（环境科学专业论文）再生铅熔炼炉节能减排改造实验研究.pdf

a b s i r a c i w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n d u s t r y , t h ew i d e u s eo fe n e r g ya n dt h ei n c r e a s eo fd e m a n d i sv e r yi m p o r t a n tf o rt h ec o m p a n yt or e d u c et h ea m o u n to fp o l l u t a n t sa tt h ev e r yb e g i x m i n g o ft h ep r o d u c t i o n t h i sp a p e rt a k e st h et e c h n i c a li m p r o v e m e n t so fs h u n d am e t a lm a t e r i a l c o ，l t d a sa ne x a m p l et os t u d yt h et e c l m o l o g yw i t hc o m m o nf e a t u r e so fe n e r g y s a v i n g m a de m i s s i o n r e d u c t i o no fr e n e w a b l el e a ds m e l t e r a u t h o rt r i e dt oo p t i m i z et h et e c h n o l o g y i no r d e rt om a k et h e e n e r g y - s a v i n ga n de m i s s i o n - - r e d u c t i o no ft h ei n d u s t r i a l s t o v e s c o n t r o l l a b l e i ti sm a i n l yt os o l v et h eo p t i m i z a t i o no fk i l nb o d ys t r u c t u r e ，r e c y c l i n go fh e a t a n d o p t i m i z a t i o n o fc o m b u s t i o ns y s t e m i nt h e s t u d y a u t h o rc h o o s e st h e p r o d u c t i o n m a n a g e m e n tm o d ew h i c hi sl o w - e n e r g y - c o n s u m p t i o na n dl o w p o l l u t i o n t h i sp a p e rc a n y o u ts o m er e l e v a n te x p e r i m e n tr e f o r mt or e a l i z ee n e r g y - s a v i n ga n de m i s s i o n r e d u c t i o n c o n n e c t i n gw i t ht h ep r a c t i c eo ft h ec o m p a n y t h em a j o rm e a s u r e sf o re n e r g y s a v i n ga n d e m i s s i o n r e d u c t i o ni sa sf o l l o w s ： 1 o p t i m i z a t i o no fc o m b u s t i o ns y s t e m ：a c c o r d i n gt o t h ea c t u a ls i t u a t i o no fs h u n d a m e t a lm a t e r i a lc o ，l t d i nt a i h e ，t h eo p t i m i z a t i o no fas m e l ts m e l t i n gf u m a c ec o m b u s t i o n s y s t e mm a i n l yi nt w os t e p s ：f i r s t ，i n c r e a s et h ea m o u n to fo x y g e n r i c hd e v i c e ，r a i s i n gt h e o x y g e nc o n t e n to ft h ea i rb l o w e ri n t ot h ed r u mf u r n a c e ，t oi m p r o v et h ec o m b u s t i o n e f f i c i e n c y s e c o n d ，w a s t eh e a tu t i l i z a t i o nm e a n st h ei n s t a l l a t i o no fw a s t eh e a te x c h a n g e ra t t h ee n do ft h em e l t i n gf u r n a c e ，t h em e a s u r e dt e m p e r a t u r eo ft h ee n do ft h em e l t i n gf u r n a c e f l u ei s8 0 0 12 0 0 ，t 1 1 j r o u g ht h ei n s t a l l a t i o no ft h eh e a te x c h a n g e rp r e h e a tb l o w e ra i r b l o w ni n t ot h ef u r n a c e ，r e d u c i n ge n e r g yw a s t e ，a n df u r t h e ri m p r o v et h ec o m b u s t i o n e f f i c i e n c yo ft h es m e l t i n gf u r n a c e ，t oa c h i e v et h ep u r p o s eo fe n e r g ys a v i n g t 1 1 r o u g h p r a c t i c a lm e a s u r e m e n tt h es y s t e me n e r g ys a v i n gc a nb eu pt o15 2 5 a f t e rc o m b u s t i o n s y s t e mo p t i m i z a t i o n 2 t r a n s f o r m a t i o no ff u r n a c et y p e ：f o rt h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h eh i g hf l u eg a st e m p e r a t u r e ，as m e l t i n gf u m a c ew h i c hi si d e n t i c a lw i t ht h eo r i g i n a lm e l t i n gf u r n a c ei sa d d e d b e h i n d t h eo r i g i n a lo n e t h ef u r n a c e sa r eu s e da l t e r n a t e l y , h e a tf r o mt h eo n ei nf r o n ti su s e dt om e l t p bi nt h eb a c k t h er e s u l to ff i e l dm e a s u r e m e n t su s i n gt h er e c t i f i c a t i o ne x p e r i m e n ti nt h ec e n t e ro fe n e r g yc o n s e r v a t i o ns u p e r v i s i o ni na n h u ip r o v i n c es h o w st h a te a c ht o n so f r e g e n e r a t i o np bn e e d10 4 5 9 k g c ec o a l ，l o w e rt h a nt h en a t i o n a la d v a n c e dl e v e l110k g c e ，a n df a r l e s st h a n3 21k i l o g r a m ss t a n d a r dc o a lb e f o r em o d i f i c a t i o n 3 f l u eg a sd e s u l f u r i z a t i o n ：t b a o u g ht h ew e td e s u l p h u r i z a t i o ne x p e r i m e n t a la n a l y s i sa n d r e s e a r c h ，an e wt y p eo fd e s u l p h u r i z a t i o na n dd u s tr e m o v a le q u i p m e n t ，n a m e l yb u b b l i n gt o w e rd e s u l f u r i z a t i o nu n i t ，w a si d e n t i f i e db ye x p e r i m e n t a ls t u d ya n dt h er e s i s t a n c ec h a r a c t e r i s t i cc u r v ea n dt h eb u b b l ed e s u l f u r i z a t i o ne f f i c i e n c yo ft h ed e v i c ew a sd e t e r m i n eb ys m a l li n s p e c t i o n t h er e s u l t ss h o w e dt h a tu s i n gac e r t a i na m o u n to fs o d i u mh y d r o x i d es o l u t i o na s t h ea b s o r b i n gs o l u t i o n ，a d d i n gac e r t a i na m o u n to fv e s i c a n t ，t h ed e s u l f u r i z a t i o ne f f i c i e n c y o f b u b b l i n gt o w e r d e s u l f u r i z a t i o nu n i tc o nr e a c h9 7 4 t o9 8 6 r e a c ho nt h i sb a s i s t oi n t a i h ec o u n t ys h u n d am e t a lm a t e r i a l sc o ，l t d c o n d u c t e dap i l o t ，t h ed e s u l f u r i z a t i o ne f f i - c i e n c yo fp i l o tb u b b l i n gt o w e ri s8 9 8 t o91 2 p i l o te x p e r i m e n t ss h o w t h a tt h eb l a d d e r p o r es i z ea n dp o r o s i t yi nd e s u l f u r i z a t i o ne q u i p m e n tn e e dt ob ef u r t h e rr e f i n e da n di m p r o v e d k e y w o r d s ：s e c o n d a r yl e a d ；m e l t i n gf u r n a c e ；e n e r g ys a v i n g ；d e s u l f u r i z a t i o n 致谢 光阴似箭，日月如梭。转眼间，我的研究生生活就快结束了，回首这两年多的生 活，心中感慨良多。想起曾帮助过我的人们，感激之情难以自抑。 首先对汪家权先生表示最深挚的感谢。在这短短的研究生阶段，汪老师教导我的 不仅仅局限于专业知识领域，更教会我如何正确地做人做事，如何用辩证的思想去分 析解决问题。古语有云，“授之以鱼不如授之以渔”，而汪老师授予我的正是我所需要 的“渔”。在这里，我要真诚地向汪老师说声谢谢，感谢您这两年多来细致耐心的教 巳 亓0 能够一直走到今天，更离不开我父母的支持。至今二十多年，父亲和母亲一直在 背后默默地为我付出，陪我一起度过每一个低谷，在生活与学习各方面都给于我莫大 的帮助。在此，我要诚挚地对我父母说声，您幸苦了! 感谢胡淑恒老师和陈少华老师在日常的学习和论文的写作方面给于的悉心指导， 你们严谨的治学态度和敬业的工作精神深深地感染了我，我要以你们为榜样，在今后 的学习中更加严格地要求自己。 感谢刘树军工程师和李成新师傅在实验过程中所提供的技术帮助。实验所涉及到 的很多部件需要手工制作，不仅要求实验人员具有高超的技艺，还要求有充沛的体力。 这些条件对于我一个人来说，是无法具备的。正是实验团队中有了刘工和李师傅，才 能使得实验研究顺利有序地进行，感谢你们! 读研期间，身边的朋友给我营造了很好的学习和生活环境，让我真正体会到了学 习的快乐，生活的幸福。感谢同门的各位同学，是你们的积极进取让我时刻充满紧迫 感，大家都在相互追赶着，同时又在相互帮助着，感谢大家一起营造了这么张弛有度 的学习氛围，尤其感谢余三江、叶勇、李宁、郑琳琳和谢文逸同学，在生活和学习上 都带给了我无限的乐趣。感谢闰昆、陶涛、杨峰同学，大家一起度过了整个研究生阶 段的生活，亲似手足，是你们给我的生活填满了色彩。 特别感谢祝翠同学，你的默默支持和鼓励，是我生活学习的动力和希望。 在此，我再一次真诚地感谢我身边的每一个无关和有关的人，一个完整的生存体 系，你们缺一不可! 插图清单 图2 1 项目位置图7 图2 2 余热利用示意图8 图2 3 太和县顺达金属材料有限公司厂区平面布置图1 0 图3 1 改造前流程图1 4 图3 2 改造项目的工艺流程图1 8 图3 3 能流图2 3 图4 1 能源三级管理网络图2 8 图6 1 吸收反应示意图3 7 图6 。2 实验流程图3 8 图6 3 实验装置示意图3 9 图6 - 4 实验装置图4 0 图6 5 不同频率下的空塔气速4 1 图6 - 6 鼓泡塔空塔气速与空塔压降的关系4 1 图6 7 使用混合吸收液时系统中s 0 2 变化曲线4 2 图6 8 中试试验实物图4 3 图6 - 9 中试时使用混合吸收液时系统中s 0 2 变化曲线4 4 图6 1 0 公司抛弃的旧脱硫设备4 5 表格清单 表1 1 近年全国废气中污染物排放量2 表2 1 项目主要产品方案8 表2 2 精铅元素含量一1 1 表2 3 废旧铅酸蓄电池拆解后产物成。1 1 表2 4 主要技术经济指标1 2 表3 1 再生铅生产各工序总回收率2 0 表3 - 2 再生铅生产各工序硫捕集率及总硫利用率2 0 表3 3 年铅金属平衡表一2 1 表3 4 项目能源消费、能量平衡及能耗计算相关图表2 2 表3 5 预计改后企业能量平衡表一2 2 表3 6 主要耗煤设备一览表2 4 表3 7 主要耗电设备一览表2 4 表4 1 能量计量器具一览表一2 9 表5 - 1 项目改造前检测数据表3 2 表5 2 项目改造( 中试) 检测数据表一3 2 表5 3 项目拟用技术连续式节能炉改造后检测数据表3 3 表5 4 项口改造前项目能耗3 3 表5 5 项目实施后拟用连续式再生锚节能技术能耗量3 4 表6 1 小试脱硫系统在各参数下对应的脱硫效率4 2 表6 2 中试脱硫系统在各参数下对应的脱硫效率4 4 第1 章绪论 1 1 节能减排的背景 目前全球9 0 以上的工业燃料来自于化石燃料( 石油、天然气、煤炭) ，而 这种形势在今后2 0 的年内将不会改变。针对这一些工业发达国家清楚地认识 到，经济的发展在很大程度上依赖于能源，而这些能源又大量地被其它少量的 国国家控制。为了减少和避免在能源上对别国的过分依赖，节能作为一项切实 可行的技术措施，受到各国政府的重视。节能的能同时降低燃料消耗及有害气 体的排放，是实现可持续发展战略的必然要求。在我国节能减排工作同样受到 社会、政府、企业的高度重视，2 0 11 年9 月国务院印发的“十二五”节能减 排综合性工作方案，就明确了“十二五”期间节能减排总体要求和主要目标： l 、非化石能源占一次能源消费比重达到1 1 4 。单位国内生产总值能源消耗 降低1 6 ，单位国内生产总值二氧化碳排放降低1 7 。主要污染物排放总量显 著减少，化学需氧量、二氧化硫排放分别减少8 ，氨氮、氮氧化物排放分别 减少1 0 。还明确各项节能减排重点工程：在节能方面：实施锅炉窑炉改造、 电机系统节能、能量系统优化、余热余压利用、节约替代石油、建筑节能、绿 色照明等节能改造工程。2 、抑制高耗能产业过快增长，突出抓好工业、建筑、 交通、公共机构等领域节能，加强重点用能单位节能管理。完善节能法规和标 准，制订完善并严格执行主要耗能产品能耗限额和产品能效标准，加强固定资 产投资项目节能评估和审查。健全节能市场化机制，加快推行合同能源管理和 电力需求侧管理，完善能效标识、节能产品认证和节能产品政府强制采购制度。 开展万家企业节能低碳行动，深入推进节能减排全民行动。 目前在我国的能耗大户是工业炉窑，全国9 0 年代中期工业炉窑装备总数 己达了1 2 万余台，年耗能量占全国2 5 ，其中燃料炉占工业炉窑总数的5 5 ， 能耗量占9 2 ，占全国的2 3 。燃料结构不合理，约6 4 的炉窑仍以煤为燃料， 炉窑总体水平较低，虽有部分炉子达到国外当代先进水平，但尚属少数。炉窑 热效率与国际平均水平差距很大，因此节能空间广阔【2 ，3 4 5 j 。 在我国能源结构中煤炭占了7 6 1 2 ，而在工业能源结构中燃煤占7 3 9 ， 工业燃煤的设备中又以中小型为主，而中小型工业燃煤设备的燃烧利用率往往 很低，这就加剧了煤炭在利用过程中的浪费，工业窑炉的节能改造显得十分必 要。煤在燃烧过程中会产生大量的黑烟，同时产生大量的粉尘、二氧化硫、一 氧化碳、氮氧化物等污染物，造成大气污染，破坏环境【6 ，3 】。研究表明，我国国 内生产总值每增加1 ，废气排放量增长o 5 5 。2 0 1 0 年中国工业废气排放总 量达到4 7 5 2 万亿立方米，其中燃料燃烧废气占5 9 3 ，生产工艺废气占 4 0 7 【7 ，8 】。表1 为全国近年废气中主要污染物的排放量【。 表1 1 近年全国废气中污染物排放量 由表l 可以看出，“十一五”期间减排成效还是很显著的，2 0 10 年二氧化 硫排放总量比2 0 0 5 年下降1 4 2 9 ，完成l0 的减排任务。我们也不难看出大 气中主要的污染物是二氧化硫和烟尘。 1 2 节能减排的形势、意义 1 2 1 节能减排的形势 “十二五”时期，我国发展仍处于可以大有作为的重要战略机遇期。随 着工业化、城镇化进程加快和消费结构持续升级，我国能源需求呈刚性增长， 受国内资源保障能力和环境容量制约以及全球性能源安全和应对气候变化影 响，资源环境约束日趋强化，“十二五”时期节能减排形势仍然十分严峻，任务 十分艰巨。特别是我国节能减排工作还存在责任落实不到位、推进难度增大、 激励约束机制不健全、基础工作薄弱、能力建设滞后、监管不力等问题。这种 状况如不及时改变，不但“十二五 节能减排目标难以实现，还将严重影响经 济结构调整和经济发展方式转变【l 。 1 2 2 节能减排的意义 我国经济快速增长，各项建设取得巨大成就，与此同时也付出了巨大的资 源和环境代价，经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐，群众对环境污染问题反 应日益强烈。这种状况与经济结构不合理、增长方式粗放有直接关系。如果不 加快调整经济结构、转变增长方式，资源将支撑不住，环境容纳不下，社会也 承受不起，经济会发展难以为继。只有坚持节约发展、清洁发展、安全发展， 才能实现经济又好又快发展。同时，温室气体排放引起全球气候变暖，备受国 际社会广泛关注。进一步加强节能减排工作，也是应对全球气候变化的迫切需 要，是我们应该承担的责任【1 。 1 3 国内外工业窑炉节能研究概况 1 、美国工业窑炉发展概况 过去半个世纪美国工业窑炉的发展主要表现在两个方面：首先在工业窑炉 的设计、制造和应用中明显注意了节能，如广泛应用由耐热合金淘瓷棚复合材料 制造的各种同流换热器以回收高温烟气余热，并用于预热燃烧空气，大力推广 蓄热式技热器，蓄热式陶瓷烧嘴，自身预热烧嘴和其他许多节能型烧嘴；重视 燃烧与气氛的控制节能，让电子学、仪器仪表和机器人在工业加热领域发挥更 大的作用；开发了富氧烧嘴和富氧燃烧技术以及氧的廉价获取方法；重视利用 高温涂层为炉窑节能服务。另一个重要发展是利用计算机优化炉窑过程，如利 用计算机，通过数值模拟，改进关键部件的热处理。如果说美国炉容有什么先 进之处的话，恐怕首推炉窑过程的计算机控制了。 2 、日本工业窑炉发展与节能概况 近几年来日本在工业窑炉的节能方面积极致力于下列各项技术的研究开发 和应用，燃挠技术是工业窑炉节能的重要途径之一。日本发展的燃烧新技术， 其主要特点体现在提高燃挠效率，扩大调节范围，控制燃烧气氛，减少环境污 染，以及与余热回收相结合的烧嘴方面，余热回收是工业加热领域最广泛且最 有效的节能手段，除换热型烧嘴外，还采用高性能陶瓷热交换器进行余热回收。 采用多孔性透气材料提高空气温度是日本的特色，工业窑炉离不开材料的应用， 而材料性能优劣直接影响窑炉的效率，故日本十分注重下列新材料的研究和开 发。 ( 1 ) 耐火纤维其特点是热容热损小、轻质、工况变化适应块，将耐火纤维 直接用于炉体结构中，改善了筑炉工艺，提高了能源利用率。 ( 2 ) 高温陶瓷其成本低，耐高温，耐氧化，无污染。用它制成烧嘴、传热 管组合于换热器中，可有效地用于超高波热回收。 ( 3 ) 多孔材料它能有效地将气体显热转换成固体辐射热，用于烧嘴中使 之产生预混功能；用于各种燃烧炉促进燃烧传热。由于该材料具有热屏蔽作用， 因此可用于低热值燃料燃烧。 空燃比控制是窑炉节能中很有潜力的一项措施，对燃烧效率影响甚大，但 是空燃比控制很困难，它有许多内容和方法，通常控制空燃比是将流量和燃气 成分作为控制量，但测定流量和气体成分均较困难，且装置也比较昂贵。日本 有一种利用计算机的空燃比控制装置。具有通用性强和成本低廉的特点。 3 、西欧工业窑炉节能概况 英国和欧共体其他成员国对于新的窑炉节能技术开发都是十分重视的。英 国的自身预热烧嘴在窑炉上应用已十分普遍，据说目前已使用着数干个这类烧 嘴，而且已有陶瓷型的，能用于很高温度窑炉的余热回收。它还在世界上首先 开发了更为先进的蓄热式换热陶瓷烧嘴。法国、西德、意大利等也分别拥有一 些先进的炉窑节能技术。法国霍特期坦南公司是一家大炉子公司，具有大炉子 的整体拼绽，用计算机控制等特长技术。在步进式加热炉中，步进梁高温段如 何用耐火纤维包扎技术方面形成了它的专利。西德在沸腾炉燃烧劣质煤方面尤 其成功，不到4 18 4 k j ( 1 0 0 大卡) 热值低的劣质煤也能被很好地燃烧使用。意大 利的一个小炉子公司( b e d o t t e ) 据称已解决了煤水浆燃烧问题，特别是找到了 合适的烧嘴。该公司对劣质油的燃烧也原有研究，他们发明的柏油燃烧技术在 南非应用相当成功。此外耐火隔热材料大量应用，包括耐高温陶瓷纤维材料和 不定形耐火材科的应用。因此从总体上讲，他们的窑炉节能水平较高，比我国 平均多节能10 2 0 。他们的窑炉排烟温度多数在l5 0 - 2 5 0 。c 。( 而我们多数 在4 0 0 5 0 0 。c 甚至更高。) 他们的热风温度大多达5 0 0 - 6 5 0 ，有的更高，而我 们大多不超过2 5 0 3 0 0 ，先进的也不过4 0 0 。c 左右川。 4 、我国工业炉窑的节能研究状况 我国工业炉的能源结构具有以煤等固体燃料为主、液体和气体燃料次之的 基本特征。燃煤工业炉窑占了约6 4 ，而燃油、燃气炉窑仅为2 0 左右，总的 趋势是燃油、燃气炉窑比例在逐步增加。可我国以煤为主的能源结构今后5 0 年内不会有太大的变化。这种结构的不合理，给节能带来了很大的压力。从8 0 年代中期到9 0 年代中期的近十多年中，我国取得了相当的节能进步。例如轧 钢加热炉节能3 9 ，均热炉3 5 ，锻造炉9 jv o 。平均热效率已经达到3 0 以上， 尽管如此，与国际先进水平5 0 相比，差距还很大，节能潜力还很大。目前， 除了优化工艺、炉型结构、控制和管理，以及采用新型保温材料外，在燃烧方 面主要采取的节能改进措施基本上属于常规技术。例如，采用各种先进的燃烧 装置，在正常使用的前提下可取得约5 f 托j 节能效益。还有富氧燃烧技术、重 油掺水乳化技术、高炉富氧喷煤粉技术、普通窑炉燃料入炉前的磁化处理技术 等，取得了一定的节能效果。虽然常规技术的节能有效，但节能潜力不大，难 以取得更大的突破。因此必须突破常规的节能技术，确定新的发展方向 1 3 , 1 4 , 15 , 1 6 】。 1 4 国内外脱硫除尘技术的发展现状 世界上最早进行烟气脱硫试验的是英国，始于伦敦烟雾事件( 1 9 5 2 年1 2 月) 之后，到6 0 年代中期，s 0 2 污染成为英国、美国和当时的西德环境污染的主角， 美国、德国随即开展大规模的研究工作。据有关资料统计，美国在6 0 年代研制 的各种烟气脱硫方法约2 0 余种，建设工程项目近百个，耗资达数十亿美元。德 国由于是欧洲最大的燃煤国，排出的s 0 2 最多。日本是世界上最早大规模应用 f g d 装置的国家。其在6 0 年代末就开始大规模应用f g d 装置，使其s 0 2 污染 在7 0 年代中后期基本得到控制。从美、德、日三国大规模应用f g d 装置来看， 成效显著，虽然近年来三国电站装机总量不断增加，但s 0 2 排放总量却逐年减 少【 】。迄今为止，世界各国研究开发的f g d 技术估计超过了2 0 0 种，目前技 术上成熟、经济上可行的f g d 技术约有十几种，f g d 技术按脱硫剂和脱硫产 物的干湿形态分为湿法( 脱硫剂和副产物均为湿态) 、半干法( 脱硫剂为湿态，副产 物为干态) 和干法( 脱硫剂和副产物均为干态) 毪心j 。 我国脱硫技术研究较多，但大多停留在小试、中试阶段，成熟的技术却很 少。2 0 世纪8 0 年代以来，我国引进一些国外先进脱硫技术装备。其中湿法脱 硫主要是日本技术，干法脱硫以引进欧美技术为主 2 0 1 。自从7 0 年代开始就引 进国外烟气脱硫成套装置，但到目前为止，却仅有不到1 装机容量的火力电 4 厂和少数中小型锅炉实施烟气脱硫。主要有脱硫成本问题、产物出路问题以及 引进技术国产化的问题。近年来，我国在发展烟气脱硫技术方面有了较快进展。 提倡以“湿式石灰石石膏法”为主引进国外烟气脱硫技术并通过国产化制造烟 气脱硫装置，降低烟气脱硫装置建设投资、减小脱硫成本的呼声甚高l 9 19 7 j 。通 过国外先进烟气脱硫技术的国产化来加速我国烟气脱硫的进程是必要的，但不 是唯一选择 2 3 , 2 4 , 17 】。近年来国内开发的改进的新氨法烟气脱硫技术、脉冲电晕 放电烟气脱硫技术、活性焦可资源化烟气脱硫技术超重力烟气脱硫技术处在工 业示范阶段，具有发展前景。但是，就目前情况而言，湿法烟气脱硫系统远没 有达到完善，其自身存在一系列问题，如设备的使用寿命、运行成本、处理效 率等都有待于完善【2 5 , 2 6 , 2 7 】，因此，湿法烟气脱硫系统特别是吸收塔( 反应器) 的优 化研究是还需要进一步的研究。 目前在世界范围内烟气除尘技术已经比较成熟，国外常用的有重力除尘器、 惯性除尘器、旋风除尘器、袋式除尘器、静电除尘器、湿式除尘器、空气过滤 器等【28 j ；国内除尘器发展也相对迅猛已经接近世界水平，各类除尘器都能充分 利用，但是各类除尘器的只能针对某一工程设计使用，并且在使用过程中耗能 大效率的现象普遍存在，在如何提高除尘器的处理效率和除尘器的该改进设计 以及除尘器与其他烟气脱硫设备结合方面还需进行系统、深入的研究。 1 5 本文研究内容 本文在研究国内外工业窑炉节能现状的基础上，结合顺达金属材料有限公 司实际情况，分析再生铅熔炼工艺，分解各个过程；通过燃烧系统优化、炉型 改造、能量梯级利用等方法，降低能源利用率和减少污染物的排放；根据国内 外烟气脱硫研究现状，实验研制一种针对再生铅熔炼炉的脱硫除尘设备，并通 过中试将脱硫设备加装在熔炼炉烟道后方吸收、回收利用烟气中是二氧化硫等 组分，既达到了节能减排又实现了污染物的重新利用。 s 第2 章节能企业及改造项目的基本概况 2 1 企业概况 。 2 1 1 企业主营业务 太和县顺达金属材料有限公司主营业务范围为收购废旧蓄电池、含铅废渣 类，经冶炼加工成精铅、销售。公司是经环保部门批准的以精铅锭产品为主的 科技型民营企业。 2 1 2 经营和管理现状 太和县顺达金属材料有限公司占地面积1 2 0 亩；现有员工2 6 8 人，总资产 8 8 0 0 万元，其中固定资产2 8 6 0 万元，公司再生铅规模为10 万吨年，拥有雄 厚的经济实力和技术实力。作为再生精铅加工企业，该公司以生产水平和产品 质量作为企业实力，以塑造品牌为指导思想，凝聚优势，强抓主业，开拓阵地， 规模经营；以市场为导向，突出经营特色；以客户需求为目的，不断开发新产 品，该公司生产的三大类二十多个规格的铅锭制品，广泛用于各种蓄电池制造 业、化工业、国防业、电线电缆和机械制造业等。其中2 捍精铅、合金铅、高铅 锑等产品，以独特的工艺、先进的技术、尖端的检测手段和稳定的质量，先后 与国内多家大型企业建立了稳固的业务关系，业务范围形成网络结构，遍布国 内多个省市，在业内享有较高的知名度和信誉度，产品供不应求。 近年来，该公司本着“质量第一、信誉第一”的服务宗旨，不断强化提升 企业内部管理。在致力于环保治理的同时，不断加强设备技术改进和新产品的 研制开发，产品通过了i s 0 9 0 0 l 一2 0 0 0 国际质量管理体系认证。在全体员工的 共同努力下，公司连年被评为市、区级“先进企业”、“纳税大户”、“a a a 级信 用单位”和“守合同重信用企业”。 2 2 节能减排项目基本情况 2 2 1 项目选址及用地 本项目厂址位于阜阳市、太和县肖口有色金属循环经济工业园区内。项目 占地面积约12 0 亩。具体位置如图2 1 。 幽2 1 坝目位置图 2 2 2 项目节能技术改造建设内容 本次节能技术改造的主要内容有： ( 1 ) 窑炉节能技术改造一间歇式改成连续式： 原来歇式窑炉周期性作业，经实际测量炉尾排烟温度高达8 0 0 一1 2 0 0 ， 冷却水箱长达10 米多，白白浪费大量的热能和鲜水。改造时拆除冷却水箱，安 装连续式余热窑炉，将原来的氧化还原和铁屑置换在同一炉膛内堆式反应，分 成前后两段连续式反应，前段高温加铁屑置换反应，后段利用前面的余热熔化 原料产生氧化还原反应。改造后的连续式再生铅节能窑炉，在不增加产能的情 况下，经安徽省能源利用监测中心检测能耗与原窑炉比较吨铅节能达3 0 左右。 ( 2 ) 余热利用到造气系统一改造煤气发生炉 用冶炼余热换热器加热高压富氧空气，高温高压湿氧气与粉煤在碳化硅管 内混合后直接造煤气，高温高压煤气经碳化硅喷嘴射出燃烧，用其直焰来直接 加热熔炼炉，此过程回收利用了余热，节约燃煤【2 9 1 。余热利用示意图如下 烟 道 脚蛙二：) 二垂： i 广。1 图2 - 2 余热利用示意图 ( 3 ) 改造冶炼还原剂一用造纸废水脱硫后的c + h 化合物代替白煤 再生铅冶炼时每生产1 吨精铅需添加还原煤0 0 5 吨，采用新工艺后，因造 纸碱性废水浓缩物( 碱木素) 含 n a o h 碱和化合物c + h 】，这种物质有沾性( 可 吸收铅飞尘) ，是铅冶炼比较好的除尘脱硫剂；脱硫后的上清液蒸发成硫酸钠产 品，白色絮凝装沉淀的化合物c + h 是很好的冶炼还原剂。新工艺的再生铅冶炼 还原系统可代替白煤，节约燃煤能耗。主要产品生产规模见表2 1 。 表2 - 1 项目主要产品方案 2 2 3 项目工艺方案 蓄电池铅回收工艺过程分为破碎分选、预处理脱硫、脱硫铅膏低温熔炼、 熔铸系统及硫酸钠结晶过程。 ( 1 ) 破碎分选 该工程项目拟采用机械化废铅酸蓄电池破碎分选设备的预处理技术，主要 分以下两步： 倒酸：首先采用自动化倒酸机将约占总废蓄电池重量的5 7 硫酸倒出， 倒酸后的硫酸浓度为1 0 - - - 2 0 ，经沉淀、微孔过滤和活性炭吸附后得到1 5 左 里 一 司刈 右的硫酸，可回用于蓄电池生产、化工行业使用，经沉淀、过滤后得到的铅泥 回收与破碎分选得到的铅膏一并处理。 破碎分离：把倒酸后的蓄电池置于封闭破碎机内进行破碎分选，并靠 重力分选出铅膏、板栅、聚丙烯和重塑料；板栅、聚丙烯和重塑料经冲洗后， 分别处理，其中冲洗水处理后回用，沉淀得到的铅泥与分离破碎得到的铅膏一 并处理。 ( 2 ) 预处理脱硫 脱硫系统主要包括球磨、脱硫和脱硫剂再生三道工序： 球磨：铅膏需经球磨机处理，处理过程中添加稀脱硫液，另外需补充 少量新鲜水。磨至 6 0 目后，进入调浆池再由输送泵送至脱硫反应釜进行脱硫。 脱硫：配制约2 0 n a 2 c 0 3 溶液加入到反应釜内机械搅拌，反应时间2 小时左右，反应温度5 5 左右，充分反应后，脱硫后物料进入脱硫储槽，用压 滤泵送至压滤机过滤，对固体料进行二次脱硫以提高脱硫效率，二次脱硫后物 料再进行压滤，固体料放入水洗槽以洗去滤渣中的n a 2 s 0 4 和n a 2 c 0 3 等杂质。 脱硫液和洗水中n a 2 s 0 4 浓度小于2 5 0 9 l 时返至球磨机回用，否则送至硫酸钠 浓缩干燥工序。脱硫后固体料主要成分为p b c 0 3 、p b 0 2 、p b o 和金属铅。 硫酸钠结晶：脱硫液和洗水在生产过程中循环使用，待其浓度达2 5 0 9 l 以上后用滤液泵送至蒸发釜进行浓缩，脱水结晶后，得到副产品硫酸钠。蒸发 水冷凝后回用，冷凝器效率一般为8 0 。 ( 3 ) 低温熔炼 主要由配料、熔炼、液铅冷却成型等三道工序组成。 配料：铅膏采用碳酸钠预脱硫后和白煤、铁屑按一定比例进行配料。 熔炼：按一定比例配好的含铅物料投入到密闭负压冶炼炉进行熔炼 ( 8 5 0 9 5 0 。c ) ，燃料为粉煤，含铅氧化成液体熔炼、氧化铅与白煤在高温下起还 原反应成金属铅，部分没反应彻底的氧化铅加铁沫起置换反应，待炉内液体铅 和浮渣明显分层后，准备进行放液铅( 渣) 。 放铅( 渣) ：铅液从密闭冶炼炉底部的放铅口放出至接铅锅，由于液体铅 与浮渣的比重不同，铅的比重较大，炉渣的比重较轻，铅液体在锅的底部，浮 渣在锅的上部，冷却后铅液表面的渣成型( 铁鳖) 吊出，铅液舀倒铅模成型。 成型后的粗铅( 含铅9 0 左右) 送至精炼铅车间进行精炼。 ( 4 ) 熔铸 整个熔铸系统采用密闭熔炼设备，且在负压条件下操作，防止含铅废气的 无组织排放。废旧蓄电池回收过程主要有两个环节采用熔铸： 合金熔铸：极板破碎后的板栅熔铸成合金铅( p b s b 、p b c a 合金，可根 据蓄电池厂家需要调整) ，熔铸过程中产生的少量灰渣回收返回与铅膏一并球 磨，产生的铅烟大部分经收集后返回脱硫工序。 还原铅熔铸：熔铸后产生的熔炼渣( 约占总量的1 ) 返回铅还原工序， 产生的铅烟大部分经收集后返回脱硫工序。 2 2 4 总平面布置 可研报告书所列的厂区功能分区基本明确，物流规划基本合理，厂内公用 工程配套完善，本项目各生产车间、物流线路短捷可达到节能、节水、经济、 可行。厂区平面布置图如图2 3 。 i 至。+ 二i 芝走_ 蓬* “一 一 j 一一 “。= ：二， 。 麓研办公楼 ：j ；臻房? ，jh ：叫 一i - “ 、“ 孺 浮 一； 囊 蠢涎痿铬酸嚣电混礁，藏兜：群磐矧“。 ；蚕 ? 鎏 = _ ：j jl ”! ，7 毒! ，0一j ； 凌渣处蔓冬阀 l 一；i i - - 2 t + o o o f 。，- no 囝oo c 3 0 i 一- ) - ；羹 疆。 了 一 ? 八天燃涨；八；i j j j、 ? 霾| 一i 童鬟! l 妻睡翁ii i i ! 蠹曩参霍臻 热怒锑嘏利惩事；嗣 ；l 遭 ：一 ! i 、j、j 怒气鬏；瑟除尘警弱 ：i ； 一， 、7 二。“= 。“一：“! ：。l 揣” 僦一篇鞴黼僦黼躺黜蒜艘2 监# 一”嚣 n 璺 透墨 | 襄拳棼量母i 鸳；。i ? ，、：? ： i i 拳；j 图列 r - 一1 官轧 = i ，、 毫k g i l jt t 一醴 ，屯謇 女t q 女，t ”t t o 心蛳 t “枞# ，f 、采姓姑孵i 产纯缸牵“羞喜量 、n 一l # 女 i j；肇趣生l ，? 川； 太牙口县刈页达公司厂区平面布置图 图2 - 3 太和县顺达金属材料有限公司厂区平面布置图 2 2 5 项目产品质量标准 精铅产品质量符合g b 4 6 9 1 9 9 5 中p b 9 9 9 9 牌号要求，见表2 2 。 1 0 表2 - 2 精铅元素含量 2 2 6 项目所需原材料性质 本项目以废旧铅酸蓄电池为原料，按组成铅酸蓄电池的物质划分，整个铅 酸蓄电池由四类物质组成： ( 1 ) 正、负极格栅，各种连接头、条：化学成份为铅、铅一锑合金及铜等； ( 2 ) 正、负极填料：化学成份主要为铅的氧化物和铅的硫酸盐； ( 3 ) 物质：壳体为聚丙烯塑料或硬橡胶，隔板主要是聚氯烯塑料； ( 4 ) 电解液：一定浓度的硫酸溶液。 废电池拆解后产物成份见表2 。3 。 表2 - 3 废旧铅酸蓄电池拆解后产物成 产物产率( ) p b ( ) 其它金属 s b ( ) h 2 0 ( h 2 s 0 4 ) 栅板 填料( 铅泥) 壳体 隔板 2 2 7 主要技术经济指标 主要技术经济指标见表2 4 。 5 o h 蹦 8 7 甜 吖 一 一 8 o 叭 “ 一 0 0 5 5 加 如 如 弛 卯 侈 2 表2 - 4 主要技术经济指标 序号指标名称 单位指标 备注 一基本数据 生产规模 精铅 废塑料 硫酸钠 铁精砂 铜渣 原、辅材料 废旧铅酸蓄电池 硝酸钠 氢氧化钠 燃料、动力 电 水 燃煤 碱性废水 运输量 运入量 运出量 年工作日 劳动定员 厂区占地面积 总投资 建设投资 铺底流动资金 销售收入 总成本 利税总额 经济评价指标 财务内部收益率 财务净现值 投资回收期 投资利润率 盈亏平衡点 吨 吨 吨 n 屯 吨 吨 吨 n 屯 k w h 吨 吨 1 1 屯 吨 吨 天 人 田 万元 万元 万元 万元年 万元年 万元年 1 0 0 0 0 0