袋式除塵器在氧化鋁熟料窯尾氣排放中的應(yīng)用

范文峰 田興凱 朱廣斌

(中國鋁業(yè)山東分公司， 山東 淄博 255052)

環(huán)保與綜合利用

袋式除塵器在氧化鋁熟料窯尾氣排放中的應(yīng)用

范文峰 田興凱 朱廣斌

(中國鋁業(yè)山東分公司， 山東 淄博 255052)

針對(duì)氧化鋁熟料窯靜電除塵器不能滿足國家環(huán)保粉塵排放要求，提出并試用了布袋式除塵器，實(shí)踐證明，這一技術(shù)措施達(dá)到了排放標(biāo)準(zhǔn)要求，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

袋式除塵器； 熟料窯； 靜電除塵器； 旋風(fēng)除塵器

0 前言

回轉(zhuǎn)式熟料窯是燒結(jié)法制取化學(xué)品氧化鋁的特征工序和核心設(shè)備，目前其煙氣凈化處理主要應(yīng)用設(shè)備為電除塵器。電除塵器須配套較為復(fù)雜的變壓整流設(shè)備，生產(chǎn)電耗較高，維護(hù)檢修難度較大，且使用一定時(shí)間后其排放濃度容易超標(biāo)，含堿煙塵物料排空過多也造成原料浪費(fèi)，生產(chǎn)成本相應(yīng)升高。因此，開發(fā)一種煙塵回收率較高的除塵器并能滿足熟料窯煙塵凈化要求的技術(shù)，已成為必然趨勢。

隨著國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高(淄博市目前環(huán)保要求工業(yè)煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)≤50 mg/m3)，作為除塵效率更高的袋式除塵器(粉塵排放濃度≤20 mg/m3)，因除塵袋新材料的應(yīng)用，袋式除塵器技術(shù)的日益成熟，其應(yīng)用范圍越來越廣。在工業(yè)窯爐上，袋式除塵器在熱電、鋼鐵、水泥和垃圾焚燒等行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)較為普遍，相較于電除塵器都取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 袋式除塵器試驗(yàn)參數(shù)確定

與其它工業(yè)窯爐相比，袋式除塵器在燒結(jié)法氧化鋁熟料窯的應(yīng)用尚為少見，其主要原因：一是氧化鋁熟料窯為濕法窯，一般燒結(jié)法熟料窯煙氣含水率約36%～38%，遇低溫時(shí)結(jié)露導(dǎo)致粘灰板結(jié)，影響濾袋的透氣性；二是受制于除塵袋材料的適用性，熟料窯煙塵中含有大量的CaO、Na2O 、K2O，遇水溶解顯強(qiáng)堿性，易腐蝕濾袋。

基于這兩方面，選取了化學(xué)品氧化鋁廠原料二區(qū)4#熟料窯進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)。

1.1 熟料窯窯尾的工況條件

本次所選的4#熟料窯規(guī)格為Φ4.5×75 m，產(chǎn)能1 700 t-熟料/d，主機(jī)設(shè)備為濕法回轉(zhuǎn)窯配單筒冷卻機(jī)，燃燒器為三通道噴煤管；窯尾立煙道后配2臺(tái)旋風(fēng)除塵器、2臺(tái)排風(fēng)機(jī)(風(fēng)量250 000 m3/h、電機(jī)功率450 kW)和1臺(tái)225 m2雙室6倉電除塵器。熟料燒結(jié)工藝配置見圖1。根據(jù)實(shí)際測定和計(jì)算，立煙道頂部的煙氣量為286 090 m3/h，檢測的煙氣溫度為180～240 ℃；煙氣中的水蒸汽含量為31%～38%、粉塵含量為250～300 g/m3。煙氣中干窯灰的成分見表1。

圖1 熟料燒結(jié)工藝配置

表1 熟料窯窯尾煙氣中干窯灰的成分 單位：%

1.2 工藝流程的確定

為降低技術(shù)和資金風(fēng)險(xiǎn), 本次研究采用了1臺(tái)除塵面積為1 100 m2的小型袋式除塵器，將其并聯(lián)到電除塵系統(tǒng)。目的是希望通過對(duì)這套小型袋式除塵器流程的工業(yè)試驗(yàn), 優(yōu)化熟料窯除塵器流程。篩選出最佳的布袋濾料方案，考察袋式除塵器在氧化鋁熟料窯應(yīng)用的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，為今后袋式除塵器的產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用提供可靠的依據(jù)。經(jīng)過對(duì)幾種流程方案的反復(fù)比對(duì)，最后確定了熟料窯窯尾立煙道頂部抽取煙氣的方案。工業(yè)試驗(yàn)流程見圖2。

圖2 布袋除塵器工業(yè)性試驗(yàn)流程

燒結(jié)法熟料窯煙氣含水較高，遇低溫時(shí)結(jié)露導(dǎo)致粘灰板結(jié)，影響濾袋的透氣性。因此窯尾至除塵器煙道不易過長，對(duì)煙道及袋式除塵器采用FBT復(fù)合保溫材料保溫處理，防止煙氣溫降過快以至產(chǎn)生結(jié)露。

由于熟料窯煙氣溫度一般為180～240 ℃，且含有大量的CaO、Na2O 、K2O堿性成分，普通除塵袋無法在此工況下正常使用，因此選用性能較高的PTFE聚四氟乙烯復(fù)膜除塵袋。聚四氟乙烯合成纖維除塵袋的正常運(yùn)行溫度為240 ℃，瞬間溫度為280 ℃，能耐全部pH值范圍內(nèi)的酸堿侵蝕。布袋除塵器裝置見圖3。

圖3 布袋除塵器

1.3 工藝設(shè)備參數(shù)的確定

(1)袋式除塵器流程處理煙氣能力為45 000～55 000 m3/h，占全部煙氣量的13%。

(2)選用LDM- 500- 1100低壓脈沖袋式除塵器，參數(shù)如表2。

(3)風(fēng)機(jī)型號(hào)：Y4- 68NO12.5D；輸送能力:Q=55 000～71 000 m3/h,P=3 500～3 700 Pa。

2 試驗(yàn)過程分析

2.1 試驗(yàn)描述及有關(guān)數(shù)據(jù)的采集

經(jīng)過1個(gè)月的試運(yùn)行，主要操作數(shù)據(jù)采集如下：

袋除塵器進(jìn)口煙氣溫度：平均195 ℃，最高265 ℃，最低156 ℃；

袋除塵器出口煙氣溫度：平均172 ℃，最高234 ℃,最低145 ℃；

袋除塵器設(shè)備阻力：750～1 050 Pa；

收下粉塵的平均溫度：平均155 ℃，最高165 ℃，最低150 ℃；

主排風(fēng)機(jī)電機(jī)電流：110 A；

卸灰閥電流：南臺(tái)1.1 A；北臺(tái)1.3 A；

反吹(螺桿)壓縮機(jī)電流：21 A。

表2 LDM- 500- 1100低壓脈沖袋式除塵器參數(shù)

2.2 除塵效率測定

對(duì)袋式除塵器的除塵效率進(jìn)行了測定，結(jié)果見表3。

表3 袋除塵器替代旋風(fēng)除塵器和電除塵器的測定數(shù)據(jù)

2.3 除塵效率計(jì)算

袋除塵器進(jìn)口含濕量以35%計(jì)，進(jìn)口干氣量為：

34 948.6×65%=22 716.59 m3/h

每小時(shí)進(jìn)入布袋的塵的重量為：

22 716.59×266.56=6 055.34 kg/h

漏風(fēng)的含濕量以5%計(jì)，出口干氣量為：

22 716.59+(41 126.81-
34 948.60)×95%=28 585.10 m3/h

每小時(shí)出布袋的塵的重量為：

28 585.1×0.012 18=0.35 kg/h

除塵效率為：

(6 055.34-0.35)/6 055.34×100%=99.995%

3 效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

3.1.1 降低電耗

從表3可以看出，袋除塵器從立煙道抽取的煙氣量為34 950 Nm3/h，袋除塵器排風(fēng)機(jī)的電流110 A，脈沖壓縮風(fēng)風(fēng)機(jī)電流為21 A，2臺(tái)卸灰閥的電機(jī)的總電流2.4 A，工作電壓380 V，所消耗的總功率為：

處理每千立方米煙氣的電耗為：

Wt袋=74.63/34.95=2.14 kW·h/km3

根據(jù)實(shí)際測定和計(jì)算，立煙道頂部的總煙氣量為286 090 m3/h，除去袋除塵器處理的34 950 m3/h，經(jīng)過電除塵器處理的煙氣量為251 140 m3/h。2臺(tái)主風(fēng)機(jī)的實(shí)際工作電流分別是42 A、45 A，工作電壓6 000 V，排風(fēng)機(jī)所消耗的實(shí)際功率為：

電除塵器共有12臺(tái)陰極及陽極振打器，每臺(tái)實(shí)際消耗功率為1.5 kW,共計(jì)18 kW。4#電除塵器共有6個(gè)倉，它們各自的一次電壓、電流及功率消耗，實(shí)際值如表4所示。

表4 電除塵器各倉一次電壓、電流及功率實(shí)際消耗

由表4的數(shù)據(jù)及振打?qū)嶋H功率消耗得知，電除塵本體消耗的總功率為：

P電=162.77 kW

那么，電除塵器流程所消耗的總功率為：

Pt電=162.77+768.49=931.26 kW

處理每千立方米煙氣的電耗為：

Wt電=931.26/251.14=3.71 kW·h/km3

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)1 t氧化鋁對(duì)應(yīng)的煙氣量約為15.5 m3，袋除塵器流程較原有電除塵流程每噸氧化鋁可節(jié)電：

ΔW=(3.71-2.14)×15.5=24.34 kW·h

3.1.2 提高除塵效率

袋除塵器排放濃度以15 mg/m3計(jì)，電除塵器排放濃度以75 mg/m3計(jì)，每生產(chǎn)1 t氧化鋁對(duì)應(yīng)的袋除塵器流程排放的煙氣量為：

15.5×(1+10%)=16.06 km3

其中10%為袋除塵器的漏風(fēng)。而電除塵器流程排放的煙氣量為：

15.5×(1+10%)×(1+10%)=17.68 km3

其中,第一個(gè)10%為旋風(fēng)除塵器的漏風(fēng),第二個(gè)10%為電除塵器的漏風(fēng)。

這樣，生產(chǎn)1 t氧化鋁采取袋除塵器較采用電除塵器可多回收的粉塵量為：

(17.68×75-16.06×15)/1 000=1.085 1 kg

窯尾的粉塵以Na2O、Al2O3為主，1 kg粉塵價(jià)值約1.5元,相當(dāng)于每1 t氧化鋁可降低成本1.62元。

3.1.3 兩種除塵方法的成本差異

用于熟料窯的袋式除塵器，其濾袋的價(jià)格較高，估計(jì)其一次投資與電除塵器相當(dāng)。電除塵器的極板極線平均約5年換一次，費(fèi)用占設(shè)備總費(fèi)用的50%；布袋除塵器的濾袋和袋籠平均約3年換一次，費(fèi)用占設(shè)備總費(fèi)用的40%(比電除塵器低10%主要是更換濾袋及袋籠的施工費(fèi)低)，以10年為一個(gè)周期，以4#熟料窯采用袋式或電式兩種除塵器為例，其一次投資、折舊及檢修費(fèi)用的比較見表5。

表5 除塵器與電除塵器成本對(duì)比 單位：萬元

注：折舊年限為10年。

從表5看出，如果電除塵器被袋除塵器取代后，每年的折舊、修理、檢修維護(hù)及操作人工費(fèi)，可綜合升高6.7萬元。

3.1.4 經(jīng)濟(jì)效益合計(jì)

以熟料窯為例，每年可生產(chǎn)14.92萬t氧化鋁，年降低成本為：

(14.60+1.62)×14.92-6.7=235.30萬元

需要投資800萬元,效益投資比為29.41%。

3.2 社會(huì)效益

實(shí)際測量袋式除塵器流程的排放濃度僅為15 mg/m3遠(yuǎn)低于電除塵器且低于淄博市工業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)50 mg/m3。本次工業(yè)試驗(yàn)的4#熟料窯電除塵處于檢修中期，可以看出電除塵器在使用一段時(shí)間后除塵效率下降較快?？梢钥闯鲈陔姾姆矫娲匠龎m器具有較大優(yōu)勢，節(jié)電意味著進(jìn)一步減少了粉塵、二氧化碳和二氧化硫的排放。袋式除塵器應(yīng)用于燒結(jié)法氧化鋁熟料窯尾氣除塵再節(jié)能減排方面較之電除塵器可以創(chuàng)造更大的社會(huì)效益。

4 結(jié)束語

袋式除塵器在氧化鋁熟料窯上應(yīng)用及今后推廣應(yīng)用時(shí)必須重視兩個(gè)問題：一是布袋材料的選擇，滿足條件的新材料的應(yīng)用可以降低一次投資及后期維護(hù)費(fèi)用；二是鎖風(fēng)及保溫防結(jié)露問題。鎖風(fēng)保溫處理好可以有效減少負(fù)壓損失，降低結(jié)露產(chǎn)生，可有效延長除塵袋使用壽命，提高布袋除塵器除塵效率。袋式除塵器用于氧化鋁熟料窯是氧化鋁生產(chǎn)尾氣處理的一次有益嘗試，完全滿足了熟料窯生產(chǎn)并達(dá)到了煙氣排放的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。在除塵性能、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益方面較電除塵器均有優(yōu)勢，在氧化鋁熟料窯上值得推廣應(yīng)用。

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Application of Bag Filter in Tail-gas Emission
of Alumina Clinker Rotary Kiln

FAN Wen-feng, TIAN Xing-kai, ZHU Guang-bin

The electrostatic precipitators of alumina clinker rotary kiln cannot meet the demands of environmental protection for dust emission, and the bag filter was suggested and tested. The practice showed that the technological measures were up to the emission standard, and the better economic benefits were obtained.

bag filter; clinker rotary kiln; electrostatic precipitators; rotoclone collector

2013-10-10

范文峰(1974—)，男，在職碩士，高級(jí)工程師，主要從事設(shè)備管理工作。

TF805.3

B

1008-5122(2014)02-0038-04