Cum să controlați praful în topirea metalelor neferoase?

Răspunsul direct: combinați captarea sursei, filtrarea prafului și tratarea gazelor arse

Praful de la topirea metalelor neferoase este controlat de trei straturi care lucrează împreună, nu de nicio singură piesă de echipament: captare etanșă sau cu capotă la cuptor, convertor și puncte de prelevare; a filtru de praf dimensionat pentru dimensiunile foarte fine ale particulelor pe care le produce fumul metalurgic; și o etapă de tratare a gazelor de ardere care elimină dioxidul de sulf, gazele acide și vaporii reziduali de metale grele pe care un filtru de praf nu este proiectat să îi capteze.

Când toate cele trei straturi sunt proiectate ca un singur sistem, gazele reziduale tratate pot fi aduse la o concentrație de particule sub 10 mg pe metru cub normal , cu eficiența generală de captare a fumului de topire sub-micron depășind în mod obișnuit 99 la sută . Lăsând deoparte etapa de tratare a gazelor de ardere, chiar și cu un filtru de praf excelent instalat, încă lasă poluanți gazoși și în fază de vapori în coș pe care controlul particulelor nu i-a putut elimina niciodată.

De ce fumul de topire este mai greu de controlat decât praful industrial obișnuit

Majoritatea particulelor care părăsesc o topitorie neferoasă nu sunt praf generat mecanic. Este un fum metalurgic, format atunci când metalul și vaporii de oxid de metal sunt produși la temperaturi de cuptor mai sus 1.000°C se condensează în particule solide pe măsură ce gazul se răcește în aval. Deoarece aceste particule se formează mai degrabă prin condensare decât prin fractură sau abraziune, o mare parte dintre ele măsoară sub 1 micrometru , cu o mare parte din masa totală concentrată sub 0,3 micrometri. Particulele atât de fine trec direct prin echipamente dimensionate pentru praf mai gros și rămân suspendate în aer mult mai mult decât particulele mai mari.

Două fluxuri distincte de praf, două probleme diferite

O operațiune tipică de topire produce două fluxuri de praf care se comportă destul de diferit și necesită adesea soluții diferite. Zdrobirea, cernuirea, transportul și încărcarea concentratului de minereu generează praf de manipulare mai grosier, în general în intervalul 10 până la 100 de micrometri, care se depune relativ rapid și răspunde bine la capacul convențional și la separarea cu ciclon. Gazul rezidual al cuptorului și al convertizorului, pe de altă parte, poartă fumul de condensare ultrafin descris mai sus, frecvent împreună cu compuși volatili de plumb, arsen, cadmiu sau zinc prezenți în multe minereuri sulfurate și oxidice. Dimensionarea unei singure piese de echipament de filtrare pentru doar unul dintre aceste fluxuri, apoi așteptarea ca aceasta să se ocupe de ambele, este unul dintre cele mai frecvente motive pentru care sistemele de control al prafului nu își performanțează obiectivele de proiectare.

Captură sursă: oprirea prafului înainte ca acesta să devină în aer

Cea mai rentabilă reducere a prafului de topire are loc înainte ca orice gaz să ajungă la un filtru. Cuptoarele, convertizoarele și punctele de prelevare prevăzute cu hote strânse sau cu incinte complete, ținute sub o ușoară presiune negativă față de atelierul din jur, împiedică evacuarea fumului în clădire înainte de a putea fi aspirat în sistemul de extracție. Capturile de captare sunt de obicei proiectate în jurul unei viteze faciale de aproximativ 0,5 până la 1,5 metri pe secundă ; carcasele complete pot funcționa eficient la viteze mai mici, deoarece fumul nu are unde să se disperseze înainte de a ajunge în conductă.

Captura secundară contează la fel de mult ca captura primară. Atingerea, turnarea și turnarea eliberează rafale scurte de fum pe care o hotă principală le scapă adesea, astfel încât hote cu baldachin sau ventilație push-pull poziționată direct peste aceste puncte sunt adăugate special pentru a le prinde. Operațiunile care investesc în acest strat secundar captează de obicei mai mult decât 95 la sută de fum generat înainte de a ajunge la filtrul de praf, ceea ce reduce atât sarcina asupra echipamentului din aval, cât și limitează emisiile fugitive care altfel ar scăpa prin orificiile de aerisire de pe acoperiș și deschiderile clădirii în locul coșului controlat.

Alegerea unui filtru de praf pentru topirea gazelor reziduale

Selectarea unui filtru de praf pentru topirea gazelor reziduale înseamnă potrivirea echipamentului la temperatura gazului, dimensiunea particulelor și corozivitate, nu pur și simplu potrivirea unui debit de aer nominal. Tabelul de mai jos rezumă modul în care principalele tipuri de filtre funcționează în mod obișnuit față de fumul submicron, purtător de metal, descris mai devreme.

În practică, multe topitorii aranjează aceste tehnologii în serie, în loc să se bazeze doar pe una: un ciclon îndepărtează mai întâi fracțiunea grosieră, astfel încât filtrul primar să nu fie supraîncărcat, în timp ce un filtru textil sau un precipitator electrostatic instalat în aval se ocupă de fumul fin de condensare. Filtre textile prevazute cu Medii cu membrană PTFE au devenit o alegere obișnuită pentru noile instalații, deoarece dețin o eficiență de îndepărtare sub-micronică peste 99,5% într-o gamă largă de condiții de debit de gaz, deși necesită un control atent al temperaturii și al umidității pentru a evita orbirea pungilor sau scurtarea duratei lor de viață.

Tratarea gazelor arse: gestionarea a ceea ce filtrul de praf nu poate îndepărta

Un filtru de praf, oricât de eficient, îndepărtează doar particulele solide și lichide. Gazele reziduale de la topirea minereului de sulfuri transportă în mod obișnuit dioxid de sulf la concentrații mult mai mari decât majoritatea celorlalte surse industriale, uneori în intervalul de 3 până la 30 la sută în volum pentru gazul de înaltă rezistență al cuptorului, împreună cu ceața acidă și vaporii reziduali de metale grele care condensează sau reacționează doar după trecerea prin filtru. Tratarea gazelor de ardere este etapa construită special pentru a aborda acești poluanți gazoși și în fază de vapori.

Fluxuri cu concentrație mare: recuperare în loc de eliminare

Acolo unde concentrația de dioxid de sulf este suficient de mare, abordarea standard nu este de a curăța gazul, ci de a-l transforma în acid sulfuric printr-un proces cu dublu contact și dublă absorbție, care poate atinge eficiența de conversie a sulfului de mai sus. 99,5 la sută în timp ce se produce un produs acid utilizabil mai degrabă decât un flux de deșeuri.

Fluxuri cu concentrație mai scăzută și gaze reziduale

Pentru fluxuri de gaz mai slabe sau ca o etapă de lustruire după recuperarea acidului, spălarea umedă, semi-uscă și uscată cu sorbent cu var, calcar sau reactivi pe bază de sodiu elimină de obicei 90% sau mai mult din dioxidul de sulf rămas. Injecția de cărbune activ sau adsorbția cu pat fix este adăugată acolo unde sunt prezente mercur sau alte metale grele volatile, deoarece acești poluanți trec neatins atât prin filtrele de particule, cât și prin scruberele convenționale de gaz acid. În cazul în care arderea sau oxidarea la temperatură înaltă generează și oxizi de azot, reducerea selectivă catalitică sau necatalitică folosind un reactiv pe bază de amoniac este stratificată pe același tren de gaz pentru a reduce oxizii de azot alături de particule și dioxid de sulf.

Cum se conectează etapele: un tren de tratament în mai multe etape

Deoarece fiecare etapă vizează o gamă diferită de poluanți sau dimensiuni ale particulelor, ordinea în care este aranjat echipamentul contează la fel de mult ca echipamentul în sine. Un tren tipic pentru o topitorie de minereu de sulfuri deplasează gazele reziduale prin următoarea secvență, fiecare etapă protejând performanța și durata de viață a celei de după aceasta:

• Gazul rezidual al cuptorului sau al convertizorului lasă procesul fierbinte și puternic încărcat cu fum fin.
• Recuperarea căldurii reziduale și răcirea cu gaz aduc fluxul la o temperatură pe care o poate tolera filtrul din aval.
• Un pre-separator cu ciclon îndepărtează fracția de particule grosiere, protejând filtrul primar de abraziune și suprasarcină.
• Un filtru de praf primar, de obicei un filtru textil sau un precipitator electrostatic, îndepărtează particulele fine rămase.
• O etapă de desulfurare sau epurare a gazelor arse elimină dioxidul de sulf și gazele acide.
• O etapă de lustruire, adesea adsorbția de carbon activat, captează urme de vapori de metale grele pe care etapele anterioare nu nu pot.
• Gazul curat iese printr-un coș echipat cu monitorizare continuă a emisiilor.

Diagrama de mai sus reprezintă vizual această secvență: gazele reziduale se deplasează de la stânga la dreapta din cuptor, prin pre-separarea cu ciclon și filtrul primar de praf, în tratarea gazelor de ardere și o etapă finală de lustruire, înainte ca monitorizarea continuă să confirme ceea ce ajunge la coș.

Operarea, monitorizarea și întreținerea sistemului

Un filtru de praf și un tren de tratare a gazelor de ardere funcționează numai atât de bine decât este funcționat. Chiar și un sistem proiectat corect se va îndepărta de eficiența sa de proiectare fără monitorizare și întreținere consecventă, deoarece depunerile de praf, umiditatea și condensul acid acţionează asupra echipamentului în mod continuu în timp.

Monitorizarea continuă menține sistemul onest

Instrumentele de monitorizare continuă a emisiilor montate pe stivă care urmăresc concentrația particulelor, opacitatea și dioxidul de sulf oferă operatorilor dovezi în timp real despre modul în care funcționează filtrul de praf și etapele de tratare a gazelor de ardere, în loc să se bazeze doar pe teste manuale periodice pentru a detecta o problemă după ce aceasta a afectat deja emisiile.

Semnale de presiune diferențială atunci când un filtru necesită atenție

Pe un filtru textil, presiunea diferențială este menținută în mod normal într-o bandă în jurul 1.000 până la 1.500 de pascali . O creștere constantă în afara acelei benzi indică de obicei orbirea pungii din cauza umidității sau a atacului chimic, în timp ce o scădere bruscă semnalează adesea o pungă ruptă sau desprinsă, care lasă praful să ocolească complet filtrarea.

Planificați înlocuirea sacului și coroziunea înainte ca acestea să provoace o oprire

Sacii de filtrare expuși la gaz de topire acid, la temperatură înaltă, durează de obicei de ordinul a doi-patru ani înainte de înlocuire, deși încărcarea cu praf abraziv sau variațiile de temperatură pot scurta acest lucru considerabil. Componentele umede din etapa de tratare a gazelor de ardere se confruntă cu un risc propriu de coroziune din cauza condensului acid, astfel încât selecția materialului și inspecția de rutină a conductelor, a elementelor interne ale scruberului și a căptușelilor absorbante contează la fel de mult ca și chimia procesului de bază.

Întrebări frecvente

Un echipament poate gestiona atât praful, cât și gazele de ardere simultan?

Scruberele umede pot elimina particulele și pot absorbi gazul acid într-un singur vas, dar eficiența de îndepărtare a particulelor pe care o obțin pentru fumul metalurgic sub-micron este în general mai mică decât un filtru de țesătură dedicat și generează un flux de apă uzată care în sine necesită tratare. Majoritatea operațiunilor de topire obțin performanțe mai fiabile, mai ușor de întreținut, păstrând filtrarea prafului și tratarea gazelor de ardere ca etape separate, construite special, mai degrabă decât combinându-le într-un singur dispozitiv.

De ce vaporii de topire au nevoie de o filtrare mai fină decât praful de la zdrobire sau cernuire?

Deoarece fumul de topire se formează prin condensarea vaporilor, mai degrabă decât prin fractură mecanică, cea mai mare parte a masei sale se află sub 1 micrometru, în timp ce praful de zdrobire și de screening are de obicei 10 micrometri sau mai mare. Un filtru de praf și un sistem de captare dimensionat pentru fluxul mai gros nu îl va reține pe cel mai fin.

Cum este de obicei tratat dioxidul de sulf din gazele reziduale de topire?

Acolo unde concentrația de dioxid de sulf este mare, ceea ce este obișnuit în topirea minereului de sulfuri, conversia în acid sulfuric prin absorbție dublu-contact este abordarea standard de tratare a gazelor de ardere, recuperând sulful ca produs utilizabil în loc să-l descarce. Fluxurile mai slabe, sau gazul de coadă rămas după recuperarea acidului, sunt de obicei lustruite cu spălare alcalină umedă, semi-uscă sau uscată.

Ce face ca un filtru textil să își piardă eficiența în timp?

Cele mai frecvente cauze sunt orbirea pungii din cauza condensului de umezeală sau a atacului chimic, daune fizice, cum ar fi rupturi sau cusături uzate și acumularea de praf pe care ciclurile de curățare nu reușesc să o îndepărteze în mod adecvat. Urmărirea tendințelor de presiune diferențială împreună cu testele vizuale periodice sau de scurgere detectează de obicei aceste probleme înainte ca acestea să apară ca o depășire a emisiilor.

Tratamentul gazelor arse afectează modul de funcționare a filtrului de praf?

Da. Temperatura gazului și umiditatea care intră în etapa de tratare a gazelor de ardere sunt de obicei controlate ținând cont de toleranțele filtrului de praf, deoarece condensul în amonte de filtru poate orbi materialul textil sau accelera coroziunea în interiorul unui precipitator electrostatic. Cele două etape sunt în mod normal proiectate și operate ca un sistem integrat mai degrabă decât independent.

Ce concentrație de particule poate atinge un sistem bine proiectat?

Filtrele textile moderne, asociate cu captarea eficientă a sursei, țin de obicei concentrația de particule la ieșire mai jos 10 mg pe metru cub normal pe o bază susținută, deși cifra care se aplică oricărei instalații specifice depinde de caracteristicile gazului și de limita de reglementare pe care sistemul este proiectat să o îndeplinească.