钢铁厂废气处理措施讲解Word格式.docx

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在2004年，专家对西北铁合金厂两台容量分别为5000KVA、12500VKA的75%硅铁电炉进行了现场测定，测定内容包括:

烟囱自然排放烟尘状况、车间内空气含尘浓度以及粉尘物理化学性质等。

硅铁冶炼电炉对环境的污染相当严重。

1.2国内外硅铁电炉烟气净化技术现状及发展趋势

目前我国硅铁电炉总数约为534台，其中9000－50000kVA电炉仅14台，其余均为小电炉，设备总容量为160万kVA，年设备生产能力约130万吨。

“八五”期间全国硅铁年均产量90万吨，可以收集硅灰15万吨左右，但实际仅为2万吨，约占总量的13%。

这是由于：

其一，装备落后，国内硅铁电炉大多为1800－6000kVA高烟罩小功率电炉，烟气无法回收；

其二，烟气滤袋除尘设备投资大，企业筹措资金困难；

其三，环保意识不强。

我国拥有6300一25（X）okVA铁合金电炉约1000多台,但配置烟气净化系统设施的仅占少数。

电炉在冶炼过程中,将产生大量的烟尘,每生产h硅铁将产生250kg硅尘,全年生产各类铁合金将向大气中排放约100多万t粉尘,如不治理将严重污染环境。

硅尘中510:

含量在90%左右,粒度小于1协m的占90%,硅粉的比表面积大,细度只有水泥的F50一1/100,即使在常温下也显现出较大的火山灰活性,是优良的水泥掺和剂,对于提高水泥的强度和加强混凝土的致密性,十分有效。

同时,硅粉在耐火材料、石油工业等方面均有广泛的用途。

硅铁电炉烟气的治理方式主要有湿式除尘、高压静电除尘和袋式除尘。

湿式除尘只有采用高能耗洗涤器或文丘里除尘器才能达到净化要求，虽然设备简单、投资省，但存在动力消耗大（约为袋式除尘器的3~6倍），水处理系统复杂，收集的粉尘难以回收利用；

高压静电除尘技术需要粉尘的比电阻范围为1×

104~2×

1010Ω·

cm，而硅铁粉尘的比电阻超过此范围，需进行增湿调质处理，由于增湿过程要求控制系统精度高，有一定技术难度，且投资大；

硅铁电炉烟气除尘系统采用袋式除尘在目前国内外硅铁行业已形成共识，国内硅铁生产企业烟气达标排放且运行管理较好的都选用袋式除尘器，袋式除尘器的特点是除尘效率高、运行可靠、管理简单。

国外，半封闭式矿热电炉的烟尘治理主要采用干法袋式除尘器，按是否回收能源分为热能回收型和非热能回收型两种。

采用热能回收型干洁净化设施必须对炉气燃烧的过剩空气量严格控制，一般要做到使半封闭罩出口的废气温度控制在700-900℃左右，然后进人余热锅炉，余热锅炉出口废气温度小于250℃。

净化设备采用吸入型袋式除尘器和压入型袋式除尘器均可。

由于原料还原剂冶炼操作和生产管理等原因限制了热能回收型净化工艺流程的推广应用。

所以国内外当前处理半封闭式矿热电炉废气，绝大数是采用非热能回收型干法净化设施。

1.3设计思路

废气净化的思路就是把污染物质收集起来，输送到净化设备中将其分离出来或转化成无害物质，净化后的气体排入大气。

一个完整的废气净化系统应该包括五个部分：

废弃收集装置、输送管道、净化设备、风机、排气筒。

相应地，废气净化系统的设计内容也就是对上述五个部分的设计。

废弃收集装置的设计：

废弃收集装置俗称吸气罩。

其设计主要包括罩子的结构形状、尺寸、安装位置等。

有组织的排放源一般情况下不存在吸气罩的设计。

管道设计：

主要包括管径大小、管道压力损失、及管道布置。

净化设备设计：

为待处理的污染物选择设计净化装置，将污染物从气流中分离出来或转化成无害物质。

风机选择：

根据整个系统的阻力降（包括吸气罩、管道、净化装置的压力损失）及要处理的废气量，选择相应的风机。

排气筒设计：

主要包括排气筒的结构尺寸、高度、出口径等。

本此设计主要针对的是管道、净化设备以及风机的设计。

废气净化装置的设计分三个阶段：

基础资料调查、设计技术、施工图设计。

基础资料的调查主要包括生产工艺调查、污染源调查、背景资料调查、技术经济资料调查。

技术设计要求根据调查掌握的资料，确定污染源的排放参数，确定废气净化方案，净化设备的设计计算，管道、风机的设计选型，整个净化系统的技术经济分析，设计图绘制，工程概算。

施工图设计一般包括工艺流程简图（3号）、系统平面图（1号）、系统立面图（1号）、除尘装置三视图（2号）、换热装置图、部分零部件图）

2、硅铁冶炼原理及烟尘特性分析

2.1硅铁冶炼原理

硅铁是用带埋弧电极的电弧炉生产的。

混合物炉料主要由硅石、铁屑和作为还原剂的焦炭组成。

反应产物为硅铁、一氧化碳、其他各种挥发物质、水蒸气和一氧化硅气体。

硅铁合金生产工艺是采用矿热炉法，即在电炉中用碳作还原剂生产铁合金的方法。

电炉冶炼铁合金是以电作为能源，通过电极和炉料之间放电产生热弧，使电能在弧光中转化为热能，热能借助辐射和电弧的直接作用产生1900~3000℃的高温，在熔融状态下，金属和矿石发生氧化还原反应，直至出铁。

冶炼时从炉口加人混合好的原料，电极深而稳的插入炉料中，依靠电弧和电流通过炉料而产生的电阻热进行加热，通过出铁口定时出铁放渣，随着炉料下沉从炉料口不断加人新的炉料。

生产是连续进行的。

SiO2是一种难还原的氧化物，而且其还原过程比较复杂。

用碳质还原剂还原二氧化硅时，中间产物碳化硅和一氧化硅的生成与分解在SiO2还原的整个过程中起着重要作用。

其化学反应过程如下：

（1）SiC的生成区：

SiC的生成温度范围为1000-2100K，在此区域内Si也能同时生成，此区内的主要反应是SiO的分解和吸附并生成SiC。

1800K以前为炉料预热和SiC的生成区，SiO从炉内高温区上升到低温区后与碳作用生成SiC，其反应式为：

SiO+2C=SiC（s）+CO（g）

3SiO+CO=2SiO2+SiC

2SiO=Si+SiO2

SiO通过上层炉料按不同反应变成SiC、Si、和SiO2，并沉积于炉料中。

随着炉料的下沉和温度的升高，碳还原SiO2生成SiC的热力学条件成熟：

SiO2+2C=SiC+2CO

（2）SiC分解区：

即Si和SiO的生成区，此区内的主要反应为：

2SiO2+SiC=3SiO+CO

SiO2+2SiC=3Si+2CO

综合上两式得：

3SiO2+2SiC=Si+4SiO+2CO

另外，气态的SiO与SiC相互作用：

SiO+SiC=2Si+CO

当铁存在时，还原出来的硅与铁反应：

Si+Fe=FeSi

由于硅与铁生成硅化铁的反应是放热反应，因而它降低二氧化硅还原反应的理论开始反应温度。

同时，铁的存在可以促进硅沉入熔池，使之离开反应区，从而改善二氧化硅的还原条件。

冶炼硅铁时，二氧化硅的还原反应可以用下式表示:

SiO2+2C+nFe=FenSi+2CO

炉气中的CO在进入集气罩的过程中被空气中的氧气氧化成二氧化碳。

综上，硅石中的SiO2用碳还原生成硅铁，要按以下两条路线，一条是先生成中中间产物SiO，然后再被C还原生成Si，Si和铁结合成硅铁；

另一条是先生称中间产物SiC，SiC被铁破坏直接生成FeSi，或者是SiC被SiO2或SiO破坏，生成硅，硅和铁结合生成硅铁。

2.2烟气烟尘特性分析

硅铁炉在冶炼生产过程中，产生大量夹带微细尘粒的高温烟气。

生产1吨75%硅铁，理论上大约产生1500~2000Nm3炉气，烟气中主要成分是N2、O2、CO2、H2O，由于空气过剩系数很大，因此基本接近空气成分。

烟气中SO2含量依据原料中带入的硫量而定，主要决定于还原剂的含硫量。

1吨75%硅铁原料带入的硫量一般在5-10kg左右，其中90%燃烧成SO2后进入烟气，在半封闭电炉中烟气含硫量一般在。

0.1~lg/Nm3左右。

烟气中烟尘主要由两部分组成，一部分是炉料的机械吹出物，主要是焦粉和煤粉；

另一部分是硅石中的SiO2被还原形成的气态SiO，这些SiO本应继续被还原成硅，形成硅铁，但实际上总有一部分逸出料面，被空气中氧再氧化成SiO，形成无晶形的极细颗粒，被烟气带出炉外，这两部分烟尘前者约占10%~20%，后者约占80%-90%，硅铁的烟尘量取决于冶炼过程中硅的回收率，在正常情况下，硅回收率为85%-90%时，l吨硅铁约产生200~300kg粉尘，当电炉刺火时Si回收率下降，粉尘量就会急剧增加。

粉尘平均粒径为0.1μm，都是无晶硅的氧化物。

真比重仅为2.23g/cm3，比表面积达20m2/g，比电阻为1.3×

1013Ω·

cm

由此归纳起来，硅铁电炉烟气烟尘的特点是：

（1）烟气量大，为减少烟气量必须提高烟气温度，因此除尘前必须降温手段。

（2）烟气热含量大，1吨75%硅铁烟气中含热量相当于输入的电量，因此回收余热的潜在能量很大。

（3）烟尘细，比电阻高。

必须使用高效率的除尘器，才能达到除尘的目的。

3、除尘器性能比较与分析

指标

类型

优点

缺点

适用范围

适用温度

机械式除尘器

结构简单、易于制造、价格较低、便于维护

除尘效率低，对小颗粒粉尘捕获率低

大粒径、密度大的颗粒物

高

电除尘器

电除尘器效率高；

耐温高；

阻力小；

处理风量大；

适用电阻率范围104-101Ω·

cm；

消耗能量少；

处理烟气量大；

自动化程度高

对高电阻率和低电阻率的粉尘不能直接处理；

受粉尘理化性质变化影响较大,不能适应工艺工况和负荷大的变化

能用于亚微米级的粒子

较高

袋式除尘器

运行稳定；

对含尘浓度适应强；

不受粉尘种类、浓度大小限制；

处理风量范围大且灵活；

性能可靠，能有效清除危害性最大的呼吸性微尘

普通滤料不耐高温；

不易净化粘性和吸湿性气体

对微米和亚微米级颗粒捕集效率高

较低

湿式除尘器

一次性投资低、自然烟气冷却和除尘效率高、能同时进行有害气体净化等优点，结构简单，占地面积小，操作维护方便，造价低

可能二次污染；

不易净化含纤维、憎水性粉尘；

存在风机带水、阻力大、泥浆处理困难、设备易腐蚀等问题

对亚微米级粉尘有较高的除尘效率

硅铁冶炼烟尘治理的关键在于选择合适的除尘器。

目前工业上使用的除尘器

的类型主要有机械式除尘器、电除尘器、袋式除尘器和湿式除尘器。

各除尘器性能比较见表。

机械式除尘器通常用作多级除尘系统的一级处理，作为预处理装置捕集大部

分的粉尘，且只能捕集比重和粒度较大的粉尘。

当烟尘浓度大于15g/Nm3时