牟靖

（中鋁山東工程技術(shù)有限公司，山東 淄博 255052）

1 項(xiàng)目背景

中鋁山東有限公司在生產(chǎn)氧化鋁過程中，使用焙燒爐等生產(chǎn)設(shè)備，這些窯爐設(shè)備在生產(chǎn)過程中使用煤氣、天然氣作為燃料，氫氧化鋁為原料，產(chǎn)生大量的含塵煙氣，經(jīng)電收塵器凈化后經(jīng)煙囪排入大氣。焙燒爐排煙均為一級(jí)電收塵除塵，通過各自的煙囪排往大氣，隨著環(huán)保要求的越來越嚴(yán)格，原來設(shè)計(jì)的電收塵器已不能滿足國家和地方對(duì)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(shí)段排放濃度限值達(dá)到30 mg/m3的要求，自2020年1月1日起執(zhí)行第四時(shí)段“重點(diǎn)控制區(qū)”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(tái)按德國魯奇公司技術(shù)生產(chǎn)的氧化鋁焙燒爐，第二氧化鋁廠東線和南線分別有兩臺(tái)。每臺(tái)焙燒爐氧化鋁產(chǎn)能為1600t/天，焙燒爐尾部各配一臺(tái)75m2二電場電收塵器，單臺(tái)煙氣量為260000m3/h，出口煙氣溫度180～210℃。電收塵裝置進(jìn)口含塵量為700g/m3，在電收塵入口有一級(jí)撞擊收塵，將含塵量降為100g/m3進(jìn)入兩級(jí)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(dá)不到新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

2 建設(shè)方案

2.1 收塵設(shè)備選擇

保持現(xiàn)有設(shè)備繼續(xù)使用，在每臺(tái)焙燒爐的電收塵后串聯(lián)一臺(tái)新除塵器，使排放達(dá)到的要求。要達(dá)到10mg/m3的濃度，串聯(lián)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(wǎng)式電除塵器是由日本富士電機(jī)古河產(chǎn)機(jī)公司研發(fā)的一種較為先進(jìn)的高效電收塵器技術(shù)。

2.1.1 布袋除塵器的原理及特點(diǎn)

當(dāng)高溫含塵煙氣進(jìn)入除塵器時(shí)，首先通過預(yù)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(dǎo)垂直落入灰斗，余下的細(xì)顆粒粉塵隨氣流進(jìn)入裝有濾袋的過濾室，經(jīng)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(jìn)入上部凈氣室流入排風(fēng)通道，由風(fēng)機(jī)抽出對(duì)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(tǒng)阻力隨之而增，需要對(duì)其進(jìn)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(nèi)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(shí)清灰和單室離線定阻清灰交替執(zhí)行。除塵器進(jìn)入工作狀態(tài)在低阻運(yùn)行時(shí)，脈沖噴吹閥周期性交替對(duì)單列濾袋在線清灰（在線清灰指除塵與清灰同時(shí)進(jìn)行）。除塵器運(yùn)行一段時(shí)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(shí)，除塵器進(jìn)入高阻運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)通過差壓變送器的反饋信號(hào)，由PLC控制器中斷定時(shí)清灰而轉(zhuǎn)入單室離線清灰（單室離線清灰指除塵器運(yùn)行時(shí)關(guān)閉某一個(gè)室的進(jìn)風(fēng)閥，使其脫離除塵狀態(tài)而轉(zhuǎn)入清灰狀態(tài)）。經(jīng)過一個(gè)周期的單室離線清灰 后除塵器運(yùn)行阻力恢復(fù)到正常值時(shí)，除塵器又進(jìn)入在線清灰狀態(tài)。

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(duì)。設(shè)備在低阻運(yùn)行時(shí)，控制器定時(shí)發(fā)出脈沖信號(hào)，通過控制閥使各脈沖閥有序打開。此時(shí)，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(gè)比噴吹氣流大5～8倍的空氣，一起向15條濾袋內(nèi)部涌入，使得濾袋急劇膨脹，引起沖擊振蕩，同時(shí)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(shè)備在高阻運(yùn)行時(shí)，通過差壓變送器的反饋信號(hào)，由PLC控制器中斷定時(shí)清灰并啟動(dòng)氣動(dòng)提升閥切換除塵--清灰狀態(tài)，使某一單個(gè)室的出風(fēng)閥關(guān)閉由除塵--清灰狀態(tài)轉(zhuǎn)換成清灰狀態(tài)。同時(shí)控制器發(fā)出脈沖信號(hào)，通過控制閥順序啟動(dòng)各室脈沖閥。

圖1 袋式除塵器外形圖

完成在線定時(shí)清灰和單室離線清灰的狀態(tài)轉(zhuǎn)換是由PLC可編程序控制器控制。定阻控制的信號(hào)采集由差壓變送器傳輸，定時(shí)控制的信號(hào)由PLC控制器傳輸，除塵--清灰的狀態(tài)轉(zhuǎn)換由電磁閥帶動(dòng)氣缸閥執(zhí)行。整個(gè)清灰動(dòng)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(shí)施。

袋式除塵器的PLC控制系統(tǒng)備有接口與中央控制系統(tǒng)并網(wǎng)，同時(shí)在設(shè)備本體上連接機(jī)旁手動(dòng)按鈕。使用優(yōu)先權(quán)為：機(jī)旁手動(dòng)按鈕--車間控制室--中央控制系統(tǒng)。系統(tǒng)參數(shù)修改和操作記憶權(quán)為中央控制系統(tǒng)。機(jī)旁手動(dòng)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(diǎn)：

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

表2 濾網(wǎng)式電除塵器、袋式除塵器、電除塵器特點(diǎn)對(duì)比

（1）技術(shù)可靠性高，可長期穩(wěn)定運(yùn)行，維護(hù)工作較少。

（2）可適應(yīng)含塵氣體性質(zhì)的大范圍波動(dòng)，并可根據(jù)工況情況做適應(yīng)性非標(biāo)設(shè)計(jì)。

（3）特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加上嚴(yán)格的及零部件選用，選用新開發(fā)的700g/m2PPS+PTFE覆膜濾料，可滿足極為嚴(yán)格的環(huán)保要求，煙氣排放含塵量可確保低于10mg/Nm3。

（4）優(yōu)化的進(jìn)出風(fēng)道設(shè)計(jì)，有利于均勻的氣流分布。

（5）防漏風(fēng)設(shè)計(jì)，保證除塵布袋除塵器的漏風(fēng)率降至最低。

（6）除塵器的進(jìn)口煙氣溫度可達(dá)到250℃。

（7）分室脈沖三狀態(tài)清灰技術(shù)，保證最佳的清灰強(qiáng)度及效果。

（8）布袋除塵器停機(jī)自清系統(tǒng)，確保除塵器始終處于最佳工作狀態(tài)。

（9）定阻和定時(shí)聯(lián)合清灰方式及可編程控制系統(tǒng)。（10）自動(dòng)超溫報(bào)警和緊急降溫控制。

（11）主體設(shè)備按照使用壽命15年以上。

2.2 不銹鋼纖維網(wǎng)過濾式電除塵器的原理及特點(diǎn)

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

通過檢測粉塵層的阻力，采用振打的方式，將整個(gè)粉塵層震落到灰斗內(nèi)，實(shí)現(xiàn)捕集微細(xì)粉塵的目的。

濾網(wǎng)式電除塵器是由日本富士電機(jī)古河產(chǎn)機(jī)公司研發(fā)的一種較為先進(jìn)的技術(shù)，具有諸多優(yōu)點(diǎn)：

（1）它以不銹鋼纖維濾網(wǎng)為陽極，具有電袋復(fù)合式除塵器的特點(diǎn)，同時(shí)更能適應(yīng)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(fēng)速和電壓條件下，此除塵器的除塵效率可以高達(dá)98%以上。

（3）由于過濾風(fēng)速較普通袋式除塵器有所提高，除塵器對(duì)煙氣的處理能力大為加強(qiáng)，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(jìn)口煙氣溫度比普通布袋除塵器提高，可達(dá)到300℃以上。

（5）金屬濾袋壽命在10年以上，運(yùn)行及檢修費(fèi)用較低。

2.3 濾網(wǎng)式電除塵器與袋式除塵器綜合費(fèi)用比較

2.4 濾網(wǎng)式電除塵器、袋式除塵器、電除塵器特點(diǎn)對(duì)比

2.5 焙燒爐收塵器改造設(shè)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(shí)，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(tǒng)改造適合選用濾網(wǎng)式電除塵器。

圖2 改造流程示意圖

3 設(shè)備使用情況和效益分析

3.1 使用情況：

設(shè)備投運(yùn)后，濾網(wǎng)式電除塵器本體工況穩(wěn)定在線監(jiān)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(yùn)行結(jié)論：

1.濾網(wǎng)式電除塵器可以達(dá)到10 mg/ Nm3的粉塵排放指標(biāo)。

2.用不銹鋼纖維網(wǎng)適用于電除塵器第一或第二電場，通過與日本企業(yè)的交流，最后一個(gè)電場的不銹鋼纖維網(wǎng)應(yīng)更加致密，并根據(jù)粉塵粒徑的分布確定合適的孔徑。

3.運(yùn)行電壓高，有利于提高除塵效率。

4.除塵器系統(tǒng)阻力200～250Pa，如果使用更加致密的不銹鋼纖維網(wǎng)，系統(tǒng)阻力應(yīng)在500 Pa左右。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

項(xiàng)目實(shí)施后氧化鋁焙燒爐除塵系統(tǒng)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(jì)算，

年創(chuàng)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(duì)環(huán)境改善有較大的貢獻(xiàn)。

4 結(jié)論

濾網(wǎng)式電除塵器對(duì)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(duì)于整個(gè)氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)焙燒爐收塵器的本體改造提供了較好的改造方式。