基于“富氧底吹三連爐”煙氣除塵系統收塵效率提升的研究與實踐

申 健, 呂鑫寬, 蘇江峰, 李魯魯

(國投金城冶金有限責任公司, 河南 靈寶 472500)

0 概述

電除塵器是銅冶煉行業必備的除塵設備,其功能是初步收集熔煉底吹爐或吹煉底吹爐排放煙氣中的顆粒煙塵,它不僅可以回收利用煙氣里的有價金屬粉塵,通過提高金屬直收率,增加企業經濟效益;也可以大幅度降低排入大氣中的煙塵量,提高環保效益,為后續驟冷收砷工序、煙氣制酸系統凈化工段穩定運行奠定了基礎。

1 系統工藝介紹

某公司10萬噸銅冶煉系統擁有2臺電除塵設備,分別是100 m2的熔煉電除塵器和50 m2的吹煉電除塵器。電除塵器是以靜電捕收煙氣中粉塵的裝置,是凈化熔煉爐及吹煉爐冶煉過程中產生煙氣的理想設備。它的凈化工作主要依靠放電極和沉淀極這兩個系統來完成。在電除塵器各電場中,利用高壓直流電使氣體電離,產生陰陽離子。含塵的煙氣通過含有大量電子、正負離子的電場,使煙塵顆粒荷電,在高壓電場的作用下,根據同性相斥、異性相吸的基本原理,使大量地帶負電荷的塵粒在收集電極(陽極板)上沉積,釋放出荷電,而少量帶正電荷的塵粒在電暈極(陰極線)上沉積,利用機械振打錘周期性地敲打兩極裝置,粘附在陽極板和陰極線上的粉塵被抖落,進入下部灰斗,再經溢流螺旋輸送機和刮板機進入灰倉,進入倉式泵,使用高壓氮氣將白煙塵輸送至白煙塵打包站灰倉,利用自動包裝機進行打包,產出的白煙塵進行外售。凈化后的煙氣通過驟冷收砷后,經高溫風機輸送至硫酸車間進行制取成品硫酸。

2 系統設備介紹

該公司10萬噸銅冶煉系統熔煉電除塵器排灰系統由1臺熱埋刮板機、5臺溢流螺旋、10臺灰斗防閉塞裝置、4組陽極振打裝置、8組陰極振打裝置、倉式泵及其他輔助設備組成。熔煉電除塵器收塵截面積100 m2,總積塵面積7 000 m2,陽極板采用不銹鋼材質拼接組成,具有耐高溫、過濾煙氣量大、使用壽命長、除塵效率高、耐酸堿、耐腐蝕、化學穩定性好等多種優點。每個灰斗下方均設有200×200檢修孔,可方便單獨對灰斗進行檢修。輸灰系統采用氣力輸灰方式,輸灰系統使用氮氣氣源壓力為0.8 MPa,其中輸灰用氮氣減壓至0.4 MPa使用,氣動閥門使用儀表氣源為0.6 MPa氮氣。倉式泵帶有料位計一臺,倉式泵本體設有壓力變送器1臺,氣動進料閥(DN300)1臺,氣動出料閥(DN150)1臺,為防止粉塵沖刷磨損輸灰管,輸灰管道彎頭使用耐磨陶瓷內襯。倉式泵下封頭設一流化氣室,內裝流化盤,流化氣室與氮氣管道相連,通過加壓閥控制氮氣的流入。氮氣系統以空壓機房輸送的0.8 MPa氮氣為氣源,建有1個3 m3氮氣儲氣罐。氮氣經降壓、調壓后為倉式泵輸送煙灰使用。在打包站設置一自動包裝機,對熔煉電除塵器捕集下來的白煙塵進行每班2次的集中打包,打包裝置在熔煉電除塵器運行時開啟,通過降低員工作業時間,減少員工與粉塵接觸,并通過對抽風系統布風點的優化,改善抽風效果,改善員工的工作環境,同時減少含金物料因揚塵引起的流失。

3 電除塵器除塵系統的優化

3.1 熔煉電除塵器運行溫度的優化

2020年該公司10萬t銅冶煉系統自主研發并實施投用“電除塵器進口超溫自動調節保護裝置”。在此裝置投用前,電除塵器運行期間進口溫度長期超出330～380 ℃設計范圍,溫度長期維持在430 ℃,受高溫影響,電除塵器四個電場的送電情況均受到影響,整體二次電壓低于35 kV,嚴重時一電場無二次電壓,同時電除塵器一二電場的陽極板在高溫的炙烤下,變形嚴重,出現陽極板移位,陽極振打錘偏心等一系列設備故障問題,電除塵器進口溫度超溫嚴重影響電除塵器除塵效率。在電除塵器進口超溫自動調節保護裝置投用后,熔煉電除塵器進口溫度控制低于380 ℃,通過增加該裝置,短期內有效地解決了熔煉電除塵器因系統下料量增加,余熱鍋爐長時間運行結焦造成電塵進口溫度超標的問題,同時也解決了陽極板變形、收塵效率下降的生產問題。

2021年8月該公司10萬t銅冶煉系統對熔煉余熱鍋爐進行改造,通過增加熔煉余熱鍋爐上升煙道的高度,增加對流管束,增大循環水量來進一步優化鍋爐降溫效果,穩定了電除塵器進口溫度。這一改造,將電塵進口溫度控制在350±30 ℃,長期解決了熔煉電除塵器收塵效率低下的問題,消除了因超溫造成電除塵器陽極板變形造成的設備損壞。同時熔煉底吹爐的混合下料量也由改造前125 t/h提升到135 t/h,按照每噸礦100元利潤計算,按照90%開車率核算,每月可創收效益(135-125)×24×30×90%×100=64.8萬元,每年可創收712.8萬元。

3.2 熔煉電除塵器陰陽極板和振打裝置的優化

該公司10萬t銅冶煉系統于2021年8月5日開始檢修。檢修前熔煉電除塵進口溫度持續維持在430 ℃左右,因進口溫度較高,導致電除塵器一二電場陰陽極板變形嚴重,在高溫情況下下墜,影響陰極芒刺線放電影響陽極板集灰效率,同時振打裝置的振打錘敲擊點在高溫環境下變形嚴重,振打錘敲擊力度下降,清灰效果變差,最終影響電場送電,除塵效率降低。大修期間針對性地完成一二電場變形陽極板和陰極框的校正,恢復陰陽極板之間同極400 mm的間距,將之前因高溫膨脹下墜的陽極板抬高20 mm,將原有的陽極振打錘進行180°掉向后重新安裝使用,使其正對振打氈中心,增大其敲擊力度。

3.3 熔煉電除塵器一電場和四電場送電的優化

該公司10萬噸銅冶煉系統熔煉電除塵器一電場使用72 kV/800 mA高頻直流電源,四電場使用72 kV/1 000 mA恒流高壓直流電源。煙氣經余熱鍋爐降溫首先進入一電場,2021年度大修前熔煉電塵一電場運行二次電壓低于30 kV,四電場運行二次電壓高達50 kV以上,導致大量煙塵后移,收塵效率偏低,白煙塵產出量較少。二三四電場負荷較大,無法有效保證收塵效率,煙塵容易進入后續驟冷收砷工序,在驟冷收砷工序檢修期間,直接積存到去硫酸凈化煙氣管道內,增加系統阻力及運行負荷。利用大修期間對一電場高頻直流電源和四電場恒流高壓直流電源進行調換,熔煉電塵一電場使用恒流高壓直流電源后運行二次電壓高達50 kV以上,二三電場送電達到50 kV以上,四電場40 kV,熔煉煙氣經過電除塵器后,大部分煙氣被一二電場收集,三四電場起到再凈化作用,有效地提升了整個電除塵器的除塵效率。大修開車以后,硫酸工段凈化崗位的板框壓濾機拆卸率由大修前1天3次降低至3天1次,驟冷收砷工序產出的粗砷的金銀含量由最高1.0 g/t降低至0.02 g/t,有價金屬損失明顯降低。

3.4 熔煉電除塵器灰斗檢修孔的優化

該公司10萬噸銅冶煉系統熔煉電除塵器采用的是雙灰斗雙進料口螺旋排灰系統,總共10個灰斗。原熔煉電塵灰斗下部都有一個200×200 mm的方形檢修孔,主要用于檢查灰斗有無積灰以及清理灰斗積灰,由于長時間處于高溫狀態和操作工的頻繁開關、敲打,導致人孔變形、密封不嚴,存在漏風現象。在負壓的作用下,大量的冷空氣被吸入電除塵器內形成酸霧冷凝,導致灰斗鋼板出現腐蝕現象,漏風增加導致電塵灰發黏,粘結到灰斗內,影響灰斗的正常出灰。造成現場作業人員衛生清理難度增大,增加操作人員勞動強度。利用熔煉爐停車檢修期間,將原有檢修觀察孔部位切除,割除腐蝕部位的鋼板,重新下料整塊兒鋼板(750×500 mm)進行覆蓋焊接,在合適的部位開一30 mm圓孔焊接M27螺母代替原檢修觀察孔,采用螺絲封堵。通過對灰斗檢查孔的優化,不僅解決了檢修孔漏風、漏灰的現象,也減少冷空氣進入系統對設備造成腐蝕的問題,同時方便人員檢查灰斗是否存在積灰,保證了電除塵器灰斗連續穩定出灰。

3.5 熔煉電除塵器進口氧含量的優化

系統開車后,熔煉電除塵器進口氧濃居高不下,高氧濃導致電場二次電壓運行不穩定,熔煉電除塵器產出白煙塵性質發粘,倉式泵輸送無法正常使用,煙塵產出溫度較高,事故接灰因高溫導致噸袋破損,致使人員頻繁二次套包,勞動強度增加,含金物料流失較大,通過控制系統負壓,調節熔煉爐爐口補風量,使電除塵器進口氧濃由8%下降至2%左右,三四電場二次電壓運行逐步趨于穩定,產出的白煙塵灰色性質逐步正常,下料順暢,倉式泵可以正常使用,大幅減少白煙塵揚塵損失,人員勞動強度明顯降低。但在日常實踐中,為確保系統運行穩定,通常將熔煉電塵進口氧濃控制在1%～2%,電除塵器、驟冷收砷、硫酸、污水處理等工段的運行指標都便于控制,設備運行效率均有效提高。

3.6 熔煉電除塵器溢流螺旋外壁溫度的監測

該公司熔煉電除塵器在運行過程中,由于白煙塵性質發粘、灰斗漏風漏點等影響,多次出現在灰斗內積灰的情況,處理較為困難。灰斗堵塞后,不僅增加了崗位操作人員的工作量,而且在清理時打開檢修孔會導致系統漏風,造成煙氣中三氧化硫含量升高,對其后段驟冷收砷造成影響。傳統解決辦法是人工定期檢查灰倉,但頻繁開孔檢查灰斗不易操作,且影響系統負壓。

在實踐中發現新產出的白煙塵溫度較高,灰斗正常出灰時,溢流螺旋在輸送新灰的過程中,外壁溫度應保持在30～90 ℃的溫度范圍內。在灰斗堵塞時,由于無法輸送新灰,溢流螺旋外壁溫度會逐步降低。鑒于這種理論,在溢流螺旋外壁安裝溫度巡檢點,根據外壁實時溫度檢測來判斷灰斗排灰情況,進而確定灰斗是否存在積灰堵塞的情況。發現溫度降低時,可提前檢查處理,減少積灰情況發生。此方法不僅方便,反饋輸灰情況較為準確,有效減少了灰斗積灰情況。

4 結語

該公司通過對熔煉電除塵器在運行過程中出現的問題,通過從電除塵器進口溫度、陽極板間距、電除塵器進口氧濃控制與電場送電、除塵器灰斗積灰檢查孔改造以及溢流螺旋筒體測溫等方面進行優化改進,分析出有色冶煉煙氣除塵系統的最佳運行方式,優化除塵系統的運行參數,排查系統運行中的工藝隱患,最終總結出最優的控制措施,為同類型企業在今后提高電除塵器收塵效率的改造方面,提供一定借鑒意義。