鋁扁錠車間熔煉/保溫爐除塵優(yōu)化改造

黃虎寧

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

近年來隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展和城市化進程的加快，部分地區(qū)霧霾天氣頻發(fā)，環(huán)境空氣質(zhì)量下降，嚴(yán)重影響了公眾感受和居民生活。因此，大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，要不斷加強工業(yè)大氣污染物的排放控制。其中，鋁加工行業(yè)鋁熔煉/保溫爐在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量濃煙粉塵，如果不能有效收集處理，會嚴(yán)重污染車間及周邊地區(qū)的環(huán)境。

1 工程概況

某公司扁錠車間現(xiàn)有2條生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線配置1臺50t熔煉爐、1臺50t保溫爐，生產(chǎn)過程中爐門產(chǎn)生粉塵不能有效捕集，造成車間空氣質(zhì)量差，同時原有配套除塵設(shè)備老舊，不能正常運行，無法滿足環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。

2 設(shè)計基礎(chǔ)資料

50t熔煉爐為固定式圓形爐，燃料種類是天然氣，采用蓄熱式燒嘴，單臺爐燒嘴數(shù)量4個，燃料最大消耗量為750 Nm3/(臺·h)，平均值是500Nm3/(臺·h)～600 Nm3/(臺·h)，爐子主排煙溫度≤250℃，輔助排煙溫度≤1100℃，爐口數(shù)量2個，開口尺寸分別是2436mm×1350mm和1160mm×855mm。

50t保溫爐為傾動式矩形爐，燃料種類是天然氣，采用冷風(fēng)燒嘴，單臺爐燒嘴數(shù)量2個，燃料最大消耗量為200 Nm3/(臺·h)，平均值是60Nm3/(臺·h)～100 Nm3/(臺·h)，爐子排煙溫度≤1000℃，爐口數(shù)量2個，開口尺寸均是2500mm×1300mm。

3 主要性能指標(biāo)

河南省地方標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB41/1066-2015)規(guī)定，現(xiàn)有有色金屬熔煉爐煙氣排放限值自2017年1月1日起執(zhí)行40mg/Nm3的排放標(biāo)準(zhǔn)。噪聲符合《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GBZ1-2010)、《工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計規(guī)范》(GBJ87-85)。生產(chǎn)車間和作業(yè)場所≤85dB；主控制室集中控制室操作室(室內(nèi)背景噪聲級)≤60dB。

4 煙氣特性

鋁扁錠車間熔煉/保溫爐生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙氣主要具有如下特點：

⑴ 煙氣量變化幅度大。鋁熔煉爐、保溫爐爐膛溫度是不斷變化的，當(dāng)爐膛溫度高于或低于設(shè)定溫度時，燃燒器火力將自動減小(熔煉爐爐膛溫度超高時燃燒器大火熄滅)或增大，燃料消耗量將減小或增大，燃燒產(chǎn)生的煙氣量也將減小或增大。生產(chǎn)過程中，隨著爐門開啟數(shù)量的變化、燒嘴火力的變化，除塵系統(tǒng)所需處理的煙氣量、煙氣溫度及煙氣含水率也隨之變化，除塵系統(tǒng)排煙量必須隨爐子工況變化，否則，將影響爐膛壓力的穩(wěn)定、系統(tǒng)結(jié)露而造成糊袋、溫度過高繼而造成燒袋且造成不必要的電能浪費。

⑵ 煙塵濃度變化范圍寬。爐組保溫時煙塵濃度較?。蝗刍瘯r較大，一般為300mg/m3～400mg/m3；扒渣時煙塵濃度最大，據(jù)實測，最高可達(dá)1200mg/m3。

⑶ 煙氣成份復(fù)雜。除燃料燃燒(CO2，H2O及灰分等)及氧化鋁等成分外，為減少金屬燒損，在熔化后期撒入粉狀覆蓋劑，覆蓋劑的主要成分為氯化鹽；有的企業(yè)用氯氣或四氯化碳精煉，煙氣中還含有微量HCl、HF、SO2、NOx等氣體，煙氣腐蝕性強。

5 煙氣凈化系統(tǒng)設(shè)計

5.1 設(shè)計方案

現(xiàn)有扁錠車間沒有考慮爐膛高溫?zé)煔獾某龎m處理，直接通過煙囪排放；同時爐門排煙不能有效收集，車間煙氣彌漫，布袋除塵器選型不合理，清灰不暢，系統(tǒng)不能正常運行。針對現(xiàn)狀，本次改造主要方案如下：

(1)2臺50t熔煉爐、2臺50t保溫爐爐膛高溫?zé)煔庠O(shè)置1套除塵系統(tǒng)，該除塵系統(tǒng)新建，但原有煙囪可保留，作為爐膛高溫?zé)煔馐鹿薁顟B(tài)時直排煙囪，該除塵系統(tǒng)為系統(tǒng)1。爐膛煙氣溫度最高可達(dá)400℃，無法直接通過除塵器處理，必須通過降溫處理達(dá)到合適溫度范圍。本方案采用兩級換熱冷卻，第一級換熱采用煙氣-水換熱器，冷卻水采用閉式循環(huán)冷卻煙氣，冷卻水采用高溫水，防止換熱管結(jié)露腐蝕；第二級換熱采用水-水換熱器，將第一級冷卻水吸收的高溫?zé)崃總鬟f給外部循環(huán)水。

(2)2臺50t熔煉爐爐門低溫?zé)煔庠O(shè)置1套除塵系統(tǒng)，該除塵系統(tǒng)新建，為系統(tǒng)2。

(3)拆除現(xiàn)有車間外的2套保溫爐爐門煙氣除塵系統(tǒng)風(fēng)機、除塵器、風(fēng)管以及其中1套除塵系統(tǒng)的煙囪，保留1座煙囪以及車間內(nèi)的爐門排煙罩及排煙管道，2臺保溫爐爐門低溫?zé)煔庑陆?套除塵系統(tǒng)，為系統(tǒng)3。

(4)受場地空間限制，系統(tǒng)1、系統(tǒng)2布置在車間西側(cè)，共用一座新建煙囪。

5.2 煙氣量確定

考慮到爐子工況復(fù)雜多變的特性，在滿足煙氣完全收集并順利外排的前提下，為節(jié)省初投資及運行費用，除塵系統(tǒng)煙氣處理規(guī)模如下：

系統(tǒng)1：換熱器入口煙氣量60930m3/h，約350℃；除塵器入口煙氣量39400m3/h，約130℃。

系統(tǒng)2：煙氣處理量23500m3/h，約50℃。

系統(tǒng)3：煙氣處理量41500m3/h，約50℃。

5.3 系統(tǒng)組成

除塵系統(tǒng)主要包括脈沖袋式除塵器、風(fēng)機、煙氣-水換熱器、水-水換熱器、閥門、水泵、煙囪、平臺、爬梯、支架、風(fēng)管及保溫、電氣及控制系統(tǒng)、儀表等。

6 處理工藝流程

6.1 系統(tǒng)1工藝流程

爐膛高溫?zé)煔馓幚硐到y(tǒng)煙氣工藝流程如圖1所示。爐子均正常熔化工作時，爐門關(guān)閉，爐子煙道排煙閥門開啟；從爐內(nèi)排出的煙氣在引風(fēng)機的引導(dǎo)下，先經(jīng)過煙氣-水換熱器進行冷卻，然后進入布袋除塵器過濾室，粗顆粒煙塵由于慣性沉降而直接落入底部灰斗中，細(xì)小煙塵被均勻地吸附在濾袋上，煙氣凈化后由排氣筒排入大氣。

高溫?zé)煔鈸Q熱器工藝流程如圖2所示。爐膛高溫?zé)煔獠捎脙杉墦Q熱冷卻，第一級主要冷卻高溫?zé)煔?，冷卻介質(zhì)采用閉式循環(huán)軟化水，從爐膛排出的混合高溫?zé)煔饧s350℃，進入第一級煙氣-水換熱器后被冷卻至130℃，閉式循環(huán)軟化水由約80℃加熱至約90℃。第二級主要冷卻第一級的閉式循環(huán)的軟化水，冷卻介質(zhì)為外部循環(huán)水。采用兩級換熱冷卻的目的主要是提高煙氣-水換熱器換熱管壁面溫度，防止結(jié)露腐蝕。

6.2 系統(tǒng)2(系統(tǒng)3)工藝流程

爐門低溫?zé)煔馓幚硐到y(tǒng)工藝流程如圖3所示。爐子開啟爐門加料或扒渣時，爐門開啟，配套的爐門排煙罩閥門開啟，爐門排煙罩收集的煙氣在引風(fēng)機的引導(dǎo)下經(jīng)布袋除塵器處理凈化后由排氣筒排入大氣。

7 主要設(shè)備選型及技術(shù)規(guī)格

7.1 除塵器

煙氣凈化選用長袋脈沖噴吹清灰袋式除塵器，濾袋材質(zhì)采用經(jīng)過防水、防油、防酸堿處理的濾料。除塵器采用外濾式過濾，除塵器的濾袋利用彈簧漲圈與花板聯(lián)接，形成了干凈空氣與含塵氣體的分隔。濾袋由袋籠支撐。在清灰時由PLC控制電磁脈沖閥，通過噴吹管噴出壓縮空氣，使濾袋徑向變形抖落灰塵。

除塵器頂部設(shè)檢修門，用于檢修和換袋(除塵器的維護、檢修、換袋工作僅需在機外就可執(zhí)行，不必進入除塵器內(nèi)部)。借助安裝在除塵器塵面和凈面的差壓變送器，除塵器能隨時監(jiān)視倉室壓力、檢查濾袋受損情況，一旦有濾袋破損，即時報警通知檢修，保證除塵器正常運行。

除塵器配置進風(fēng)分配系統(tǒng)，濾袋間距的合理布置，上升氣流速度的有效控制，使進入除塵器的含塵氣體均勻地分布到每個濾袋，防止了濾袋間的碰撞和摩擦，有利于濾袋使用壽命的延長。除塵器控制系統(tǒng)采用PLC可編程控制器進行自動控制，設(shè)置差壓及定時清灰控制方式并設(shè)有壓力等檢測報警功能。系統(tǒng)1、系統(tǒng)2和系統(tǒng)3除塵器選項分別見表1、表2和表3。

表1 系統(tǒng)1除塵器選型表

表2 系統(tǒng)2除塵器選型表

表3 系統(tǒng)3除塵器選型表

7.2 煙氣換熱器

換熱器采用煙氣-水管式換熱器，煙氣-水換熱流程采用錯流換熱。煙氣-水換熱器是爐膛高溫?zé)煔獬龎m系統(tǒng)的核心設(shè)備，它能否穩(wěn)定、高效的運行，直接決定了除塵系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，因此針對鋁熔保爐煙氣的特點，本方案采用模塊化的煙氣-水換熱器，該換熱器由換熱模塊、設(shè)備構(gòu)架(含梯子平臺等)、吹灰模塊、循環(huán)水進出口管匯、控制系統(tǒng)等構(gòu)成。換熱器結(jié)構(gòu)采用模塊式結(jié)構(gòu)，可方便換熱器的安裝和檢修，特別是當(dāng)某一組模塊出現(xiàn)漏水情況時只需要更換該組換熱模塊即可，避免了傳統(tǒng)列管式換熱器個別水管漏水而需要更換整臺換熱器的問題，可降低設(shè)備運行及維護費用。采用模塊式結(jié)構(gòu)可根據(jù)現(xiàn)場實際情況設(shè)計煙氣及冷卻水流程，合理布置換熱器，特別適用于改造類項目。換熱管采用Ф38mm×3mm的20#鍋爐管，換熱管形式為波節(jié)管，換熱管成組布置，每組為1個模塊。煙氣走殼程，閉式循環(huán)軟化水走管程。

防結(jié)露、腐蝕措施：①提高閉式循環(huán)冷卻水溫度，保證換熱管壁溫度高于煙氣露點溫度；②根據(jù)煙氣溫度控制外部循環(huán)冷卻水量，控制閉式循環(huán)冷卻水溫度穩(wěn)定，防止煙氣結(jié)露；③采用合理的換熱流程設(shè)計，避免換熱管管壁溫度低于露點溫度；④采用模塊化設(shè)計，便于維護更新。

防堵塞措施：換熱器設(shè)置聲波吹灰器對換熱管上沉積的粉塵進行清灰，防止換熱器煙氣側(cè)堵塞。

換熱器安全運行措施：在換熱器出口煙道上裝有濕度檢測儀，當(dāng)煙氣濕度在短時間內(nèi)有較大幅度的變化時，系統(tǒng)報警，同時關(guān)閉閉式循環(huán)泵及打開排水閥。

在換熱器總管匯上設(shè)置安全閥，排出換熱器水側(cè)出現(xiàn)的蒸汽。煙氣換熱器選型見表4。

表4 系統(tǒng)1換熱器選型表

序號名稱數(shù)值2入口溫度80℃～85℃3出口溫度90℃～95℃4阻力520Pa三煙氣-水換熱器參數(shù)1換熱器型號RZQ-8202熱負(fù)荷2195kW3換熱面積820m24換熱管規(guī)格(外徑×壁厚)Ф38mm×3mm5換熱管材質(zhì)20#鍋爐管

7.3 水-水換熱器

水-水換熱器采用板式換熱器，換熱片材質(zhì)SUS304；板式換熱器型號為G150B-1.0-75L-E，換熱面積45m2，熱側(cè)進出口溫度為90℃～95℃/80℃～85℃，冷側(cè)進出口溫度為32℃/40℃～45℃；數(shù)量為1臺。

8 運行效果及結(jié)論

除塵設(shè)備經(jīng)改造后，經(jīng)過3個月的運行觀察，新的扁錠車間熔煉/保溫爐除塵系統(tǒng)長期運行穩(wěn)定，低溫除塵系統(tǒng)能有效收集爐門口煙氣，車間空氣環(huán)境質(zhì)量得到極大改善；3套除塵系統(tǒng)粉塵排放濃度經(jīng)環(huán)保檢測小于20mg/Nm3，可滿足未來更嚴(yán)格的環(huán)保要求。證明爐門爐膛高低溫?zé)煔夥珠_處理是一種可行的技術(shù)方案，對于新建及改造熔保爐爐組除塵，具有一定的借鑒意義。