CN103471404B - 有色金属熔炼烟气余热及粉尘的回收利用装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种有色金属熔炼烟气余热及粉尘的回收利用装置。属于余热利用和废气处理的方法。余热回收装置和粉尘回收装置由逆流换热余热锅炉A、氮化硅多孔陶瓷过滤器、逆流换热余热锅炉B、逆流换热余热锅炉工质预热器、片式流道气体逆流换热器、袋式过滤除尘器、引风机；通过管线或管件连接而成，经余热及粉尘回收后的烟气去脱硫车间硫回收处理后，尾气达标排放；包括如下步骤：余热一级回收，高温烟气过滤除尘净化，余热二级回收、余热三级回收、四级余热回收、低温过滤除尘、硫回收处理，尾气达到国家排放标准。提供了一种余热回收效率高，粉尘回收完全，工艺控制简便、回收成本较低的有色金属熔炼烟气余热及粉尘的回收利用装置。
Description
技术领域
本发明是一种有色金属熔炼烟气余热及粉尘的回收利用装置。属于余热利用和废气处理的方法。
背景技术
有色金属冶炼过程消耗大量热能，来自燃煤、石油、油田气或者电能。在有色金属冶炼过程中，排放的烟气高达1000℃以上，带走的热量占金属冶炼总能耗的一半以上。其中温度高于1000℃的烟气余热占总烟气余热的52%，温度在600～1000℃之间的中高温余热占总烟气余热的26%，低于600℃的低温余热占总烟气余热的22%.因此，有色金属熔炼排放的烟气中携带的余热是宝贵的能源。有数据统计，在有色冶金行业的余热资源中，烟气余热资源占可利用的余热资源的80%以上。有色金属熔炼排放的烟气携带的热能的回收利用是金属冶炼企业节能降耗的重要环节。
现有技术中，有色金属冶炼烟气余热的回收利用，大都采用余热锅炉，只对高温烟气余热进行了回收利用，中低温余热还未被完全回收利用，因此，存在余热资源回收率较低。仍有部分余热随尾气排入大气。既浪费能源，又污染环境。
现有技术中的有色金属冶炼烟气中粉尘的回收方法，有干法收尘和湿法收尘。干法收尘回收粉尘使用较多，存在过程控制不稳定，烧坏布袋回收器，或者布袋堵塞的故障时有发生，而且能耗较高。
一种不仅回收高温余热，而且回收中低温余热，余热回收效率高，粉尘回收完全，而且设备投资省、工艺控制简便、回收成本较低的有色金属熔炼烟气余热及粉尘的回收利用装置，是人们所期待的。
发明内容
本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，而提供一种不仅回收高温余热，而且回收中低温余热，余热回收效率高，粉尘回收完全，而且设备投资省、工艺控制简便、回收成本较低的有色金属熔炼烟气余热及粉尘的回收利用装置。
本发明的目的可以通过如下措施来达到：
本发明的有色金属熔炼烟气余热及粉尘的回收利用装置，包括余热回收装置和粉尘回收装置，其特征在于所述余热回收装置和粉尘回收装置由逆流换热余热锅炉A（1）、氮化硅多孔陶瓷过滤器（2）、逆流换热余热锅炉B（3）、逆流换热余热锅炉工质预热器（4）、片式流道气体逆流换热器（5）、袋式过滤除尘器（6）、引风机（7）通过管线或管件连接而成，经余热及粉尘回收后的烟气去脱硫车间（8），硫回收处理后，尾气达标排放；
所述回收利用方法包括如下步骤：
①.余热一级回收
有色金属熔炼烟气进入逆流换热余热锅炉A（1），与锅炉内工质逆流换热，将其携带的高温热能传递给锅炉工质；烟气自身温度降低到≤700℃实现余热一级回收；
②.高温烟气过滤除尘净化
经步骤①余热一级回收后的烟气进入氮化硅多孔陶瓷过滤器（2），过滤除尘净化；
③.余热二级回收
经步骤②过滤除尘净化后的烟气进入逆流换热余热锅炉（3），与锅炉工质逆流换热，将其携带的热能传递给锅炉蒸发工质；烟气自身温度降低到≤400℃实现余热二级回收；
④.余热三级回收
经步骤③余热二次回收后的烟气进入逆流换热余热锅炉工质预热器（4），与逆流换热余热锅炉工质预热器（4）的工质逆流换热，将其携带的热能传递给锅炉工质预热器的工质；烟气自身温度降低到≤150℃实现余热三级回收；
⑤.四级余热回收
经步骤④余热三级回收后的烟气进入片式流道气体逆流换热器（5），将其携带的热能传递给室温空气，产生的热空气供热空气用户使用用，自身温度降低到≤70℃；
⑥.低温过滤除尘
经步骤⑤空气余热回收后的低温烟气，进入袋式过滤除尘器（6），进一步过滤除尘净化；烟气中粉尘98%以上被除去；
⑦.脱硫
经步骤⑤过滤除尘后的烟气送入脱硫车间（8）硫回收处理后，尾气达标排放。
从热力学的理论讲，最合理的换热方式是逆流换热，同样换热条件下，逆流换热可以实现均匀的温差，使得换热过程产生的不可逆损失小，因此换效率高。本发明的发明人采用逆流换热方式对于金属铜熔炼排放的烟气中携带的余热进行回收利用的技术方案，对于解决本发明要解决的技术问题，做出了突出的贡献。
多孔陶瓷耐高温、密度低、化学稳定性好，适用于高温流体过滤装置。尤其是氮化硅稳定的共价结构，赋予它熔点高、高温强度高、硬度高、弹性模量大、耐磨、热膨胀系数小、热稳定性好等诸多优异性能。因此，氮化硅多孔陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、抗热震、抗氧化、耐磨损等良好，本发明的技术方案中，选用的氮化硅多孔陶瓷过滤器，对完成本发明的任务产生了预想不到的技术效果。
本发明的目的还可以通过如下措施来达到：
本发明的有色金属熔炼烟气余热及粉尘的回收利用装置，其特征在于步骤②中采用的氮化硅多孔陶瓷过滤器（2），选用氮化硅、氧化铝和氧化钇组成的氮化硅泡沫陶瓷材料制造。三者的质量百分比组成为氮化硅：氧化铝：氧化钇＝90:2:8。
是一个优选的技术方案。
本发明的有色金属熔炼烟气余热及粉尘的回收利用装置，其特征在于步骤①、③、④中采用的余热回收装置逆流换热余热锅炉A（1）、逆流换热余热锅炉B（3）和逆流换热余热锅炉工质预热器（4）烟气与锅炉余热回收工质之间的换热采用双套管式逆流换热方式，或三套管式逆流换热方式；其中：
所述的双套管式逆流换热方式，换热装置由数根直径不同的二直管套装配置组合构成，烟气走中心管，余热回收工质走环隙管，二者流动方向相反，实现逆流换热；
所述的三套管式逆流换热方式，换热装置由直径不同的三直管套装配置构成，烟气走中心管和外环隙，余热回收工质走内环隙管，二者流动方向相反，实现逆流换热。
是优选的技术方案。
本发明的有色金属熔炼烟气余热及粉尘的回收利用装置，其特征在于步骤①、③、④中余热回收装置逆流换热余热锅炉A（1）、逆流换热余热锅炉B（3）和逆流换热余热锅炉工质预热器（4）烟气与锅炉余热回收工质之间的换热均采用双套管式逆流换热方式.换热装置由数根直径不同的二直管套装配置组合构成，烟气走中心管，余热回收工质走环隙管，二者流动方向相反，实现逆流换热。
是一个优选的技术方案。
本发明的有色金属熔炼烟气余热及粉尘的回收利用装置，其特征在于步骤①、③、④中采用的余热回收装置逆流换热余热锅炉A（1）、逆流换热余热锅炉B（3）和逆流换热余热锅炉工质预热器（4）烟气与锅炉工质之间的换热均采用三套管式逆流换热方式，换热装置由直径不同的三直管套装配置构成，烟气走中心管和外环隙，余热回收工质走内环隙管，二者流动方向相反，实现逆流换热。
是一个优选的技术方案。
本发明的有色金属熔炼烟气余热及粉尘的回收利用装置，其特征在于步骤①、③、④中采用余热回收装置逆流换热余热锅炉A（1）烟气与锅炉余热回收工质之间的换热均采用双套管式逆流换热方式；逆流换热余热锅炉B（3）和逆流换热余热锅炉工质预热器（4）烟气与锅炉工质之间的换热采用三套管式逆流换热方式。
是最优选的技术方案。
本发明的有色金属熔炼烟气余热及粉尘的回收利用装置，其特征在于步骤⑤片式流道气体逆流换热器（5），由多组流道片换热单元组成，每组流道片换热单元由通过共用换热板连接在一起的流道片A和流道片B组成，流道片A的一侧面的上端开有流道入口，另一相对的侧面下端开有流道出口；流道片B的一侧面的下端开有流道入口，另一相对的侧面上端开有流道出口；烟气和空气分别通过流道片A或流道片B，实现逆流换热。
片式流道气体逆流换热器换热效率高，经换热后的烟气温度下降到≤70℃，从根本上避免了袋式过滤除尘器被烧环的故障，使得袋式过滤除尘器在除尘工艺中，扬长避短，继续用于除尘工艺中。
本发明的有色金属熔炼烟气余热及粉尘的回收利用装置，其特征在于所述烟气温度≤1000℃的冶炼烟气携带的余热及粉尘的回收利用方法，所述步骤③.余热二次回收，省去不用。是优选的技术方案。
本发明的有色金属熔炼烟气余热及粉尘的回收利用装置，其特征在于所述余热锅炉工质或余热锅炉工质预热器的工质是水或者低沸点有机工质。
本发明的有色金属熔炼烟气余热及粉尘的回收利用装置的应用，其特征在于适用于废杂铜精炼生产工艺中排放的烟气携带的余热及粉尘的回收利用。
本发明的有色金属熔炼烟气余热及粉尘的回收利用装置的应用，其特征在于适用于铜、镍、铅、锌熔炼工艺生产装置中排放的烟气携带的余热及粉尘的回收利用。
本发明的有色金属熔炼烟气余热及粉尘的回收利用装置，相比现有技术能够产生如下预想不到的技术效果：
1.提供了一种不仅回收高温余热，而且回收中低温余热，余热回收效率高，粉尘回收完全，而且设备投资省、工艺控制简便的回收成本较低的有色金属熔炼烟气余热及粉尘的回收利用装置。
2.采用四级余热回收，烟气中携带的热量回收率≥95%.
3.采用氮化硅多孔陶瓷过滤器，实现了对于高温烟气的除尘净化，烟尘回收率≥90%，为后续热量回收和粉尘回收以及硫酸车间的正常运行提供了保证。
4.采用片式流道气体逆流换热器，经换热后的烟气温度下降到≤70℃，从根本上避免了袋式过滤除尘器被烧环的故障，使得袋式过滤除尘器在除尘工艺中，扬长避短，继续用于除尘工艺中。
5.经袋式过滤除尘器在≤70℃温度下除尘后，烟气中的粉尘除尘率达到98%以上，保证了脱硫车间硫回收工艺的有效正常运行。
6.余热回收率高，粉尘净化完全，排放尾气达到排放标准。为节约能源，保护环境做出了贡献。
附图说明
图1是本发明的有色金属熔炼烟气余热及粉尘的回收利用装置。工艺流程示意图。其中：
1.-逆流换热余热锅炉A
2.-氮化硅多孔陶瓷过滤器
3.-逆流换热余热锅炉B
4.-逆流换热余热锅炉工质预热器
5.-板式逆流空气换热器
6.-袋式过滤除尘器
7.-引风机
8.-脱硫车间
具体实施方式
本发明下面将结合实施例作进一步详述：
实施例1
一种本发明的有色金属铜熔炼烟气余热及粉尘的回收利用方法
包括余热回收装置和粉尘回收装置，其特征在于所述余热回收装置和粉尘回收装置由逆流换热余热锅炉A（1）、氮化硅多孔陶瓷过滤器（2）、逆流换热余热锅炉B（3）、逆流换热余热锅炉工质预热器（4）、片式流道气体逆流换热器（5）、袋式过滤除尘器（6）、引风机（7）通过管线或管件连接而成，经余热及粉尘回收后的烟气去硫酸车间（8）脱硫处理后，尾气达标排放；
所述回收利用方法包括如下步骤：
①.余热一级回收
来自铜精炼炉的1400℃的烟气进入逆流换热余热锅炉A（1），与锅炉内工质逆流换热，将其携带的高温热能传递给锅炉工质；烟气自身温度降低到≤700℃实现余热一级回收；在逆流换热余热锅炉A（1）中，烟气与锅炉余热回收工质之间的换热采用双套管式逆流换热方式.换热装置由数根直径不同的二直管套装配置组合构成，烟气走中心管，余热回收工质走环隙管，二者流动方向相反，实现逆流换热。
②.高温烟气过滤除尘净化
经步骤①余热一级回收后的烟气进入氮化硅多孔陶瓷过滤器（2），过滤除尘净化；采用的氮化硅多孔陶瓷过滤器（2），选用氮化硅、氧化铝和氧化钇组成的氮化硅泡沫陶瓷材料制造。三者的质量百分比组成为氮化硅：氧化铝：氧化钇＝90:6:4。
③.余热二级回收
经步骤②过滤除尘净化后的烟气进入逆流换热余热锅炉（3），与锅炉工质逆流换热，将其携带的热能传递给锅炉蒸发工质；烟气自身温度降低到≤400℃实现余热二级回收；在逆流换热余热锅炉（3）中，烟气与锅炉余热回收工质之间的换热采用双套管式逆流换热方式.换热装置由数根直径不同的二直管套装配置组合构成，烟气走中心管，余热回收工质走环隙管，二者流动方向相反，实现逆流换热。
④.余热三级回收
经步骤③余热二次回收后的烟气进入逆流换热余热锅炉工质预热器（4），与逆流换热余热锅炉工质预热器（4）的工质逆流换热，将其携带的热能传递给锅炉工质预热器的工质；烟气自身温度降低到≤150℃实现余热三级回收；在逆流换热余热锅炉工质预热器（4）中，烟气与锅炉余热回收工质之间的换热采用双套管式逆流换热方式.换热装置由数根直径不同的二直管套装配置组合构成，烟气走中心管，余热回收工质走环隙管，二者流动方向相反，实现逆流换热。
⑤.四级余热回收
经步骤④余热三级回收后的烟气进入片式流道气体逆流换热器（5），将其携带的热能传递给室温空气，产生的热空气供铜精制氧化阶段利用，自身温度降低到≤70℃；片式流道气体逆流换热器（5）由多组流道片换热单元组成，每组流道片换热单元由通过共用换热板连接在一起的流道片A和流道片B组成，流道片A的一侧面的上端开有流道入口，另一相对的侧面下端开有流道出口；流道片B的一侧面的下端开有流道入口，另一相对的侧面上端开有流道出口；烟气和空气分别通过流道片A或流道片B，实现逆流换热。
⑥.低温过滤除尘
经步骤⑤空气余热回收后的低温烟气，进入袋式过滤除尘器（6），进一步过滤除尘净化；
⑦.脱硫
经步骤⑤过滤除尘后的烟气送入脱硫车间（8）硫回收处理后，尾气达标排放。
烟气中携带的热量回收率≥95%.，烟尘回收率≥98%。
实施例2
一种本发明的有色金属铜熔炼烟气余热及粉尘的回收利用方法
按照实施例1的方法和步骤，不同之处在于:
①.烟气温度1350℃
②.步骤①、③、④中采用的余热回收装置逆流换热余热锅炉A（1）、逆流换热余热锅炉B（3）和逆流换热余热锅炉工质预热器（4）烟气与锅炉工质之间的换热均采用三套管式逆流换热方式，换热装置由直径不同的三直管套装配置构成，烟气走中心管和外环隙，余热回收工质走内环隙管，二者流动方向相反，实现逆流换热。
烟气中携带的热量回收率≥97%.，烟尘回收率≥98%。
实施例3
一种本发明的有色金属铜熔炼烟气余热及粉尘的回收利用方法
按照实施例1的方法和步骤，不同之处在于:逆流换热余热锅炉A（1）烟气与锅炉余热回收工质之间的换热均采用双套管式逆流换热方式；
①.烟气温度1400℃
②.逆流换热余热锅炉B（3）和逆流换热余热锅炉工质预热器（4）烟气与锅炉工质之间的换热采用三套管式逆流换热方式。
烟气中携带的热量回收率≥96%.，烟尘回收率≥98%。
实施例4
一种本发明的有色金属镍熔炼烟气余热及粉尘的回收利用方法
按照权利要求1的方法和步骤。不同之处是：处理烟气来自有色金属镍熔炼工艺生产装置中排放的烟气，烟气温度1380℃。
烟气中携带的热量回收率≥96%.，烟尘回收率≥98%。
实施例5
一种本发明的有色金属铅熔炼烟气余热及粉尘的回收利用方法
按照权利要求1的方法和步骤，采用实施例2的换热方式。不同之处是：处理烟气来自有色金属铅熔炼工艺生产装置中排放的烟气，烟气温度1350℃。
烟气中携带的热量回收率≥97%.，烟尘回收率≥98%。
实施例6
一种本发明的有色金属锌熔炼烟气余热及粉尘的回收利用方法
按照权利要求1的方法和步骤，采用实施例3的换热方式。不同之处是：处理烟气来自有色金属锌熔炼工艺生产装置中排放的烟气，烟气温度1300℃。
烟气中携带的热量回收率≥96%.，烟尘回收率≥98%。
Claims (7)
1.一种有色金属熔炼烟气余热及粉尘的回收利用装置，包括余热回收装置和粉尘回收装置，其特征在于所述余热回收装置和粉尘回收装置由逆流换热余热锅炉A(1)、氮化硅多孔陶瓷过滤器(2)、逆流换热余热锅炉B(3)、逆流换热余热锅炉工质预热器(4)、片式流道气体逆流换热器(5)、袋式过滤除尘器(6)、引风机(7)通过管线或管件连接而成，经余热及粉尘回收后的烟气去脱硫车间(8)，硫回收处理后，尾气达标排放；
所述回收利用方法包括如下步骤：
①.余热一级回收
有色金属熔炼烟气进入逆流换热余热锅炉A(1)，与锅炉内工质逆流换热，将其携带的高温热能传递给锅炉工质；烟气自身温度降低到≤700℃实现余热一级回收；
②.高温烟气过滤除尘净化
经步骤①余热一级回收后的烟气进入氮化硅多孔陶瓷过滤器(2)，过滤除尘净化；
③.余热二级回收
经步骤②过滤除尘净化后的烟气进入逆流换热余热锅炉B(3)，与锅炉工质逆流换热，将其携带的热能传递给锅炉蒸发工质；烟气自身温度降低到≤400℃实现余热二级回收；
④.余热三级回收
经步骤③余热二次回收后的烟气进入逆流换热余热锅炉工质预热器(4)，与逆流换热余热锅炉工质预热器(4)的工质逆流换热，将其携带的热能传递给锅炉工质预热器的工质；烟气自身温度降低到≤150℃实现余热三级回收；
⑤.四级余热回收
经步骤④余热三级回收后的烟气进入片式流道气体逆流换热器(5)，将其携带的热能传递给室温空气，产生的热空气供热空气用户使用用，自身温度降低到≤70℃；
⑥.低温过滤除尘
经步骤⑤空气余热回收后的低温烟气，进入袋式过滤除尘器(6)，进一步过滤除尘净化；烟气中粉尘98％以上被除去；
⑦.脱硫
经步骤⑤过滤除尘后的烟气送入脱硫车间(8)硫回收处理后，尾气达标排放；
其中：
A.步骤①、③、④中采用的余热回收装置逆流换热余热锅炉A(1)、逆流换热余热锅炉B(3)和逆流换热余热锅炉工质预热器(4)烟气与锅炉余热回收工质之间的换热采用双套管式逆流换热方式，或三套管式逆流换热方式；其中：
所述的双套管式逆流换热方式，换热装置由数根直径不同的二直管套装配置组合构成，烟气走中心管，余热回收工质走环隙管，二者流动方向相反，实现逆流换热；
所述的三套管式逆流换热方式，换热装置由直径不同的三直管套装配置构成，烟气走中心管和外环隙，余热回收工质走内环隙管，二者流动方向相反，实现逆流换热；
B.步骤②中采用的氮化硅多孔陶瓷过滤器(2)，选用氮化硅、氧化铝和氧化钇组成的氮化硅泡沫陶瓷材料制造，三者的质量百分比组成为氮化硅：氧化铝：氧化钇＝90:2:8；
C.步骤⑤片式流道气体逆流换热器(5)，由多组流道片换热单元组成，每组流道片换热单元由通过共用换热板连接在一起的流道片A和流道片B组成，流道片A的一侧面的上端开有流道入口，另一相对的侧面下端开有流道出口；流道片B的一侧面的下端开有流道入口，另一相对的侧面上端开有流道出口；烟气和空气分别通过流道片A或流道片B，实现逆流换热。
2.按照权利要求1所述的有色金属熔炼烟气余热及粉尘的回收利用装置，其特征在于步骤①、③、④中余热回收装置逆流换热余热锅炉A(1)、逆流换热余热锅炉B(3)和逆流换热余热锅炉工质预热器(4)烟气与锅炉余热回收工质之间的换热均采用双套管式逆流换热方式,换热装置由数根直径不同的二直管套装配置组合构成，烟气走中心管，余热回收工质走环隙管，二者流动方向相反，实现逆流换热。
3.按照权利要求1所述的有色金属熔炼烟气余热及粉尘的回收利用装置，其特征在于步骤①、③、④中采用的余热回收装置逆流换热余热锅炉A(1)、逆流换热余热锅炉B(3)和逆流换热余热锅炉工质预热器(4)烟气与锅炉工质之间的换热均采用三套管式逆流换热方式，换热装置由直径不同的三直管套装配置构成，烟气走中心管和外环隙，余热回收工质走内环隙管，二者流动方向相反，实现逆流换热。
4.按照权利要求1所述的有色金属熔炼烟气余热及粉尘的回收利用装置，其特征在于步骤①、③、④中采用余热回收装置逆流换热余热锅炉A(1)烟气与锅炉余热回收工质之间的换热均采用双套管式逆流换热方式；逆流换热余热锅炉B(3)和逆流换热余热锅炉工质预热器(4)烟气与锅炉工质之间的换热采用三套管式逆流换热方式。
5.按照权利要求1所述的有色金属熔炼烟气余热及粉尘的回收利用装置，其特征在于所述烟气温度≤1000℃的冶炼烟气携带的余热及粉尘的回收利用方法，所述步骤③余热二次回收，省去不用。
6.按照权利要求1所述的有色金属熔炼烟气余热及粉尘的回收利用装置，其特征在于所述余热锅炉工质或余热锅炉工质预热器的工质是水或者低沸点有机工质。
7.权利要求1所述的有色金属熔炼烟气余热及粉尘的回收利用装置的应用，其特征在于适用于铜、镍、铅、锌熔炼工艺生产装置中排放的烟气携带的余热及粉尘的回收利用。
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