賴棟文　王　歡

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司福建龍巖364000）

淺談紅土鎳礦回轉(zhuǎn)窯——干燥窯系統(tǒng)電除塵器分析與應(yīng)用

賴棟文王歡

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司福建龍巖364000）

紅土鎳礦回轉(zhuǎn)窯-干燥窯系統(tǒng)配套電除塵器被廣泛應(yīng)用，但在實際運行中出現(xiàn)絕緣子破裂、電場內(nèi)部發(fā)生腐蝕等問題。針對這些問題，結(jié)合實際經(jīng)驗，對整個系統(tǒng)工藝及電除塵器操作等方面給出了相關(guān)建議。

紅土鎳礦；回轉(zhuǎn)窯；干燥窯；熱風(fēng)爐；電除塵器

紅土鎳礦回轉(zhuǎn)窯熔煉直接還原法工藝，利用回轉(zhuǎn)窖全程對鎳團(tuán)礦進(jìn)行脫水、焙燒，NiO、FeO等氧化物還原，金屬物聚集，最后生成融態(tài)海綿狀夾渣鎳鐵。熔煉過程熱能來自煤粉燃燒放出的熱量，具有原料適應(yīng)性強，鎳鐵品味高，有害元素的鑄相含量比較少，節(jié)能環(huán)保，循環(huán)利用等優(yōu)點。其是火法冶煉鎳鐵生產(chǎn)中，設(shè)備最簡單、生成金屬流程最短、綜合能耗最低的生產(chǎn)工藝（圖1為工藝流程）。

圖1　工藝流程圖

1　設(shè)備現(xiàn)場檢修情況

某廠鎳鐵回轉(zhuǎn)窯-干燥窯冶煉項目采用國際領(lǐng)先的RKEF工藝，礦熱爐規(guī)格33kVA；回轉(zhuǎn)窯為Φ4.4m×100m，窯尾進(jìn)料，窯頭噴煤燃燒并出料，干燥窯為Φ5.5m×50m，頭部進(jìn)料，尾部出料。干燥窯通過熱風(fēng)爐噴煤燃燒產(chǎn)生的熱量及礦熱爐、回轉(zhuǎn)窯煙氣的熱量來烘干原料，以滿足工藝要求，即原料濕度從40%左右烘干至20%左右。其除塵系統(tǒng)配套國內(nèi)某環(huán)保廠電除塵器，該電除塵器運行1年后，出現(xiàn)絕緣子經(jīng)常性炸裂，個別電場短路，間歇性冒煙等問題。電除塵器停運檢修時，主要發(fā)現(xiàn)以下問題：

1.1陰極吊掛承壓絕緣子發(fā)生大面積的破裂，絕緣子內(nèi)壁附著大量黑色物質(zhì)，而且有明顯的爬電現(xiàn)象（如圖2）。

圖2　瓷瓶破裂

1.2陰極線、陽極板腐蝕較嚴(yán)重

（1）第四電場最下層陰極線大概70%左右腐蝕斷線，第三電場最下層陰極線大概20%左右腐蝕斷線，第1、2電場陰極線有少量極線腐蝕斷線，電場中上部未發(fā)現(xiàn)陰極線斷線情況發(fā)生（如圖3）。（2）陽極板中下部腐蝕較嚴(yán)重，其中第1電場陽極板基本未出現(xiàn)腐蝕情況，末電場陽極板腐蝕最嚴(yán)重，個別極板根部與振打桿連接處已經(jīng)腐蝕斷裂（如圖4）。

圖3　芒刺線斷線

圖4　陽極板腐蝕情況

1.3殼體墻板、出口喇叭底板腐蝕較嚴(yán)重，墻板的腐蝕主要發(fā)生在除塵器下部2米范圍內(nèi)，部分墻板腐蝕達(dá)到3mm，上部腐蝕較少，出口喇叭底板也腐蝕嚴(yán)重（如圖5）。

2　原因分析

2.1絕緣子炸裂的原因分析

2.1.1通過取樣化驗絕緣子內(nèi)壁粘附的黑色物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)其主要成分為碳粉。調(diào)研國內(nèi)熱風(fēng)爐的工藝及結(jié)構(gòu)后，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)各鋼廠采用的熱風(fēng)爐主要有兩種結(jié)構(gòu)形式。大部分廠家熱風(fēng)爐燃燒室與煙氣混氣室的隔板開口在熱風(fēng)爐的偏下部，而該廠使用的熱風(fēng)爐燃燒室與煙氣混氣室的隔板開口在熱風(fēng)爐的偏上部（如圖6和圖7）。

圖5　側(cè)墻板腐蝕

圖6　熱風(fēng)爐A

圖7　熱風(fēng)爐B

2.1.2進(jìn)一步深入分析后，我們發(fā)現(xiàn)，不管是熱風(fēng)爐A還是熱風(fēng)爐B，燃燒室的熱風(fēng)通過后置風(fēng)機(jī)負(fù)壓的作用下，抽入到煙氣混氣室。熱風(fēng)爐B開口位于偏上部，與噴煤點相鄰，在負(fù)壓的作用下，很容易導(dǎo)致未完全燃燒的碳粉被吸入到煙氣混氣室，甚至部分噴出來的煤粉直接被帶入到煙氣混氣室。由于大量未燃盡的碳粉帶入到除塵器后，沉積在絕緣子內(nèi)壁，導(dǎo)致絕緣子爬電、擊穿，并最終炸裂。而熱風(fēng)爐A的結(jié)構(gòu)形式就顯得更加合理，隔板開口離噴煤點有一定的行程，保證了煤粉噴出后充分燃燒。通過對國內(nèi)幾家鎳鐵回轉(zhuǎn)窯廠家了解證實，熱風(fēng)爐燃燒室與煙氣混氣室的連接口開在熱風(fēng)爐的偏下部的廠家，基本未發(fā)生過電除塵器絕緣子炸裂的情況，而該廠熱風(fēng)爐燃燒室與煙氣混氣室的連接口開在熱風(fēng)爐的偏上部，則經(jīng)常發(fā)生絕緣子炸裂。

2.2設(shè)備腐蝕的原因分析

2.2.1煙氣溫度、濕度等影響

通過查詢電除塵器最近1個月的運行記錄，發(fā)現(xiàn)電除塵器的運行溫度普遍偏低，最低50℃左右，最高120℃左右，其中1個月內(nèi)溫度大于90℃的天數(shù)僅有8天（如圖8，溫度取樣點為電除塵器進(jìn)口煙道）。

圖8　電除塵器運行溫度曲線

通過與業(yè)主的交流后，發(fā)現(xiàn)造成煙氣溫度低的原因主要有兩個方面：（1）由于受市場不銹鋼價格下跌影響，為減產(chǎn)能和減產(chǎn)耗，熱風(fēng)爐近幾個月基本處于停用狀態(tài)，致使煙溫過低。從運行的近一個月的煙氣溫度來看，電除塵器煙氣溫度接近或低于煙氣露點溫度。（2）該廠地處沿海地帶，常年受海洋性氣候影響，空氣濕度較大，年降雨量高，采用的紅土鎳礦主要通過海運從印尼運回，原料本身的濕度大約在40%左右。同時，紅土鎳礦回轉(zhuǎn)窯原料礦基本都是露天堆放，碰到下雨天氣時，礦料的濕度極大的增加，經(jīng)過干燥窯烘干和回轉(zhuǎn)窯焙燒后，煙氣中水分也大大的增加，通過檢測煙氣成分測量，發(fā)現(xiàn)有時煙氣中的水分超過30%以上，個別時間可以直接在灰斗下灰口發(fā)現(xiàn)水滴流出（如圖9）。

圖9　原礦料堆放

2.2.2煙氣中SOx的影響

該廠某次環(huán)保驗收測試時，專業(yè)檢測公司檢測到的煙氣中二氧化硫數(shù)據(jù)如表1。

表1　回轉(zhuǎn)窯等煙氣二氧化硫進(jìn)口數(shù)據(jù)

從表1可知，煙氣中含有一定的SOx化合物，若電場內(nèi)部出現(xiàn)結(jié)露，則很容易與結(jié)露的水形成稀硫酸，加重設(shè)備腐蝕。

2.2.3輸灰設(shè)備漏風(fēng)影響

該廠電除塵器采用皮帶機(jī)輸卸灰，每臺電除塵器通過插板閥、星型卸灰閥、2臺分皮帶機(jī)，一臺集合皮帶機(jī)直接把粉塵拉回配料室配料。由于該工況煙氣濕度大，早期出現(xiàn)過灰斗板結(jié)、輸卸灰不順暢的情況，操作班組為了防止灰斗板結(jié)，每次排灰時都是直接排空。在現(xiàn)場檢查時，發(fā)現(xiàn)電除塵器第四電場聽得到明顯排空漏風(fēng)聲音。通過多依奇公式可知，電除塵器后電場，特別是第三、第四電場捕集的灰塵本就少，實際后兩電場捕獲的粉塵占總灰量的10%不到，該廠每次卸灰時，灰斗均排空，使后電場灰斗長期漏風(fēng)，冷風(fēng)從灰斗口進(jìn)入除塵器內(nèi)部，高濕度的熱煙氣遇冷風(fēng)極容易結(jié)露，使電除塵器內(nèi)部有水分析出，而煙氣中含有SOx化合物，遇到結(jié)露的水后形成稀硫酸，進(jìn)一步加重設(shè)備腐蝕。以上也是該廠陰陽極腐蝕主要發(fā)生在第三、第四電場中下部的原因。

3　應(yīng)對措施

為了徹底解決該廠鎳鐵回轉(zhuǎn)窯--干燥窯配套電除塵器出現(xiàn)的問題，保證電除塵器穩(wěn)定運行，進(jìn)行了以下整改措施。

3.1熱風(fēng)爐工藝優(yōu)化

為了防止過多的未燃盡碳粉的產(chǎn)生，進(jìn)入電除塵器，對熱風(fēng)爐進(jìn)行了整改，將熱風(fēng)爐燃燒室與煙氣混氣室的隔板開口改到隔板的偏下部。

圖10　陰極吊掛密封及熱風(fēng)吹掃

3.2煙氣溫度控制

由于煙氣中濕度較大，為避免煙氣溫度過低而產(chǎn)生結(jié)露，對進(jìn)入電除塵器的進(jìn)口溫度控制在100℃～120℃以上，低于100℃時開啟熱風(fēng)爐，盡量防止煙氣結(jié)露。

3.3陰極吊掛結(jié)構(gòu)優(yōu)化（如圖10）

（1）為了避免煤粉進(jìn)入電除塵器后粘附在陰極吊掛瓷瓶內(nèi)壁，在絕緣瓷瓶下口增加耐高溫絕緣密封件，隔絕煙氣及防止碳粉粘附到絕緣子內(nèi)壁。（2）增加熱風(fēng)吹掃裝置。通過對陰極吊掛保溫箱持續(xù)的鼓吹熱風(fēng)，防止煙塵進(jìn)入瓷瓶下部防塵罩內(nèi)部范圍，進(jìn)一步保證了耐高溫絕緣密封件的干爽及干凈。

3.4除塵器材質(zhì)選擇

與國內(nèi)某大型鋼鐵廠合作，聯(lián)合開發(fā)出一種特種耐酸鋼，本次改造電除塵器的陰極線、陽極板材質(zhì)更換為該特種耐酸鋼，墻板下部及喇叭底板內(nèi)襯該特種耐酸鋼，該特種耐酸鋼耐酸腐蝕性好，而采購成本介于普通鋼材與304不銹鋼之間。

眾所周知，金屬材料在不同溫度、不同硫酸濃度溶液中腐蝕速度也不同，但在70℃、50%硫酸濃度中腐蝕速度最快，該特種耐酸鋼與其他鋼種相比，在此溫度和濃度中腐蝕速度最低，明顯優(yōu)于其他鋼種。表2為該特種耐酸鋼與其他鋼材耐腐蝕性試驗比較數(shù)據(jù)。

表2　各種鋼材腐蝕速率對比

3.5除塵器各檢修門等密封

因煙氣中含水分較高，所以漏風(fēng)對除塵器結(jié)露產(chǎn)生影響較大。在人孔門、陰極傳動檢修門、頂部陰極吊掛保溫箱蓋等門蓋每次關(guān)閉后，及時涂抹高溫密封膠進(jìn)行密封，減少各檢修門處因多次開啟、變形、密封件老化帶來的漏風(fēng)影響。

3.6輸灰制度調(diào)整

由于星型卸灰閥自身結(jié)構(gòu)的原因，在無灰封情況下，其無法保證完全密封，原卸灰制度使得灰斗卸灰直接排空，無法實現(xiàn)電除塵器后電場灰斗的灰封。調(diào)整后，第一、二、三、四電場卸灰間隔分別為1h、2h、8h、24h卸灰一次，減少了因卸灰而導(dǎo)致的漏風(fēng)。

4　整改后效果

該設(shè)備整改后，投運已經(jīng)超過1年，電除塵器進(jìn)口溫度維持在100℃以上，電除塵器運行穩(wěn)定，陰極吊掛瓷瓶再未出現(xiàn)炸裂的情況，電場未再發(fā)生短路現(xiàn)象。業(yè)主自行常規(guī)檢查，極板、極線良好，除塵器內(nèi)部無明顯腐蝕情況發(fā)生，電除塵器內(nèi)部腐蝕問題得到了有效控制和解決，電除塵器二次電壓維持在60kV左右，煙囪排放效果良好。

5　結(jié)語

紅土鎳礦回轉(zhuǎn)窯-干燥窯系統(tǒng)電除塵器運行效果的好壞與工藝直接相關(guān)，配套的電除塵器在結(jié)構(gòu)上應(yīng)最大限度地適應(yīng)復(fù)雜多變的工藝及煙塵性質(zhì)。通過設(shè)置隔塵裝置、微正壓熱風(fēng)吹掃，采用成熟可靠的工藝及噴煤制度，控制電除塵器溫度運行在合適的區(qū)間范圍，與煙氣接觸部分選用特種耐酸鋼，配合合理的維護(hù)和操作等一系列手段，完全可以保證電除塵器長期可靠、經(jīng)濟(jì)高效地運行。

[1]黎在時,編著.電除塵器的選型安裝與運行管理.北京:中國電力出版社,2005.

賴棟文（1982—），福建龍巖人，工程師，主要從事除塵、脫硫、脫硝等設(shè)計及管理工作。