建材科技—工业硅冶炼电炉烟气净化技术

    工业硅冶炼电炉烟气净化技术 内容提要：工业硅冶炼电炉烟气净化技术难度大，治理困难，对工业硅电炉烟气净化技术进行研究刻不容缓。本文介绍了工业硅电炉冶炼烟气的性质和特点，烟气治理的设备工艺和技术方法。进入滤袋前的烟气降温是工业硅冶炼烟气治理技术的关键问题。关键词：工业硅 冶炼 烟气净化一、 前言 工业硅又称结晶硅或金属硅。工业硅是一种高耗能，高污染的冶炼产品。我国目前工业硅生产技术大多采用苏联50年代工艺技术，产品质量低，消耗高、污染严重，市场无竞争能力。近年来，各级政府认真贯彻国家宏观调控政策，牢固树立科学的发展观，对于浪费资源，污染环境的企业进行清理整治，促进了工业硅冶炼企业进行环保治理工作。但是，近两年笔者到过国内近百家企业进行考察，大都没有采取环保治理措施，有的企业被政府环保部门下令停产治理，促进了部分企业进行烟气净化治理，在治理过程中，由于对工业硅烟气治理技术缺乏系统研究，使得工业硅烟气治理技术效果不佳，有的厂家6300KVA电炉投资200多万元搞烟气净化，经生产实践无法达到排放标准，且投资大，设备维修困难，耗电量大，造成资源的极大浪费。因此，对工业硅电炉烟气治理回收进行经济技术研究工作刻不容缓。笔者对工业硅烟气的性质进行分析，认真对国内外治理技术进行比较，请教在国外的老师，引用其他行业的先进技术原理，研究出一套较适合我国的中小型工业硅厂家的投资少，设备简单，耗电少，操作维修方便，净化效果好的电炉烟气温度，采用大布袋除尘器。6300KVA电炉烟气粒，降低烟气温度，采用大布袋除尘器。6300KVA电炉烟气净化投资，一般投资134～150万元，可以完全达到排放标准。二、 工业硅冶炼原理 工业硅冶炼是用硅石和炭质原料在电弧炉中靠电弧放电作用，把电能转变成热能，供给加热熔炼物料所需的热生产的，炼硅的过程是无渣过程。在工业硅冶炼过程中，应严格保持炉料中碳与二氧化硅的分子比等于2。这样在冶炼过程中就不会出现剩余SiC和SiO2，可保证冶炼过程中有高的硅产出率。正确的配料是保证炉况稳定的先决条件。炉料配比应根据化学成分、粒度、含水量及炉况经计算及经验而定。电炉生产工业硅时，炉况容易被动，较难控制。因此，必须正确判断，及时处理。炉况正常的标志是：电极深而稳地插入炉料，电流电压稳定，炉内电弧声响低而稳，冒火区域大而均匀，炉料透气性好，料面松软而有一定的烧结性，各处炉料烧空程度相差不大，焖烧时间稳定，基本上无刺火踏料现象，电炉烟气量小，消耗低。出硅时，炉眼好开，流头开始较大，然后均匀变小，产品质量稳定，经济效果较佳。 三、 电炉烟气产生的原因 还原电炉是工业硅的主要冶炼设备，其主要原料是硅矿石和炭质还原剂。原料入炉后，在矿热炉高达摄氏2000多度的高温下，呈还原反应，工业硅冶炼产生烟气是必然的。冶炼过程中的烟气其主要参数有烟气量、温度、含尘量、化学成分等。参数值的波动主要受冶炼炉况和半封闭烟罩操作门开闭状况的影响。当出现刺火和踏料时，烟气量将大幅度上升，烟气温度可上升到600～900℃。电炉烟气量还与采用的还原剂种类有关。工业硅烟气的主要部分由无定形二氧化硅组成。有关资料表明，大部分粉尘的直径为0.25um，并由球形微粒和这些微粒的球团组成，气流中的部分粉尘尺寸小于1um，平均直径为0.4um～0.5um。粉尘的化学组成（％）为；SiO2占90.6～94.1；MgO占0.18～0.34；CaO占0.37～1.34；Fe2O3占0.14～0.30；Al2O3占0.11～1.00；P2O3占0.11～0.20；Na2O占0.06～0.14；C总占6.17～6.50。当炉料中有木炭（特别是木屑）时，未燃尽的小炭块和小木片会从炉面逸出并在烟气流中燃烧。烟尘的湿润性布好，电阻系数高，容易结团。由于烟尘的分散性高容易堵住过滤材料的孔，降低其透气性，过滤材料的表面会形成流体阻力很高的厚而致密的烟尘层。 工业硅电炉烟尘混合物的组成和物理化学性质决定着它的过滤性。气相的主要组分是空气，它是经过炉罩上的开口被吸入路面上热对流中去的。烟气中含有少量炉料中碳质物燃烧的产物：CO2低于2％，CO约10mg/m＆sup3；。气体中SO2的含量不大于5mg/m＆sup3；。烟尘混合物的温度为100～250℃。电炉烟气温度取决于炉子的容量、炉料组成、路面状态和加料周期。烟尘混合物的温度在很大程度上决定了风机的排气量。 四、 工业硅电炉烟气的净化技术 工业硅电炉烟气净化，『挪威』埃尔肯姆公司从1950年就从事研究，并与1966年购买一台静电除尘器，除尘效率低，由于二氧化硅粉电阻系数大，不能采用静电除尘器。经20多年的研究实践，从1975年开始设计埃尔肯姆袋室除尘器。除尘器是正压式，分成许多隔室。布袋的清洗用反吹风方法进行。其特点是投资大，工艺复杂，耗电量大，维护保养困难。我国民和镁厂，4台6300KVA工业硅电炉于1994年12月采用了正压大布袋除尘器，取得了较好的效果。2001年吉林翔豪实业股份公司由沈阳铝镁设计院引进挪威埃尔肯姆公司的净化技术进行设计，四台6300KVA矿热炉烟气净化投资高达2600万元，于2002年12月12日建成运行。贵州某厂2台6300KVA的工业硅电炉投资220万元，进行净化处理未达到排放标准。目前，我国工业硅厂家大多以小公司或个人投资为主，现在主要以6300KVA工业硅冶炼炉居多，工厂规模小，生产分散。如都采用埃尔肯姆公司的技术方法，投资大，维修困难，采用其它方法效果差。结合我国目前工业硅厂家的实际情况，从经济技术效益的角度，根据工业硅冶炼烟气的特性，研究出投资少，设备简单，操作维修方便，净化效果豪的烟气净化技术，具有现实意义。 1、 工业硅电炉烟气的特点 一是烟气量和热含量大，烟气带走的热量约为输入能量的33％；二是烟尘极细，小于1um的占90％左右，且烟尘容量较轻，仅为200kg/m＆sup3；；三是烟尘的主要成分为SiO2。 2、 烟气净化回收工艺 电炉的除尘装置系统为：将来自工业硅生产电炉的烟气，在离心式主风机的抽吸作用下，烟气由半封闭式电炉内引出，沿着烟道首先进入一个二次燃烧室及预除尘器；把粗粒和火星分离开来，使其烟尘充分燃烧，燃烧后的烟气进入一个热交换器降低烟气温度，然后用风机送入袋式除尘器，粉尘滞留在滤袋里，净化的烟气经除尘器顶部排入大气，灰斗下的微粉由人工或机械入袋输出。其工艺流程图如下： 3、 烟气净化技术工业硅电炉的烟气治理，目前各级政府高度重视，各厂家急需解决的首要问题。一谈到烟气治理，大家就想到先进的治理技术和投资，如何去治理的问题。根据多年的生产实践经验证明，烟气量产生的大小与厂家的技术和管理关系很大。生产技术稳定、管理先进的企业，产品质量高，消耗低，除尘效果好，排放达标。技术管理差的企业，产品质量差，消耗高，污染严重。在生产过程中，除设备结构影响外，生产操作技术的控制直接影响电炉烟气量的大小。目前研究回收一吨硅微粉价值的人多，研究在炉内变成一吨硅价值多少的人少。要解决工业硅厂家的经济技术问题，彻底治理烟气，提高经济社会效率，其措施是：（1） 减少烟气量，提高生产操作技术水平。操作技术不当是造成烟气量增大的主要原因。大多厂家存在的问题是电炉结构参数不匹配，高电压、高产量、超负荷错误用电造成了严重刺火，配比不严格，冶炼方法不当造成严重的刺火。工业硅熔炼是在电炉埋弧状态下连续进行的。操作中要做到闭弧操作，适时加料和捣炉，调整炉料电阻和电流电压的比值。闭弧操作的优点是：炉内料层结构能形成一个完整的体系，炉料依次下沉；弧光不外露，保持高炉温；电极消耗平衡稳定，避免发生电极折断；料面温度较低，提高电炉设备的利用率；粉尘量较少，可使电炉操作有一个较好的环境。无论电炉容量大小，都能做到闭弧操作，这是减少烟气量，提高硅回收率，降低消耗，解决操作和烟尘净化之间恶性循环的重要措施。（2） 烟气净化设备的选择。熔炼一吨工业硅约产生2000－2600立方米的烟气，经炉口燃烧后混入大量冷空气，硅微粉在空气中停留时间长，不易沉降，比电阻大，硅粉带油性，粘度随温度的增高而增大。因此，要净化收集硅微粉，就要必须对烟气进行二次燃烧降温和预除尘等一系列处理。6300KVA电炉的二次燃烧室选择25－30立方米；预除尘器采用二级旋风除尘器；热交换器采用循环给水控制；风机功率选用180－250KVA；除尘器采用正压大布袋除尘器，设备根据实际情况，大多采用非标准件。（3） 净化原理。采用火花捕集装置进行充分燃烧，将未燃尽带有火花的炭粒收集下来，消除了火花烧坏滤袋的可能性，在旋风除尘器中将一些粗大颗粒分离出来，减少粉尘量；通过热交换器进行降温，降低硅尘粘度，然后用风机送入袋式除尘器，硅尘在布袋内过滤，滤后的纯净气体排空。（4） 投资估算：总的投资费用包括钢制烟道、二次燃烧室、换热器、滤袋室、滤袋、辅助设备和土建工程。以6300KVA工业硅炉为例，一般投资只需160--180万元左右，设备主要有一台高温引风机1台，180－250KVA功率电机。其他设施根据现场实际，采用砖混结构和非标准钢制，建设周期2个月－3个月。五、 结语 根据工业硅冶炼产生的烟气性质和特点，工业硅生产烟气的净化主要考虑两方面的因素：一是提高工业硅冶炼的操作技术，稳定炉况，减少气体量；二是选择合理的烟气净化工艺和设备。它可以减少烟尘量，提高除尘效率。为了显著减少烟气量，要采用闭弧冶炼操作技术，炉子必须密封，烟气净化进入布袋前必须冷却烟气，这是工业硅烟气治理技术的关键问题。