兩級袋式除塵器處理冰銅干燥煙氣的技術探討

羅靜，章曉強，呂正華

(1.中國瑞林工程技術股份有限公司，江西南昌 330038；2.浙江藍天除塵設備有限公司，浙江嘉興 314000）

隨著城市進程和工業化進程的不斷增加，環境污染日益嚴重，國家對環保的重視程度也越來越高。2012年9月27日，由環境保護部、發展改革委、財政部制發印《重點區域大氣污染防治“十二五”規劃》獲國務院批復。目前很多省份都相繼印發了關于執行大氣污染物特別排放限值的公告，其中要求各重點城市的新建企業和現有企業在規定期限內要執行二氧化硫、氮氧化物、顆粒物和揮發性有機物特別排放限值。其中，銅冶煉行業企業執行《銅、鎳、鈷工業污染物排放標準（2013版）》（GB 25467—2010），即顆粒物排放濃度限值為10 mg/m3[1]。

袋式過濾收塵是目前減少顆粒物排放的最有效技術，特別是對PM2.5微細顆粒物的捕集具有高效、穩定的突出優點，但超低排放對袋式除塵器的技術提出了更加嚴苛的要求。本文擬介紹在銅冶煉行業中采用兩級袋式除塵器處理冰銅磨煙氣使其實現超低排放（5 mg/m3）的技術要點。

1 冰銅磨煙氣處理工藝

在銅閃速熔煉爐內反應生成的銅品位為70%的冰銅經溜槽進入冰銅風淬裝置進行?；?，?；蟮谋~含水率在4%～6%。將其送進銅锍倉儲存再送入冰銅磨制粉。冰銅干燥采用熱風干燥工藝；濕冰銅先經冰銅磨干燥和研磨，然后通過熱煙氣輸送到冰銅磨頂部的分級器，最終得到粒度-200目＞80%、含水率＜0.2%的冰銅粉。干燥后的冰銅粉靠熱煙氣帶出，采用負壓輸送方式輸送至袋式除塵器，實現冰銅粉和煙氣分離。冰銅粉進入爐頂冰銅倉，凈化的煙氣在排風機之后分成兩股，一部分煙氣從排氣筒排放于大氣中，另一部分煙氣則返回熱風爐，混合加熱后進入磨機循環使用，以減少冰銅磨的能源消耗。冰銅磨煙氣主要參數見表1。煙氣中冰銅粉的物化特性見表2。銅锍磨礦粉塵主要污染物成分見表3。

表1 冰銅磨煙氣主要參數

表2 某新建銅冶煉廠冰銅粉的物化特性

表3 銅锍磨礦粉塵主要污染物成分%

現有銅冶煉企業的冰銅干燥煙氣都是單臺袋式除塵器收塵后直接排放很難保證尾氣中塵含量達到超低排放的要求。另外，由于原始煙氣中粉塵含量高，運行時設備負荷大，運行工況惡劣，損壞快，需要經常停車更換濾袋，對主生產系統的影響較大。

以山東祥光銅業為例，該廠銅精礦干燥和冰銅干燥煙氣原處理系統都是單級袋式除塵器后排放。從2015年起，該廠經過3年的時間對煙氣系統進行了多項技術攻關和工藝升級改造。具體措施為：在銅精礦蒸汽干燥和冰銅干燥的單級袋式除塵器后面各增加1臺過濾精度更高的二級袋式除塵器，同時增加1臺排風機對系統進行壓力補償。經過工藝升級改造，截至2018年9月，該廠冶金各工序的煙氣全面實現了超低排放，尾氣中含塵質量濃度穩定控制在10 mg/m3以下[2]?；诖顺晒涷?，某新建銅冶煉廠在進行冰銅干燥煙氣處理系統設計時，為了確保滿足超低排放的要求，在一級袋式除塵器后面增加了1臺二級袋式除塵器。由于二級袋式除塵器的把關，對一級袋式除塵器除塵效率的要求大幅降低，也相應地降低了一級袋式除塵器的檢修頻率，提高了主生產系統的作業率。

由于吹煉主廠房的寬度通常為32 m，安裝場地和施工場制約性和局限性很大，不能將兩級袋式除塵器一起配置在吹煉廠房上，故將一級袋式除塵器配置在閃速吹煉爐的上方。一級袋式除塵器收集的大量干冰銅粉通過埋刮板輸送機進入吹煉爐頂冰銅倉，作為閃速吹煉爐的原料。二級袋式除塵器配置在地面上，收集的少量干冰銅粉通過氣力輸送裝置輸送到冰銅磨出口管，隨熱煙氣進入一級袋式除塵器再次收集。

冰銅干燥煙氣超低排放工藝流程見圖1。

圖1 冰銅干燥煙氣超低排放工藝流程

2 袋式除塵器實現超低排放的關鍵技術

為確保超低排放達標，袋式除塵器的過濾風速、濾袋材質、結構設計是關鍵因素。下文對上述新建銅冶煉廠冰銅干燥煙氣處理系統采用兩級袋式除塵器處理冰銅磨煙氣的關鍵技術要點進行分析。

2.1 合適的過濾風速

為實現超低排放，單級除塵器過濾風速控制在0.4 m/min以內為宜。雙級除塵器的一級過濾風速控制在0.8 m/min左右為宜；二級過濾風速控制在0.7 m/min左右為宜。但是由于每個項目的工況和粉塵的粒徑都不同，因此使用單級除塵器存在一定的超排風險，一旦除塵器破袋就會排放超標。采用兩級除塵器屬于采取了雙保險措施，當一級除塵器出現排放濃度超出設計值的情況時，二級除塵器能保證排放濃度達標。而且，相比單級除塵器控制排放，采用兩級除塵器的運行維護成本較小。

2.2 適合的過濾材料

濾袋是袋式除塵器的實現超低排放的核心要素，其成本占袋式除塵器成本相當大的比重。PTFE+PTFE覆膜濾袋的優勢在于實現了濾料的表面過濾。煙塵被隔離在濾袋的外表面，煙氣穿過PTFE膜上的多微孔后再經過濾材，有效提高了過濾效果。PTFE材質本身具有光滑、憎水性等優點，煙塵不宜吸附，剝離清灰效果好，而且耐高溫、耐酸堿。所以，采用覆膜濾袋的除塵器在使用過程中差壓、排放濃度均相對穩定。

要實現超低排放對濾袋的制作工藝也有特殊要求，濾袋的加工工藝采用3針縫合，縫合處均采用涂膠技術處理。避免粉塵從縫合的縫隙處穿透。濾袋的規格選用Φ160 mm×5 000 mm的規格，相比常規濾袋縮短1 000 mm，從而減少了6 m濾袋在使用中袋底不宜清灰的現象。

2.3 袋籠的結構改進

袋籠框架的豎筋數由常規的12筋增加到16筋。橫筋設計200 mm一個間隔。袋籠的焊接均采用電阻焊工藝，焊接點表面光滑無毛刺，減少了與濾袋的摩擦。袋籠防腐處理采用有機硅靜電噴涂技術。袋籠的設計與制作工藝均以保護濾袋為目的，減少破袋因素，避免破袋后煙塵穿透濾袋。濾籠上部帶有保護裝置（文丘里），在相同噴吹壓力下，有文丘里的袋籠大大提高了脈沖噴吹強度與清灰效果。

2.4 花板的加工質量

花板是用來固定濾袋的支撐板，是袋式除塵器的關鍵部件。它的加工質量直接影響到濾袋的壽命、粉塵排放指標?；ò逅械目撞捎眉す馇懈疃?，以減小孔徑誤差，以及孔橫向和縱向的誤差。

2.5 結構焊縫的要求

袋式除塵器的風道斜板和花板是隔斷煙塵的關鍵部位。風道斜板與花板是現場組裝，拼接焊縫要求滿焊，不得有漏風現象出現。安裝時要求做煤油滲透試驗。袋式除塵器聯動試車后做熒光粉檢測，且宜在夜間進行風道、花板、布袋等關鍵部位的檢測。

2.6 煙氣的平流層

除塵器的中箱體設有平流層，平流層能起到塵降、風量均化、減小灰斗上方（濾袋底部）渦流的作用。濾袋底破損經常是由于濾袋的晃動，袋底相互摩擦所致。因此，在花板與濾袋的設計中通過增大花板孔距和縮短濾袋長度以減少該問題的出現；同時設計合理高度的除塵器平流層，使渦流在平流層中散掉，減小濾袋底部的晃動，均化每個濾袋的煙氣。

2.7 灰斗的結構形式

除塵器灰斗結構為一室一斗形式，保證安息角≥65°，采用錐形進風形式，根據灰斗的大小形狀尺寸設計階梯導流板，可以減小甚至去除袋底的橫向作用力，減少大顆料物對濾袋的沖擊，確保濾袋工作平穩。

2.8 智能控制系統的運用

一級除塵器和二級除塵器均采用定阻、定時清灰控制。定阻清灰的原理是根據差壓定值，實現循環間隔時間由差壓控制；定時清灰則需要在實際工作中根據工況磨合調整。定阻清灰的運用前提是基于定時清灰的成熟控制。在采用定時清灰的模式下，循環周期結束，第一室提升閥關閉后開始清灰，此時差壓為800 Pa（最大差壓值）。直至最后一室清灰完畢，循環周期剛開始，此時差壓為700 Pa（最小差壓值）。除塵器設計阻力為1 500 Pa，設置定阻清灰差壓值上限為800 Pa，下限為700 Pa。采用定阻清灰時，當循環間隔期間差壓達到800 Pa時，清灰系統開啟。當一個或幾個周期清灰完畢，差壓降到700 Pa時，清灰系統關閉。差壓設定值可根據實際工況在觸摸屏上進行調整。定阻清灰優勢在于無需人工調整循環周期時間，使除塵器保持在一個合理的差壓值，從而達到穩定的排放濃度；同時可以避開系統工藝對除塵器排放濃度的影響。

3 兩級除塵器的優點與缺點

該新建銅冶煉廠采用單級除塵器和兩級除塵器相關參數對比見表4。

表4 某新建銅冶煉廠單級除塵器和兩級除塵器對比

從表4可以看出，單級除塵器單排室數達28個，長度超43 m，不利于每個室的風量分配，導致除塵器進風口室的工況與除塵器出風口室的工況相差較大。如增加每個室的面積、減少室數，則不利于清灰效果。

兩級除塵器較單級除塵器的風量分配更為均化，配置較靈活，最合理的設計是兩級相同型號的除塵器串聯使用。但由于一級除塵器配置在廠房頂部，場地受限，因此一級除塵器總長度要控制在25 m以下，且過濾面積和風速受限制；二級除塵器配置在廠房外地面上，可采用低風速、增大過濾面積的方式，確保超細顆粒物的有效收集。

在運行維護上，二級除塵更省心省力。以破袋后的檢查為例，單級除塵一旦破袋，排放濃度就會超標，屆時須排查28個室，工作量較大。兩級除塵的一級除塵雖然較單級除塵破袋概率高，但一級除塵破袋后，仍舊有二級除塵可以保障超低排放。所以，兩級除塵檢修避免了單級除塵檢修的被動性。

兩級除塵的缺點：1)投資大。單級和兩級除塵的面積相同時，兩級除塵的造價高于單級。2)風量和風壓的設計也需要考慮二級除塵的漏風率和阻力，因此風機的選型需要加大。

4 結論

綜上所述，袋式除塵器在實現超低排放上有著很大的優勢。在大風量工況下，兩級除塵風量分配均勻，結構設計更加合理，排放濃度有著更好的保障，且兩級除塵的運行維護更省心省力，更能滿足超低排放對袋式除塵器工藝技術的要求。 隨著大氣污染防治工作的持續推進，滿足綠色循環經濟發展模式下對大氣污染物特別排放限值的要求，兩級除塵將是未來冶煉煙氣實現超低排放的發展趨勢。