硅鐵爐煙氣調(diào)研

硅鐵爐煙氣調(diào)研硅鐵冶煉原理硅鐵是用帶埋弧電極的電弧爐生產(chǎn)的?；旌衔餇t料主要由硅石、鐵屑和作為還原劑的焦炭組成。反應(yīng)產(chǎn)物為硅鐵、一氧化碳、其他各種揮發(fā)物質(zhì)、水蒸氣和一氧化硅氣休。二氧化硅還原生產(chǎn)硅鐵合金的主要反應(yīng)式為：SiO2+2C=Si+2CO可能發(fā)生的中間反應(yīng)有：SiO2+=SiO+COSiO2+Si=2SiO2SiO2=2O+O2SiO+C=Si+COSiO2+3C=SiC+2COSiO+SiC=2Si+CO硅鐵冶煉工藝流程：硅鐵冶煉即是用焦炭中的碳還“原硅石中的Si的基本反應(yīng)。實(shí)際生產(chǎn)過程中，采用礦熱爐內(nèi)高溫條件，以焦炭中的碳奪取SiO2中的氧，生成氣態(tài)的CO通過料層從爐口逸出把硅還原出來。反應(yīng)式如下：SiO2+2C=Si+2CO(1-1)本式是吸熱反應(yīng)。提高爐溫可以加速反應(yīng)的進(jìn)行。反應(yīng)的理論開始還原溫度為1663°C,即當(dāng)溫度達(dá)到1663°C時(shí)1-1反應(yīng)才開始進(jìn)行。Fe有促進(jìn)SiO2還原作用：在有鐵存在的條件下，1-1式還原出來的硅與鐵按下式反應(yīng)生產(chǎn)硅化鐵：Fe+Si=FeSi(1-2)生成硅化鐵的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，因?yàn)殍F能降低Sio2還原反應(yīng)的理論開始反應(yīng)溫度，并改善的還原條件，所以Fe有促進(jìn)SiO2還原作用。冶煉的硅鐵含硅越低，SiO2被還原的理論開始溫度也就越低。也就是說硅鐵的牌號(hào)越低，理論還原溫度越低。相反，生產(chǎn)中硅含量越高，開始還原的溫度越高，還原單位硅鐵所笑傲的熱量增加，電耗升高。SiO2被還原的順序是：SiO2-SiO-Si，隨著開始反應(yīng)為年度的升高，SiO在高溫下是氣態(tài)，溫度升高使其獲得的動(dòng)能增大，特別是刺火嚴(yán)重時(shí)，揮發(fā)量很大，造成材料消耗和能耗增大。產(chǎn)品增加1%的硅含量，每噸產(chǎn)品多還原10kg硅，不但還原需要的能量增加了，而且由于開始還原為年度提高，加大了與外界溫度梯度，增加了散熱損失。理論表明，硅標(biāo)號(hào)每上升1%，理論冶煉電耗升高月100kw.h/噸。在1700°C以上溫度時(shí)，大部分SiO揮發(fā)到焦炭氣孔中，廣泛的和碳接觸并作用，按下式反應(yīng)：SiO+C=Si+CO(1-3)反應(yīng)還原成硅，其中大部分硅與鐵形成硅鐵，少部分的硅在高溫區(qū)與SiO2作用，按下式反應(yīng):SiO2+Si=2SiO（1-4）然后SiO又和碳進(jìn)行反應(yīng)生成Si,結(jié)果反應(yīng)連續(xù)不斷地進(jìn)行。由此可知SiO不但是中間產(chǎn)物，同時(shí)它還可促進(jìn)反應(yīng)加速進(jìn)行。在較低溫度下，焦炭加入量過多時(shí)，SiO2還原的反應(yīng)生成中間產(chǎn)物SiC，生成的SiC在有鐵存在時(shí)，可以在較低溫度下被鐵破壞，生成硅化鐵。在高溫下，SiC則與SiO作用破壞，生成Si，見反應(yīng)式1-5。2SiC+SiO2=3Si+2CO（1-5）經(jīng)反應(yīng)式（1-6），（1-7）得FeSi，F(xiàn)eSi沉積于熔池中，反應(yīng)連續(xù)不斷低進(jìn)行下去。因此，SiC促進(jìn)還原反應(yīng)的加速進(jìn)行。SiC+SiO=2Si+CO（1-6）；Fe+Si=FeSi（1-7）綜上，硅石中的SiO2用碳還原生成硅鐵，要按以下兩條路線，一條是先生成中中間產(chǎn)物SiO,然后再被C還原生成Si，Si和鐵結(jié)合成硅鐵；另一條是先生稱中間產(chǎn)物SiC，SiC被鐵破壞直接生成FeSi，或者是SiC被SiO2或SiO破壞，生成硅，硅和鐵結(jié)合生成硅鐵。硅鐵冶煉原材料a）硅石硅石中雜志含量要低。硅石中雜志主要指A12O3、MgO、CaO、P2O5，這些雜志都是成渣物質(zhì)，不利于硅鐵生產(chǎn)的順行。因此，為確保產(chǎn)奧球硅石中品質(zhì)量和生產(chǎn)順行Al2O3含量必須小于0.5%，MgO和CaO喊來那個(gè)之和小于1%硅石中要有良好的抗爆性能。硅石在升溫過程中，因晶型轉(zhuǎn)變及失水，可能出現(xiàn)碎裂，將嚴(yán)重惡化料面的透氣性。硅石入爐時(shí)要有一定的粒度。硅石粒度過小，會(huì)含有較多的雜質(zhì)，也會(huì)嚴(yán)重影響料面的透氣性；硅石粒度過大，易造成爐料分層，延緩爐料的融化和還原反應(yīng)速度。一般要求12500KV.A礦熱爐中入爐硅石粒度為80-120mm。b）碳質(zhì)還原劑（焦炭）焦炭中固定碳含量大于82%?；曳郑ˋ）要低。一般要求小于8%。焦炭中灰分過高，易使?fàn)t內(nèi)料面渣化燒結(jié)，影響料面透氣性。焦炭中的灰分還是爐內(nèi)渣量增加，爐渣變粘的重要原因。揮發(fā)分（V）6-12%.揮發(fā)分高的焦炭，一般來說機(jī)械強(qiáng)度低，同時(shí)在加熱過程中，揮發(fā)分易于外逸，從保證焦炭有較高的固定碳和機(jī)械強(qiáng)度角度考慮，應(yīng)要求焦炭的揮發(fā)分低一些。但考慮到揮發(fā)分高的焦炭，其比電阻通常都高。因此揮發(fā)分一般不予限制。水分要低。焦炭中水分含量的波動(dòng)是造成爐況波動(dòng)和惡化的中國(guó)要原因，為此要求焦炭中的要穩(wěn)定，且水分小于8%為宜。比電阻要高反應(yīng)能力要強(qiáng)。比電阻要高：在冶煉過程中，爐內(nèi)保存有足夠大的高溫區(qū)是爐況順行和取得良好技術(shù)指標(biāo)的重要條件。而爐內(nèi)高溫區(qū)的大小，在很大程度上取決于電極的插入深度。爐料電阻，特別是焦炭的比電阻是影響電極插入深度的一個(gè)重要原因。比電阻大，電極插的深而穩(wěn)，由此可擴(kuò)大坩蝸區(qū)，熱損失小；粒度小，比電阻大，主要與本身的結(jié)構(gòu)與種類有關(guān)。粒度組成合適。焦炭的粒度組成是影響爐料比電阻和透氣性的重要因素。粒度大的焦炭比電阻低，反應(yīng)表面小，還原能力較低，加入爐內(nèi)時(shí)爐料的導(dǎo)電性強(qiáng)，電極下插困難，熱損失增加。粒度小的焦炭比電阻高，反應(yīng)表面大，加入爐內(nèi)時(shí)有利于電極深插，也有iyu還原反應(yīng)進(jìn)行。但是，粒度過小的焦炭入爐時(shí)，易使料面燒結(jié)透氣性變壞，燒損嚴(yán)重，因此，要求12500KV.A礦熱爐中焦炭粒度要求5-15mm，新疆焦炭的粒度要求為3-15mm，機(jī)械強(qiáng)度要高。焦炭機(jī)械強(qiáng)度低，不但由于破碎損失大，使產(chǎn)品成本增加，而且入爐后會(huì)繼續(xù)碎裂，影響料面的透氣性。c）鐵質(zhì)材料生產(chǎn)硅鐵時(shí)，含鐵料是硅鐵成分的調(diào)節(jié)劑，含鐵料有促進(jìn)SiO2被還原的作用，要求球團(tuán)含鐵量大于60%；鋼屑必須是純碳素鋼屑，不能夾雜外來雜物，含鐵量應(yīng)大于95%。硅鐵煙氣特點(diǎn)硅鐵爐在冶煉生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生大量夾帶微細(xì)塵粒的高溫?zé)煔狻Ｉa(chǎn)1噸75%硅鐵，理論上大約產(chǎn)生1500?2000Nm3爐氣，煙氣中主要成分是N2、02、C02、h2o，由于空氣過剩系數(shù)很大，因此基本接近空氣成分。煙氣中S02含量依據(jù)原料中帶入的硫量而定，主要決定于還原劑的含硫量。1噸75%硅鐵原料帶入的硫量一般在5-10kg左右，其中90%燃燒成S02后進(jìn)入煙氣，在半封閉電爐中煙氣含硫量一般在。0.1?lg/Nm3左右。煙氣中的煙塵主要由兩部分組成，一部分是爐料的機(jī)械吹出物，主要是焦粉和煤粉；另一部分是硅石中的SiO2被還原形成的氣態(tài)SiO，這些SiO本應(yīng)繼續(xù)被還原成硅，形成硅鐵，但實(shí)際上總有一部分逸出料面，被空氣中氧再氧化成SiO，形成無晶形的極細(xì)顆粒，被煙氣帶出爐外，這兩部分煙塵前者約占10%?20%，后者約占80%-90%，硅鐵的煙塵量取決于冶煉過程中硅的回收率，在正常情況下，硅回收率為85%-90%時(shí)，l噸硅鐵約產(chǎn)生200?300kg粉塵，當(dāng)電爐刺火時(shí)Si回收率下降，粉塵量就會(huì)急劇增加。粉塵平均粒徑為0.1um，都是無晶硅的氧化物。真比重僅為2.23g/cm3，比表面積達(dá)20m2/g，比電阻為1.3X1013Q?cm由此歸納起來，硅鐵電爐煙氣煙塵的特點(diǎn)是：煙氣量大，為了減少煙氣量必須提高煙氣溫度，因此在除塵前必須有降溫手段。煙氣熱含量大，1噸75%硅鐵煙氣中含熱量相當(dāng)于輸入的電量，因此回收余熱的潛在能量很大。煙塵細(xì)，比電阻高。必須使用高效率的除塵器，才能達(dá)到除塵的目的。硅鐵煙氣處理措施一般硅鐵煙氣的溫度在375-600°C之間，大多為450°C左右，煙氣中煙(粉)塵的含量為5?8g/m3,一般有濕法凈化和干法凈化兩種處理方式。濕法凈化裝置一高能洗滌器或文丘里洗滌器，雖然設(shè)備簡(jiǎn)單、投資省，但主要存在動(dòng)力消耗大(約為袋式除塵器的3~6倍)，水處理系統(tǒng)很復(fù)雜，而且處理下來的粉塵無法利用。干法凈化一般用電除塵和布袋除塵，電除塵主要問題是，徽硅粉塵比電阻高達(dá)1.3X1013Q?cm，必須往煙氣中加水將濕度調(diào)到20%，使比電阻降到9X1011Q?cm時(shí)才能達(dá)到除塵效果，由此又帶來酸腐蝕和水處理的問題，而且投資昂貴。因此，國(guó)外幾乎全部是采用濾袋除塵技術(shù)。所以，對(duì)于硅鐵爐煙氣一般采用空冷+旋風(fēng)除塵器+布袋除塵器的方式進(jìn)行處理。硅鐵爐煙氣凈化系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，含塵煙氣由矮煙罩通過風(fēng)管引至自然空冷器，將煙溫從450C冷卻至250C以下，然后進(jìn)入旋風(fēng)除塵器，將煙氣中的大顆粒粉塵和帶有火星碳粒除掉，以防燒壞布袋和提高硅微粉的品位。再進(jìn)入布袋除塵器過濾，含塵煙氣經(jīng)玻纖覆膜濾料過濾后可做到達(dá)標(biāo)排放。為保證袋式除塵器的安全運(yùn)行，一般在風(fēng)機(jī)入口前管道上設(shè)自動(dòng)混風(fēng)閥，此閥與除塵器入口溫度測(cè)點(diǎn)聯(lián)鎖，當(dāng)溫度大于250°C時(shí)閥門自動(dòng)開啟，混入冷風(fēng)降低煙氣溫度，以確保除塵器安全運(yùn)行。硅鐵爐的煙氣處理系統(tǒng)還分為正壓式和負(fù)壓式，正壓式即系統(tǒng)主風(fēng)機(jī)安裝在布袋除塵器前，煙氣經(jīng)處理后直接由布袋除塵器袋室的頂端排放；負(fù)壓除塵方式即風(fēng)機(jī)安裝在布袋除塵器之后，煙氣最終經(jīng)煙囪排放。兩種除塵方式各有利弊，其中正壓式除塵器系統(tǒng)阻力小，漏風(fēng)率相對(duì)較低，對(duì)硅鐵爐煙氣的收集效率較好，硅鐵爐生產(chǎn)時(shí)車間無組織粉塵排放相對(duì)較小，但處理后的煙氣直接經(jīng)布袋除塵器袋室的頂端排放，不利于污染源的監(jiān)測(cè)和管理;采用負(fù)壓式除塵方式，煙氣經(jīng)處理后通過煙囪排放，有利于污染源的規(guī)范管理和對(duì)廢氣的取樣監(jiān)測(cè)，但是其系統(tǒng)運(yùn)行阻力較大，運(yùn)行電耗高，不利于節(jié)能。總之兩種處理方式各有利弊，但處理后的煙氣均能做到達(dá)標(biāo)排放。目前，正壓式除塵方式應(yīng)用較廣泛。正壓式煙氣處理工藝流程見圖1，負(fù)壓式煙氣處理工藝流程見圖2。 .M|荒[.閱|]理欽爐I里冷器H（風(fēng)除坐器_日鳳機(jī)布袋&塵暑圖1硅鐵爐正壓式煙氣處理系統(tǒng)工藝流程圖I— flr〒 __T碇網(wǎng)fg11族風(fēng)愉皿■十*￡養(yǎng)―4周機(jī)|~4F頑粉塵 硅一粉圖2硅鐵爐釜壓式煙氣處理系統(tǒng)工藝流程圖硅鐵粉塵特性硅鐵護(hù)粉蟲具有比重輕、粒徑細(xì)、比電阻高等物理特性。粉塵的化學(xué)成分中二氧化硅含量占92%。硅鐵爐中氣體的化學(xué)成分隨工況條件不同而變化，由于煙罩出口管道上熱損失及冶煉工況的影響，該處的煙氣溫度變化較大，煙氣量也隨之變化。主要*分SiOjAItO,Fc1Qs 0 Mjsr皆>(*),7Q00,4804001.00±0J.0Q。邱±4-服~■VJ1 ~s—u贏LJ—③摧量成分CrPb31 % ;;■11"T10,G4M±0.00401(J,0061?(J.0UC5±0.0050C.OMS±0B00Clllom了±orooasO.OTM±0hMM

?8粉塵的分散度.加料博化期1■化出快期ft徑履數(shù)分布（初牌下景積分布3）粒徑(gm)頻數(shù)分布（鉤）,帥下累積分布S）2103,7。1e2.9097,1:61J044.80,95.1|43.909.883$,4090.333.3094,928.1084.922,2091.6\8.0078,8:13,9089.4枇,8:0.58J085.51SJ53.30.47.9079,440.540.51<0371.571.5塵密度為2,卵g/emL安息角心二7.關(guān)于空冷系統(tǒng)對(duì)于硅鐵煙氣的治理，國(guó)內(nèi)曾多次作過電除塵試驗(yàn)，幾經(jīng)調(diào)質(zhì)處理均未成功。目前國(guó)內(nèi)外普遍采用布袋濾塵器作為除塵手段，耐溫受濾材限制，實(shí)際使用均在250°C以下。而硅鐵電爐出口煙溫通常在375-600°C之間。采用混風(fēng)降溫，除塵系統(tǒng)能耗大、一次性投資也高；因系統(tǒng)處理煙氣量大，除塵器過濾面積、風(fēng)機(jī)功率都加大l倍以上。采用廢熱鍋'爐降溫，因粘灰不好清除，操作管理麻煩，一次投資比混風(fēng)還多。按產(chǎn)汽量計(jì)算投資每蒸噸均超過40萬(wàn)元。不發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益不大。采用空氣冷卻器，投資少，管理方便，近年來在鐵合金除塵領(lǐng)域倍受青睞?？諝饫鋮s器又分大氣自然風(fēng)冷和機(jī)械通風(fēng)空冷兩種。后者雖然傳熱系數(shù)可提高75%左右，由于增設(shè)風(fēng)機(jī)和檢修平臺(tái)，金屬耗量減少約20-25%，而電耗可觀。每噸75硅鐵約增風(fēng)冷電耗80-105度。并且增加了日常設(shè)備維修量，實(shí)際采用者不