铸造粉尘回吹处理方法及效果分析

8.2.1.1 粉尘收集

1.卸尘、锁气装置

灰斗和干式除尘器一般均装有卸尘、锁气装置。它的形式很多，应根据粉尘的容积质量、数量、出口处的料温、最大最小压力、黏性、腐蚀性等因素正确选用。几种形式的卸料、锁气装置的外形简图分别如图8-58～图8-62所示，结构尺寸分别见表8-69～表8-73。

图8-58 双层翻板

图8-59 粉料回转阀

图8-60 舌板式锁气阀

图8-61 料封锁气器

图8-62 灰斗及配重式锁气器

表8-69 双层翻板阀尺寸表 （单位：mm）

表8-70 D150回转阀性能表

表8-71 舌板式锁气器尺寸表 （单位：mm）

（续）

表8-72 料封锁气器尺寸表 （单位：mm）

表8-73 灰斗及配置式锁气器尺寸表 （单位：mm）

2.粉尘收集和处理方法

由干式除尘器捕集下来的粉尘必须妥善加以收集和处理，以免造成二次扬尘，污染环境。粉尘的收集方法应根据除尘装置的规模、集中与分散、出灰连续性和回收利用等情况加以考虑。

1）直接收集。用集尘箱、水封式灰车（见图8-63）、密封集尘车（见图8-64）就地收集。这种方法简单、劳动强度大、要按时运走、加强管理，否则会造成二次扬尘。它是目前主要的方法，适用于分散而规模较小的除尘系统。

2）从插入式袋式除尘器或溜槽直接卸料至料仓、设备内或带式输送机上，这种方法可以减少或省去风管系统，利用机械运输设备直接收集或落入设备内直接回用，因此避免了粉尘倒运而产生的二次扬尘。适用于分散单独的除尘器和粉尘能直接回用的情况。其安装方式如图8-65、图8-66所示。

图8-63 灰斗及配重式锁气器

1—平衡重物 2—活动罩门 3—水封槽 4—箱体 5—台车组件

图8-64 密封集尘车

1—拉杆 2—车体 3—密封小口 4—底座

图8-65 粉尘直接卸至料仓

1—除尘器 2—排风罩 3—锁气器 4—料仓

图8-66 粉尘直接排至带式输送机

1—除尘器 2—锁气器 3—双层挡帘 4—排风罩 5—倒料槽 6—溜槽 7—带式输送机

3）螺旋输送机、埋刮板链等进行输送这种方法的设备密封较好，基本上消除了二次污染。需要机械化运输设备，多用于大量连续或间歇除尘。输送机结构如图8-67～图8-70所示。

4）风力输送。如图8-71所示，这种收尘系统封闭，无二次污染，但耗电量比较大。

图8-67 螺旋输送机

1—除尘器 2—锁气器 3—中间储灰仓 4—螺旋输送机

图8-68 拉链输送机

1—驱动装置 2—壳体 3—拉链

图8-69 埋刮板输送机安装方式

a）CMS型 b）ZMS型 c）SMS型

图8-70 斜槽输送机

1—鼓风机 2—给料口 3—排风口 4—排料口 5—上壳体 6—网栅 7—下壳体

图8-71 粉尘气力输送系统

1—供料斗 2—圆盘给料机 3—螺旋输送机 4—漏斗 5—喉管 6—支管 7—干管 8—真空表 9—清扫孔 10—空吸旋塞阀 11—球阀 12—受料罐 13—高效旋风除尘器 14—袋式除尘器 15—风管 16—入口闸阀 17—水循环真空泵 18—气水分离器 19—排风阀 20—大储料仓 21—圆盘给料机 22—带式输送机

5）水力输送。水力输送是用水冲走干粉尘，而后对湿泥进行处理。这种方法消除了二次扬尘，但耗水量大，最好有大量的复用水可以利用，否则应考虑水的循环使用。这种方法适用于除尘器相对集中的场合，最好是成排布置。粉尘定期输送，如能与污泥处理系统结合在一起考虑则更为合理。

水力输送首先将粉尘和水混合，作为混合用的水封排浆管如图8-72所示。

6）湿润输送。湿润输送是将干粉尘加水用搅拌机均匀搅拌混合成含水率＜10%的干浆状再输送，或将干、湿两种除尘器的粉尘和泥浆混合。这种方法的用水量比水力输送要小得多。

图8-72 湿润输送水封排浆管

1—除尘器 2—给水管 3—溢流管 4—排浆管

7）粉尘团粒化。这种方法可以防止干粉尘二次飞扬，便于贮运和回用。粉尘团粒化的主机是各种形式的造粒机，辅机尚有混合机和干燥机。常用的造粒机有回转（斜盘式、锥筒式）式和挤压式。斜盘式造粒机结构如图8-73所示，结构尺寸见表8-74。这种装置的典型布置如图8-74所示。

表8-74 DT型斜盘造粒机尺寸表 （单位：mm）

（续）

图8-73 斜盘式造粒机结构图

图8-74 造粒装置布置图

1—上料位报警器 2—料斗 3—下料位器 4—料斗松料器 5—斜盘式造粒机 6—重载螺旋输送机 7—造粒机排尘管 8—喷水雾装置

8.2.1.2 泥浆处理

1.排浆锁气阀

湿式除尘器底部必须设排浆锁气装置，以建立一定的水封高度。防止底部漏风。常用的湿式排浆阀如图8-75、图8-76所示。

图8-75 锥形排浆阀

1—锥形体 2—壳体 3—配重

图8-76 水封排浆阀

1—壳体 2—插板

2.泥浆处理方法

（1）就地处理

1）在除尘器下面安设沉降池、槽，沉淀泥浆，排出溢流水，用手工定期掏泥。这种方法适用于分散的除尘系统，比较简单，劳动强度大，且要管理得当，否则会污染周围环境。

图8-77 刮泥机

1—湿式除尘器 2—刮板 3—泥浆槽

图8-78 沉淀池结构

1—抓斗（机械或液压） 2—污水分配站 3—净水泵站

2）采用刮泥板（见图8-77）定期出泥。这种刮泥装置也配备在冲激式除尘器系统上。溢流水中的含泥量＜20%，可用泵输送。刮板速度低于0.6m/min应根据泥浆沉淀的时间以及板结的情况来设计和调整刮板速度及间歇运行时间。间歇时间过短，泥浆太稀，刮泥效率不高；间歇时间过长，泥浆结块、咬住刮板或传动部分锈住，会发生不能启动和烧毁电动机的情况。

3）采用清洁车抽取运输污泥浆。抽取时，先用压缩空气将沉淀池内泥浆搅拌均匀，然后利用车上自带的真空泵等设备将泥浆抽吸至泥浆罐内运走，统一处理。这种方法适用于沉降池多而分散除尘环境。

（2）集中处理

1）将各除尘点的泥浆排至集中沉淀池内，用抓斗吊（悬臂吊、龙门吊等）掏泥，在晒泥场晒干后，用车运走。这种方法占地多，投资较大，设备利用率较低，适用于大型除尘系统场合。

大型沉淀池的结构如图8-78所示，其结构尺寸见表8-75。这种沉淀池的极限流速可由式（8-13）确定

v=Q/LB （8-13）

式中 v——污水极限流速，最大调整值取1.25～2.0m/h；

Q——污水量（包括储存量）（m³/h）；

L——池长（m）；

B——单间隔池宽（m）。

表8-75 沉淀池尺寸表 （单位：mm）

每吨水的池表面积取0.8～0.5m²。污泥排除周期取决于粉尘量。出于环境保护的理由，沉淀池无通向下水道的接管，仅泵站和污水分配站内有接头。澄清后的水由净水泵站再打入湿式除尘器中循环使用，而污泥定期用抓斗吊抓出。

2）用真空吸泥法提升泥浆，装置如图8-79所示。在真空罐的吸入和压出端装设相同的转板式阀门Ⅰ和Ⅱ，如图8-80所示。排泥时，阀Ⅰ的阀板被真空管内气压压紧；吸泥时，外界大气压将阀Ⅱ的阀板压紧。由于阀Ⅰ和阀Ⅱ总是一关一开的，因此可以将控制这两个阀门的操纵气缸接在同一个滑阀上。在管路连接上，使滑阀A、B的两杆同时拉出时为泥浆压出；同时推入时为泥浆吸入。泥浆的压出或吸入由四通阀（见图8-81）切换。操纵阀门气路如图8-82所示。

图8-79 真空吸泥装置

1—连接管 2—真空表 3—真空罐 4—泥浆池 5—3″吸泥管胶管 6—排泥钢管 7—泥浆车 8—阀Ⅱ 9—阀Ⅰ

图8-80 转板式阀门

1—阀体 2—盖板 3—连杆 4—转板

图8-81 气动手动四通换向阀

1—气缸 2—阀板 3—阀体 4—手柄

图8-82 操纵阀门气路

1—四通阀气缸 2—吸入阀Ⅰ气缸 3—压出阀Ⅱ气缸 4—双位四通滑阀

3）采用湿式造粒脱水装置，集中将污泥进行脱水。该装置的主体部分——脱水筒（见图8-83）是一个定向缓慢旋转、水平设置的圆筒。该装置运用了紊流凝聚和机械式压密同时进行的并联凝聚原理，借助于合成有机高分子凝聚剂作为架桥物质，使絮状物在缓慢转动的筒体中完成其水中造粒、固液分离和加压脱水的三个程序。这种装置运行简便、运转部件少、维修方便、噪声小、占地小、动力消耗少，与同规模的真空过滤机相比，动力消耗只需其1/10，但是总的成本费用与其差不多。

为了使污泥更好地凝聚，通常在污泥中加入聚凝剂和助凝剂。高分子凝聚剂采用聚丙烯酰胺系（3#聚凝剂），助凝剂可采用Ca（OH）2或明矾，其用量根据原污泥情况而定。这种装置适用于大量的无机污泥。由脱水筒分离出来的橙清液还残留有高分子凝聚剂和固体悬浮物，需回流到浓缩池中。

标准型脱水筒的性能规格见表8-76。采用湿式造粒装置的一般流程如图8-84所示。

图8-83 脱水筒结构原理

1—上部清水 2—滤饼 3—溢流管

图8-84 湿式造粒流程

1—药品溶解槽 2—注药泵 3—流量计 4—脱水筒 5—投药斜道 6—分离液槽 7—滤饼箱 8—分离液泵 9—调节槽 10—供水泵 11—浓液槽 12—可动式溢流槽

表8-76 标准型脱水筒性能规格表

4）采用各种污泥脱水设备对泥浆进行浓缩脱水，以便利运输或作为进一步处理或回用。

污泥中含有间隙水、毛细水和颗粒吸附水等，后者只能用加热的方法使其蒸发脱去水分。

污泥脱水，就其机理而言，基本上可以分为离心、压滤和真空过滤三大类。压缩的滤饼含水率达50%～70%，离心和真空过滤的含水率达75%～80%。投资和运行费用，离心脱水为压滤和真空过滤的60%～70%，离心脱水机设备密闭，能连续自动脱水，但设备制造要求高。压滤机能力小，手动、间歇工作。真空过滤机能连续、自动脱水，占地面积较大，要更换或冲洗滤布，设备制造要求不高。任何一种脱水方法如果要提高脱水速率和效率都宜加入一定微量的助凝剂或凝聚剂。常用的助凝剂有硅藻土、硫酸铝、硫酸亚铁、酸性白土、消石灰、碳化物渣、氯化铁、珠光石等。常用的凝聚剂有三氧化铁、聚氮化铝（PACE），聚丙烯酸胺（PAM）、聚苯乙烯硫酸胶状黏土、水玻璃、粉煤灰等。

常用作污泥处理设备如下：

1）叶片真空过滤机。叶片真空过滤机的叶片结构如图8-85所示，叶片组装连接如图8-86所示。这种装置过滤面积大，能力大，过滤脱水的周期较短。整套的叶片真空过滤装置包括有：抓斗、起重吊车、过滤机、真空泵，压缩机、泥浆池、清洗槽、气、水分离器等。

图8-85 叶片结构

1—ϕ6孔 2—ϕ9孔 3—金属网 4—尼龙滤布覆面

图8-86 叶片组装连接

1—拉杆 2—干管 3—视镜 4—框架 5—叶片 6—真空表

2）转鼓真空过滤机。转鼓真空过滤机分为有刮刀、无刮刀，有反冲水清洗和无反冲水清洗，标准型和滚轴折带型等各种形式。用于分离较易过滤，比较浓缩的悬浮液。不适用于过滤固相密度太大，沉降速度太快的悬浮液。转鼓真空过滤机如图8-87所示。

8.2.1.3 粉尘、泥浆的回收利用

搞好废料的回收利用，不仅可以变害为利，变废为宝，同时也是保持除尘设备正常运行的重要因素。

图8-87 转鼓真空过滤机

1—转鼓真空过滤机 2—真空罐 3—排液泵 4—真空泵

三废处理、综合利用，在有些情况下决非单独的一、两个企业能加以合理、有效地解决。必须由地区或整个行业采取专门措施，建立与处理相适应的专业性工厂，如水泥厂、尘渣砖厂等。

冲天炉的固体排放物主要是粉尘和炉渣，经收集的粉尘和炉渣弃置不当仍可能造成二次污染。避免污染的最好途径是回收利用，最佳利用办法是形成资源。冲天炉烟尘中尚未燃烧的焦粉占有很大分数，通常在60%左右，其余为矿物质灰尘。将除尘器收集的烟尘按适当流量随送风吹入冲天炉内，称为烟尘反吹。焦粉在炉内燃烧增加了炉内热量，促进炉气中CO燃烧，发挥节焦、提高炉温及熔化率的作用；矿物质灰尘进入炉渣，更便于回收利用。冲天炉烟气反吹是冲天炉节能降耗、减排环保的行之有效的方法，目前已发展成为铸造粉尘回吹，熔化每吨铁液可回吹粉尘60kg以上，应积极推广应用。粉尘和炉渣也可以根据所含的成分有选择地用来制作水泥、肥料、砖、筑路碎石、轻型发泡材料、矿渣棉、铸石、硬化剂等。其中金属含量较高的废渣，应先着手金属回收。

8.2.1.4 铸造粉尘的回吹

在铸造生产过程中，型砂处理、造型、熔化、落砂及砂处理、清理等工序都要产生很多颗粒状粉尘废物，不同位置收集到的粉尘成分不一样（见表8-77）。它们都带来污染环境、消耗能源、增加处理成本、占据存放面积等弊端，不断引起各国业内人员的关注，并积极在此领域开展研究。1997年德国铸造学会在他们一年一次的全国铸造年会上专门对处理这些排放物的设备、工艺、使用经验及范围进行了全面的介绍。印度43届铸造年会也以此为中心内容。欧洲一些国家如奥地利、法国、英国等在新世纪更替前后也纷纷开始重视。这些年国内多位专家学者对此问题也进行了研究。

表8-77 不同位置的粉尘成分 （质量分数，%）

1.铸造粉尘回用的总方案

将铸造粉尘送入冲天炉内，随铁料的熔化过程一起被熔化成渣。渣化后与原生渣混合一起下落，流经炉缸、过桥进入前炉，然后从出渣口排出，与炉渣一起回用处理，此方案的优点：

1）利用原有的冲天炉不需另加设备，不增加大的投资。

2）节省人力。

3）能耗小，因粉尘中含有一定的可燃成分，熔化成渣过程也放出一定的热量。

2.铸造粉尘加入冲天炉的方法

为解决铸造生产过程产生的粉尘回收利用，对比多种工艺，普遍认为“冲天炉渣化”是至今最合适的工艺与设备。它的产量大、效率高，基本不影响冲天炉原来熔化铁液的质量和产量。

粉尘加入冲天炉的方法：

1）粉尘预先制成块，从加料口随炉料一起投入。

2）粉尘直接从风口加入。首先将来源不同的粉尘分别存放在标有“流动能力”数据指标的储存罐中，然后，按料单配比从罐中取出，混合后存放在混合罐中备用，为促进风口前方区域及时发生渣化，必须优化冲天炉熔化的工艺参数，选择好各种粉尘的搭配比例，大多数工厂愿意使用混合粉尘，较少使用单一粉尘。根据风口处的压力状况，又将这种方法分成二类，吹入和吸入，如图8-88所示。如果风口位置呈现正压（即大于1个大气压），粉尘被喷吹进入炉内；如呈现负压，则属吸入式，粉尘被抽入到炉子内部。2002年在欧洲采用直接冲天炉风口加入粉尘的15家铸造厂中，有11家使用在正压条件下将粉尘吹入冲天炉的方法，2011年济南玫德铸造有限公司也是在正压条件下将粉尘吹入冲天炉。