金屬纖維電袋復(fù)合除塵器在氧化鋁廠的應(yīng)用

李明，路曉鋒，侯力強，張小慶

（西安菲爾特金屬過濾材料股份有限公司，西安 710201）

1 前言

氧化鋁廠（圖1）是我國大氣污染物的重要來源之一，《鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 25465—2010）對氫氧化鋁焙燒爐煙氣顆粒物排放限值做了明確要求。2013年，該標(biāo)準(zhǔn)進行了修改，重點地區(qū)的氧化鋁企業(yè)，氫氧化鋁焙燒爐煙氣顆粒物排放按限值10mg/m3（標(biāo)況）執(zhí)行。隨著環(huán)保要求的提高，排放標(biāo)準(zhǔn)也日益趨嚴(yán)。

圖1 氧化鋁廠外貌

目前，國內(nèi)外的氫氧化鋁焙燒爐多數(shù)采用傳統(tǒng)電除塵器，煙氣排放濃度基本可控制在50mg/m3（標(biāo)況）內(nèi)。電除塵器的處理煙氣量大、電耗高、除塵效率波動大，加之現(xiàn)場改造空間有限，難以實現(xiàn)超低排放。

2 氧化鋁廠焙燒爐煙氣特點

氫氧化鋁焙燒爐煙氣具有其自身特點，正常運行時，尾部煙氣的溫度不大于165℃，起爐或異常情況下，尾部煙氣溫度可高達300℃以上。在此條件下，常規(guī)袋除塵器和電袋復(fù)合除塵器無法采用普通布袋，瞬間或短時的高溫會造成燒袋，損壞設(shè)備。

氫氧化鋁焙燒爐煙氣粉塵粒徑分布為：D（10）：2.271μm；D（50）：5.536μm；D（90）：17.287μm（見下表）。

試驗粉塵來源于山西某氧化鋁廠焙燒爐除塵器灰斗內(nèi)。數(shù)據(jù)顯示焙燒爐煙氣粉塵的粒徑較小，存在細微顆粒相對難以捕捉收集的現(xiàn)象。

3 金屬纖維電袋復(fù)合除塵器結(jié)構(gòu)

金屬纖維電袋復(fù)合除塵器是在電除塵器和金屬纖維袋除塵器工作的基礎(chǔ)上，有機的把兩者的優(yōu)點結(jié)合起來[1]。煙氣通過電除塵時，大部分粉塵被捕捉收集。之后煙氣通過袋區(qū)，煙氣中剩余的粉塵被濾袋過濾，從而實現(xiàn)煙氣凈化、超低排放。

試驗粉塵粒徑分布表

金屬纖維電袋復(fù)合除塵器的核心部件金屬纖維濾袋是以金屬纖維燒結(jié)氈為濾料，經(jīng)焊接加工而成（圖2）。金屬纖維燒結(jié)氈采用直徑為微米級的金屬纖維經(jīng)無紡成網(wǎng)、疊配、高溫?zé)Y(jié)而成。

圖2 金屬纖維濾袋

4 金屬纖維電袋復(fù)合除塵器特點

金屬纖維電袋復(fù)合除塵器統(tǒng)籌兼顧了電除塵器和袋除塵器的優(yōu)點，同時又采用了新型環(huán)保金屬纖維濾袋，具有多方面優(yōu)點：

（1）金屬纖維電袋復(fù)合除塵器是電除塵器和袋除塵器的復(fù)合體，充分發(fā)揮了電除塵器前級電收塵高效率和袋除塵器高過濾精度、穩(wěn)定排放的優(yōu)點，技術(shù)可靠。根據(jù)多依奇公式，煙氣先通過前級電除塵區(qū)，煙氣中80%～90%粉塵通過靜電除塵方式被收集，未被收集的已荷電粉塵（異性荷電粉塵相互吸引形成電凝聚，凝聚后細粉塵顆粒增大，易于去除），再均勻進入后級金屬纖維袋除塵區(qū)，后面袋區(qū)僅需收集余下的粉塵。金屬纖維電袋復(fù)合除塵器袋區(qū)可選取較高的過濾風(fēng)速，如1.0～1.2m/min，可減少濾袋數(shù)量，從而節(jié)約投資，此時濾袋依然保持較低阻力，正常運行狀態(tài)下，金屬纖維電袋復(fù)合除塵器的阻力不大于1000Pa。

（2）金屬纖維電袋復(fù)合除塵器能長期穩(wěn)定、高效運行。金屬纖維電袋復(fù)合除塵器的性能受煙氣特性影響較小，對細微顆粒和超細顆粒的捕集效果大大優(yōu)于電除塵器，排放濃度可長期穩(wěn)定在10mg/m3（標(biāo)況）以下，具有高效和穩(wěn)定性。

（3）金屬纖維電袋復(fù)合除塵器采用新型金屬纖維濾袋，具有耐高溫、耐腐蝕、過濾精度高、運行阻力小、壽命長、可再生等優(yōu)點，是理想的高溫?zé)煔獬龎m濾袋。由于金屬纖維濾袋單元負荷低，同時未被靜電場去除的細微顆粒經(jīng)過電場區(qū)荷電，而沉積在濾袋表面呈松散的凹凸不平結(jié)構(gòu)[2]，顆粒之間排列規(guī)則有序，粉塵層孔隙率高，透氣性好，粉塵易于清理剝落[1]，可延長袋區(qū)的清灰周期，并且噴吹壓力較低，可延長金屬纖維濾袋的壽命。

5 金屬纖維電袋復(fù)合除塵器工程應(yīng)用

某氧化鋁廠原收塵系統(tǒng)按煙氣量30萬m3/h，收塵效率99.8%進行設(shè)計，采用單室25通道三電場電除塵器。由于收塵系統(tǒng)運行年限較長，裝備較為落后且投運至今未進行過大規(guī)模改造工作，據(jù)第三方檢測機構(gòu)數(shù)據(jù)顯示，改造前的除塵器出口粉塵排放濃度為50～100mg/m3（標(biāo)況），其煙氣排放含塵濃度已無法達到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和國家相關(guān)要求，因此必須進行改造。

由于焙燒爐除塵器的入口粉塵濃度較高，且針對氧化鋁廠的特殊工況煙氣特點，正常運行時，尾部煙氣的溫度不大于165℃，起爐或異常情況下，尾部煙氣溫度可高達300℃以上，此項目采用電除塵器改造為金屬纖維電袋復(fù)合除塵器方案。

除塵改造保留設(shè)置1個前級電場，用于除去煙氣中大部分粉塵。拆除第二、三電場陰陽極及振打系統(tǒng)，其內(nèi)部空間改造為袋區(qū)，用于實現(xiàn)穩(wěn)定超低排放。具體改造方案如下：

（1）保留原除塵器混凝土支架、殼體、灰斗、進口喇叭、出口喇叭等。保留設(shè)備根據(jù)需要進行相應(yīng)設(shè)計核算、加固、修善。檢查原有的殼體密封焊接、灰斗密封焊接，對缺陷進行修復(fù)。

（2）由于利用原電除塵器的基礎(chǔ)，改造后除塵器各縱橫跨距不發(fā)生變化。

（3）保留原電除塵器一電場高低壓設(shè)備及振打系統(tǒng)，檢修一電場陰陽極，修復(fù)陽極板及更換失效陰極線。

（4）拆除原電除塵器內(nèi)部二、三電場陰陽極及振打系統(tǒng)（圖3），利用第二、三電場的空間布置花板，安裝金屬纖維濾袋（圖4）。袋區(qū)布置有噴吹清灰系統(tǒng)、壓縮空氣管路系統(tǒng)、凈氣煙箱等。

圖3 原除塵器二、三電場陰陽極及振打系統(tǒng)拆除

圖4 金屬纖維濾袋安裝

（5）濾袋采用耐高溫金屬纖維濾袋，耐溫400℃。過濾除塵采用外濾式，噴吹系統(tǒng)選用固定行噴吹清灰技術(shù)，噴吹清灰壓力0.25～0.35MPa。

（6）完美的清灰控制系統(tǒng)，西門子PLC，內(nèi)設(shè)置定時/定阻在線清灰程序。觸摸屏人機界面，可方便實現(xiàn)清灰程序，間隔、強度可調(diào)，同時設(shè)置運行參數(shù)監(jiān)控顯示。特別適應(yīng)不同工況下粉塵濃度差異大的情況，實現(xiàn)了節(jié)能清灰。

（7）前級電區(qū)與袋區(qū)中間安裝均流裝置，合理分風(fēng)，均布氣流，同時避免氣流直接沖刷濾袋，提高濾袋使用壽命。

（8）拆除及新增外露部分進行保溫（包括外護板）。

改造后，經(jīng)第三方檢測單位抽樣檢測，結(jié)果顯示，改造后的金屬纖維電袋復(fù)合除塵器（圖5）出口顆粒物排放＜10mg/m3（標(biāo)況），除塵器阻力＜400Pa。CEMS監(jiān)測顯示，除塵器出口顆粒物排放長期穩(wěn)定＜10mg/m3（標(biāo)況），從數(shù)據(jù)來看，金屬纖維電袋復(fù)合除塵器運行良好，該次改造是成功的。

圖5 改造后的金屬纖維電袋復(fù)合除塵器

氧化鋁廠電除塵器改造為金屬纖維電袋復(fù)合除塵器，需注意以下幾點：

（1）為實現(xiàn)電袋復(fù)合除塵器煙氣氣流均勻分布，保證除塵器高效穩(wěn)定運行，同時避免氣流直接沖刷前排濾袋，保證袋區(qū)濾袋負荷盡量一致，可以利用氣流組織試驗或數(shù)值模擬計算設(shè)計除塵器內(nèi)部氣流分布裝置，確保除塵單元煙氣分布均勻。

（2）為保證除塵器卸灰、輸灰流暢，建議灰斗安裝振打裝置。

（3）金屬纖維濾袋比普通布袋同規(guī)格重量大，建議花板厚度不小于8mm，花板設(shè)計和制作嚴(yán)格按照國家和行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，保證平面度。

（4）為了保證金屬纖維電袋復(fù)合除塵器的正常使用，需保證進入除塵器的煙氣溫度大于煙氣露點以上至少20℃。

6 結(jié)語

金屬纖維電袋復(fù)合除塵器充分結(jié)合了電除塵器和袋除塵器的優(yōu)點，提供了一種科學(xué)可靠、性價比高的實現(xiàn)超低排放的技術(shù)路線，同時實現(xiàn)了高效、低阻，完全能夠解決氧化鋁廠的粉塵污染物排放問題。金屬纖維電袋復(fù)合除塵器將會在氧化鋁廠氫氧化鋁焙燒爐尾部煙氣治理中得到越來越多的推廣與應(yīng)用。