专利名称：低品位杂铜冶炼烟气净化、余热回收装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及烟气净化设备技术领域，特别是一种低品位杂铜冶炼烟气净化、余热回收方法及装置。
背景技术：
随着对铜矿资源的持续开采使得铜矿面临枯竭的边缘，按美国矿物局1993年发表的矿产品概览报道，世界有色金属的储量按需用量计，铜可使用的年限仅为45年，尤其是在铜资源缺乏的国家，更加需要加大废杂铜的回收利用力度。目前，低品位杂铜回收利用多采用鼓风炉，反射炉技术、工艺技术水平低下，金属回收率低，产品质量不稳定，特别是环保问题严重。冶炼废杂铜设备顶吹转炉，能适应各种复杂原料，回收率高，可根据需要生产粗铜或铜合金，工作时烟气温度高达1100°C，余热有很高的回收价值，但废杂铜来源繁杂， 原料中常含有机物，顶吹转炉在运行的过程中产生大量的高温含尘烟气，烟气中含有少量Cl、Br等卤素，在高温高压下卤素容易腐蚀锅炉内壁，且原料加料升温过程中，部分有机物燃烧不完全生成中间产物进入烟气，同时烟气由高温向低温降低的过程中，这些有机中间产物在250°C 600°C停留足够时间，也会产生二恶英，对环境污染极大，目前还没有上述特定条件下的烟气余热回收技术和设备，国内外同行业不断探索、研究、试验，但效果一直不太理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低品位杂铜冶炼烟气净化、余热回收系统装置，该装置能够将冶炼低品位废杂铜烟气温度从1100°c降到170°c以下，回收烟气中大量的余热，产生饱和蒸汽用于电解生产加热所需，达到节能目的；阻止烟气卤素对锅炉内壁的腐蚀，延长余热锅炉运行寿命；遏制烟气中二恶英气体的生成，回收烟气中的有价金属，使外排烟气含尘小于25mg/Nm3。本发明通过以下技术方案实现上述目的一种低品位杂铜冶炼烟气净化、余热回收装置，包括顶吹转炉、烟道式余热锅炉、富氧喷嘴、振打弹簧、氧气在线检测仪、喷雾冷却塔、板式冷却器、活性炭喷射装置、急冷空气吸入阀、布袋收尘器、排烟风机和烟 ，所述顶吹转炉呈中间大两头小圆形状，烟道式余热锅炉安置于顶吹转炉顶端烟气出口处，余热锅炉水冷壁装有富氧喷嘴和振打弹簧，出口处装有氧气在线检测仪，烟道式余热锅炉与喷雾冷却塔相连，喷雾冷却塔通过烟管与板式冷却器相连，板式冷却器通过出口烟管与布袋收尘器连接，板式冷却器与布袋收尘器中间烟道设有活性炭喷射装置和急冷空气吸入阀，布袋收尘器出口与排烟风机连接，排烟风机出口连入烟 下端。所述烟道式余热锅炉分上升与下降二段式烟道，烟道入口段采用直通上升烟道式结构，烟道内壁均设有膜式水冷壁；余热锅炉入口内壁堆焊有耐高温腐蚀合金。所述顶吹转炉出口与烟道式余热锅炉的进口连接采用以填料密封的柔性连接方式，余热锅炉出口与后部烟道直接焊接。
所述余热锅炉的锅炉汽包工作压力为I. 25Mpa，炉水饱和温度为194°C。炉水的饱和温度高于烟气中硫酸、HCl蒸汽的露点温度，避免锅炉换热面上硫酸和HCl的蒸汽结露。所述低品位杂铜冶炼烟气净化、余热回收装置的烟气净化、余热回收方法，包括如下步骤顶吹转炉产出的高温烟气进入余热锅炉的上升烟道，高温烟气流经锅炉烟道内侧膜式水冷壁时，热量从烟气传向水冷壁，水冷壁管内的冷水吸热蒸发。吸附在水冷壁的烟灰被振打弹簧作用掉落回顶吹转炉，锅炉出口烟道的氧气在线检测仪在线监测烟气中含氧量，一旦有异常燃烧，启动水冷壁上的富氧喷嘴鼓入富氧空气助燃，烟气由锅炉下降烟道进入喷雾冷却塔，喷雾冷却器高速射入水雾使烟气温度降至250°C以内，随后流经板式冷却器，进一步将烟温降至170°C以下，烟气经冷却后析出的灰尘落至下方灰袋，剩余的烟气含尘仍达50mg/Nm3，布袋收尘器之前管道上的活性炭喷射装置按时、按量喷入活性炭，吸附烟气中的二恶英颗粒，烟气温度过高情况下布袋收尘器入口的急冷空气吸入阀视入口烟温自动打开，吸入冷空气，降低烟气温度，布袋收尘器出来的尾气含尘<25mg/Nm3，经排烟风机排至60m高烟囱进入大气。 所述低品位杂铜冶炼烟气净化、余热回收装置的工作原理及过程顶吹转炉产生的高温烟气，被吸入到余热锅炉二段式烟道，锅炉膜式水冷内壁的循环水回收了烟气中大量的余热，产生蒸汽供电解生产加热使用，而烟气温度在此过程中从余热锅炉入口温度的1100°C左右降到出口温度的600°C，为防止高温烟气烘烤下锅炉管内形成的壁气泡长大上浮，汽泡所附着的管壁出现干烧，采用循环泵强制冷却。余热锅炉入口段采用直通上升烟道式结构，烟气中高熔点物质析出附在水冷壁上，设置在水冷壁外侧的振打弹簧对水冷壁形成有规律的共振，使析出烟灰回落到顶吹转炉，减少后部烟气的灰尘含量，提高产铜量。由于烟气废杂铜中有机物的燃烧会产生的卤素会化合成高温腐蚀气体腐蚀炉体内壁，余热锅炉入口内壁堆焊有耐高温耐腐蚀合金。锅炉出口烟道的氧气在线检测仪在线监测烟气中含氧量以判断燃烧完全效果，一旦有异常燃烧，启动水冷壁上的富氧喷嘴鼓入富氧空气助燃。从余热锅炉出来的烟气进入喷雾冷却器经过水雾的喷淋，使烟气在250°C 600°C区间骤冷，遏制了有机中间产物形成二恶英。烟气温度通过计算机系统控制，保证即使烟气流量或温度波动，塔内总保持干燥，随着热量被蒸发水分的带走，可以使烟气冷却到适宜温度。烟气经过喷雾冷却器的喷淋进入板式烟气冷却器进一步降温后进入布袋收尘器，板式冷却器是以强制对流、间接冷却的方式带走高温烟气管壁热量的冷却设备，通过冷却轴流风机，将入口烟气温度从约350°C降至出口 170°C以下。冷却轴流风机的速度可以手动调节控制，根据布袋收尘器入口控制的温度不同，其运行速度也不同，当布袋收尘器入口温度连续升高，冷却轴流风机的速度和冷却器的冷却效率也相应提高。此外，为了吸附烟气中可能形成的二恶英，在布袋收尘器前设置活性炭喷射系统，往烟气中喷射活性炭粉，以便吸附烟气中的二恶英。冷却后的含尘气体从进风口进入收尘器后，气流便转向流入灰斗，同时气流速度变慢，由于惯性作用，使气体中的粗颗粒粉尘直接落入灰斗，起到预收尘的作用。细小的粉尘被捕集在滤袋的外表面，净化后的气体进入滤袋室上部的清洁室，汇集到出风口排出。滤袋的清灰采用压缩空气，由PLC给定的时间间隔对每个滤袋进行自动清灰。压缩空气由喷吹管各孔眼喷射出，把滤袋上粘结的粉尘清下来，使布袋保持通风顺畅，连续运行，布袋收尘器是一种高效收尘设备，只要滤袋不破损，其收尘率可大于95%，且烟尘性质对收尘效率影响不大。喷雾冷却塔、板式冷却器、布袋收尘器收集的烟灰装入灰袋，送相应工艺处理，有价金属得到最大限度的回收，布袋收尘器处理后的烟气经排烟风机、烟 排入大气，最终尾气含尘小于25mg/Nm3。本发明的有益效果是I、回收了再生铜冶炼设备顶吹转炉冶炼过程中高温烟气的余热，该净化、回收系统工艺技术先进、原料适应性强、回收率高、能耗低。2、采用喷雾冷却塔与活性炭喷射装置，遏制了烟气中二恶英气体的生成。3、利用喷雾冷却塔、板式冷却器与布袋收尘器的烟尘净化作用，使外排烟气含尘小于 25mg/Nm3。4、采用锅炉低压运行，并在易受腐蚀的余热锅炉入口段内壁堆焊有耐高温腐蚀合金，阻止了烟气对炉内壁的腐蚀，延长余热锅炉运行寿命。
四
图I是本发明所述的低品位杂铜冶炼烟气净化、余热回收装置的结构示意图。图中标记为顶吹转炉I、烟道式余热锅炉2、振打弹簧3、氧气在线检测仪4、富含喷嘴5、喷雾冷却塔6、板式冷却器7、布袋收尘器8、活性炭喷射装置9、急冷空气吸入阀10、排烟风机11以及烟囱12。
五具体实施例方式以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。顶吹转炉I呈中间大两头小圆形状，烟道式余热锅炉2安装在顶吹转炉I顶端烟气出口处，烟道式余热锅炉2水冷壁装有富氧喷嘴5和振打弹簧3，出口处装有氧气在线检测仪4，烟道式余热锅炉2与喷雾冷却塔6相连，喷雾冷却塔6通过烟管与板式冷却器7相连，板式冷却器7通过出口烟管与布袋收尘器8连接，板式冷却器7与布袋收尘器8中间烟道设有活性炭喷射装置9和急冷空气吸入阀10，布袋收尘器8出口与排烟风机11连接，排烟风机11出口连接烟囱12下端，尾气从烟囱12上部排入大气。该装置的顶吹转炉I产出的高温烟气进入烟道式余热锅炉2，高温烟气流经烟道锅炉内侧膜式水冷壁，热量从烟气传向水冷壁，水冷壁管内的冷水吸热蒸发，将水中热量带走达到烟气降温的目的，吸附在水冷壁的烟灰被振打弹簧3作用掉落回顶吹转炉，锅炉出口烟道的氧气在线检测仪4在线监测烟气中含氧量以判断燃烧完全效果，一旦有异常燃烧，启动水冷壁上的富氧喷嘴5鼓入富氧空气助燃。烟气由锅炉下降烟道进入喷雾冷却塔6，在高速射入水雾中完成换热达到迅速降温的过程，避开二恶英生成温区(350°C 600°C)，随后流经板式冷却器7，进一步将烟温降至170°C以下，烟气经冷却后析出的灰尘在重力作用下落至下方灰袋，剩余的烟气含尘仍达50mg/Nm3，为进一步抑制二恶英的形成，进入布袋收尘器8前管道上的活性炭喷射装置9可按时、按量喷入活性炭，吸附烟气中的二恶英颗粒，净化烟气，布袋收尘器入口的急冷空气吸入阀10视入口烟温自动打开，吸入冷空气，以保护布袋收尘器滤袋不被高温损坏，布袋收尘器出来的尾气含尘<25mg/Nm3，经排烟风机11排至60m高烟囱12进入大气，整个过程，最大限度的控制有害物质的生成，有价金属回收率高。
权利要求
1.低品位杂铜冶炼烟气净化、余热回收装置，包括顶吹转炉、烟道式余热锅炉、富氧喷嘴、振打弹簧、氧气在线检测仪、喷雾冷却塔、板式冷却器、活性炭喷射装置、急冷空气吸入阀、布袋收尘器、排烟风机和烟 ，其特征在于，所述顶吹转炉呈中间大两头小圆形状，烟道式余热锅炉安置于顶吹转炉顶端烟气出口处，余热锅炉水冷壁装有富氧喷嘴和振打弹簧，出口处装有氧气在线检测仪，烟道式余热锅炉与喷雾冷却塔相连，喷雾冷却塔通过烟管与板式冷却器相连，板式冷却器通过出口烟管与布袋收尘器连接，板式冷却器与布袋收尘器中间烟道设有活性炭喷射装置和急冷空气吸入阀，布袋收尘器出口与排烟风机连接，排烟风机出口连入烟囱下端。
2.根据权利要求I所述的低品位杂铜冶炼烟气净化、余热回收装置，其特征在于，所述烟道式余热锅炉分上升与下降二段式烟道，烟道入口段采用直通上升烟道式结构，烟道内壁均设有膜式水冷壁；余热锅炉入口内壁堆焊有耐高温腐蚀合金。
3.根据权利要求I所述的低品位杂铜冶炼烟气净化、余热回收装置，其特征在于，所述顶吹转炉出口与烟道式余热锅炉的进口连接采用以填料密封的柔性连接方式，余热锅炉出口与后部烟道直接焊接。
4.根据权利要求I所述的低品位杂铜冶炼烟气净化、余热回收装置，其特征在于，所述余热锅炉的锅炉汽包工作压力为I. 25Mpa，炉水饱和温度为194°C。
5.适用于权利要求I所述低品位杂铜冶炼烟气净化、余热回收装置的烟气净化、余热回收方法，其特征在于，包括如下步骤顶吹转炉产出的高温烟气进入余热锅炉的上升烟道，高温烟气流经锅炉烟道内侧膜式水冷壁时，热量从烟气传向水冷壁，水冷壁管内的冷水吸热蒸发，吸附在水冷壁的烟灰被振打弹簧作用掉落回顶吹转炉，锅炉出口烟道的氧气在线检测仪在线监测烟气中含氧量，一旦有异常燃烧，启动水冷壁上的富氧喷嘴鼓入富氧空气助燃，烟气由锅炉下降烟道进入喷雾冷却塔，喷雾冷却器高速射入水雾使烟气温度降至2500C以内，随后流经板式冷却器，进一步将烟温降至170°C以下，烟气经冷却后析出的灰尘落至下方灰袋，剩余的烟气含尘仍达50mg/Nm3，布袋收尘器之前管道上的活性炭喷射装置按时、按量喷入活性炭，吸附烟气中的二恶英颗粒，烟气温度过高情况下布袋收尘器入口的急冷空气吸入阀视入口烟温自动打开，吸入冷空气，降低烟气温度，布袋收尘器出来的尾气含尘<25mg/Nm3，经排烟风机排至60m高烟囱进入大气。
全文摘要
低品位杂铜冶炼烟气净化、余热回收装置，该装置的顶吹转炉呈中间大两头小圆形状，烟道式余热锅炉安置于顶吹转炉顶端烟气出口处，余热锅炉水冷壁装有富氧喷嘴和振打弹簧，出口处装有氧气在线检测仪，烟道式余热锅炉与喷雾冷却塔相连，喷雾冷却塔通过烟管与板式冷却器相连，板式冷却器通过出口烟管与布袋收尘器连接，板式冷却器与布袋收尘器中间烟道设有活性炭喷射装置和急冷空气吸入阀，布袋收尘器出口与排烟风机连接，排烟风机出口连入烟囱下端。采用该装置能够将烟气温度降到170℃以下，回收烟气中的余热，阻止烟气卤素对锅炉内壁的腐蚀，延长锅炉运行寿命；回收烟气中的有价金属，使外排烟气含尘小于25mg/Nm3。
文档编号F27D17/00GK102878821SQ20121040929
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月24日 优先权日2012年10月24日
发明者黄斌, 陈波, 周瑞生, 涂建华, 王伟, 肖会勇, 付晓光, 孙宝华, 周荣欢, 杨平 申请人:广西有色再生金属有限公司, 中国瑞林工程技术有限公司