電子廢料火法冶煉除塵系統(tǒng)優(yōu)化

艾中華

（江西瑞林稀貴金屬科技有限公司，江西豐城 331100）

0 引言

由中國(guó)瑞林自主研發(fā)的NRTS（Nerin Recycling Technology System，中國(guó)瑞林再循環(huán)利用技術(shù)系統(tǒng)）爐主要以電子廢物、低品位雜銅、工業(yè)廢渣、電鍍污泥等“城市礦產(chǎn)”為原料實(shí)現(xiàn)金屬與冶煉廢渣的分離。NRTS爐產(chǎn)出的含塵高溫?zé)煔?，?jīng)余熱鍋爐回收余熱生產(chǎn)蒸汽，使煙氣降溫至600℃左右，再進(jìn)入急冷塔，使煙氣驟冷至＜200℃，然后煙氣進(jìn)入布袋收塵器（圖1），經(jīng)布袋除塵器收塵后的煙氣送脫硫系統(tǒng)進(jìn)行脫硫后達(dá)標(biāo)排放。

布袋除塵入口煙氣量（20 000～27 000）m3/h（200 ℃時(shí)）；入口溫度（150～250）℃（瞬間）；入口壓力 1000 Pa（表壓）；殼體漏風(fēng)率＜3%。

1 現(xiàn)狀

由于NRTS爐電子廢料火法冶煉屬于國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，特別是電子廢料成分復(fù)雜，煙氣成分與常規(guī)原料冶煉煙氣成分不一樣，煙塵具有粒度細(xì)、水分高、黏性大、比重小、腐蝕性強(qiáng)等特性，煙塵的這些特性使得煙塵處理和回收更加困難。

NRTS爐自投產(chǎn)以來(lái)，煙氣系統(tǒng)布袋除塵卸灰裝置出現(xiàn)排灰口嚴(yán)重堵塞、星型閥葉輪卡頓變形、軸彎曲變形等問(wèn)題（圖2）。除塵器的排灰裝置是除塵設(shè)備的一個(gè)重要配件，它的工作狀況直接影響除塵器的運(yùn)行和除塵效率。排灰方式不當(dāng)，會(huì)使空氣經(jīng)排灰口吸入，破壞除塵器內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)，惡化操作，還會(huì)使回收的煙塵再次飛揚(yáng)，降低收塵效率，污染環(huán)境；或者造成排灰口堵塞，使得除塵系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。

圖1 布袋除塵系統(tǒng)流程

2 原因分析及優(yōu)化

根據(jù)NRTS爐煙氣物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的特殊性，采取以下優(yōu)化方案。

圖2 卸灰系統(tǒng)故障

（1）由于煙灰具有較大腐蝕性，與星型閥接觸時(shí)，葉輪與閥體會(huì)受到不同程度的腐蝕，導(dǎo)致星型閥閥體和葉輪容易生繡，運(yùn)行時(shí)閥體與葉輪容易卡頓，并導(dǎo)致葉輪變形。而星型閥運(yùn)行時(shí)卡頓，勢(shì)必會(huì)增大轉(zhuǎn)子軸的扭矩，從而導(dǎo)致軸彎曲變形。對(duì)于這些情況，主要從星型閥結(jié)構(gòu)和材料上進(jìn)行優(yōu)化。①星型閥入口大小由原來(lái)300 mm×300 mm增大為400 mm×400 mm，卸料量由16 L/r提高到26 L/r，電機(jī)功率由1.1 kW改為2.2 kW。通過(guò)改造提高了星型閥的卸灰量和卸灰速度。②改進(jìn)星型閥殼體進(jìn)料口結(jié)構(gòu)。星型閥殼體進(jìn)料口每邊收小10 mm，且制造成45°斜邊，防止料倉(cāng)卸料時(shí)，落料進(jìn)入轉(zhuǎn)子與殼體的動(dòng)靜間隙中，避免轉(zhuǎn)子與殼體卡頓。③改進(jìn)星型閥的材料（表1）和優(yōu)化軸的結(jié)構(gòu)，在保證符合生產(chǎn)要求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)高性價(jià)比。

表1 星型閥改造前后對(duì)照

殼體材料由灰口鑄鐵改為球墨鑄鐵可以提高殼體使用溫度和強(qiáng)度，有效防止殼體運(yùn)體時(shí)變形和磨損。殼體端板材料由Q235改為16Mn，可提高端板耐磨性。轉(zhuǎn)子端板和葉片由2Cr13改為0Cr18Ni9，可以解決煙灰給轉(zhuǎn)子端板和葉片造成腐蝕的問(wèn)題。轉(zhuǎn)子軸材料由45#改為40Cr，提高軸的強(qiáng)度，防止軸彎曲變形。

軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算：已知電機(jī)功率2.2 kW，鏈傳動(dòng)效率η=0.9，軸轉(zhuǎn)速43 r/min。選取軸的材料40Cr、調(diào)質(zhì)處理，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表15-3，取A0=97，可得軸的直徑。

考慮軸上開(kāi)有一個(gè)鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的削弱，軸徑增大5%～7%，并圓整后取d=35 mm，軸承選用深溝球軸承6209-2RS，B=19 mm，綜合其他零件的布置和星型閥殼體的輪廓。

校核軸的強(qiáng)度 τmax=T/Wt=16T/πd3=52.26 MPa＜[τT]，校核軸的剛度 φ=5.73×104T/GIp=0.02°/m＜[φ]，其中，τmax是最大扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa；T是軸所受的扭矩，N·mm；Wt是軸的抗扭截面系數(shù)，mm3；n 是軸的轉(zhuǎn)速，r/min；P 是軸傳遞的功率，kW；η 是傳動(dòng)效率，鏈傳動(dòng)取0.9；d是計(jì)算截面處軸的直徑，mm；[τT]是許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa，40Cr取55 MPa；G是軸的材料的剪切彈性模量，MPa，對(duì)于鋼材，G=8.1×104MPa；Ip是軸截面的極性矩，mm4，對(duì)于圓軸，Ip=πd4/32；[φ]是軸每米長(zhǎng)的允許扭轉(zhuǎn)角，對(duì)于一般傳動(dòng)軸，可取0.5～1°/m。該軸滿足強(qiáng)度和剛度條件。

（2）對(duì)布袋除塵卸灰倉(cāng)進(jìn)行改造，原灰斗坡度過(guò)小，內(nèi)壁不夠光滑，影響了粉塵的流動(dòng)性，導(dǎo)致布袋除塵器灰斗內(nèi)有殘留灰塵無(wú)法下滑。①增大卸灰斗的傾斜角度，使灰斗傾角≥55°～60°，且內(nèi)壁打磨光滑；②卸料倉(cāng)4個(gè)轉(zhuǎn)角處焊接R=200的圓弧形鋼板，使的卸灰倉(cāng)內(nèi)部橫截面由原來(lái)的方型變?yōu)閳A形（圖3），消滅“死角”；③減小卸灰倉(cāng)的豎直高度，縮短煙塵下落時(shí)間和減小煙塵溫降，可以避免煙塵因比重小在下落過(guò)程中粘結(jié)在倉(cāng)壁。

圖3 卸料倉(cāng)改造前后形狀

（3）布袋除塵器灰斗出現(xiàn)篷灰現(xiàn)象，又稱起拱和搭橋?；叶芳訜嵫b置溫度較低，灰塵含水量過(guò)高，灰塵含有一定水量時(shí)產(chǎn)生粘結(jié)，不易脫落造成灰斗內(nèi)搭橋。灰斗倉(cāng)壁振打器安裝位置不正確，功率選型不合適，導(dǎo)致振動(dòng)失效。排除方法：除塵卸料倉(cāng)增強(qiáng)加熱和保溫，卸灰倉(cāng)增設(shè)倉(cāng)壁振打器。增強(qiáng)星型卸料閥的密封性（布袋除塵器灰斗上部為負(fù)壓，下部為大氣壓）。

優(yōu)化方案：①灰斗加熱采用蒸汽伴管加熱，蒸汽由余熱鍋爐提供。由于較遠(yuǎn)距離輸送，飽和蒸汽品質(zhì)下降，影響灰斗蒸汽伴管加熱效果。在伴熱管最前端和每個(gè)伴熱管的下端加裝疏水閥，把凝結(jié)水排除，保證伴熱管與灰斗之間高效的熱換，使灰斗外殼溫度不低于100℃。把卸灰倉(cāng)蒸汽加熱管下移到星型閥入口法蘭處，保證煙灰下落過(guò)程全程加熱。②由于原來(lái)振動(dòng)電機(jī)安裝位置不正確，影響料倉(cāng)壁振動(dòng)效果，通過(guò)計(jì)算調(diào)整振動(dòng)電機(jī)安裝位置（圖4）。根據(jù)公式 H1=1～1.5D，H2=H1+50～100，單位 mm，已知D=400，得 H1=400～600，取 450，H2=550～600，取 600。③對(duì)照料倉(cāng)的鋼板厚度對(duì)卸料倉(cāng)的振動(dòng)裝置重新選型，并增加振動(dòng)裝置數(shù)量。根據(jù)料倉(cāng)壁厚通過(guò)計(jì)算重新選取振動(dòng)裝置型號(hào)，振動(dòng)裝置激振力由原0.7 kN增大到2.5 kN，并在原有振動(dòng)裝置反面新增一臺(tái)振動(dòng)裝置。④根據(jù)F浮力=PS，只有煙灰在F浮力＜G重力時(shí)，煙灰才會(huì)順暢落下；當(dāng)星型閥漏風(fēng)較大時(shí)，P增大，當(dāng)F浮力＞G重力時(shí)，布袋除塵器灰斗會(huì)出現(xiàn)篷灰現(xiàn)象。通過(guò)加強(qiáng)星型閥下面的刮板機(jī)觀察孔密封，刮板機(jī)卸料口與煙灰袋連接處制作專用密封卡緊裝置，防止卸料系統(tǒng)漏風(fēng)。

圖4 卸料倉(cāng)振動(dòng)裝置安裝位置

3 結(jié)論

由于NRTS爐電子廢料冶煉平臺(tái)屬中國(guó)瑞林首創(chuàng)，研發(fā)階段會(huì)遇到很多問(wèn)題。特別現(xiàn)在環(huán)保高要求的前提下，煙氣系統(tǒng)正常運(yùn)行顯得尤為重要。通過(guò)對(duì)布袋除塵卸灰系運(yùn)行時(shí)暴露的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)以上的改造和優(yōu)化，使布袋除塵卸灰系統(tǒng)滿足了NRTS爐的煙氣處理要求。