劉少武，徐開明，高慶華

（江蘇慶峰工程集團有限公司，江蘇揚州 225115）

1 電除塵器在硫酸生產(chǎn)中使用情況

我國硫酸生產(chǎn)中為提高爐氣除塵率，于1951年開始使用電除塵器代替二級旋風除塵器和其他除塵設(shè)備，比技術(shù)先進國家晚14 年。初期電除塵器外殼是青磚內(nèi)襯耐火磚，陽極是鋼絲網(wǎng)，陰極是φ3 ～6 mm 鋼絲下用墜砣，通稱棒幃式除塵器。正常狀況下電除塵器進口爐氣溫度為350 ～400 ℃，出口溫度為200 ～300 ℃。出口爐氣溫度比進口溫度要低150 ℃左右，漏氣率一般在10%～15%，溫降較多。1966 年，電除塵器外殼改為鋼殼襯耐火磚，陽極鋼絲網(wǎng)改為板式，陰極線下用鋼框式整體連接，強化各處密封。改進設(shè)計后，電除塵器進口爐氣溫度一般在250 ～300 ℃，出口溫度一般在200 ～250 ℃，出口爐氣溫度比進口溫度降低30 ～50 ℃，漏氣率＜5%，出口爐氣ρ（塵）≈0.1 g/m3，除塵效率在99%左右。1992年，有個別工廠在系統(tǒng)高產(chǎn)情況下，裝置焙燒磁硫鐵礦或要燒出礦渣Fe3O4時，偶然出現(xiàn)電除塵器出口爐氣溫度與進口溫度差變小、出口爐氣溫度與進口溫度持平、或出口爐氣溫度較進口溫度高的現(xiàn)象。當時被認為是不可能，多數(shù)人認為是儀表問題，也有人認為是記錄錯誤等?？墒?，至今此現(xiàn)象非但未消除，反而增多了。2016 年，內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市臨河區(qū)硫酸廠展示了兩年的生產(chǎn)原始記錄，電除塵器出口爐氣溫度比進口溫度高20 ～30 ℃是常態(tài)。此時電除塵器出口爐氣溫度高于進口溫度問題，仍是行業(yè)上的理論懸案。2020年7月，筆者跳出傳統(tǒng)看法，對電除塵器結(jié)構(gòu)及其除塵機制，升華硫同素異形體結(jié)構(gòu)、起燃點反復思考研究，終于從科學理論上找到了答案，并對其進行深入研究、求證。

2 電除塵器出口爐氣溫度高于進口的原因及危害

2.1 原因

（1）硫物料在焙燒過程中缺氧時，會產(chǎn)生升華硫。爐氣中升華硫的同素異形體有20 多種，起燃溫度各不相同，分布在246.0 ～444.6 ℃。如S/S2-型硫起燃溫度是246 ℃；S2S6S8型硫起燃溫度是444.6 ℃等［1-2］。爐氣中只要有升華硫，進入300 ℃左右的電除塵器，都要被燒掉一部分或全部，而不是所有升華硫均在400 ℃以上才可燃燒。再考慮電暈區(qū)溫度遠遠超過444.6 ℃，故電除塵器內(nèi)爐氣中升華硫燃燒是很有可能的。

（2）電除塵器是由陰陽兩極組成，直流供電。1993年揚州市慶松化工設(shè)備廠設(shè)計研究所（今江蘇慶峰工程集團環(huán)境化學設(shè)計研究公司），建了一座陰陽極試驗室，試圖找出高效能的陰極線和陽極管板。試驗時，每次都可清楚地觀察到，電子由陰極線發(fā)射，向陽極板或陽極管（接地）射流，表示電場已形成。在陰極線周圍（即電子發(fā)射密集區(qū)），有一定的可見光環(huán)，行業(yè)通常稱此為電暈區(qū)（即強電場），其他空間為弱電場。電暈區(qū)大小和光亮度（即電場強度）隨供電的電壓、電流變化而變化。初始供電時（電壓≤20 000 V、電流≤0.1 mA/m），陰極線是暗黑色，只有極線菱角尖端不時有電子火星射出，看不到光芒。隨電壓、電流的升高，陰極線逐步顯出綠影、淡藍、深藍、熒光，直至上下形成一條熒光柱，光亮區(qū)由小變大（即光環(huán)）、由暗變亮。對于φ3 mm陰極線，在電壓達到55 000 V、電流達到0.3 mA/m 時，電暈光環(huán)約φ25 mm（極線越粗、其光環(huán)越大），并有電子束在閃爍。電子束閃爍次數(shù)多，表示電場強度已達極限。當電子束每秒閃爍次數(shù)≥1時，不可再提高電壓、電流來使光環(huán)再放大，否則會形成電子鏈即接地跳閘。在熒光較亮和光環(huán)較大時，其電暈區(qū)域溫度約在800 ℃。前面設(shè)備漏入的空氣，使爐氣含有一定量的氧，進入電暈區(qū)的升華硫均可燃燒，未進入電暈區(qū)的大部分升華硫也將被次電場點燃或被全部燒盡。這兩股氣流匯集到電除塵器出口處，在不考慮其他因素的情況下出口爐氣溫度自然比進口高。電除塵器結(jié)構(gòu)、電場、氣流情況見圖1。在硫酸生產(chǎn)過程中，出口爐氣溫度主要由爐氣中升華硫含量、電場強度、爐氣中氧含量、電除塵器熱損失這4個因素所決定，但由于電除塵器熱損失、漏入空氣量以及電場強度基本穩(wěn)定，電除塵器出口爐氣溫度與進口溫度差，實際上主要隨爐氣中升華硫含量的變化而變化。

圖1 電除塵器結(jié)構(gòu)、電場、氣流情況

概括上述，電除塵器出口爐氣溫度高于進口的原因，是爐氣中的各種形態(tài)升華硫，在經(jīng)過電除塵器時，在電暈區(qū)和非電暈區(qū)燃燒（與漏入空氣中的氧反應(yīng)）而使爐氣溫度升高，或統(tǒng)稱在電場內(nèi)燃燒而使爐氣溫度升高。至此，建立了電除塵器出口爐氣溫度高于進口是由爐氣中含有的升華硫燃燒所致的科學理論。升華硫在電除塵器內(nèi)能不能完全燃燒主要取決于爐氣在電除塵器內(nèi)的停留時間、爐氣中氧含量及氣流分布等情況。實質(zhì)上，電除塵器也是升華硫最后的燃燒室，是高效的除升華硫的大型燃燒設(shè)備（當然是不希望的，它會使陰極肥大、陽極結(jié)垢、效能下降等）。

2.2 危害

硫酸生產(chǎn)中出現(xiàn)升華硫，是百害無益的，許多廠將其列為操作事故。產(chǎn)生升華硫的根本原因，是硫物料在焙燒過程中缺氧，即投料量與供風量調(diào)節(jié)不當。爐氣中控制SO2含量越高，產(chǎn)生升華硫的可能性就越大。爐氣中SO2的理論含量：焙燒硫黃的爐氣中w（SO2）是21.0%，焙燒硫鐵礦的爐氣中w（SO2）是16.2%，焙燒磁硫鐵礦的爐氣中w（SO2）是13.8%，焙燒鋅礦的爐氣中w（SO2）是15.05%，焙燒硫化亞鐵的爐氣中w（SO2）是13.2%，焙燒硫化氫的爐氣中w（SO2）是15.05%等。當爐氣中SO2含量超過或接近以上理論值，就會產(chǎn)生或容易產(chǎn)生升華硫。長期實際生產(chǎn)證明，系統(tǒng)有無電除塵器，爐氣進入凈化工序時，含升華硫的量是完全不同的。一般情況下，配有電除塵器的系統(tǒng)，進入凈化工序的爐氣不含或含少量的升華硫，反之即多。生產(chǎn)中采用磁硫鐵礦焙燒或貧氧焙燒（需產(chǎn)Fe3O4礦渣或高濃度SO2時）等，易產(chǎn)生升華硫。一旦產(chǎn)生升華硫，對硫酸生產(chǎn)危害極大，主要有以下3 個方面：

（1）降低裝置開車率。爐氣中未完全燃燒的升華硫會造成爐后直至轉(zhuǎn)化器一段表面等的10 多臺關(guān)鍵設(shè)備（洗滌器、電除霧器、除沫器、干燥塔、鼓風機、冷熱交換器等）逐步被堵塞，阻力上升，效能下降，需多次停機清理。全系統(tǒng)因阻力太大、減產(chǎn)太多，每年進行多次停產(chǎn)大修或中修。

（2）降低硫酸產(chǎn)品質(zhì)量。升華硫進入硫酸使成品硫酸渾濁，透明度變低，應(yīng)用范圍變窄或賣不出去。

（3）增加物料消耗，硫酸單位成本升高。因升華硫是無用硫，造成焙燒的礦渣或焙砂、殘硫等增加，使硫酸產(chǎn)品物耗增加。不僅如此，也導致礦渣或焙砂的后續(xù)處理工序成本增加，且污染環(huán)境等。

3 改進措施

關(guān)于防止升華硫產(chǎn)生的措施，已早有多篇文獻論述，這里不再重提。以下介紹一些在現(xiàn)代條件下可能采用的新措施。

（1）全面科學地控制焙燒爐的操作自動調(diào)節(jié)。加料器增設(shè)計量器或改成調(diào)速式；送風系統(tǒng)加裝計量儀，二次風和三次風也加裝計量儀；在爐氣廢熱鍋爐的三煙道或四煙道增設(shè)測氧表；各設(shè)備排灰口改用封閉螺旋等。將焙燒過程集成控制在科學的自動調(diào)節(jié)的程度上，使各物料在配比范圍內(nèi)投入爐內(nèi)，全程在最佳控制條件下生產(chǎn)。通過全系統(tǒng)的生產(chǎn)試驗，確定焙燒爐科學的、安全的、經(jīng)濟合理的操作控制指標，從源頭杜絕產(chǎn)生升華硫的可能性。

（2）提高生產(chǎn)管理科學化水平。當前需特別加強對原料的管理，力求做到入爐物料硫等成分穩(wěn)定，w（H2O）≤6%，粒度均勻、平均粒度在設(shè)計范圍，確保硫原料連續(xù)長年穩(wěn)定供應(yīng)。每日硫酸產(chǎn)量要合理均衡，杜絕在較短時間或較長時間內(nèi)追求“高產(chǎn)”“創(chuàng)新紀錄”等。硫酸工業(yè)歷來生產(chǎn)經(jīng)驗證明，只有穩(wěn)產(chǎn)才能優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和低耗。

（3）根據(jù)市場經(jīng)濟規(guī)律和社情變化，建立2 ～4套科學生產(chǎn)預案。通過生產(chǎn)性試驗，掌握每套預案的操作控制指標、調(diào)節(jié)方法等。