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多級噴霧法在鉛電解陽極熔鉛鍋煙氣凈化中的研究與應用

文檔作者：袁培新文檔來源：湖南水口山有色金屬集團有限公司		點擊數：	更新時間： 2024年06月06日
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·66· 中國有色冶金A生產實踐篇·綜合利用與環保
多級噴霧法在鉛電解陽極熔鉛鍋煙氣
凈化中的研究與應用
袁培新
(湖南水口山有色金屬集團有限公司，湖南衡陽421513)
[摘要] 分析了鉛電解陽極熔鉛鍋煙塵產生的機理及特性，確定了煙氣凈化工藝。根據多級噴霧塔
脫除熔鉛鍋煙塵的試驗研究結果，確定最佳工藝參數，優化設計關鍵設備。項目建成投產后，系統運行
正常，各項環保指標均達到要求。
[關鍵詞] 多級噴霧塔；陽極熔鉛鍋；鉛煙塵；液氣比；吹吸式吸塵罩
[中圖分類號] TF812；TF805．3 [文獻標志碼] B [文章編號] 1672—6103(2016)06—0066—04
湖南水口山有色金屬集團有限公司鉛電解分廠
鉛陽極熔鉛鍋配套的煙氣凈化系統采用反吹風布袋
除塵器，由于煙氣中含有大量的水汽及酸霧，煙塵易
粘附于布袋表面難以清理，引起布袋板結，導致布袋
除塵器無法正常工作。并且側吸煙罩設計不合理，
車間內煙氣四溢，嚴重影響現場操作工人的身體健
康。因此，電解分廠擬對鉛陽極鍋臺低空污染進行
治理。
1 鉛電解陽極熔鉛鍋鉛煙塵產生的機
理及特性
粗鉛火法初步精煉是電解精煉之前的必經工
序，主要是粗鉛在熔融狀態下通過熔析等過程除去
雜質，并鑄成適合電解生產的鉛陽極板。因鉛的飽
和蒸氣壓較低，熔融鉛的揮發率較高，生產過程中產
生的鉛蒸氣易被氧化形成鉛煙氣溶膠。熔鉛鍋內熔
融鉛液直接暴露在空氣中，會被氧化成海綿狀的鉛
氧化物，鉛煙氣溶膠凝聚及鉛氧化物的飛揚形成鉛
煙塵。鉛煙塵的生成量與溫度有關，隨溫度的升高
而相應加大。殘極片攜帶較多的水分、硅氟酸殘液、
陽極泥等，其加入熔鉛鍋時與高溫的鉛液接觸，瞬問
大量煙氣爆發，該煙氣具有瞬間流量大、流速快、含
塵濃度高等特點。鉛煙塵的主要成分為鉛的氧化
[作者簡介]袁培新(1973一)，男，湖南婁底人，碩士，高級工程師
主要從事有色金屬冶煉生產技術管理工作。
[收稿日期]2016—10—13
物，同時含有少量砷、銻、錫、鋅、銅、銀等及其氧化
物，并攜帶有水蒸汽、酸霧等。
國內外許多專家研究過鉛煙塵粒徑分布規律。
熔鉛過程中，熔鉛鍋散發的鉛煙氣體，鉛煙顆粒的平
均粒徑大約在0．1—0．3斗m，小于1斗m的顆粒占
99％。加殘極片時，爆發性煙氣攜帶了部分陽極泥
顆粒，因顆粒較大，進入煙道后即可沉降分離。
2 工藝選擇
鉛煙塵凈化工藝主要分為干法和濕法兩種。
干法凈化處理工藝有覆蓋法、過濾法和重力除
塵法等。濕法凈化處理工藝是采用不同吸收液并配
備相應的濕法除塵設備將鉛煙塵捕集。
覆蓋法主要是通過減少鉛液的裸露面積，抑制
鉛的氧化及鉛蒸氣的擴散，但其應用范圍有限；過濾
法是通過對鉛煙塵顆粒物的濾除、攔截等凈化煙氣，
對于大顆粒的鉛煙塵脫除效率較高，而對于粒度為
亞微米級的鉛煙塵凈化效果并不理想。而且當鉛煙
塵中含有水蒸汽、酸霧時，容易造成濾袋板結，收塵
器無法正常工作。傳統重力除塵，因除塵效率低，一
般僅應用于初除塵。采用普通的濕法除塵設備并配
以酸、堿等吸收液的除塵工藝，除塵效率能達到
90％甚至更高，但對于高濃度含鉛煙氣的凈化處理，
要實現達標排放有很大的難度，并且其后廢液的處
理成本很高。
針對現有的鉛煙塵污染治理方法存在的不足，
擬利用多級噴霧塔對鉛電解陽極鍋臺煙氣進行凈化
萬方數據
2016年12月第6期袁培新：多級噴霧法在鉛電解陽極熔鉛鍋煙氣凈化中的研究與應用·67·
治理。
多級噴霧塔內部除了各級分隔板外，沒有任何
內部元件，噴嘴、儀表等均在塔外安裝，這樣可以保
證在不停產、不停噴霧塔的情況下進行設備維修或
更換。噴霧塔由于煙氣的強烈湍動和細霧滴極大的
比表面積，保證了煙氣與吸收液的充分接觸，凈化除
塵效率高，通過多級串聯，完全可以將鉛煙塵的排放
濃度降低到理想值。
多級噴霧塔凈化鉛煙塵的原理為：煙塵中較大
顆粒被經高效噴嘴噴出的吸收液霧滴包裹實現物理
沉降，難以吸收的鉛煙氣溶膠微粒在噴霧塔內被含
有活性劑的極性液滴有效捕捉。
3 試驗研究
多級噴霧塔以前多用于尾氣脫硫，效果較好，應
用于熔鉛鍋鉛煙氣的凈化尚屬首次。為了保證良好
的凈化效果，在電解分廠利用多級噴霧塔中試裝置
進行試驗，確定最佳工藝參數。中試主要考察吸收
液的種類、吸收液pH值、吸收級數及煙氣流速對煙
氣中顆粒物和鉛脫除率的影響。
試驗表明：使用清水并配入少量活性劑作吸收液，
與硅氟酸、醋酸、草酸等作為吸收液差別不大，均可達
到較高的除塵效率，而且清水作吸收液，后續廢液的處
理相對簡單；煙氣中所攜帶的硅氟酸在吸收液中通過
溶解、揮發最終達到平衡，吸收液pH值穩定在4左右；
除塵效率隨著液氣比增加而增加，但當液氣比控制在8
～16 L／m3范圍內時，除塵效率上升速度明顯放緩；多級
噴霧塔每級的除塵效率為60％～70％，級數增加，除塵
效率提升；煙氣流速加快，除塵效率降低，流速超過4～
5 rn／s時，除塵效率急劇下降。
根據中試試驗結果，綜合考慮煙塵凈化效果及
運行成本，確定多級噴霧塔凈化鉛陽極熔鉛鍋鉛煙
氣的最優工藝參數，見表1。
表1 多級噴霧塔最優工藝參數
4工程設計
4．1 工藝流程
熔鉛鍋工作時產生的煙氣通過吹、吸氣流的作
用，被吸塵罩捕集進入煙道，再到達噴霧塔。噴霧塔
共設6級吸收脫鉛級，脫鉛后的煙氣中含有許多霧
滴，通過兩級除霧器高效除霧，經煙囪達標排放。從
煙氣中除去的煙塵顆粒沉降至噴霧塔漿液池內，通
過專用管道排出，經過濾除渣系統回收。
4．2主要工藝參數
4．2．1 煙氣量
陽極鍋生產過程中不同的操作工況，產生的煙
氣量差別很大。本系統中煙氣量的確定主要綜合考
慮熔鉛鍋煙氣上升流速及吸塵罩吹、吸風量，通過
nuent軟件進行流場模擬、計算得出。
熔鉛鍋加入殘極時，大量煙氣瞬間爆發。通過
攝像分析，加入殘極時熔鉛鍋液面中心咖2 000 mm
區域煙氣流速為3～5 m／s，周邊圓環區域產生的熔
鉛煙氣的流速為O．2～0．4 m／s，通過流場計算得出
熔鉛鍋加殘極時產生的煙氣量為50 000 m3／h左右。
根據nuent流場分析得出：煙氣捕集效果較好并且風
量較少的最佳風量為：吸塵罩吸風總量95 000 m3／h，其
中吹風口風量為30 000 m3／h，約15 000 m3／h為被
吸塵罩所吸入的逸風。
當4個熔鉛鍋都只有熔鉛過程，熔鉛鍋鉛煙氣
上升速度為O．2～0．3 m／s，nuent流場分析得出，效
果最佳時每臺熔鉛鍋吸塵罩的吸風量為11 000 m3／h，
其中吹風口風量為1 800 m3／h，工程設計考慮余量，
4個熔鉛鍋總的風量取50 000 m3／h。
熔鉛鍋在進行續加粗鉛、鉛鍋攪拌、撈渣、舀鉛
等操作時，煙氣的流速約為1 m／s左右。續加粗鉛
和鉛鍋攪拌兩種操作所產生的煙氣量遠遠低于加殘
極操作。撈渣、舀鉛等操作涉及兩個熔鉛鍋，產生的
煙氣量略高于熔鉛工況。
故系統的抽風量最高值為150 000 m3／h，最低
值為50 000 m3／h。抽風量的變化通過兩臺引風機
并聯、切換來實現，1。引風機風量為100 000 m3／h，2”
引風機風量為50 000 m3／h。當生產處于低煙氣量
的熔鉛階段時，只開啟2。小風機；當某口熔鉛鍋加
入殘極，或熔鉛鍋有攪拌或撈渣等操作時，可立即切
換到1。風機；當某口熔鉛鍋加入殘極，且其他熔鉛
鍋存在攪拌或撈渣等操作，同時開啟1。、28風機，并
萬方數據
·68· 中國有色冶金A生產實踐篇·綜合利用與環保
確保加殘極熔鉛鍋的抽風量大于71 640 m3／h，煙氣
不外溢。在不同操作工況下通過切換引風機，可確
保熔鉛鍋煙氣有效捕集所需的風量，且能減少能耗，
降低生產成本。
4．2．2液氣比
多級噴霧塔系統共設4臺循環泵，l?！?4循環泵的
流量均為300 m3／h，4。循環泵的流量為75 m3／h。系統
根據熔鉛鍋操作工況不同，將其劃分為高負荷和低
負荷工況，低負荷工況主要是指熔鉛過程，無其它操
作，高負荷工況主要包括加殘極、鉛鍋攪拌、撈渣、舀
鉛、加粗鉛等操作。當鉛陽極鍋處于低負荷工況時，
開啟2。風機及1。、4’循環泵，此時液氣比為7．5
L／m3。當鉛陽極鍋處于高負荷工況時，在低負荷設
備開啟的基礎上，再開啟1 4風機和24、3。循環泵，此
時的液氣比為6．5 L／m3。
4．2．3 除塵效率
加殘極時，煙氣中粉塵顆粒和鉛的濃度最高，瞬
間粉塵顆粒物濃度可達6 000～8 500 mg／m3，鉛及化
合物濃度可達800～1 200 mg／m3。根據中試結果，
噴霧塔每級的除塵效率為60％～70％，為了保險起
見，顆粒物和鉛的脫除率均取值為60％，通過計算，
6級除塵后顆粒物和鉛的脫除率可達到99．59％，尾
氣中顆粒物和鉛濃度都能夠達標。
4．3關鍵設備
4．3．1 吸塵罩
吸塵罩作為熔鉛鍋所產生煙塵的捕集設備，既
要將煙塵、煙氣完全捕集不外溢，還要盡可能減少吹
吸風量，降低生產成本，并且要保證操作方便?？紤]
到生產過程中需要經常進行加粗鉛和殘極片、攪拌、
撈渣等操作，不宜采用密閉式吸塵罩。
敞口吸塵罩有單吸氣式、吹吸式吸塵罩等類型。
吹吸式吸塵罩在塵源的兩側設有吹氣口和吸氣口，
吹氣氣流形成的氣幕可將整個塵源覆蓋，塵源煙氣
和被吹氣氣幕卷入的逸風在吹吸氣流的共同作用下
被吸塵罩捕集，保證煙氣不外溢。煙罩的設計充分
考慮了吸氣氣流速度衰減快，而吹氣氣流氣幕式作
用距離較長的特點。由于吹吸罩具有風量小、煙氣
捕集效果好且不影響工藝操作等優點，故本系統選
用吹吸式吸塵罩。
吹吸氣流的運動軌跡復雜，目前沒有統一的計
算公式，采用nuent軟件模擬吹吸式吸塵罩氣流流
場的方法對吸塵罩進行設計。先根據熔鉛鍋的現場
尺寸和操作要求確定吹、吸風口的基本尺寸。由于
在熔鉛鍋的各種工況中，加殘極時煙氣量最大、煙塵
濃度最高，氣流運動最復雜，故流場模擬選用加殘極
工況。通過流場模擬，最終確定了吹吸式吸塵罩合
理的吸風口風量、吸風口角度、送風風量和送風角度
等工藝參數，見表2。
表2吸塵罩主要參數
4．3．2多級噴霧塔
多級噴霧塔是系統中核心設備，采用立式多級
串聯工藝，共有6級脫鉛，2級除霧。6級脫鉛效率
可達99．5％以上。噴霧塔整體結構長度為11 m，寬
度為7 m，高度為8．6 m，塔內采用迂回式通道設計，
煙氣通道總長度達35 m，煙氣在吸收塔內與霧滴有
足夠的接觸時間，確保除塵效率。每一個吸收級的
長度為3．5 m，寬度為2．1 m，高度為5 m。為保證除
霧效果，每一個除霧級的長度為吸收級的2倍。
多級噴霧塔下方為漿液池，其容積為85 m3。由
于鉛塵等顆粒密度大、粘性強，極易在塔內沉積，為
了避免沉積引起管道堵塞，漿液池底部采用蝶形防
沉積結構。
5 治理效果
項目建成投入使用正常運行一段時間后，電解
分廠委托環境監測部門對不同工況下凈化前后鉛煙
氣中的顆粒物、鉛及化合物的濃度及車間內關鍵崗
位的鉛煙濃度進行了檢測。
加殘極時，經多級噴霧塔凈化后，鉛煙氣中顆粒
物的平均濃度為22．54 mg／m3，鉛及化合物的平均
濃度為3．15 mg／m3；熔鉛時，經多級噴霧塔凈化后
的鉛煙氣中，顆粒物的平均濃度為12．35 mg／m3，鉛
及化合物的平均濃度為4．33 mg／m3，達到《鉛鋅工
業污染物排放標準》要求。
陽極鑄板車間熔鉛鍋處時間加權平均濃度為
0．012 mg／m3，鉛煙的短時間接觸濃度超限倍數為
萬方數據
2016年12月第6期袁培新：多級噴霧法在鉛電解陽極熔鉛鍋煙氣凈化中的研究與應用·69·
1．34倍；鑄板操作處鉛煙的時間加權平均濃度為
0．022 mg／m3，鉛煙的短時間接觸濃度超限倍數為
1．43倍，滿足《工作場所有害因素職業接觸限值化
學有害因素》要求，檢測結果合格。
6 結論
多級噴霧法治理陽極熔鉛鍋煙塵系統在該鉛電
解分廠運行平穩，煙氣經凈化后，顆粒物、鉛及化合
物濃度均滿足《鉛鋅工業污染物排放標準》規定的
大氣污染物排放標準要求，車間內主要工作崗位空
氣質量達到《工作場所有害因素職業接觸限值化學
有害因素》規定的要求，較好地克服了濾式收塵及
普通單級濕式收塵工藝在陽極熔鉛鍋煙塵凈化中存
在的不足，有著較好的應用發展前景。
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Research and appUcation of multi-stage spraying method on
off鸞as cIeaning of lead anode pot during lead electrolysis
YUAN Pei．xin
Abstract： In this paper the production mechanism and characteristic of lead dust generated f而m lead anode melting
fhI'Ilace during lead electmlysis were analyzed and the off gas cleaning process was dete珊ined． Aecording to·the experimental
results fbr treatment of lead dust from lead anode pot by multi—stage spraying method ，the optimal
process parameters were provided and the design of key equipment was optimized． After the system commissioning，
the operation was smooth and the operating parameters meet the enVironmental requirement．
Key words：multi-stage spraying tower；lead anode pot；1ead dust；liquid gas ratio；the blowing-sucking dust ex—
haust hood
毋痧。伊、c驢、刃、田、痧痧痧痧，以’《壚、驢、驢<多、驢痧．痧《驢、盔卜捌礦1夢、驢移痧痧《穸、西’《擴諺{鄉、西卜．1驢妒痧《礦、移、西卜d爭《驢、驢痧《守、瑤h矗爭驢《汐諺—-；爹>

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