电熔氧化锆生产中的除尘设计

该生产线生产的主要产品是电熔氧化锆砂和氧化锆空心球,采用的原料是工业氧化锆和稳定剂(为氧化钇、碳酸钙或氧化镁) ,熔融温度2700 ℃以上。熔化设备采用倾倒式电弧炉(平面布置图如图1所示) ,最大倾炉角度为60°,电极可旋转,旋转最大角度为60°;炉子上方设加料平台,进行半机械化加料。

在冶炼过程中产生大量的高温含尘烟气和粉尘。烟气成分主要为N2 , 其他为O2、CO、CO2 等; 含尘量约为5 ～ 10g·m- 3 ,根据加料的多少和冶炼的时段而不同。粉尘成分主要为ZrO2 , 其他为SiO2、MgO、Fe2O3、CaO、Al2O3 等,属碱性,密度约2. 5 g·cm- 3 ,磨蚀性较强;粒径分布为: < 5μm的占30% ～40% , 5～10 μm的占25% ～30% , 10～40μm的占15%～20% , > 40μm的占15%～20%。
2　除尘设计
1250 kVA电弧炉熔炼氧化锆时,炉气温度一般为800～

1 - 电极; 2 - 水冷炉壳; 3 - 流槽; 4 - 观察孔; 5 - 除尘管; 6 - 加料斗
图1　电弧炉平面布置图
1100 ℃,在冶炼后期一般采用明弧操作,炉气温度高达1000℃以上。除尘管路在靠近炉子的部位呈暗红色,非常容易发生将操作工人烫伤的意外事故。为解决这一问题,在除尘管路靠近炉子的部分设计了约2 m长的水冷套,将烟气温度大幅度降低,既解决了容易发生将操作工人烫伤的危险,又解决了烟气温度过高而导致的布袋除尘器滤袋使用寿命降低的问题。
电弧炉上部设水冷式密闭炉盖,实为矮烟罩的作用,其上有一检查孔为常开,可渗入炉外空气,补风兼使烟气温度降低。炉盖可升降和旋转,密闭排烟量为8000 m3 ·h- 1 ,烟气含尘浓度约为4500～8000 mg·m- 3。烟气温度根据冶炼时间和炉外空气混合比的不同而有所差异。
为最大限度的减少烟尘对环境的污染,设计中对烟气采用了旋风除尘器和袋式除尘器二级除尘方案。对电弧炉进行密闭抽风,烟气先经旋风除尘器一级除尘后,再进入袋式除尘器进行二级除尘,净化后的气体经风机高空排放。旋风除尘器为四筒式,袋式除尘器滤袋用诺梅克斯耐高温滤料,过滤面积96 m2。采用脉冲清灰方式,过滤风速可提高到2. 0 m·min- 1左右,这样除尘器就可选用较小型号,减小了占地面积,体现了经济和实用。
通风机的选择也是决定除尘系统能否正常运行的一个重要因素,风机过大,则较多物料会被抽走,影响工艺系统,电耗也会增多;风机过小,则电弧炉设备的负压值不足,粉尘外逸,除尘效果不理想。通过计算管路和各设备的阻力,按风量和风压选用C4 - 73 №5. 5C 排尘离心通风机, 置于除尘系统末端。
由于电弧炉为倾倒式电弧炉,故设计可脱开式炉内排烟。排烟风管端口设活动套管,电弧炉炉盖上引出水冷排烟弯管,通过活动套管的左右位移实现两管的连接和脱开,设计和制作套管时注意其和排烟管的间隙不宜太大,并注意其操作的灵活和方便。风管管路较长(40 m) ,利用了其较大的表面积自然冷却,省去了冷却设备;烟气降温后,烟气量随之减少,除尘器的工况条件也得以改善。除尘系统图如图2所示。
3　除尘系统运行情况
除尘系统在投入使用后,运行平稳,工作区浓度、排放浓度等指标均符合要求,达到设计目的。
根据实测数据,系统运行各项指标如下:
电弧炉除尘管道吸入烟气温度: 800 ℃;
旋风除尘器入口烟气温度: 120 ℃;
旋风除尘器出口烟气温度: 95 ℃;
袋式除尘器入口烟气温度: 70 ℃;
电弧炉后除尘管道吸入烟气量: 14000 m3 ·h- 1 (含炉盖
渗入空气量) ;

图2　除尘系统图
旋风除尘器前烟气量: 11000 m3 ·h- 1 ;
气袋式除尘器前烟气量: 11500 m3 ·h- 1 (含10%掺入空气量) ;
烟囱排放浓度: 35 ～ 45 mg·m- 3 (国家标准为: ≯100mg·m- 3 ) ;
工作区浓度: ～3. 5 mg·m- 3 (国家标准为: ≯4 mg·m- 3 ) ;
每班(8 h)收尘量: 70 kg。