Hoe stof controleren bij het smelten van non-ferrometalen?

Het directe antwoord: combineer bronafvang, stoffiltratie en rookgasbehandeling

Stof afkomstig van het smelten van non-ferrometalen wordt onder controle gebracht door drie samenwerkende lagen, en niet door één enkel apparaat: afgedichte opvang of opvang met een kap in de oven, convertor en aftappunten; een stoffilter op maat gemaakt voor de zeer fijne deeltjesgroottes die metallurgische dampen produceren; en een rookgasbehandelingsfase die zwaveldioxide, zure gassen en resterende dampen van zware metalen verwijdert die een stoffilter niet kan opvangen.

Wanneer alle drie de lagen als één systeem zijn ontworpen, kan het behandelde afgas op een deeltjesconcentratie worden gebracht minder dan 10 mg per normale kubieke meter , waarbij de algehele afvangefficiëntie voor submicron-smeltrook doorgaans groter is 99 procent . Als de rookgasbehandelingsfase achterwege wordt gelaten, zelfs als er een uitstekend stoffilter is geplaatst, blijven er nog steeds verontreinigende stoffen in de schoorsteen in de schoorsteen achter die met deeltjesbestrijding alleen nooit konden worden verwijderd.

Waarom smeltdamp moeilijker te beheersen is dan gewoon industrieel stof

Het merendeel van de deeltjes die een non-ferrosmelter verlaten, zijn geen mechanisch gegenereerd stof. Het is metallurgische damp, gevormd wanneer metaal- en metaaloxidedamp geproduceerd wordt bij oventemperaturen daarboven 1.000°C condenseert tot vaste deeltjes terwijl het gas stroomafwaarts afkoelt. Omdat deze deeltjes ontstaan door condensatie in plaats van door breuk of slijtage, meet een groot deel ervan onder 1 micrometer , waarbij een groot deel van de totale massa geconcentreerd is onder de 0,3 micrometer. Deze fijne deeltjes gaan rechtstreeks door apparatuur die geschikt is voor grover stof en blijven veel langer in de lucht hangen dan grotere deeltjes.

Twee verschillende stofstromen, twee verschillende problemen

Een typische smeltoperatie produceert twee stofstromen die zich heel verschillend gedragen en vaak verschillende oplossingen nodig hebben. Het breken, zeven, transporteren en laden van ertsconcentraat genereert grover verwerkingsstof, meestal in het bereik van 10 tot 100 micrometer, dat relatief snel bezinkt en goed reageert op conventionele afzuiging en cycloonscheiding. Het afgas van de oven en de convertor voert daarentegen de hierboven beschreven ultrafijne condensatiedamp mee, vaak samen met vervluchtigde verbindingen van lood, arseen, cadmium of zink die in veel sulfide- en oxide-ertsen aanwezig zijn. Het dimensioneren van een enkel filterapparaat voor slechts één van deze stromen, en dan verwachten dat het beide kan verwerken, is een van de meest voorkomende redenen waarom stofbeheersingssystemen onder hun ontwerpdoelstellingen presteren.

Bronregistratie: stof tegenhouden voordat het in de lucht terechtkomt

De meest kosteneffectieve vermindering van smeltstof vindt plaats voordat er überhaupt gas een filter bereikt. Ovens, omvormers en aftappunten voorzien van nauwsluitende kappen of volledige omkastingen, die onder een lichte negatieve druk worden gehouden ten opzichte van de omliggende werkplaats, voorkomen dat rook het gebouw binnendringt voordat deze in het afzuigsysteem kan worden gezogen. Vangkappen worden gewoonlijk ontworpen rond een gezichtssnelheid van ongeveer 0,5 tot 1,5 meter per seconde ; Volledige behuizingen kunnen effectief werken bij lagere snelheden, omdat de rook zich nergens kan verspreiden voordat deze het kanaal bereikt.

Secundaire capture is net zo belangrijk als primaire capture. Door te tikken, gieten en gieten komen korte uitbarstingen van damp vrij die een primaire kap vaak mist, dus worden er speciaal boven deze punten geplaatste luifelkappen of push-pull ventilatie toegevoegd om deze op te vangen. Operaties die in deze secundaire laag investeren, vangen doorgaans meer dan 95 procent van gegenereerde damp voordat deze het stoffilter bereikt, wat zowel de belasting van de stroomafwaartse apparatuur vermindert als de diffuse emissies beperkt die anders zouden ontsnappen via dakopeningen en gebouwopeningen in plaats van de gecontroleerde schoorsteen.

Een stoffilter kiezen voor het smelten van afgas

Het selecteren van een stoffilter voor het smelten van afgas betekent het afstemmen van de apparatuur op de gastemperatuur, de deeltjesgrootte en de corrosiviteit, en niet alleen op het afstemmen van een nominale luchtstroom. De onderstaande tabel vat samen hoe de belangrijkste filtertypen doorgaans presteren tegen de eerder beschreven sub-micron, metaalhoudende damp.

In de praktijk rangschikken veel smelterijen deze technologieën in serie in plaats van te vertrouwen op slechts één: een cycloon verwijdert eerst de grove fractie zodat het primaire filter niet overbelast raakt, terwijl een stroomafwaarts geïnstalleerde doekfilter of elektrostatische stofvanger de fijne condensatiedampen verwerkt. Doekfilters voorzien van PTFE-membraanmedia zijn een gebruikelijke keuze geworden voor nieuwe installaties, omdat ze een sub-micron verwijderingsefficiëntie van meer dan 99,5 procent hebben over een breed scala aan gasstroomomstandigheden, hoewel ze een zorgvuldige temperatuur- en vochtcontrole vereisen om te voorkomen dat de zakken verblinden of hun levensduur verkorten.

Rookgasbehandeling: beheren wat het stoffilter niet kan verwijderen

Een stoffilter, hoe efficiënt ook, verwijdert alleen vaste en vloeibare deeltjes. Afgas afkomstig van het smelten van sulfide-erts bevat gewoonlijk zwaveldioxide in concentraties die veel hoger zijn dan bij de meeste andere industriële bronnen, soms in het bereik van 3 tot 30 volumeprocent voor ovengas met hoge sterkte, samen met zure nevel en resterende damp van zware metalen die pas condenseren of reageren nadat ze door het filter zijn gegaan. Rookgasbehandeling is de fase die speciaal is gebouwd om deze gasvormige en dampfaseverontreinigende stoffen aan te pakken.

Hooggeconcentreerde stromen: terugwinning in plaats van berging

Wanneer de zwaveldioxideconcentratie hoog genoeg is, is de standaardbenadering niet om het gas weg te wassen, maar om het om te zetten in zwavelzuur via een dubbelcontact-dubbel-absorptieproces, dat een zwavelomzettingsrendement kan bereiken boven de 100%. 99,5 procent terwijl er een bruikbaar zuur product wordt geproduceerd in plaats van een afvalstroom.

Lagere concentratie- en staartgasstromen

Voor zwakkere gasstromen, of als polijststap na zuurwinning, verwijdert nat, halfdroog en droog sorptiemiddel wassen met kalk, kalksteen of op natrium gebaseerde reagentia doorgaans 90 procent of meer van het resterende zwaveldioxide. Actieve koolinjectie of adsorptie met een vast bed wordt toegevoegd waar kwik of andere vluchtige zware metalen aanwezig zijn, aangezien deze verontreinigende stoffen onaangeroerd door zowel deeltjesfilters als conventionele zuurgaswassers gaan. Waar verbranding of oxidatie bij hoge temperaturen ook stikstofoxiden genereert, wordt selectieve katalytische of niet-katalytische reductie met behulp van een op ammoniak gebaseerd reagens op dezelfde gasstraat gelaagd om stikstofoxiden samen met deeltjes en zwaveldioxide naar beneden te brengen.

Hoe de fasen met elkaar verbonden zijn: een behandeltrein in meerdere fasen

Omdat elke fase zich richt op een ander bereik van verontreinigende stoffen of deeltjesgroottes, is de volgorde waarin de apparatuur is opgesteld net zo belangrijk als de apparatuur zelf. Een typische trein voor een sulfide-ertssmelter beweegt het gas door de volgende reeks, waarbij elke fase de prestaties en levensduur van de daaropvolgende fase beschermt:

• Het afgas van de oven of converter verlaat het proces heet en zwaar beladen met fijne rook.
• Afvalwarmteterugwinning en gaskoeling brengen de stroom op een temperatuur die het stroomafwaartse filter kan verdragen.
• Een cycloonvoorafscheider verwijdert de grove deeltjesfractie en beschermt het primaire filter tegen slijtage en overbelasting.
• Een primair stoffilter, meestal een stoffenfilter of elektrostatische stofvanger, verwijdert de resterende fijne deeltjes.
• Een rookgasontzwavelings- of wasfase verwijdert zwaveldioxide en zure gassen.
• Een polijstfase, vaak adsorptie van actieve kool, vangt sporen van zware metaaldamp op die eerdere fasen niet kunnen.
• Het schone gas komt naar buiten via een schoorsteen die is uitgerust met continue emissiemonitoring.

Het bovenstaande diagram geeft deze volgorde visueel weer: het afgas beweegt van links naar rechts vanuit de oven, via cycloonvoorscheiding en het primaire stoffilter, naar de rookgasbehandeling en een laatste polijstfase, voordat continue monitoring bevestigt wat de schoorsteen bereikt.

Het systeem bedienen, bewaken en onderhouden

Een stoffilter- en rookgasbehandelingstrein presteert slechts zo goed als hij wordt bediend. Zelfs een correct ontworpen systeem zal zonder consistente monitoring en onderhoud afdrijven van zijn ontwerpefficiëntie, omdat stofafzettingen, vocht en zuurcondensaat in de loop van de tijd allemaal voortdurend op de apparatuur inwerken.

Continue monitoring houdt het systeem eerlijk

Op een stapel gemonteerde instrumenten voor continue emissiemonitoring die de deeltjesconcentratie, opaciteit en zwaveldioxide volgen, geven operators realtime bewijs van hoe het stoffilter en de rookgasbehandelingsfasen presteren, in plaats van alleen te vertrouwen op periodieke handmatige tests om een probleem op te sporen nadat het al de emissies heeft beïnvloed.

Differentiële druksignalen wanneer een filter aandacht nodig heeft

Over een stoffen filter wordt het drukverschil normaal gesproken binnen een bepaalde band gehouden 1.000 tot 1.500 pascal . Een gestage stijging buiten die band wijst meestal op het verblinden van de zak door vocht of chemische aantasting, terwijl een plotselinge daling vaak duidt op een gescheurde of losgeraakte zak waardoor het stof de filtratie volledig kan omzeilen.

Plan voor zakvervanging en corrosie voordat deze een uitschakeling veroorzaken

Filterzakken die worden blootgesteld aan zuur smeltgas op hoge temperatuur gaan doorgaans ongeveer een half uur mee twee tot vier jaar vóór vervanging, hoewel schurende stofbelasting of temperatuurschommelingen dit aanzienlijk kunnen verkorten. Bevochtigde componenten in de rookgasbehandelingsfase hebben op zichzelf te maken met een risico op corrosie door zuur condensaat, dus de materiaalkeuze en routinematige inspectie van kanalen, interne onderdelen van de wasser en absorbervoeringen zijn net zo belangrijk als de onderliggende proceschemie.

Veelgestelde vragen

Kan één apparaat zowel stof als rookgassen tegelijk verwerken?

Natte wassers kunnen deeltjes verwijderen en zuur gas absorberen in één vat, maar de efficiëntie van de deeltjesverwijdering die ze bereiken voor sub-micron metallurgische dampen is over het algemeen lager dan die van een speciaal textielfilter, en ze genereren een afvalwaterstroom die zelf moet worden behandeld. De meeste smeltactiviteiten krijgen betrouwbaardere en gemakkelijker te onderhouden prestaties door stoffiltratie en rookgasbehandeling als afzonderlijke, speciaal gebouwde fasen te houden in plaats van ze in één apparaat te combineren.

Waarom heeft smeltdamp een fijnere filtratie nodig dan stof afkomstig van pletten of zeven?

Omdat smeltdamp ontstaat door dampcondensatie in plaats van door mechanische breuk, ligt het grootste deel van de massa onder de 1 micrometer, terwijl het vermalen en zeven van stof doorgaans 10 micrometer of groter is. Een stoffilter en opvangsysteem dat geschikt is voor de grovere stroom, houdt de fijnere stroom niet tegen.

Hoe wordt zwaveldioxide uit het smelten van afgas gewoonlijk behandeld?

Waar de zwaveldioxideconcentratie hoog is, wat gebruikelijk is bij het smelten van sulfide-erts, is omzetting in zwavelzuur door middel van dubbele contact-dubbele absorptie de standaard rookgasbehandeling, waarbij zwavel wordt teruggewonnen als een bruikbaar product in plaats van het af te voeren. Zwakkere stromen, of het staartgas dat overblijft na zuurwinning, worden doorgaans gepolijst met nat, halfdroog of droog alkalisch wassen.

Wat zorgt ervoor dat een doekfilter na verloop van tijd zijn efficiëntie verliest?

De meest voorkomende oorzaken zijn het verblinden van de zak door vochtcondensatie of chemische aantasting, fysieke schade zoals scheuren of versleten naden, en de opbouw van stofkoeken die door reinigingscycli niet voldoende worden verwijderd. Door het volgen van verschildruktrends naast periodieke visuele of lektests worden deze problemen meestal opgespoord voordat ze zich manifesteren als een emissieoverschrijding.

Heeft de rookgasbehandeling invloed op de werking van het stoffilter?

Ja. De gastemperatuur en het vocht dat de rookgasbehandelingsfase binnenkomt, worden gewoonlijk gecontroleerd met de toleranties van het stoffilter in gedachten, aangezien condensatie stroomopwaarts van het filter de weefselmedia kan verblinden of de corrosie in een elektrostatische stofvanger kan versnellen. De twee fasen worden normaal gesproken ontworpen en geëxploiteerd als één geïntegreerd systeem in plaats van onafhankelijk.

Welke deeltjesconcentratie kan een goed ontworpen systeem bereiken?

Moderne doekfilters, gecombineerd met effectieve bronafvang, houden doorgaans de deeltjesconcentratie in de uitlaat beneden 10 mg per normale kubieke meter op een duurzame basis, hoewel het cijfer dat van toepassing is op een specifieke installatie afhangt van de gaskarakteristieken en de wettelijke limiet waaraan het systeem moet voldoen.