после охлаждения для выплавки чугуна или стали;

- окускование отходов с получением из них агломерата или брикетов проплавка агломерата или брикетов в доменных печах или специальных вагранках с получением чугуна.

Обе схемы включают операцию предварительного окускования утилизируемых Fe-Zn-содержащих дисперсных материалов с получением брикетов, окатышей или агломерата. Общим для этих схем является также то, что пыль, улавливаемая в системах газоочистки применяемых восстановительных и плавильных агрегатов, по содержанию цинка пригодна для дальнейшего использования в цветной металлургии.

Спекание хорошо подготовленных брикетированных смесей в шахтной печи является одним из возможных способов утилизации пылей электродуговой печи [83]. Одновременно некоторые оксиды металлов из отработанных газов могут быть переведены в возгоны для извлечения (в основном цинка). В результате получаются брикеты с высоким содержанием железа, который можно использовать в процессе производства стали. В качестве оптимальных связующих выбраны гашеная известь и патока.

Загрузка...

1.5 Выбор направления исследования С целью выбора направления исследований по повышению эффективности работы действующих рукавных фильтров на металлургических предприятиях Восточно-Казахстанской области изучено состояние теоретических разработок по очистке газов от пыли методом фильтрации.

На сегодняшний день наиболее полно разработаны основные положения теории фильтрации газов применительно к волокнистым фильтрам, обеспечивающие удовлетворительную сходимость с экспериментальными данными [84]. Рассматриваемые данной теорией примеры улавливания пылевых частиц применимы на практике в основном к весьма малым концентрациям пыли в газах и высокой ее дисперсности [85].

Для расчета эффективности волокнистых фильтров применяют метод изолированного волокна, заключающийся в том, что определяют степень улавливания пыли за счет различных эффектов отдельным волокном, а затем переходят к рассмотрению эффективности улавливания одно-и многорядным фильтром. При этом принимают, что фильтр состоит из одинаковых, равномерно и перпендикулярно потоку газов расположенных цилиндрических волокон, расстояние между которыми в 10-100 раз превышает размеры улавливаемых частиц [86-87].

Основными факторами, обеспечивающими осаждение пыли в волокнистых фильтрах, являются: инерционный эффект, эффект зацепления и касания, седиментация, диффузия и электростатический эффект [88-90]. При этом эффективность каждого вида осаждения оценивается величиной соответствующего параметра, а общая эффективность улавливания частиц в фильтра является функцией этих параметров [91].

При улавливании пыли тканевыми регенирируемыми фильтрами материал служит лишь основой для образования автофильтрующего слоя [92].

В данном случае действуют те же факторы осаждения пыли, что и в волокнистых фильтрах, однако, вследствие введения дополнительных факторов (способа и режима регенерации, формы и размеров фильтровальных элементов), улавливание пыли матерчатыми фильтрами не поддается математической обработке на основании теоретических положений [41, с. 51].

Указанное обусловливает необходимость опытного подбора фильтровальных материалов и экспериментальной проверки эффективности улавливания ими пылей.

Применяемые в рукавных фильтрах материалы, как правило имеют размер пор в сотни и тысячу раз больше диаметра частиц пыли [86, с. 26]. Это объясняет причину низкой эффективности их улавливания фильтровальными материалами в незапыленном состоянии.

После осаждения частиц пыли на волокнах происходит перекрытие отверстий между ними пылевыми сводами со значительным уменьшением размеров пор. Что обеспечивает повышение эффективности работы фильтра. С накоплением автофильтрующего слоя пыли на материале, улавливание вновь поступающих частиц происходит в основном поверхностным слоем пыли [93].

При этом эффективность улавливания зависит от сочетания свойств фильтровального материала и пыли [94], оказывающих также решающее влияние на гидравлическое сопротивление фильтра [93, с. 78].

В процессе фильтрации происходит уплотнение пыли в порах материала и увеличение слоя пыли на его поверхности, что приводит к росту сопротивления движению газа через фильтр. Для сохранения производительности фильтра по газу фильтровальный материал необходимо регенерировать. Процесс регенерации, снижая гидравлическое сопротивление, приводит к временному ухудшению степени очистки газов от пыли. Поэтому при регенерации фильтровального материала, с целью постоянного обеспечения высокой эффективности улавливания пыли, следует стремиться к меньшим нарушениям слоя пыли внутри материала и полному удалению ее с поверхности материала.

При моделировании процесса фильтрации и регенерации материала на лабораторной установке затруднительно получить количественные и качественные показатели аналогичные заводским, т.к. практический невозможно приготовить газы и пыли с заданным химическим и фракционным составом, пористостью, формой частиц и др., а также подобрать интенсивность регенерации, компенсировав при этом влияние формы и размеров рукавов [95].

Это вынуждает проводить испытания в промышленных условиях для получения характеристик гидравлических, пылеулавливающих и эксплуатационных свойств фильтровальных материалов. Потребность в эффективном улавливании пыли в системах фильтрации горячих газов существует по всему миру. За последние десять лет законы о выбросах в промышленно развитых странах стали гораздо более строгими, и в развивающихся странах значение защиты окружающей среды быстро растет [96]. Однако, проведение промышленных испытаний связано со значительными материальными затратами, не всегда дающих положительный эффект.

Указанное обусловливает необходимость создания математической модели фильтрации на основании результатов опытно-промышленных испытаний различных по свойствам фильтровальных материалов с целью определения их параметров, обеспечивающих оптимальные показатели фильтрации газов основных переделов металлургических предприятий.

Решение данной задачи применительно к условиям очистки технологических газов является одним из этапов нестоящей диссертационной работы. Одновременно было изучено влияние физико-химических свойств пылей на эффективность пылеулавливания в рукавных фильтрах.

Выводы по разделу 1 Улавливание пылей цветной металлургии имеет огромное значение 1.

с экологической и экономической точек зрения ввиду большого количества выбросов порядка 4000 т/год и значительного в них содержания ценных компонентов (Pb, Zn, Cu, Fe и т.д.).

Вклад в загрязнение атмосферы г. Усть-Каменогорска крупными 2.

предприятиями оказался незначительным. Концентрации диоксида серы составили 0,130,38, диоксида азота 0,190,44, пыли 0,030,22 долей ПДК.

Следовательно, влияние основных источников выбросов предприятий находится в пределах установленных нормативов. Однако в городе наблюдается неблагоприятная обстановка по наличию в атмосфере диоксида азота с превышением до 2,35 долей ПДКм.р. Высокую загрязненность обусловливают прочие загрязнители – автотранспорт, мелкие предприятия и индивидуальная жилая застройка с печным отоплением [10, с. 24].

Для достижения санитарных норм состояния атмосферы города 3.

необходимо разработать кардинальные меры по регулированию движения автотранспорта по основным магистралям и по контролю за их выбросами, более активно внедрять экологичный общественный транспорт (троллейбусы и трамваи). Использование общественного транспорта позволит сократить интенсивность движения и выбросы от личных автотранспортных средств.

Необходимо разработать комплексную государственную программу по переводу частного жилого сектора на централизованное отопление. Это позволит осуществлять выбросы вредных веществ через один организованный источник большой высоты, что будет способствовать равномерному рассеиванию вредных веществ на большие расстояния. Также, учитывая оснащенность ТЭЦ современными системами пылеулавливания, перевод позволит снизить выбросы вредных веществ в атмосферу (приложение А).

Анализ технологических процессов при производстве цветных 4.

металлов показывает, что образование высокотоксичных возгонов происходит при пирометаллургических процессах, широко применяемых в металлургии.

Тонкая очистка технологических и вентиляционных газов на 5.

предприятиях в основном производится в рукавных фильтрах различной конструкции. При этом значительную долю в эксплуатационных расходах на очистку газов в рукавных фильтрах занимают затраты на фильтровальный материал (порядка 30 %).

Исследования в лабораторных условиях фильтровальных 6.

материалов не позволяют получить достаточно надежные данные для выбора оптимальных образцов этих материалов и выдачи рекомендаций для их практического использования ввиду отсутствия оптимальных методик.

С целью исключения или ограничения проведения промышленных испытаний каждого нового образца фильтровального материала необходима разработка математической модели фильтрации.

Приведенные данные и выводы послужили основанием для проведения исследований в области матерчатой очистки технологических газов с целью повышения эффективности работы газоочистных аппаратов без значительных капиталовложений.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ 2.НА ПРОЦЕСС ФИЛЬТРАЦИИ ПЫЛЕЙ

2.1 Изучение физико-химических свойств улавливаемых пылей цветной металлургии Пыли, улавливаемые из газов, образующихся при пирометаллургических процессах на предприятиях цветной металлургии, разнообразны по химическому и дисперсному составам [97]. По общепринятой практике подбор рукавного фильтра в основном производится на основании следующих параметров: скорости и объема газов, пористости и удельного гидравлического сопротивления ткани, плотности улавливаемой пыли и запыленности [32, с.

434-437]. Однако, при этом не рассматривается химический состав улавливаемых пылей, т.к. содержащиеся в них оксиды металлов способны вызывать затруднения при регенерации фильтров за счет своей слипаемости, что ведет к нарушению режима фильтрации. Пробы пылей для исследований отбирались из бункеров рукавных фильтров в количестве 10 шт. в течение 30 дней, усреднялись и затем проводился их физический и химический анализ не менее 5 раз каждого вида пыли, что дало возможность судить о воспроизводимости результатов.

Для сравнения характеристик улавливаемых пылей основных переделов при производстве свинца и цинка были использованы типовые методики определения удельного и насыпного веса, угла естественного откоса, удельной поверхности и среднего размера частиц [98, с. 12].

Изучение свойств данных методом центробежной сепарации [89, с. 100показало, что дисперсный состав всех улавливаемых пылей примерно одинаков. Это объясняется малой величиной размеров возгонных, хорошо коагулируемых пылей и их агломерацией в процессе сепарации.

С целью выявления отличий в размерах частиц улавливаемых пылей, наряду с определением их характеристики вышеописанным методом были также проведены исследования с применением электронного микроскопа.

Определение среднего размера первичных частиц пыли производилось на основе снимков на растровом электронном микроскопе JSM-6390LV фирмы Jeol.

По данным снимкам (рисунок 2.1) произведено визуальное изучение отдельных частиц пыли: определение их числа, формы, размеров.

–  –  –

а – смесь свинцовых пылей; б – конверторная пыль; в – шлаковозгоночная пыль; г – пыль № 1 медного завода; д – пыль № 2 медного завода;

е – вельцоксиды фильтра РФГ; ж – вельцоксиды фильтра ФРИ-1200;

з – пыль от участка разгрузки цинкового огарка из печей КС.

Рисунок 2.1 – Снимки проб пылей различных переделов УК МК ТОО «Казцинк»

Оценку пылей осуществляли замером наибольшего (rmax) и наименьшего (rmin) размеров каждой частицы [98]. Средняя арифметическая величина наибольшего и наименьшего размеров частиц является их технической характеристикой при дальнейшем рассмотрении [99].

Из рисунка 2.1 следует, что уловленные рукавными фильтрами пыли из газов основных металлургических переделов УК МК ТОО «Казцинк» имеют медианный размер частиц в пределах 0,08-0,30 мкм и стандартное среднеквадратичное отклонение Данные характеристики 1,65-2,11.

соответствуют пылям с малым размером и средней полидисперсностью.

Большое внимание исследователями уделено коагуляции частиц пыли [100]. Однако, при определении склонности пыли к коагуляции не учитывалось взаимодействие частиц при движении, имеющее место в рукавных фильтрах. В работе предложена усовершенствованная методика, устраняющая указанный недостаток и сняты характеристики изучаемых пылей. Исследования проводили с применением прибора для определения тонкости помола цемента типа СММ, имеющего 278 встряхиваний в минуту. Проба пыли массой 20 г в течение 5 минут встряхивалась на металлическом поддоне и затем скоагулированная пыль просеивалась через сито с размером отверстий 1 мм.

Массу конгломератов пыли, оставшийся на сите, выражали в % к общему весу пробы.

С использованием растровой электронной микроскопии с микроанализом, масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и рентгеновской дифрактрометрии определены химический и рациональный состав пылей основных переделов УК МК ТОО «Казцинк».

В таблице 2.1 приведены усредненные физические свойства пылей, уловленных в рукавных фильтрах.

Таблица 2.1 – Физическая характеристика пылей, улавливаемых рукавными фильтрами

–  –  –

Исследования показали, что при определении дисперсности пыли методом центробежной сепарации получаются завышенные данные среднего размера частиц пылей по сравнению с данными, полученными с применением электронного микроскопа.

Итак, определение дисперсности пыли с применением электронного микроскопа обеспечивает получение данных более близких к истинному значению и этот метод следует использовать в качестве основного.

Исходя из снимков микроскопа JSM-6390LV можно сделать вывод, что улавливаемые в фильтрах возгоны имеют форму, близкую к шару. Только частицы пыли из газов вельц-печей и из печей КС представляют из себя комбинацию различных видов форм.

Определение дисперсности пылей основных металлургических переделов ТОО «Казцинк» с применением электронного микроскопа показало, что пыли агломерационных машин имеют средний размер 0,12-0,14 мкм, конвертеров – 0,15-0,20 мкм, шлаковозгоночной установки – 0,20-0,25, шахтных плавильных печей – 0,20-0,40 и вельц-печей 0,37-0,50 мкм.

Правильное определение химического состава пылей является очень важным аспектом процесса пылеулавливания, т.к. в их составе находятся частицы элементарного железа, что является очень серьезной проблемой. Из частиц железа и капель влаги образуется оксид железа. Они взаимодействуют в очень быстром процессе окисления, за счёт присутствия чрезмерного количества кислорода в выходящем газе [102]. Есть вероятность, что некоторые частицы железа в пыли не подвергнутся окислению. Поведение этих частиц железа нестабильно с точки зрения термодинамики. Благодаря их большой площади поверхности бывает достаточно небольшого количества энергии для начала реакции окисления этого так называемого пирофорного железа.

2Fe + 3O2 2Fe2O3 + 724 кДж/моль

Эта реакция окисления обеспечивает достаточное количество энергии, чтобы расплавить, воспламенить или уничтожить фильтровальный материал, на поверхности которого находится фильтровальная корка. При окислении одного грамма железа выделяется 13 КДж. Этой энергии достаточно, чтобы местами накалить пыль докрасна. Возникающая в результате локальная температура намного выше, чем допустимая предельная температурная стойкость полимера.

Химический состав уловленных в фильтрах пылей методом массспектрометрии с индуктивно связанной плазмой представлен в таблице 2.2.

Таблица 2.2 – Химический состав уловленных в фильтрах пылей различных переделов УК МК ТОО «Казцинк»

–  –  –

По химическому составу пыли очень различны, например содержание свинца в свинцовых пылях в 25 раз больше чем в пылях из печи КС, но в последних содержание железа уже выше в 3,6 раз.

Пыли агломерационных машин в среднем имеют содержание свинца около 67 %, цинка 4 %, двуокиси кремния на уровне содержания ее в пылях шахтных плавильных печей, а кадмия в 4 раза ниже.

Пыли нового медного завода УК МК ТОО «Казцинк» содержат 5,4 % цинка, 14,8 % железа, 0,08 % серебра и 16,4 % свинца.

Конвертерные пыли отличаются от остальных более высоким содержанием свинца с минимальным размером частиц.

Для выявления наличия взаимосвязи между химическим составом пылей, медианным размером частиц и выходной запыленностью технологических газов выполнен корреляционный анализ для нескольких наиболее распространенных видов фильтровальных материалов: лавсан арт.86033, PPSФильтр 550» на основании эмпирических данных, представленных в таблице 2.2.

Коэффициенты корреляции, определяемые с помощью одноименного анализа, всегда принимают значения от -1 до +1 включительно.

Нулевое значение коэффициента означает отсутствие взаимосвязи между исследуемыми параметрами. Чем ближе значение коэффициента к единице, тем выше связь. Положительное значение коэффициента означает положительную корреляцию, т.е. при увеличении одного параметра второй параметр также будет увеличиваться. Отрицательное значение коэффициента означает отрицательную корреляцию, которая выражается в увеличении размера одного параметра при уменьшении размера другого.

Для фильтровальных материалов лавсан арт.86033 и «Фильтр 550»

выполненный корреляционный анализ показал наличие высокой положительной корреляции между медианным размером частиц и выходной запыленностью газов (коэффициент корреляции в обоих случаях равен 0,94).

Для материала PPS-804 коэффициент корреляции значительно ниже и равен 0,36.

Для материала лавсан арт.86033 взаимосвязь между медианным размером частиц и выходной запыленностью можно выразить с помощью следующей функции линейной регрессии:

0,0000117 0,7257909 y – выходная запыленность газов, кг/м3, где x – медианный размер частиц, м.

Адекватность полученной модели для фильтровального материала лавсан арт.86033 оценивается с помощью коэффициента множественной корреляции [102] R=0,94 и коэффициента детерминации R2=0,88, который показывает, что 88 % вариации выходной запыленности учтено в модели и обусловлено влиянием медианного размера частиц. Стандартная ошибка при этом равна 0,000002.

Для материала «Фильтр 550» взаимосвязь между медианным размером частиц и выходной запыленностью можно выразить с помощью следующей функции линейной регрессии:

0,0000063 0,6349178 y – выходная запыленность газов, кг/м3, где x – медианный размер частиц, м.

Адекватность полученной модели для фильтровального материала «Фильтр 550» оценивается с помощью коэффициента множественной корреляции R=0,94 и коэффициента детерминации R2=0,89, который показывает, что 89 % вариации выходной запыленности учтено в модели и обусловлено влиянием медианного размера частиц. Стандартная ошибка при этом равна 0,0000015.

По результатам выполненного в работе корреляционного анализа наблюдается отрицательная корреляция между содержанием свинца в улавливаемых пылях и выходной запыленностью газов (коэффициент корреляции для материала лавсан арт.86033 равен – 0,76; для PPS-804 – -0,43;

для «Фильтр 550» – -0,84). Отрицательная корреляция означает, что малые значения одного параметра связаны с большими значениями другого. То есть, при возрастании содержания свинца в улавливаемых пылях выходная запыленность будет уменьшаться.

Также при выполнении анализа обнаружена высокая зависимость (коэффициент корреляции для материала лавсан арт.86033 равен 0,95; для PPSи «Фильтр 550» – 0,94) между наличием в улавливаемых пылях содержания меди и железа (рисунки 2.2 – 2.4).

–  –  –

Выявленные математические уравнения позволяют сделать вывод, что на эффективность пылеулавливания наибольшее влияние оказывает дисперсный и химический состав пылей, особенно содержание в них свинца за счет его значительной молекулярной массы и низкой дисперсности частиц.

2.2 Исследование влияния физико-механических свойств фильтровальных материалов на процесс пылеулавливания С целью выявления взаимосвязи различных параметров рассматриваемых фильтровальных материалов была проведена математическая обработка полученных экспериментальных данных. Указанное необходимо для исключения части зависимых параметров, что позволяет в дальнейшем получить более простые уравнения фильтрации.

На различных переделах Усть-Каменогорского металлургического комплекса ТОО «Казцинк» наиболее широко применяются следующие виды материалов – лавсан арт.86033, «Фильтр 550» и PPS-804.

Для объективности полученных результатов производились измерения характеристик каждого фильтровального материала по 7 раз на всех переделах.

Общее количество произведенных измерений составило 126.

Лавсан арт.86033 шириной 159 см, плотностью 320 г/м2, применяется для очистки технологических газов и вентиляционного воздуха. Является прочной и износостойкой тканью. Она не растворима в воде и органических растворителях, устойчива к воздействию кислот и растворов слабых щелочей.

«Фильтр 550» – используется для очистки воздуха и газов от пыли, вырабатывается из полиэфирных волокон. Широко применяется при производстве строительных материалов, металлургии и объектах энергетики.

Может применяться для фильтрации токсичных пылей и при высоких температурах газов. Иглопробивные полотна вырабатываются из нитроновых, лавсановых и вискозных волокон.

PPS-804 – устойчивый к воздействию кислот и растворов слабых щелочей, влагостойкий материал, применяется для очистки технологических газов и вентиляционного воздуха. Применяется в основном при производстве строительных материалов, цветных металлов и объектах энергетики.

Отличие испытывавшихся видов фильтровальных материалов между собой заключалось в различных величинах массы 1 м2 (от 0,29 до 0,6 кг), толщины (от 0,8 до 2,8 мм), пористости (67-86 %) и т.д. Каждая партия навешивалась на различных переделах УК МК ТОО «Казцинк», перед этим определялись физические свойства, а после навески производили периодические измерения запыленности для оценки эффективности работы.

Рассматриваемый в практивке перечень свойств фильтровальных материалов не всегда дает необходимую оценку. Поэтому в настоящих исследованиях были изучены следующие физические характеристики фильтровальных материалов, способных оказать определенное влияние на показатели работы рукавных фильтров: масса (m), толщина (), средний диаметр открытых пор (dп), воздухопроницаемость (uв), и объемная пористость.

С целью изучения степени влияния пылегазовой среды и режима работы фильтра на износ фильтровальных материалов образцы как новых материалов, так и материалов, находившихся в эксплуатации, отбирались и подвергались испытаниям на прочность и удлинение, воздухопроницаемость, изгибоустойчивость, стойкость к истиранию.

От партии новых фильтровальных материалов для определения их физических свойств отбирались не менее трех образцов. Затем каждый отобранный образец делили на две части – одну для определения отклонений по массе и другую – для определения остальных физико-механических показателей (ГОСТ 13587-77).

Определение свойств материалов проводили при температуре воздуха 20±2°C и влажности 65±2% (ГОСТ 10681-75).

Толщину фильтровальных материалов замеряли согласно ГОСТу 12023при помощи индикаторного толщиномера типа ТР 25-11 на раскроенных полосках, предназначенных для определения разрывной нагрузки. Среднее контактное давление между наконечниками и пятой прибора составляло 35 кПа.

Определение массы 1 м2 фильтровального материала производили согласно ГОСТу 3811-72.

Стойкость фильтровальных материалов к истиранию определяли при помощи прибора ИТ-ЗМ, принцип работы которого основан на взаимодействии вращающихся поверхностей образцов испытуемого материала и наждачного круга 39 А 25 С-К при удельном давлении 40 кПа [103]. Число повторных испытаний устанавливалось исходя из получения коэффициента вариации не более 10 %.

Прочность материала на разрыв и удлинение до разрыва измеряли на разрывной машине для испытания текстильных материалов типа РТ 250м-2.

Образцы материалов для испытаний в соответствии с ГОСТ 29088-91 имели длину 300 мм и ширину 50 мм.

Устойчивость фильтровальных материалов к изгибу изучали на автоматизированном изгибателе тканей и нитей типа АИТН-2.

Предварительные исследования образцов фильтровальных материалов, изготовленных различным способом, показали, что оптимальным является многократный изгиб до разрыва полоски материала шириной 1 см на угол 180° при натяжении грузом 20 Н.

Воздухопроницаемость определяли прибором АТL-2 (FF-12) путем измерения объемного расхода воздуха через заданную площадь испытуемого материала при перепаде давления 50 Па (ГОСТ-12088-77).

Эффективный диаметр открытых пор фильтровальных материалов определяли методом вытеснения жидкости газом на приборе типа ОРПТ [103, с.

45].

Диаметр волокон материала замеряли с помощью микроскопа Olympus при увеличении в 500 крат. Диаметр волокон определялся, как среднее арифметическое результатов всех измерений (ГОСТ 17514-93) с округлением среднего размера до ближайшего стандартного.

Для отражения связи между запыленностью газов и такими регрессорами, как масса 1 м2, толщина материала, средний диаметр пор, воздухопроницаемость и общая пористость, в работе использовали функцию линейной регрессии следующего вида:

, y – выходная запыленность газов, кг/м3, где a0…a5 – коэффициенты регрессии;

x1 – масса 1 м2;

x2 – толщина материала, м2;

x3 – средний диаметр пор, м;

x4 – воздухопроницаемость (при 50 Па), м/с;

x5 – общая пористость, %.

Исходные данные для построения модели множественной регрессии представлены в таблице 2.3.

Таблица 2.3 – Физико-механические свойства используемых фильтровальных материалов

–  –  –

Анализ матрицы коэффициентов парной корреляции для различных переделов (технологические газы свинцового производства, конвертеров, шлаковозгоночной установки, медного производства, вельц-цеха, печей КС) и используемых на этих переделах фильтровальных материалов (лавсан арт.86033, PPS-804, «Фильтр 550») показал, что запыленность не имеет тесной связи ни с одним из регрессоров. Эффекта мультиколлинеарности между регрессорами не наблюдается.

Адекватность модели оценивалась с помощью коэффициента множественной корреляции R и коэффициента детерминации R2.

Коэффициент множественной корреляции во всех случаях показал высокую тесноту связи результативного признака с регрессорами.

Коэффициент детерминации также показал, что в модели учтен высокий процент вариации запыленности, обусловленный влиянием включенных факторов.

Для получения минимального значения запыленности газов при ограничениях массы 1 м2, толщины материала, среднего диаметра пор, воздухопроницаемости и общей пористости в работе использовался симплексный метод линейного программирования [104]. Определение оптимальных параметров позволяет получить информацию, которая может быть использована для управления процессом пылеулавливания на металлургических предприятиях.

Ранее эту задачу пытались выполнить методами математических прогрессий [105], использование которых в данном случае некорректно.

2.2.1 Газы свинцового производства

- лавсан арт.86033

Функция, найденная по экспериментальным данным, равна:

0,00031251 0,00000961 0,00065072 0,13355046 0,00152718 0,00000003 Каждый из полученных коэффициентов регрессии показывает, на какую величину в среднем изменится результативный признак – запыленность газов, если соответствующую переменную увеличить на единицу измерения, т.е.

каждый из коэффициентов является нормативным.

Коэффициент множественной корреляции R=0,98, коэффициент детерминации R2=0,95.

Сравнительные данные инструментальных измерений запыленности технологических газов на выходе из фильтра с расчетными представлено на рисунке 2.5. График зависимости запыленности от основных регрессоров представлен на рисунке 2.6.

–  –  –

Для прогнозирования минимального значения запыленности технологических газов при заданных параметрах характеристик фильтровальных материалов использовалась следующая целевая функция:

0,00031251 0,00000961 0,00065072 0,13355046 0,00152718 0,00000003

Введены следующие ограничения:

0,27 0,37 0,0008 0,0012 0,00018" 0,00017 0,183 0,187 При решении поставленной задачи определено, что минимальное значение запыленности составит 6,71 мг/м3. Данное значение достигается при массе 1 м2 фильтровального материала, равной 0,27 кг, толщине – 1,2 мм, среднем диаметре пор – 180 мкм, воздухопроницаемости – 187 мм/с, общей пористости – 67 %.

- PPS-804

Функция, найденная по экспериментальным данным, равна:

0,00026217 0,00013752 0,01790273 0,02312081 0,00082987 0,00000026 Коэффициент множественной корреляции R=0,9, коэффициент детерминации R2=0,82.

Для определения минимального значения запыленности использовалась следующая целевая функция:

0,00026217 0,00013752 0,01790273 0,02312081 0,00082987 0,00000026

Введены следующие ограничения:

0,4 0,42 0,0024 0,0026 0,000153" 0,000147 0,233 0,237 При решении поставленной задачи определено, что минимальное значение запыленности составит 3,78 мг/м3. Данное значение достигается при массе 1 м2 фильтровального материала, равной 0,4 кг, толщине – 2,4 мм, среднем диаметре пор – 153 мкм, воздухопроницаемости – 233 мм/с, общей пористости – 84 %.

- «Фильтр 550»

Функция, найденная по экспериментальным данным, равна:

0,00008711 0,00001413 0,00641654 0,34260495 0,00091852 0,00000169 Коэффициент множественной корреляции R=0,92, коэффициент детерминации R2=0,85.

Для определения минимального значения запыленности использовалась следующая целевая функция:

0,00008711 0,00001413 0,00641654 0,34260495 0,00091852 0,00000169

Введены следующие ограничения:

0,5 0,6 0,0024 0,0028 0,000151" 0,000147 0,109 0,113 При решении поставленной задачи определено, что минимальное значение запыленности составит 2,15 мг/м3. Данное значение достигается при массе 1 м2 фильтровального материала, равной 0,6 кг, толщине – 2,4 мм, среднем диаметре пор – 151 мкм, воздухопроницаемости – 109 мм/с, общей пористости – 83 %.

2.2.2 Газы конвертеров

- лавсан арт.86033

Функция, найденная по экспериментальным данным, равна:

0,00018712 0,00000537 0,00185037 0,21235886 0,00070351 0,00000009

–  –  –

0,00018712 0,00000537 0,00185037 0,21235886 0,00070351 0,00000009

Введены следующие ограничения:

0,27 0,37 0,0008 0,0012 0,00018" 0,00017 0,183 0,187 При решении поставленной задачи определено, что минимальное значение запыленности составит 10,54 мг/м3. Данное значение достигается при массе 1 м2 фильтровального материала, равной 0,27 кг, толщине – 1,2 мм, среднем диаметре пор – 180 мкм, воздухопроницаемости – 187 мм/с, общей пористости – 67 %.

- PPS-804

Функция, полученная по экспериментальным данным, равна:

0,00016633 0,00009044 0,01623138 0,05435287 0,00045299 0,00000002 Коэффициент множественной корреляции R=0,89, коэффициент детерминации R2=0,81.

Для определения минимального значения запыленности использовалась следующая целевая функция:

0,00016633 0,00009044 0,01623138 0,05435287 0,00045299 0,00000002

Введены следующие ограничения:

0,4 0,42 0,0024 0,0026 0,000153" 0,000147 0,233 0,237 При решении поставленной задачи определено, что минимальное значение запыленности составит 7,71 мг/м3. Данное значение достигается при массе 1 м2 фильтровального материала, равной 0,4 кг, толщине – 2,4 мм, среднем диаметре пор – 153 мкм, воздухопроницаемости – 233 мм/с, общей пористости – 84 %.

- «Фильтр 550»

Функция, полученная по экспериментальным данным, равна:

0,00010683 0,0000048 0,01092954 0,78729365 0,00060969 0,00000023 Коэффициент множественной корреляции R=0,94, коэффициент детерминации R2=0,89.

Сравнительные данные инструментальных измерений запыленности технологических газов на выходе из фильтра с расчетными представлено на рисунке 2.7. График зависимости запыленности от основных регрессоров представлен на рисунке 2.8.

Рисунок 2.7 – Соотношение расчетных и эмпирических показателей запыленности

–  –  –

Для определения минимального значения запыленности использовалась следующая целевая функция:

0,00010683 0,0000048 0,01092954 0,78729365 0,00060969 0,00000023

Введены следующие ограничения:

0,5 0,6 0,0024 0,0028 0,000151" 0,000147 0,109 0,113 При решении поставленной задачи определено, что минимальное значение запыленности составит 2,31 мг/м3. Данное значение достигается при массе 1 м2 фильтровального материала, равной 0,5 кг, толщине – 2,8 мм, среднем диаметре пор – 151 мкм, воздухопроницаемости – 109 мм/с, общей пористости – 83 %.

2.2.3 Газы шлаговозгоночной установки

- лавсан арт.86033

Функция, полученная по экспериментальным данным, равна:

0,00006782 0,00001103 0,00073513 0,4330797 0,00002156 0,00000007 Коэффициент множественной корреляции R=0,98, коэффициент детерминации R2=0,96.

Для определения минимального значения запыленности использовалась следующая целевая функция:

0,00006782 0,00001103 0,00073513 0,4330797 0,00002156 0,00000007

Введены следующие ограничения:

0,27 0,37 0,0008 0,0012 0,00018" 0,00017 0,183 0,187 При решении поставленной задачи определено, что минимальное значение запыленности составит 8,56 мг/м3. Данное значение достигается при массе 1 м2 фильтровального материала, равной 0,27 кг, толщине – 1,2 мм, среднем диаметре пор – 170 мкм, воздухопроницаемости – 187 мм/с, общей пористости – 67 %.

- PPS-804

Функция, полученная по экспериментальным данным, равна:

0,00047355 0,00037099 0,04240364 1,75145694 0,00219341 0,00000393 Коэффициент множественной корреляции R=0,97, коэффициент детерминации R2=0,94.

Сравнительные данные инструментальных измерений запыленности технологических газов на выходе из фильтра с расчетными представлено на рисунке 2.9. График зависимости запыленности от основных регрессоров представлен на рисунке 2.10.

–  –  –

Введены следующие ограничения:

0,4 0,42 0,0024 0,0026 0,000153" 0,000147 0,233 0,237 При решении поставленной задачи определено, что минимальное значение запыленности составит 3,85 мг/м3. Данное значение достигается при массе 1 м2 фильтровального материала, равной 0,4 кг, толщине – 2,6 мм, среднем диаметре пор – 147 мкм, воздухопроницаемости – 233 мм/с, общей пористости – 84 %.

- «Фильтр 550»

Функция, полученная по экспериментальным данным, равна:

0,00041332 0,00000117 0,00056136 0,84078856 0,00107933 0,0000021 Коэффициент множественной корреляции R=0,9, коэффициент детерминации R2=0,82.

Для определения минимального значения запыленности использовалась следующая целевая функция:

0,00041332 0,00000117 0,00056136 0,84078856 0,00107933 0,0000021

Введены следующие ограничения:

0,5 0,6 0,0024 0,0028 0,000151" 0,000147 0,109 0,113 При решении поставленной задачи определено, что минимальное значение запыленности составит 0,7 мг/м3. Данное значение достигается при массе 1 м2 фильтровального материала, равной 0,5 кг, толщине – 2,8 мм, среднем диаметре пор – 147 мкм, воздухопроницаемости – 109 мм/с, общей пористости – 83 %.

2.2.4 Газы медного производства

- лавсан арт.86033

Функция, полученная по экспериментальным данным, равна:

0,00016134 0,00000064 0,00006036 0,07211241 0,00098299 0,00000029 Коэффициент множественной корреляции R=0,91, коэффициент детерминации R2=0,83.

Сравнительные данные инструментальных измерений запыленности технологических газов на выходе из фильтра с расчетными представлено на рисунке 2.11. График зависимости запыленности от основных регрессоров представлен на рисунке 2.12.

–  –  –

Рисунок 2.12 – Зависимость запыленности от воздухопроницаемости и толщины материала Для определения минимального значения запыленности использовалась следующая целевая функция:

0,00016134 0,00000064 0,00006036 0,07211241 0,00098299 0,00000029

Введены следующие ограничения:

0,27 0,37 0,0008 0,0012 0,00018" 0,00017 0,183 0,187 При решении поставленной задачи определено, что минимальное значение запыленности составит 9,43 мг/м3. Данное значение достигается при массе 1 м2 фильтровального материала, равной 0,27 кг, толщине – 0,8 мм, среднем диаметре пор – 170 мкм, воздухопроницаемости – 187 мм/с, общей пористости – 67 %.

- PPS-804

Функция, полученная по экспериментальным данным, равна:

0,00068021 0,00042562 0,04499928 1,97479185 0,00116917 0,00000914 Коэффициент множественной корреляции R=0,98, коэффициент детерминации R2=0,96.

Для определения минимального значения запыленности использовалась следующая целевая функция:

0,00068021 0,00042562 0,04499928 1,97479185 0,00116917 0,00000914

Введены следующие ограничения:

0,4 0,42 0,0024 0,0026 0,000153" 0,000147 0,233 0,237 При решении поставленной задачи определено, что минимальное значение запыленности составит 5,34 мг/м3. Данное значение достигается при массе 1 м2 фильтровального материала, равной 0,42 кг, толщине – 2,4 мм, среднем диаметре пор – 153 мкм, воздухопроницаемости – 233 мм/с, общей пористости – 86 %.

- «Фильтр 550»

Функция, полученная по экспериментальным данным, равна:

0,0000845 0,00000003 0,00126172 0,41349474 0,00049753 0,000001 Коэффициент множественной корреляции R=0,9, коэффициент детерминации R2=0,81.

Для определения минимального значения запыленности использовалась следующая целевая функция:

0,0000845 0,00000003 0,00126172 0,41349474 0,00049753 0,000001

Введены следующие ограничения:

0,5 0,6 0,0024 0,0028 0,000151" 0,000147 0,109 0,113 При решении поставленной задачи определено, что минимальное значение запыленности составит 6,11 мг/м3. Данное значение достигается при массе 1 м2 фильтровального материала, равной 0,5 кг, толщине – 2,4 мм, среднем диаметре пор – 147 мкм, воздухопроницаемости – 113 мм/с, общей пористости – 83 %.

2.2.5 Газы вельц-цеха

- лавсан арт.86033

Функция, полученная по экспериментальным данным, равна:

0,00062033 0,00004493 0,00078035 0,09950144 0,00264293 0,00000179

–  –  –

0,00062033 0,00004493 0,00078035 0,09950144 0,00264293 0,00000179

Введены следующие ограничения:

0,27 0,37 0,0008 0,0012 0,00018" 0,00017 0,183 0,187 При решении поставленной задачи определено, что минимальное значение запыленности составит 7,09 мг/м3. Данное значение достигается при массе 1 м2 фильтровального материала, равной 0,37 кг, толщине – 0,8 мм, среднем диаметре пор – 170 мкм, воздухопроницаемости – 187 мм/с, общей пористости – 67 %.

- PPS-804

Функция, полученная по экспериментальным данным, равна:

0,00016041 0,00019469 0,02412471 0,49723708 0,00031847 0,0000016 Коэффициент множественной корреляции R=0,88, коэффициент детерминации R2=0,78.

Сравнительные данные инструментальных измерений запыленности технологических газов на выходе из фильтра с расчетными представлено на рисунке 2.13. График зависимости запыленности от основных регрессоров представлен на рисунке 2.14.

–  –  –

Для определения минимального значения запыленности использовалась следующая целевая функция:

0,00016041 0,00019469 0,02412471 0,49723708 0,00031847 0,0000016

Введены следующие ограничения:

0,4 0,42 0,0024 0,0026 0,000153" 0,000147 0,233 0,237 При решении поставленной задачи определено, что минимальное значение запыленности составит 0,7 мг/м3. Данное значение достигается при массе 1 м2 фильтровального материала, равной 0,41 кг, толщине – 2,6 мм, среднем диаметре пор – 153 мкм, воздухопроницаемости – 237 мм/с, общей пористости – 84 %.

- «Фильтр 550»

Функция, полученная по экспериментальным данным, равна:

0,00011342 0,00005062 0,0211626 0,61027098 0,00005703 0,00000127

–  –  –

Для определения минимального значения запыленности использовалась следующая целевая функция:

0,00011342 0,00005062 0,0211626 0,61027098 0,00005703 0,00000127

Введены следующие ограничения:

0,5 0,6 0,0024 0,0028 0,000151" 0,000147 0,109 0,113 При решении поставленной задачи определено, что минимальное значение запыленности составит 3,32 мг/м3. Данное значение достигается при массе 1 м2 фильтровального материала, равной 0,5 кг, толщине – 2,8 мм, среднем диаметре пор – 147 мкм, воздухопроницаемости – 109 мм/с, общей пористости – 83 %.

2.2.6 Газы печей КС

- лавсан арт.86033

Функция, полученная по экспериментальным данным, равна:

0,00048795 0,0001488 0,0155585 0,99426047 0,00305483 0,00000077 Коэффициент множественной корреляции R=0,9, коэффициент детерминации R2=0,81.

Для определения минимального значения запыленности использовалась следующая целевая функция:

0,00048795 0,0001488 0,0155585 0,99426047 0,00305483 0,00000077

Введены следующие ограничения:

0,27 0,37 0,0008 0,0012 0,00018" 0,00017 0,183 0,187 При решении поставленной задачи определено, что минимальное значение запыленности составит 2,54 мг/м3. Данное значение достигается при массе 1 м2 фильтровального материала, равной 0,27 кг, толщине – 0,8 мм, среднем диаметре пор – 180 мкм, воздухопроницаемости – 185 мм/с, общей пористости – 67 %.

- PPS-804

Функция, полученная по экспериментальным данным, равна:

0,00024031 0,00009587 0,04764334 2,64542238 0,00391993 0,00000697 Коэффициент множественной корреляции R=0,99, коэффициент детерминации R2=0,998.

Для определения минимального значения запыленности использовалась следующая целевая функция:

0,00024031 0,00009587 0,04764334 2,64542238 0,00391993 0,00000697

Введены следующие ограничения:

0,4 0,42 0,0024 0,0026 0,000153" 0,000147 0,233 0,237 При решении поставленной задачи определено, что минимальное значение запыленности составит 1,2 мг/м3. Данное значение достигается при массе 1 м2 фильтровального материала, равной 0,4 кг, толщине – 2,6 мм, среднем диаметре пор – 153 мкм, воздухопроницаемости – 233 мм/с, общей пористости – 84 %.

- «Фильтр 550»

Функция, полученная по экспериментальным данным, равна:

0,00008679 0,00007018 0,01831205 1,35401035 0,00094205 0,00000247 Коэффициент множественной корреляции R=0,9, коэффициент детерминации R2=0,82.

Сравнительные данные инструментальных измерений запыленности технологических газов на выходе из фильтра с расчетными представлено на рисунке 2.15. График зависимости запыленности от основных регрессоров представлен на рисунке 2.16.

–  –  –

Для определения минимального значения запыленности использовалась следующая целевая функция:

0,00008679 0,00007018 0,01831205 1,35401035 0,00094205 0,00000247

Введены следующие ограничения:

0,5 0,6 0,0024 0,0028 0,000151" 0,000147 0,109 0,113 При решении поставленной задачи определено, что минимальное значение запыленности составит 11,76 мг/м3. Данное значение достигается при массе 1 м2 фильтровального материала, равной 0,6 кг, толщине – 2,4 мм, среднем диаметре пор – 147 мкм, воздухопроницаемости – 109 мм/с, общей пористости – 83 %.

Выводы по разделу 2 Определение дисперсности пылей с применением электронного 1.

микроскопа обеспечивает получение данных более близких к истинному значению по сравнению с методом центробежной сепарации.

Исследованиями установлено, что наибольшее влияние на 2.

эффективность пылеулавливания оказывают дисперсный и химический состав пылей. При выборе фильтровальных материалов нужно обращать особое внимание на содержание в пылях свинца, т.к. данный компонент имеет низкую дисперсность.

В результате использования симплексных математических методов 3.

исследования [105] установлены регрессионные зависимости между свойствами фильтровальных материалов и выходной запыленностью технологических газов. Полученные регрессионные уравнения позволяют с высокой точностью прогнозировать запыленность на выходе из рукавных фильтров без выполнения трудоемких инструментальных измерений.

Симплексным методом линейного программирования выявлены 4.

оптимальные параметры фильтровальных материалов для достижения наиболее низкого значения запыленности технологических газов.

В целом исследования позволяют минимизировать негативное 5.

влияние на атмосферный воздух, значительно (до 50 %) снизить потери промпродуктов и исключает необходимость дорогостоящей навески опытной партии фильтровальных тканей для оценки технико-экономических параметров работы рукавных фильтров на предприятиях.

ИССЛЕДОВАНИЕ И МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМ ОЧИСТКИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ ГАЗОВ

3.1 Риддерский металлургический комплекс ТОО «Казцинк»

Риддерский металлургический комплекс ТОО «Казцинк» является крупным комплексом предприятий горно-металлургической отрасли, в состав которого входят рудники, горно-обогатительная фабрика, свинцовый и цинковый заводы [106].

Одной из основных проблем цинкового завода является большое количество выбросов вредных веществ в атмосферу, которые составляют 4614,7 т/год [107], что сказывается на состоянии атмосферы г. Риддер. Это обусловлено высокими удельными выделениями вредных веществ на единицу готовой продукции.

На цинковом заводе очистка технологических и вентиляционных газов в основном производится в электрофильтрах и рукавных фильтрах. При этом агрессивные по содержанию диоксида серы и высокой температуре газы обжиговых печей [108] очищаются первоначально в котлах-утилизаторах, затем в циклонах и далее в электрофильтрах. Технологические газы вельц-печей и классификации огарка очищаются в рукавных фильтрах [73, р. 665].

3.1.1 Обжиговый цех Предварительная очистка газов обжиговых печей кипящего слоя на цинковом производстве согласно проекту производится последовательно в циклонах и электрофильтрах, обеспечивая эффективную утилизацию диоксида серы при получении серной кислоты. В настоящее время очистка пылегазовых потоков в циклонах и электрофильтрах выполняется не всегда удовлетворительно, запыленность очищенного газа часто превышает допустимые пределы для эффективной работы сернокислотного производства.

Это обусловливает низкий срок службы (1-2 года) ванадиевого катализатора на первых полках контактных аппаратов из-за зарастания активной поверхности диоксидом кремния, переносимого пылью огарка с газами в виде тетрафторида кремния. Указанное приводит к увеличению содержания диоксида серы в выбросах хвостовых газов после сернокислотных систем, являющихся основным загрязнителем атмосферы при производстве цинка из сульфидного сырья [106, с. 20].

Причины низкой эффективности работы циклонов и электрофильтров [73, р.

665-666]:

- Неудовлетворительная работа циклонов приводит к увеличению остаточной запыленности газов до 13 г/м3(н.у.) при нормативной 2 г/м3(н.у.).

Это вызвано отсутствием бункеров на циклонах, что искажает аэродинамический принцип их работы и обусловливает снижение коэффициента улавливания пыли огарка. Циклоны перегружены по газовой нагрузке, вместо допустимых 40 тыс. м3/ч, на них подается в зависимости от дутьевого режима на печах КС до 50 тыс. м3/ч. Циклоны изготовлены из обычной стали и поэтому подвержены интенсивному абразивному износу, что требует частого их ремонта.

Следует выполнить проект реконструкции циклонов с увеличением их производительности и повышением эффективности улавливания огарковой пыли.

В электрофильтрах автоматическая система отряхивания коронирующих электродов не работает из-за интенсивного разрушения кварцевых трубизоляторов. Усугубляет положение коррозия труб подвеса, снижающая жесткость системы. В настоящее время отряхивание электродов производится интенсивно один раз в сутки. Поэтому только в течение 15…20 суток вольтамперная характеристика электрофильтра выдерживается достаточно стабильно в пределах 30…40 кВ, при силе тока 200 мА. Далее, при снижении напряжения работающую секцию электрофильтра необходимо останавливать на чистку и в работу включать вторую секцию. Очистка газов обжиговой печи в одной из двух секций электрофильтра обусловливает повышенную скорость прохождения их через активное сечение и снижает эффективность улавливания пыли огарка. Работа на двух секциях пока невозможна, так как газ в каждую секцию подается отдельным дымососом, но один дымосос обязательно должен находиться в резерве [106, с. 20-21].

Необходимо произвести капитальный ремонт электрофильтров, решить вопрос по выбору системы автоматического отряхивания коронирующих электродов, подобрать дополнительные редукторы для снижения скорости вращения валов эксцентриков и уменьшить высоту подъема штанг для обеспечения щадящих ударов. Затем приступить к монтажу системы на одной из секций электрофильтра для отладки и проверки надежности в работе. По окончании отладки выполнить испытания по подбору оптимального режима работы данной системы. Это позволит обеспечить сохранность кварцевых труб и исключить образование трудноудаляемых «колбас» (рисунок 3.1). При эксплуатации электрофильтров необходимо более четко соблюдать график проведения планово-предупредительных ремонтов, не ожидая падения рам подвеса [73, р. 666].

–  –  –

Рисунок 4.1 – Накопление слоя пыли на электродах электрофильтра Система автоматического отряхивания осадительных электродов также в автоматическом режиме не используется.

Отряхивание включается вручную один раз в сутки (кроме выходных дней). Большую часть времени на осадительных электродах лежит толстый слой малоэлектропроводной огарковой пыли с перезарядкой на обратную полярность (обратная корона).

Накопленная на осадительных электродах часть пыли сдувается и уносится с газом, снижая эффективность очистки [106, с. 21].

После замены циклонов и выполненной реконструкции автоматического отряхивания коронирующих и осадительных электродов на электрофильтрах можно будет смонтировать перемычку с дросселями на их входе. Это позволит одновременно эксплуатировать обе секции электрофильтра и дополнительно уменьшить интенсивность отряхивания электродов, а следовательно, снизить остаточную запыленность [106, с. 21].

В результате выполненных работ остаточная запыленность газов на входе в сернокислотное отделение может быть обеспечена не выше 50 мг/м3(н.у.). В настоящее время она составляет 80…267 мг/м3 (н.у.) [73, р. 666].

Пылеулавливающая установка в отделении классификации огарка объединенного цеха № 2 является частью системы пневмотранспорта огарка из здания отделения обжига. Назначение установки – очистка запыленного воздуха из системы пневмотранспорта перед выбросом в атмосферу.

Недостатком работы системы пневмотранспорта является выделение пыли огарка в атмосферу при транспортировке, которые обнаруживаются визуально на отметках отделения классификации и, косвенно, по загрязнению атмосферы смежных помещений отделений классификации и выщелачивания [73, р. 667].

Выполненная ранее замена циклонов и газоходов на новые не обеспечила увеличения производительности системы пылеулавливания. Дымосос ДН-12,5, установленный после фильтра РФГ–V-МC10, обеспечивает максимальную производительность 24000 м3/ч, что не достаточно. Для реконструкции системы пневмотранспорта предложено два варианта [106, с. 21-22].

1) Перевести регенерацию фильтра РФГ с механического встряхивания на импульсную продувку по опыту Усть-Каменогорского металлургического комплекса ТОО «Казцинк» (рисунок 3.2). Для этого следует использовать пневмоцилиндры, по аналогии с фильтрами УРФМ, установленными в вельццехе РМК. Система пневмовстряхивания является более практичной, обеспечивает увеличение производительности фильтра, меньший износ механизмов и дает возможность автоматизировать процесс регенерации фильтра.

Рисунок 3.2 – Система регенерации фильтров РФГ с применением пневмоцилиндров на УК МК ТОО «Казцинк»

2) Выполнить проект аспирации с установкой одного фильтра с импульсной регенерацией рукавов производительностью по газу около 30 тыс.

м3/ч и вентилятора в помещении шаровой мельницы № 4 на отметке 0.000. Это обеспечит возможность выгрузки уловленного огарка непосредственно в мельничном отделении и исключит его распространение в пылевидном состоянии в атмосфере цеха и окружающей среде [109].

Подачу сжатого воздуха в фильтр выполнить от камерных питателей отделения обжига давлением не менее 0,4 МПа по отдельно прокладываемому трубопровду по эстакаде пневмотранспорта. Перед подачей сжатого воздуха в фильтр он должен быть очищен от влаги и масла, чтобы работа фильтра была эффективной [73, р. 667].

4.1.2 Электролитный цех В электролитном цехе, состоящем из вакуумно-испарительного, электролизного, катодо-плавильного отделений перерабатывается раствор нейтрального выщелачивания цинкового огарка после очистки его от примесей.

Конечной продукцией являются [106, с. 23]:

- металлический цинк марок ЦВ, ЦОА, ISО 752;

- цинковые сплавы;

- цинковые дроссы;

- цинковый порошок для использования в технологических процессах отделения классификации цинкового огарка;

- отработанный цинковый электролит для использования в отделении классификации цинкового огарка и в гидрометаллургическом цехе.

При обследовании работы электролитного цеха на отдельных переделах наблюдаются значительные выделения аэрозолей электролита, пыли и других испарений, что создает неблагоприятные санитарные условия в помещениях.

Это обусловлено особенностями технологических процессов с использованием растворов электролитов повышенной температуры и неэффективной работой систем вытяжной вентиляции, аспирации, недостаточным объемом приточновытяжного воздуха [73, р. 669].

Здание электролизного отделения имеет объем 93600 м3. Кратность организованного в нем воздухообмена равна 4,3 раз/ч. Неэффективная подача приточного воздуха к рабочим местам и не рациональное его удаление от мест загрязнения не обеспечивают требуемое санитарное состояние атмосферы в здании. Системы аспирации от агитаторов и сгустителей имеют естественную вытяжку через трубы диаметром 0,4 м, которая недостаточна [110].

В галерее вакуумно-испарительного отделения производится подача электролита по двум желобам из отделения классификации цинкового огарка в электролитный цех. В зимний период наблюдается повышенное влаговыделение в помещение галереи в связи с разностью температур (температура электролита 50 60 0С, температура воздуха в галерее 10 15 0С) [111, р. 3].

В дроссовом отделении очистка запыленных газов от технологического оборудования осуществляется в групповых циклонах ЦН-15-400. При загрузке дроссов в бункер происходят выбросы запыленного воздуха в помещение и на территорию предприятия, что обусловлено не эффективной работой местного отсоса и циклонов по улавливанию мелкодисперсной пыли. Рекомендации [110, р.

3-4]:

в здании электролизного отделения рекомендовано выполнить 1.

следующие мероприятия:

- В системе местной приточной вентиляции к рабочим местам сдирки цинка с катодов опустить воздухораспределительные патрубки на расстояние не более двух метров от пола, исходя из требований – не препятствовать работе оператора.

- Раздача приточного воздуха производится в проходы между электролизными ваннами по коллекторам длиной 26 м с раздаточными окнами размером 400 100 мм. Коллектора расположены под настилом проходов.

Воздух из-за отсутствия ограничителя размера щелей к рабочим местам распределяется не равномерно. Следует установить бортики с обеспечением стабильного размера щелей шириной 5…7 см.

- Аэрационный фонарь в электролизном отделении не всегда обеспечивает стабильное удаление загрязненного воздуха из верхней зоны помещения по метеорологическим условиям. Предложено установить в верхнем, третьем ярусе окон здания вентиляторы типа ВО6-300 № 6,3 производительностью 9000-13000 м3/ч.

Для обеспечения нормальных санитарных условий в электролитном 2.

и гидрометаллургическом цехах, предложено увеличить объем удаляемых паров из сгустителей, агитаторов и пачуков в два раза, а при высокотемпературном выщелачивании в три раза. Это можно достигнуть:

применением объединенной механической вытяжной аспирации совместно с использованием существующей естественной; в воздуховодах естественной вытяжной аспирации установить эжекторы с обеспечением увеличения объема удаляемого воздуха в 2 – 3 раза.

Для снижения запыленности воздуха в рабочей зоне дроссового 3.

отделения и выбросов пыли в атмосферу следует изменить конструкцию аспирационного отсоса и взамен циклонов использовать рукавный фильтр.

В галерее вакуумно-испарительного отделения для исключения 4.

интенсивного испарения влаги организован тамбур на участке слива пульпы в желоба и изготовлены съемные их укрытия по всей длине.

В вакуумно-испарительном отделении необходимо:

5.

- В помещении расположения желобов транспортировки электролита (отм. +7.2) нарастить борт желоба на 0,5 м и устроить от него бортовой отсос.

Удаление аэрозолей электролита выполнить с помощью воздуховодов и радиального вентилятора типа Ц4-70 № 6,3 в окно. К этой же системе подключить общеобменную вытяжную вентиляцию в виде воздуховода с приемными окнами сечением 0,2 0,2 м, прикрепленного к колоннам длиной 6 м. Указанное количество отсасываемого воздуха позволит обеспечить кратность воздухообмена в помещении до 9 раз/ч.

- В помещении пачуков для растворения костного клея в горячей воде имеется естественная аспирация емкостей. Однако ее недостаточно для постоянного обеспечения нормальных атмосферных условий. Предусмотрено подключение вытяжки из пачуков к системе общеобменной механической вентиляции.

- В помещении расположения трех горячих баков (отм. 7.2) периодически возникают сложные условия для работы из-за значительных испарений электролита. Имеющиеся системы естественной их аспирации не всегда обеспечивают санитарные требования к атмосферному воздуху. Рекомендовано установить механическую вытяжную вентиляцию для двух баков общую производительностью системы 7-8 тыс. м3/ч и для последнего бака индивидуальную производительностью 3-4 тыс. м3/ч. Выбросы паров вывести в окна.

Внедрение представленных рекомендаций обеспечит улучшение санитарного состояния атмосферного воздуха на рабочих местах. Результаты могут быть использованы при проектировании систем вентиляции и аспирации на предприятиях цветной металлургии [106, с. 24-25].

3.1.3 Вельц-цех Вельц-процесс представляет собой восстановительно-окислительный обжиг, в результате которого образуются вельц-окислы, содержащие оксиды цинка, свинца, кадмия, алюминия, хлориды натрия, и клинкер, содержащий соединения меди, железа, золота, серебра, а также кремнезем. Вельцоксид характеризуется слипаемостью в виду неправильной формы частиц, что весьма затрудняет процесс удаления с фильтровального материала [111].

Температура газов на выходе из вельц-печей 500-700 0С, запыленность 100-110 г/м3, средний диаметр частиц 1,5 мкм [112]. Дисперсный состав во многом определяет плотность пылей, так, плотность вельцоксида может достигать 5-6 т/м3.

Унос пыли при вельцевании составляет 30-40 % от общей массы.

Вельцоксиды вместе с газами улавливают в рукавных фильтрах и направляют на выщелачивание и очистку. На Риддерском цинковом заводе для очистки газов вельц-печей от пыли с 2007 года используются рукавные фильтры ФРИс. 35].

Каркасные рукавные фильтры с импульсной регенерацией рукавов типа ФРИ являются аппаратами общепромышленного применения. Они предназначены для высокоэффективной очистки запыленных газов с температурой до 250 0С в зависимости от применяемого фильтровального материала, газы не должны быть токсичными, агрессивными, пожаро- и взрывоопасными. Особенность фильтров типа ФРИ-1600 – двусторонняя подача импульсов сжатого воздуха в рукав при регенерации [32, с. 425].

Однако эксплуатация этих фильтров в авторском варианте на цинковом заводе показала, что их применение для улавливания слипающихся пылей вельцоксида цинка приводит к существенным потерям металлов и загрязнению атмосферы. При этом фильтры имеют высокое гидравлическое сопротивление и очень трудоемки в эксплуатации. Это связано с отдельными конструктивными недостатками фильтров, которые ухудшают показатели улавливания пыли из газов [113].

В корпусе фильтра расположены 576 рукавов, не разделенных на отдельные секции. Внутрь рукавов длиной 6,82 м вставляются проволочные каркасы, которые сверху жестко крепятся в гнездах решетки. Нижняя их часть фиксируется на раздающих трубах, подающих сжатый воздух. В период регенерации сжатый воздух импульсами подается внутрь рукавов одновременно сверху и снизу. При этом во время подачи импульса сжатого воздуха в верхнюю часть рукавов происходит эжектирование им очищенного газа из верхней камеры в рукав, в результате чего, он резко раздувается и стряхивает пыль с наружной поверхности. При подаче импульса сжатого воздуха в нижнюю часть рукавов эжектировать нечего, а расход его составляет всего около 1,5 литра за импульс. Данный объем воздуха не может оказать существенного влияния на регенерацию рукавов снизу [113, с. 36].

Незначительное расстояние между рядом расположенными фильтровальными рукавами – около 70 мм обусловливает их соприкасание друг с другом во время фильтрации и регенерации. Соединение отдельных сегментов проволочного каркаса в рукаве не надежное, имеются случаи их разъединения. Во время эксплуатации в результате высокой температуры газов и механических воздействий длина фильтровальных рукавов увеличивается, что обусловливает изгиб каркасов (рисунок 3.3) в шарнирных соединениях и дополнительное соприкасание рукавов друг с другом. По всей высоте рукавов накапливался слой пыли толщиной 3-5 мм. В отдельных местах межрукавное пространство полностью забивалось слоем пыли, образуя монолит с рукавами и корпусом фильтра (рисунок 3.4) [114].

Отсутствие секций в фильтре вынуждает выводить его из работы для осмотра и замены отдельных порванных и изношенных рукавов. Порыв даже одного рукава в фильтре обусловливает увеличение выноса пыли из фильтра. В авторском варианте верх рукавов крепится к газораспредилительной решетке с помощью обечайки и болтового соединения. Болты ржавеют и плохо закручиваются, что ведет к неплотному прилеганию рукавов к решетке. Это обусловливает проскок запыленного газа в камеру очищенного, минуя фильтр и накоплению вельцоксида на решетке. На УК МК ТОО «Казцинк» для крепления рукавов было предложено использовать поворотную запорную скобу (рисунок 3.5). Это обеспечило более плотное прилегание рукавов к газораспределительной решетке и снизило остаточную запыленность очищенного газа [114, р. 1077].

Рисунок 3.3 – Изгиб каркасов при вытяжке рукавов

–  –  –

С целью повышения эксплуатационных качеств фильтра было принято решение исключить жесткое крепление рукавов снизу (рукава должны находиться в свободно подвешенном состоянии) и осуществлять подачу импульсов сжатого воздуха на регенерацию только в верхнюю часть. При этом длина рукавов уменьшалась с 6,82 до 4,7 м и заглушалась снизу. Длина рукавов подобрана с учетом обеспечения эффективности односторонней импульсной регенерации и удобства при обслуживании фильтра. Испытания данного варианта были выполнены на фильтре ФРИ-1600 № 3 отделения пылеулавливания вельц-цеха. Для сравнения эффективности работы этого фильтра в таблице 3.1 приведены усредненные результаты замеров параметров пылегазового потока на входе и выходе из фильтров ФРИ-1600 № 1, 2, 4, 5, 7 [115].

Таблица 3.1 – Усредненные данные двухлетних инструментальных замеров технологических параметров фильтров ФРИ-1600 отделения пылеулавливания вельц-цеха

–  –  –

Сравнительные испытания показали [111, с. 37]:

- в фильтре № 3 со свободно подвешенными рукавами и односторонней импульсной продувкой сверху накопления существенного слоя вельцоксида на рукавах и в межрукавном пространстве не наблюдалось;

- время плановой чистки фильтра сократилось с пяти до одного дня;

- проволочный каркас, на который надевается фильтровальный рукав, во время эксплуатации не деформировался.

Уменьшение поверхности фильтрации ФРИ 1600 № 3 за счет сокращения длины рукавов с 6,82 до 4,7 м и свободной их подвеске способствовало снижению гидравлического сопротивления фильтра с 1,82 до 1,12 кПа. При этом остаточная запыленность газов после фильтра № 3 снизилась на 4146,5 % и составила 0,023 г/м3, а коэффициент фильтрации увеличился на 28,242,5 %.

Полученные результаты позволяют сделать вывод, что применение фильтра с импульсной продувкой рукавов сверху и свободной их подвеской обеспечивает значительно лучшие технологические показатели [115, с. 50].

Выполненная модернизация односекционного фильтра ФРИ-1600 не исключила необходимость полной остановки его для осмотра и замены изношенных рукавов, что потребовало разработки проекта разделения фильтра на ряд секций. Было предложено разбить рукавный фильтр ФРИ-1600 на четыре секции, по две с каждой стороны, разделенные коллекторами грязного и очищенного газа. Каждая отдельная секция фильтра представляет собой корпус прямоугольной формы, расположенный на пирамидальных бункерах и разделенный рукавной плитой с фильтровальными рукавами на камеры запыленного и очищенного газа [111, с. 37].



Pages:   || 2 |


Похожие работы:

«СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ Система качества Образовательный стандарт АлтГТУ ФОНД ОЦЕНОЧНЫХ СРЕДСТВ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ. Общие требования ФГБОУ ВПО "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" СТО АлтГТУ 12 100-2015 Предисловие 1...»

«Все новинки. Июль 2014г. Естественные науки Техника. Технические науки Сельское и лесное хозяйство. Экономика сельского хозяйства. 5 Здравоохранение. Медицинские науки Социология. Статистика. Демография. Социальное управление. 10 История. Исторические науки Экономика. Экономические науки...»

«Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" Русский язык и культура речи Методическ...»

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ УДК 338.242.2:339.138 ЧУРЛЕЙ ЭДУАРД ГЕНРИХОВИЧ ФОРМИРОВАНИЕ МЕХАНИЗМА УПРАВЛЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЕМ НА ОСНОВЕ МАРКЕТИНГОВЫХ ИНСТРУМЕНТОВ Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук по специальности 08.00.05 – экономика и управление народным хозяйством (сп...»

«История и культурология ИСТОРИЯ И КУЛЬТУРОЛОГИЯ УДК 621.3(091) В.В. Кибардин ИСТОРИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ПЕРВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ г. КРАСНОЯРСКА1 В статье рассматриваются исторические события по применению электрической энергии для привода машин и элек...»

«Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Национальный исследовательский Томский политехнический университет” Основы нефтегазопромыслового дела Лекция 1. Введение. Общие сведения о нефтяной и газовой промышл...»

«УТВЕРЖДАЮ Начальник Управления электрификации и электроснабжения Центральной дирекции инфраструктуры ОАО "РЖД" В.Г. Лосев п/п верно " 23 " сентября 2011 г. Технологическая карта № 11/11 Техническое обслуживание мачтов...»

«ПРОЕКТ СП. 13330.2015 МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА И ЖИЛИЩНОКОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (МИНСТРОЙ РОССИИ) СВОД ПРАВИЛ СП..13330.2015 ЗДАНИЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ОРГАНИЗАЦИЙ НАЧАЛЬНОГО И СРЕДНЕГО П...»

«ТУ 2248-017-73011750-2011 Настоящие технические условия распространяются на трубы из полиэтилена, имеющие гладкий внутренний слой и профилированный и армированный стальной лентой наружный слой – "КОРСИС АРМ" (далее – трубы). Трубы предназначены дл...»

«М ИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГБОУ ВО "СГУ имени Н.Г. Чернышевского" Социологический факультет УТВЕРЖДАЮ Проректор по учебно-методической работе г Рабочая программа дисциплины СОЦИОЛОГИЯ Направление подготовки бака...»

«ББК Ч481.251 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АКТИВНЫХ МЕТОДОВ ОБУЧЕНИЯ ПРИ ПОДГОТОВКЕ СПЕЦИАЛИСТОВ ПО РАЗМЕЩЕНИЮ ГОСУДАРСТВЕННЫХ И МУНИЦИПАЛЬНЫХ ЗАКАЗОВ И.А. Кудинова, А.М. Рубанов ГОУ ВПО "Тамбовский государственный технический университет", г. Тамбов Рецензент А.Л....»

«329 Микроэлектромеханические системы УДК 629.7.05/06: 531.781.2 (075.8) В.Л. Волков, М.В. Хрисанова ОБЕСПЕЧЕНИЕ СТАТИЧЕСКОЙ И ДИНАМИЧЕСКОЙ ТОЧНОСТИ МИКРОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ДАТЧИКА УГЛОВОЙ СКОРОСТИ Арзамасский политехнический институт (филиал НГТУ) Сформулированы требования к электромеханическим параметрам МЭМС датчика угл...»

«ДОГОВОР ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ № 916044 (снабжение тепловой энергией в горячей воде для целей оказания коммунальных услуг) г. Киров "05" марта 2015 г. Открытое акционерное общество "Кировская теплоснабжающая компания", именуемое в...»

«Контрольно–кассовая машина "АМС – 500К".Инструкция по эксплуатации. Контрольно-кассовая техника Контрольно-кассовая машина "АМС500К" Инструкция по эксплуатации ШВКС. 695234. 012 ИЭ Контрольно–кас...»

«437291 (Код ОКП) Охранный контроллер AC-08 ПАСПОРТ Контроллер AC-08 ТУ 4372-220-18679038-2008.09 ПС Паспорт Версия 1.47 1. Назначение и технические данные Охранный контроллер AC-08 предназначен для использования в составе системы контроля и управле...»

«ISSN 0536 – 1036. ИВУЗ. "Лесной журнал". 2016. № 5 УДК 676.026.4 DOI: 10.17238/issn0536-1036.2016.5.177 ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ПРЕССОВАНИЯ НА ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ФЛЮТИНГА...»

«ГОСТ Р 22.0.07-95 Государственный стандарт Российской Федерации Безопасность в чрезвычайных ситуациях Источники техногенных чрезвычайных ситуаций Классификация и номенклатура поражающих факторов и их параметров Предисловие 1 Ра...»

«II. Проблемы научно-технологической и инновационной политики УДК 338.22 С. Е. Ушакова канд. экон. наук, зав. отделом, Российский научно-исследовательский институт экономики, п...»

«ГИДРОПАНЕЛЬ ГП-602 Руководство по эксплуатации ВР30.08.000РЭ В изделии допускаются незначительные конструктивные изменения, не отраженные в настоящем документе и не влияющие на технические характеристики и правила эксплуатации. СОДЕРЖАНИЕ 1 ОПИСАНИЕ И РАБОТА 1.1 Назначение изделия 1.2 Техни...»

«Утвержден ЛИПГ. 425652.003 РЭ-ЛУ Автоматизированная система охранно-пожарной сигнализации ПРИТОК-А Ретранслятор Приток-А-Ф Руководство по эксплуатации ЛИПГ. 425652.003РЭ 1 ЛИПГ. 425652.003РЭ СОДЕРЖА...»

«Электронный архив УГЛТУ УДК 630* 18. Т. Б. Сродны х (Уральская государственная лесотехническая академия) АНАТОМО-МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ХВОИ ЕЛИ В ЗОНЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЫБРОСОВ Исследована анатомо-морфологическая структура хвои ели в зоне промышленных выбросов Красноуральско...»

«Строительство уникальных зданий и сооружений. ISSN 2304-6295. 3 (30). 2015. 81-97 journal homepage: www.unistroy.spb.ru Пульсационные воздействия ветра на антенно-мачтовые сооружения в SCAD Office А.В. Иоскевич, А.В. Савченко, Е.С. Егорова, В.В. Иоскевич, М....»

«УДК 524.824: 519.876 ДИНАМИКА АЛЬФА-АКТИВНОСТИ ОБРАЗЦА 239PU В РАЗЛИЧНЫХ ШКАЛАХ ВРЕМЕНИ П.М. Мазуркин, доктор технических наук, профессор, академик РАЕ и РАЕН, член Европейской Академии Естествознания, Поволжский государственный технологический университет, Й...»

«ДОГОВОР № К150/ участия в долевом строительстве многоквартирного жилого дома с объектами административного назначения _ 2017 г. г. Барнаул Общество с ограниченной ответственностью "Адалин-Строй", именуемое в дальнейшем "Застройщик" в лице директора Дублея Игоря Васильевича,...»

«Секция 5. Автоматизация и информатизация на производстве и в образовательном процессе ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА УЧЕТА, ПОДБОРА И АНАЛИЗА ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ПРОГРАММ РЕАБИЛИТАЦИИ...»

«Информатика, вычислительная техника и управление Information Science, Computer Engineering and Management Оригинальная статья / Original article УДК 658.135.073 DOI: 10.21285/1814-3520-2017-1-63-71 АНАЛИЗ ПЛОСКИХ КОНТУРНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ...»








 
2017 www.lib.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные матриалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.