焙燒爐收塵器改造設計

牟靖

（中鋁山東工程技術有限公司，山東 淄博 255052）

1 項目背景

中鋁山東有限公司在生產氧化鋁過程中，使用焙燒爐等生產設備，這些窯爐設備在生產過程中使用煤氣、天然氣作為燃料，氫氧化鋁為原料，產生大量的含塵煙氣，經電收塵器凈化后經煙囪排入大氣。焙燒爐排煙均為一級電收塵除塵，通過各自的煙囪排往大氣，隨著環保要求的越來越嚴格，原來設計的電收塵器已不能滿足國家和地方對爐窯煙氣排放的新要求。需要自2017年1月1日至2019年12月31日第三時段排放濃度限值達到30 mg/m3的要求，自2020年1月1日起執行第四時段“重點控制區”的排放濃度限值10 mg/m3的要求。

中鋁山東有限公司共有4臺按德國魯奇公司技術生產的氧化鋁焙燒爐，第二氧化鋁廠東線和南線分別有兩臺。每臺焙燒爐氧化鋁產能為1600t/天，焙燒爐尾部各配一臺75m2二電場電收塵器，單臺煙氣量為260000m3/h，出口煙氣溫度180～210℃。電收塵裝置進口含塵量為700g/m3，在電收塵入口有一級撞擊收塵，將含塵量降為100g/m3進入兩級電場，出口煙氣含塵量為20～100mg/m3。焙燒爐使用天然氣、煤氣作為燃料，將氫氧化鋁焙燒為氧化鋁，排放煙氣的粉塵含量均達不到新的環保標準。

2 建設方案

2.1 收塵設備選擇

保持現有設備繼續使用，在每臺焙燒爐的電收塵后串聯一臺新除塵器，使排放達到的要求。要達到10mg/m3的濃度，串聯的新建除塵器只有選擇布袋除塵器或者是高效電收塵器。濾網式電除塵器是由日本富士電機古河產機公司研發的一種較為先進的高效電收塵器技術。

2.1.1 布袋除塵器的原理及特點

當高溫含塵煙氣進入除塵器時，首先通過預除塵室，使含塵氣流的方向改變，并利用其具有的慣性、特性將粗顆粒粉塵隨氣流引導垂直落入灰斗，余下的細顆粒粉塵隨氣流進入裝有濾袋的過濾室，經過濾袋的凈化粉塵被阻攔在濾袋外表面，過濾后的凈氣體透過濾袋進入上部凈氣室流入排風通道，由風機抽出對空排放。

隨著過濾過程的延伸，其濾袋織物表面附著的粉塵層增厚，除塵器系統阻力隨之而增，需要對其進行清灰降壓。本除塵器的清灰原理是利用與過濾氣體反向的高壓氣流噴入濾袋內部，使其由里向外吹透濾袋外表面的附著物。清灰方式由在線定時清灰和單室離線定阻清灰交替執行。除塵器進入工作狀態在低阻運行時，脈沖噴吹閥周期性交替對單列濾袋在線清灰（在線清灰指除塵與清灰同時進行）。除塵器運行一段時間后，濾袋表面的積灰增厚，在線清灰已不能徹底清除濾袋表面的積灰時，除塵器進入高阻運行狀態，此時通過差壓變送器的反饋信號，由PLC控制器中斷定時清灰而轉入單室離線清灰（單室離線清灰指除塵器運行時關閉某一個室的進風閥，使其脫離除塵狀態而轉入清灰狀態）。經過一個周期的單室離線清灰 后除塵器運行阻力恢復到正常值時，除塵器又進入在線清灰狀態。

清灰裝置是在每排濾袋的上部裝有一根噴吹管，噴吹管通過脈沖閥與壓縮空氣包相連，噴吹管上的噴嘴與每條濾袋的中心相對。設備在低阻運行時，控制器定時發出脈沖信號，通過控制閥使各脈沖閥有序打開。此時，與脈沖閥相連的噴吹管與壓縮空氣包連通，壓縮空氣包所提供的高壓空氣以極高的速度從噴吹管上的噴嘴噴出，形成一個比噴吹氣流大5～8倍的空氣，一起向15條濾袋內部涌入，使得濾袋急劇膨脹，引起沖擊振蕩，同時空氣流與過濾氣流反向，將附著在濾袋外表面上的粉塵吹下。設備在高阻運行時，通過差壓變送器的反饋信號，由PLC控制器中斷定時清灰并啟動氣動提升閥切換除塵--清灰狀態，使某一單個室的出風閥關閉由除塵--清灰狀態轉換成清灰狀態。同時控制器發出脈沖信號，通過控制閥順序啟動各室脈沖閥。

圖1 袋式除塵器外形圖

完成在線定時清灰和單室離線清灰的狀態轉換是由PLC可編程序控制器控制。定阻控制的信號采集由差壓變送器傳輸，定時控制的信號由PLC控制器傳輸，除塵--清灰的狀態轉換由電磁閥帶動氣缸閥執行。整個清灰動力由壓縮空氣提供0.3～0.5Mpa的干氣源，通過活塞式脈沖閥實施。

袋式除塵器的PLC控制系統備有接口與中央控制系統并網，同時在設備本體上連接機旁手動按鈕。使用優先權為：機旁手動按鈕--車間控制室--中央控制系統。系統參數修改和操作記憶權為中央控制系統。機旁手動按鈕主要用于檢修及緊急事故處理。

2.1.2 布袋除塵器的特點：

表1 濾網式電除塵器與袋式除塵器綜合費用比較（5年周期，以一臺焙燒爐為例，電費0.5元/kW·h計）

表2 濾網式電除塵器、袋式除塵器、電除塵器特點對比

（1）技術可靠性高，可長期穩定運行，維護工作較少。

（2）可適應含塵氣體性質的大范圍波動，并可根據工況情況做適應性非標設計。

（3）特殊的結構設計加上嚴格的及零部件選用，選用新開發的700g/m2PPS+PTFE覆膜濾料，可滿足極為嚴格的環保要求，煙氣排放含塵量可確保低于10mg/Nm3。

（4）優化的進出風道設計，有利于均勻的氣流分布。

（5）防漏風設計，保證除塵布袋除塵器的漏風率降至最低。

（6）除塵器的進口煙氣溫度可達到250℃。

（7）分室脈沖三狀態清灰技術，保證最佳的清灰強度及效果。

（8）布袋除塵器停機自清系統，確保除塵器始終處于最佳工作狀態。

（9）定阻和定時聯合清灰方式及可編程控制系統。（10）自動超溫報警和緊急降溫控制。

（11）主體設備按照使用壽命15年以上。

2.2 不銹鋼纖維網過濾式電除塵器的原理及特點

將不銹鋼濾網作為電場的陽極，它與放電極間加上數萬伏的高壓電，則除塵機制中的靜電沉降將會成百上千倍的增加，同時，形成的粉塵層對粉塵顆粒的黏附作用也會大大加強。這樣，在除塵器集塵極上的粉塵層就會起著過濾和靜電吸附的雙重作用，對粉塵顆粒的捕集能力大大增強。

通過檢測粉塵層的阻力，采用振打的方式，將整個粉塵層震落到灰斗內，實現捕集微細粉塵的目的。

濾網式電除塵器是由日本富士電機古河產機公司研發的一種較為先進的技術，具有諸多優點：

（1）它以不銹鋼纖維濾網為陽極，具有電袋復合式除塵器的特點，同時更能適應高煙溫、高除塵效果要求的場合。

（2）占地面積小，在一定的粉塵濃度，過濾風速和電壓條件下，此除塵器的除塵效率可以高達98%以上。

（3）由于過濾風速較普通袋式除塵器有所提高，除塵器對煙氣的處理能力大為加強，煙氣阻力比袋式收塵器要低。

（4）由于采用了不銹鋼金屬濾袋，除塵器的進口煙氣溫度比普通布袋除塵器提高，可達到300℃以上。

（5）金屬濾袋壽命在10年以上，運行及檢修費用較低。

2.3 濾網式電除塵器與袋式除塵器綜合費用比較

2.4 濾網式電除塵器、袋式除塵器、電除塵器特點對比

2.5 焙燒爐收塵器改造設備確定

氧化鋁焙燒爐排出的含塵煙氣溫度高，尤其在開、停爐時，溫度可超過300℃，而且要求物料不沾極板、極線易清灰等，焙燒爐收塵系統改造適合選用濾網式電除塵器。

圖2 改造流程示意圖

3 設備使用情況和效益分析

3.1 使用情況：

設備投運后，濾網式電除塵器本體工況穩定在線監測檢測顆粒物排放濃度為5～7mg/m3左右。第三方出具的檢測排放濃度為5.2mg/m3。

運行結論：

1.濾網式電除塵器可以達到10 mg/ Nm3的粉塵排放指標。

2.用不銹鋼纖維網適用于電除塵器第一或第二電場，通過與日本企業的交流，最后一個電場的不銹鋼纖維網應更加致密，并根據粉塵粒徑的分布確定合適的孔徑。

3.運行電壓高，有利于提高除塵效率。

4.除塵器系統阻力200～250Pa，如果使用更加致密的不銹鋼纖維網，系統阻力應在500 Pa左右。

3.2 經濟效益

項目實施后氧化鋁焙燒爐除塵系統排放濃度由50mg/m3降到10mg/m3，排放量為37.44 t/a，回收外排粉塵149.76t/a，粉塵氧化鋁按2017年1～6月平均制造成本1943.57元/噸計算，

年創效益：149.76×1943.57=29.11萬元/年。

每年減少外排各種粉塵149.76噸對環境改善有較大的貢獻。

4 結論

濾網式電除塵器對于氧化鋁焙燒爐排出的含塵煙氣溫度高，且物料不沾極板、極線易清灰，非常適合，對于整個氧化鋁生產企業焙燒爐收塵器的本體改造提供了較好的改造方式。