一种电炉炼锌及尾气处理回用方法和装置 |
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| 申请号 | CN201910590354.9 | 申请日 | 2019-07-02 | 公开(公告)号 | CN110157923B | 公开(公告)日 | 2024-04-16 |
| 申请人 | 中国天辰工程有限公司; | 发明人 | 王姝; 凌连群; 韩忠强; 杨海亮; 张金鹏; 殷建为; 刘尧; 何昌斌; | ||||
| 摘要 | 本 发明 创造提供了一种电炉炼锌及尾气处理回用方法和装置，将电炉炼锌得到的反应产物通过激冷器激冷，得到粗锌和尾气，并使尾气依次通过旋 风 分离器、布袋式 除尘器 、尾气缓冲罐、 蒸汽 废锅系统、 水 环式 压缩机 、分离器，以实现对锌颗粒的进一步回收和 能量 回收利用 。本发明的电炉炼锌及尾气处理回用方法和装置具有产品收率高、成本小、节能减排、 能源 利用率高等优势。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种电炉炼锌及尾气处理回用方法，其特征在于，包括如下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种电炉炼锌及尾气处理回用方法和装置技术领域背景技术[0002] 在现代工业中，锌有着不可磨灭的地位。锌既是汽车工业、化工工业和军事工业等发展的基础有色金属原材料，也是和人民生活密切相关的基础原材料。目前，锌在有色金属的消费中仅次于铜和铝，是第三大有色金属。锌金属具有良好的压延性、耐磨性和抗腐性，能与多种金属制成物理与化学性能更加优良的合金。 [0003] 我国是世界上重要的铅锌资源大国，锌工艺发展较早，制锌工艺较为成熟，我国的锌工业主要由采矿、选矿和冶炼三部分组成。从1990年开始，我国除少量特殊锌材料仍需依靠进口外，锌精矿、精锌及锌合金净出口数量高速递增，处于较高的发展态势。 [0004] 锌工业是矿物加工工业，属于传统有色金属制取工艺，锌工业属传统的“高耗能、高排放、高污染”产业，在冶炼过程中对环境污染极大。我国在2017年排放到大气中的锌量为289000吨，其中约有30％来自锌的冶炼加工。 [0005] 传统电炉炼锌方法为将锌矿石、还原剂和添加剂加入到电炉中加热，电炉输出1050～1200℃的锌蒸汽。再通过飞溅式冷凝器将锌蒸汽冷凝得到粗锌。尾气经过干法或湿法进一步脱除固体颗粒后直接排放大气。 [0006] 这样的方法有以下几个问题： [0007] ①飞溅式冷凝器是将锌蒸汽冷凝为固态/液态锌，长时间运行易发生堵塞。运行稳定性差。 [0009] ③飞溅式冷却器为间壁式换热器，换热效率低，达到可观的锌产品收率会使得冷却器尺寸巨大。增大投资和占地。 [0011] ⑤通过传统电炉炼锌工艺后，有约2％的锌通过尾气排放至大气，浪费严重。 [0012] ⑥当采用湿法脱除尾气中的剩余锌时，是通过洗涤器冲淋回收，但是通过洗涤器回收下来的物质是水蓝粉，水蓝粉的主要成分是氧化锌，水蓝粉又需通过沉淀、打捞、制粒和烘干后，再回炉熔炼，这样的反复处理工艺大大增加了电炉炼锌的成本，而且这种通过水冲淋方法的锌回收率只能达到94％，水冲淋后排出的废气中锌含量较多，直接排放对空气的污染严重；水冲淋产生的水蓝粉需要大量的人力和物力进行沉淀后打捞，打捞起来的水蓝粉又需要经过制粒和烘干后回炉熔炼，而且不断回炉熔炼产生的污水量多，处理起来较难，处理费非常昂贵；回炉熔炼工序过于复杂，浪费了大量的人力和物力，而且回炉熔炼又会增加电能的消耗，而且每次回炉熔炼都会有一部分锌被排放到空气中，不利于环保，也不利于节能，达不到节能减耗的目的，完全不符合节能减排的原则。 发明内容[0013] 有鉴于此，本发明创造旨在提出一种新型电炉炼锌及尾气处理回用的方法和装置，该种工艺与现有的炼锌工艺和尾气处理回用方法相比，具有可提高系统运行稳定性、能源利用率和制锌产率，同时可减少污水排放，降低成本，相应装置即可用于新建电炉炼锌装置，也可对原有电炉炼锌装置进行改造，实用性强。 [0014] 为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的： [0015] 一种电炉炼锌及尾气处理回用方法，包括如下步骤： [0016] 步骤1：原料在电炉进行炼锌反应，得到的反应产物进入激冷器与循环气体混合激冷，得到含锌颗粒的混合气体； [0018] 步骤3：步骤2产生的第一尾气进入到布袋式除尘器，经进一步过滤分离得到锌颗粒和第二尾气； [0019] 步骤4：步骤3产生的第二尾气进入尾气缓冲罐，充分静置沉降后，得到锌颗粒和第三尾气；尾气缓冲罐的设置一方面可使第二尾气f中的锌粉进行充分静置，锌粉得以分离并沉降至设备底部，另一方面由于电炉出口压力和流量波动较大，设置尾气缓冲罐可以保护上游电炉操作不受影响，同时也可以保证后续尾气增压系统(主要由压缩机和分离器组成)的进口压力和出口压力相对平稳。 [0020] 步骤5：步骤4得到的第三尾气进入蒸汽废锅系统，得到蒸汽和第四尾气；在经过了旋风分离器2、高效布袋式除尘器3和尾气缓冲罐4之后，第三尾气中的锌粉含量已经非常低(＜1％)，此时可以通过蒸汽废锅系统将高温尾气中的显热充分转化为水蒸汽潜热，让整个工艺热值利用更加合理，副产的蒸汽可以自用或外售，也能够提高经济效益。 [0021] 步骤6：步骤5产生的第四尾气进入水环式压缩机，经增压得到增压尾气；水环式压缩机将尾气压力提高，增加了其中CO、H2等可燃烧气利用的便捷度和灵活性，实际操作中可以根据实际需求燃料气压力情况自由确定水环式压缩机出口压力。 [0022] 步骤7：步骤6得到的增压尾气进入分离器，经气液分离得到燃料气和含锌污水，一部分燃料气通向燃料气管网，另一部分燃料气作为循环气体流入激冷器。 [0023] 进一步的，步骤3的布袋式除尘器至少设有2个，一个布袋除尘器停止工作时，切换至另一个备用布袋式除尘器继续工作。 [0024] 进一步的，步骤5的蒸汽废锅系统至少设有2个废锅，且废锅之间依次连通，步骤4得到的第三尾气进入蒸汽废锅系统，同时给废锅进行补水，得到不同品级的尾气副产蒸汽。根据全厂情况自由调配副产蒸汽等级及过热情况，可设置多个废锅以高效利用尾气中热量。 [0025] 进一步的，步骤4的尾气缓冲罐底部设有人孔，当系统停止工作时，将锌颗粒从尾气缓冲罐的人孔掏出。 [0026] 进一步的，步骤4的尾气缓冲罐的容积可满足尾气10～15分钟缓冲时间。该设置可使尾气在缓冲罐中充分静置沉降。 [0027] 一种电炉炼锌及尾气处理回用装置，包括依次连通的电炉、激冷器、旋风分离器、布袋除尘器、尾气缓冲罐、蒸汽废锅系统、水环压缩机和分离器，还包括燃料管网连接管道，所述激冷器和燃料管网连接管道分别与分离器的顶部相连通。 [0029] 进一步的，所述分离器与补水管路相连通。当分离器的水位偏低时，通过补水管路向分离器中进行补水。 [0030] 进一步的，还包括水冷器，所述水冷器分别与水环式压缩机、分离器连通。 [0031] 经水环式压缩机得到的增压尾气进入分离器会导致分离器中的水温升高，在实际工作过程中，分离器的一部分水流经水冷器回到水环压缩机进行尾气增压，其中的热量通过水冷器带出系统。 [0032] 水环式压缩机及分离器组成的尾气增压系统有三项主要功能，其一为：将进入增压系统的第四尾气进行增压，并将尾气最终转变为可以再利用的燃料气和循环气体；其二为：利用水环式压缩机的工作原理，在增压的同时将水带入系统，清洗尾气中剩余的微量锌粉，并最终在分离器中完成气液固三相分离，燃料气从分离器顶部输出，含锌颗粒的少量废水从分离器底部输出；其三为：将最终无法利用的尾气热量(蒸汽废锅系统之后产出的100℃左右尾气)充分转移到工艺水中，并最终通过水冷器带出系统。 [0033] 蒸汽废锅系统设置在旋风分离器、布袋除尘器、尾气缓冲罐等分离装置与水环式压缩机之间，可避免尾气中的锌粒残留在废锅内造成堵塞或损害废锅，另外尾气经过蒸汽废锅系统后温度大幅降低，在提高能量利用率的同时，避免高温尾气直接进入尾气增压系统造成大量的循环水损耗。 [0034] 相对于现有技术，本发明创造所述的一种电炉炼锌及尾气处理回用方法和装置，其优势在于： [0035] (1)本发明提供的一种电炉炼锌及尾气处理回用方法和装置，通过激冷混合器将锌蒸汽迅速冷凝为固态锌，能够解决传统炼锌工艺中飞溅式冷却器的堵塞问题，提供更好的运行稳定性；另外因装置中不采用飞溅式冷却器，在相同产量下能够大量降低总投资。 [0036] (2)本发明提供的一种电炉炼锌及尾气处理回用方法和装置，能够通过蒸汽废锅系统将电炉气的高位热值充分转化为副产蒸汽，并可根据全厂蒸汽等级进行个性化设置，操作弹性好，能源利用率高，副产的蒸汽可自主利用亦可外售，经济效益好； [0037] (3)本发明提供的一种电炉炼锌及尾气处理回用方法和装置，可实现炼锌尾气的全部利用，作为燃料气自用或外售，具有非常好的经济效益；同时，改变了传统工艺流程中尾气直接外排大气，避免了颗粒物和有害气体污染环境。 [0038] (4)采用本发明提供的新型电炉炼锌及尾气处理回用方法和装置，比传统炼锌工艺的锌收率提高5％，且产出的粗锌均为易于回收利用的干燥固态锌粉； [0039] (5)本发明提供的新型电炉炼锌工艺与传统炼锌工艺比较，在同样锌产量下，能够①降低含锌污水排放量②提高污水中水蓝粉的含量③降低水蓝粉量。传统工艺在进行湿洗的过程中会产生大量含水蓝粉的污水，这些污水利用起来非常耗费人力物力。 [0040] (6)本发明提供的新型电炉炼锌工艺采用的冷却方法为激冷混合冷却法，即大量的低温激冷气与锌蒸汽接触冷却，传质和传热同时进行，经过激冷的锌蒸汽能够迅速冷却为粒径均一的粗产品锌，比传统飞溅式冷却器产出的粗产品锌粒径分布均匀，且形状好，利于下游继续提纯。 [0041] (7)本发明提供的新型电炉炼锌工艺装置操作简便、安全环保，总占地面积小。无论对于新建电炉炼锌装置，还是对原有电炉炼锌装置进行改造都具有非常强的可操作性。 [0043] 构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中： [0044] 图1为本发明实施例所述的一种电炉炼锌及尾气处理回用工艺流程图。 [0045] 附图标记说明： [0046] 1‑激冷器；2‑旋风分离器；3‑布袋除尘器；4‑尾气缓冲罐；5‑水环式压缩机；6‑气液分离器；7‑电炉；8‑蒸汽废锅系统；9‑补水管路；10‑水冷器；11‑燃料管网连接管道；12‑第一阀门；13‑第二阀门；14‑给水管路； [0047] a‑反应产物；b‑循环气体；c‑含锌颗粒的混合气体；d‑锌颗粒；e‑第一尾气；f‑第二尾气；g‑第三尾气；h‑循环水；i‑高品位蒸汽；j‑低品位蒸汽；k‑第四尾气；m‑增压尾气；n‑洁净燃料气；p‑高热值燃料气；q‑含锌污水。 具体实施方式[0048] 下面将结合实施例来详细说明本发明创造。 [0049] 实施例： [0050] 如图1所示，一种电炉炼锌及尾气处理回用方法，采用的新型电炉炼锌及尾气处理回用装置包括依次连通的电炉7、激冷器1、旋风分离器2、布袋除尘器3、尾气缓冲罐4、蒸汽废锅系统8、水环压缩机5和分离器6，还包括燃料管网连接管道11，激冷器1和燃料管网连接管道11分别与分离器6的顶部相连通，分离器6与激冷器1的连接通路上设有第一阀门12，燃料管网连接管道11上设有第二阀门13。分离器6与补水管路9相连通。还包括水冷器10，水冷器10分别与水环式压缩机5、分离器6连通。 [0051] 在进行炼锌和尾气处理回用时，首先原料在电炉7进行炼锌反应，得到温度为1050～1200℃的反应产物a，反应产物a由锌蒸汽、CO和少量CO2、CH4等气体组成，其中锌蒸汽含量约为75～80％。反应产物a随后进入激冷器1与大量的循环气体b混合激冷，使反应产物a中的气态锌在循环气体b的高效冷却作用下迅速冷却成为锌颗粒，从而得到含锌颗粒的混合气体c； [0052] 含锌颗粒的混合气体c进入旋风分离器2，在旋风分离器2中，97％以上的锌颗粒通过旋流作用被分离出来，锌颗粒d从旋风分离器2的下方出料，得到固态且干燥的粗锌，带有少量锌颗粒(约3％)的第一尾气e从旋风分离器2的顶部输出。之后第一尾气e进入到布袋式除尘器3，经进一步过滤分离得到锌颗粒d和第二尾气f；为了系统的连续运行，布袋式除尘器3设有2个，且采用1开1备式设计，在进行布袋清理时，一个布袋除尘器3停止工作时，切换至另一个备用布袋式除尘器3继续工作。 [0053] 经过布袋式除尘器3分离后得到的第二尾气f中仅剩余1％左右的小颗粒锌粉，该第二尾气f进入尾气缓冲罐4，充分静置沉降后，得到锌颗粒和第三尾气g；经过充分的沉降，小的锌颗粒沉降至尾气缓冲罐4底部，尾气缓冲罐4底部设有人孔，当系统停车时，可将锌颗粒d从尾气缓冲罐4的人孔掏出。通过旋风分离器2、布袋除尘器3和尾气缓冲罐4得到的锌颗粒d最终汇合，至此，所有以干燥固态形式产出的粗锌均已产出，粗锌收率为99％。 [0054] 经过尾气缓冲罐4对尾气中的锌颗粒进一步脱除后，得到的第三尾气g进入蒸汽废锅系统8，蒸汽废锅系统8包括2台依次连通的废锅，在第三尾气g经过蒸汽废锅系统8的同时通过给水管路14给废锅进行补水，从而得到高品位蒸汽i、低品位蒸汽j和第四尾气k； [0055] 经过蒸汽废锅系统8后的第四尾气k温度降低，降至100℃左右，第四尾气k随后进入水环式压缩机5进行增压，得到增压尾气m；增压尾气m随后进入分离器6进行气液分离，得到洁净的燃料气n和含锌污水q，燃料气n从分离器6顶部输出，少量含锌污水q从分离器6底部输出。从分离器6顶部输出的燃料气n分为两路，一路通过燃料气管网连接通道11通向燃料气管网，另一路作为循环气体b再次通入激冷器1，两路气体流量分别由第二阀门13、第一阀门12进行控制。分离器6的一部分水流经水冷器10回到水环压缩机5，最终无法利用的尾气热量充分转移到循环水h中，并最终通过水冷器10带出系统。 [0056] 上述新型电炉炼锌及尾气处理回用方法和装置可应用在大型电炉(5000kW)或中小型电炉装置(500～2500kW)上。 [0057] 分别以500kW、3000kW的电炉为例，上述新型工艺与传统工艺对比见表1： [0058] 其中传统工艺指将锌矿石、还原剂和添加剂加入到电炉中加热，电炉输出1050～1200℃的锌蒸汽，再通过飞溅式冷凝器将锌蒸汽冷凝得到粗锌，产生的尾气通过洗涤器冲淋进一步脱除固体颗粒，之后直接排放大气。 [0059] 表1： [0060] [0061] |
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