奧斯麥特爐電收塵的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

張 磊，潘偉華

（銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司，安徽 銅陵 244000）

1 引言

電收塵作為冶煉企業(yè)提高環(huán)保效率和金屬回收率的重要裝備，同時(shí)也能阻止重金屬污染環(huán)境及調(diào)整雜元素平衡［1］。國內(nèi)某銅冶煉廠奧爐電收塵工藝流程圖如圖1 所示，電收塵絕緣子（俗稱瓷軸、瓷套）頻繁出現(xiàn)潮濕煙灰粘結(jié)，破壞絕緣性能,引起瓷軸或瓷套高壓爬電而斷裂，導(dǎo)致對應(yīng)電收塵電場送不上電，收塵效果差。如果潮濕煙灰不斷積累，會致使排煙系統(tǒng)出現(xiàn)堵塞，嚴(yán)重影響生產(chǎn)［2-3］。因此，需要分析問題原因，尋求解決辦法。一是從加強(qiáng)精細(xì)化操作，查漏堵漏，避免漏風(fēng)導(dǎo)致低溫腐蝕；二是進(jìn)行科研攻關(guān)，改進(jìn)優(yōu)化原裝置并增加輔助設(shè)備以提高收塵效率［4-5］。通過對電收塵進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化和增設(shè)輔助設(shè)備，取得了顯著效果，運(yùn)行兩年多來，未再出現(xiàn)類似問題。

圖1 奧爐電收塵工藝流程示意圖

2 奧爐電收塵現(xiàn)狀描述

奧爐電收塵初步設(shè)計(jì)為雙通道，型號為LD80m2-4 型，有效截面積80 m2，4 個電場，入口壓力-4000 Pa，入口溫度367 ℃，除塵效率≥99%，處理氣量224355m3/h，入口含塵量20～30 g/Nm3，外形長27.45 m×寬9.372 m×高19.86 m。

2019 年10 月13 日，該冶煉廠發(fā)現(xiàn)奧爐電收塵電場煙灰量明顯下降，次日安排檢修，打開絕緣箱發(fā)現(xiàn)絕緣瓷軸共斷裂13 根。

10 月25 日下午13 時(shí)，該冶煉廠奧爐電收塵東通道一電場突然送不上電。關(guān)閉東通道查找原因，采用西側(cè)單通道作業(yè)。關(guān)閉東通道進(jìn)口鐘罩閥時(shí)，鐘罩閥下放受阻，打開鐘罩閥人孔后，發(fā)現(xiàn)鐘罩閥內(nèi)部結(jié)灰嚴(yán)重，頂住閥底導(dǎo)致鐘罩閥不能下放。處理完結(jié)灰后，打開東通道8 個陰極絕緣箱檢查，發(fā)現(xiàn)瓷軸全部斷裂，立即停產(chǎn)檢修。關(guān)閉西通道鐘罩閥，檢查西通道陰極絕緣箱，發(fā)現(xiàn)5 個瓷軸斷裂，如圖2 所示。

圖2 奧爐電收塵東、西通道瓷軸斷裂情況

生產(chǎn)中出現(xiàn)奧爐電收塵瓷軸頻繁斷裂、電場頻繁送不上電、煙塵粘結(jié)、排煙系統(tǒng)及收塵系統(tǒng)嚴(yán)重受阻等問題，會嚴(yán)重影響生產(chǎn)的穩(wěn)定和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，必須查找出問題原因，解決好電場送電問題。

3 電收塵瓷軸斷裂原因分析

奧爐混合物料經(jīng)圓盤制粒機(jī)制粒后入爐，圓盤制粒機(jī)的運(yùn)行使皮帶上的物料出現(xiàn)波峰波谷，從而導(dǎo)致入爐料量波動，波動范圍在20～40 t/h。此外，入爐原料水分和硫含量越來越高，特別是來自部分小礦山的入爐原料，水分曾高達(dá)14%左右。

奧爐電收塵進(jìn)口煙氣中水份均值在208 g/m3，煙氣中的二氧化硫濃度均值為20%，且隨著奧爐處理料量的增加，煙氣中水份和二氧化硫濃度持續(xù)增高。根據(jù)煙氣露點(diǎn)計(jì)算公式：T=186+20l g(H2O%)+26l g(SO3%)，奧爐煙氣露點(diǎn)溫度在230 ℃左右。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，奧爐在料量低于70 t/h 的條件下，電收塵進(jìn)口煙氣溫度接近露點(diǎn)，會出現(xiàn)電場瓷軸聯(lián)軸器腐蝕、煙塵粘結(jié)瓷軸，進(jìn)而導(dǎo)致高壓爬電擊穿瓷軸，電場送電受阻，收塵效果差。未及時(shí)收集下來的煙塵會被負(fù)壓帶入后續(xù)管道、高排殼體或葉輪中，并出現(xiàn)粘結(jié)，影響排煙系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而又反饋到奧爐爐口正壓，需要降料直到停產(chǎn)清理，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。

3.1 煙氣溫度低、原料水分高導(dǎo)致結(jié)露

胡俊［6］研究發(fā)現(xiàn)電收塵低溫運(yùn)行時(shí)，絕緣被破壞或電場積灰嚴(yán)重易引起電場送不上電。奧爐電收塵設(shè)計(jì)進(jìn)口溫度為367 ℃，調(diào)查發(fā)現(xiàn)進(jìn)口溫度普遍低于設(shè)計(jì)值，且煙氣含水量較高，表1 為2019年10 月份電收塵進(jìn)口煙氣水分含量統(tǒng)計(jì)表。

從表1 可以看出，煙氣中的水分呈明顯上升趨勢，其中10 日、22 日、24 日和30 日煙氣水分均超過了200 g/Nm3，最高時(shí)達(dá)到了228.91 g/Nm3。此時(shí)，電收塵煙氣露點(diǎn)溫度上移，表現(xiàn)為煙氣潮濕，瓷軸粘結(jié)嚴(yán)重，進(jìn)而高壓爬電擊穿瓷軸，如圖3 所示。從圖3 可以看出有明顯爬電擊穿痕跡。

圖3 電收塵陰極瓷軸被高壓爬電擊穿

表1 2019 年10 月份電收塵進(jìn)口煙氣水分含量統(tǒng)計(jì)表

3.2 生產(chǎn)操作過程影響

盲目追求硫酸系統(tǒng)穩(wěn)定性和煙氣低含塵極限，在煙氣溫度低于露點(diǎn)溫度、電場絕緣值（電場絕緣條件要求在帶氣負(fù)荷時(shí)達(dá)到20 MΩ 以上）還未達(dá)到要求的情況下匆忙送電，容易造成瓷體上局部高溫、絕緣性能下降，直至瓷軸被擊穿斷裂。

3.3 煙塵中鐵元素的影響

當(dāng)煙塵中的鐵含量較高時(shí)，在SO2與殘氧反應(yīng)中會起到催化劑的作用，提高煙氣SO3發(fā)生率，加上煙氣中水分較高、溫度低，會產(chǎn)生稀酸腐蝕設(shè)備和瓷軸導(dǎo)電被擊穿現(xiàn)象。圖4（a）為絕緣瓷軸爬電燒蝕實(shí)圖，圖4（b）為瓷轉(zhuǎn)軸聯(lián)軸器（長叉）腐蝕實(shí)圖。

圖4 電收塵陰極振打絕緣箱爬電燒蝕、長叉腐蝕

3.4 煙塵中鎘、鉍元素的影響

金屬鎘、鉍都屬于低熔點(diǎn)金屬，如果煙氣溫度較低，將會形成鎘和鉍的氧化物附著在瓷軸上，當(dāng)氧化物富集到一定程度后，在瓷軸表面就會發(fā)生嚴(yán)重的爬電擊穿瓷軸現(xiàn)象。

4 電收塵本體優(yōu)化改進(jìn)措施

針對以上原因，鑒于奧爐復(fù)雜原料成分特性，從科研攻關(guān)和優(yōu)化操作兩方面提高電場溫度，解決低溫腐蝕等問題。郝志全等［7-10］研究發(fā)現(xiàn)，通過增加熱風(fēng)吹掃裝置形成氣幕，可以起到吹掃瓷軸、套管的作用，減少積灰粘結(jié)瓷軸和瓷套的現(xiàn)象，同時(shí)也可以提高電場溫度，避免低溫時(shí)達(dá)到露點(diǎn)溫度。圖5 為奧爐電收塵雙通道熱風(fēng)吹掃裝置示意圖，東西通道頂部和側(cè)部均配置1 套熱風(fēng)吹掃裝置，兩通道頂部各有5 個瓷套處增加熱風(fēng)，側(cè)面各有8 個陰極絕緣箱處增加熱風(fēng)。

圖5 奧爐電收塵東西通道熱風(fēng)吹掃示意圖

4.1 側(cè)面陰極絕緣箱優(yōu)化改造

將陰極絕緣箱由開放式優(yōu)化改造為密閉式，如圖6 所示。改造前，煙氣進(jìn)入絕緣箱后，會不斷附著在瓷軸上形成煙塵粘結(jié)，導(dǎo)致瓷軸表面出現(xiàn)爬電擊穿瓷軸現(xiàn)象，尤其當(dāng)煙氣含水量高時(shí)，瓷軸煙塵粘結(jié)更嚴(yán)重，更易引起高壓爬電擊穿瓷軸。陰極絕緣箱改造為密閉式后，減少了煙氣進(jìn)入絕緣箱后的行走路徑，降低了煙塵粘結(jié)發(fā)生率。

圖6 陰極絕緣箱及熱風(fēng)吹掃改造前后對比圖

4.2 頂部和側(cè)部增加熱風(fēng)吹掃

頂部熱風(fēng)吹掃改造如圖7、圖8 所示。改造后頂部熱風(fēng)吹掃在瓷套中形成正壓，保護(hù)了瓷套，杜絕了潮濕煙氣的進(jìn)入，避免了瓷套上出現(xiàn)煙灰粘結(jié)現(xiàn)象。側(cè)部熱風(fēng)吹掃改造如圖6 所示，同時(shí)在側(cè)面增加熱風(fēng)吹掃，使陰極絕緣箱中形成正壓，杜絕潮濕煙氣進(jìn)入瓷軸，保證側(cè)部絕緣箱瓷軸無煙塵粘結(jié)，進(jìn)而保證電收塵各電場送電正常，獲得更佳的收塵效果。

圖7 頂部絕緣吊掛改造前后對比示意圖

圖8 電收塵頂部熱風(fēng)吹掃改造前后對比圖

4.3 優(yōu)化熱風(fēng)源

奧爐電收塵熱風(fēng)吹掃共有4 套系統(tǒng)，分別為東西通道頂部和側(cè)部各1 套，對電收塵的絕緣子起到隔絕煙塵的作用。改造前，熱風(fēng)吹掃氣源是由鼓風(fēng)機(jī)直接從露天抽取空氣提供，受客觀條件如氣溫影響很大。改造后，熱風(fēng)吹掃氣源經(jīng)電加熱（圖9 所示電加熱示意圖）送到絕緣子處。為實(shí)現(xiàn)資源有效利用，同時(shí)利用奧爐噴槍的富余工藝風(fēng)（溫度約110 ℃）作為氣源直通到電加熱器。通過優(yōu)化熱風(fēng)源，不僅減少了2 臺鼓風(fēng)機(jī)和2 組電加熱器，降低了生產(chǎn)成本，更重要的是縮短了熱風(fēng)吹掃電加熱時(shí)間，為電收塵縮短送電時(shí)間提供了保障。

圖9 奧爐噴槍工藝風(fēng)直通電加熱器示意圖

4.4 優(yōu)化操作規(guī)程

（1）奧爐電收塵電場送電前，對絕緣子、加熱器等進(jìn)行檢查確認(rèn)，進(jìn)口煙氣溫度必須達(dá)到露點(diǎn)溫度以上；

（2）送電前用2500V 兆歐表（搖表）檢測各電場絕緣值，帶負(fù)荷（含硫煙氣）時(shí)絕緣值需達(dá)到20MΩ 以上；

（3）在電收塵入口煙氣溫度及電場絕緣均滿足條件時(shí)對1#、2#電場送電，待出口煙氣溫度滿足條件時(shí)對3#、4#電場送電；

（4）根據(jù)奧爐投料量（煙氣負(fù)荷）變化，及時(shí)調(diào)整電場電壓、電流，使電場運(yùn)行在最佳狀態(tài)；

（5）確保入口分布板振打運(yùn)行正常，板面無積灰堵塞現(xiàn)象，入口煙氣分布均勻，避免煙氣偏流引起絕緣箱低溫腐蝕及瓷轉(zhuǎn)軸爬電擊穿。

5 電收塵優(yōu)化改造后效果檢查

奧爐電收塵熱風(fēng)吹掃裝置改造后，對其進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)結(jié)果顯示，絕緣值均在2000 MΩ 以上，兩通道二次電壓（kV）/二次電流（mA）空試及帶氣運(yùn)行，前后參數(shù)均正常，如表2 所示。

表2 奧爐電收塵改造后東、西通道二次電壓（kV）/二次電流（mA）統(tǒng)計(jì)表

6 結(jié)論

（1）奧爐電收塵經(jīng)過陰極絕緣箱改造后，陰極絕緣箱由開放式優(yōu)化升級為密閉式，熱風(fēng)吹掃形成正壓抑制煙氣進(jìn)入，從而消除工藝煙氣對瓷軸的影響，大大降低了因瓷軸煙灰粘結(jié)、高壓爬電引起瓷軸斷裂發(fā)生率。

（2）奧爐電收塵經(jīng)過電場頂部陰極吊掛，增加熱風(fēng)吹掃形成正壓阻止煙氣進(jìn)入，從而消除工藝煙氣對瓷套的影響，大大降低了瓷套煙灰粘結(jié)、高壓爬電引起瓷套斷裂發(fā)生率。

（3）奧爐電收塵經(jīng)過增加熱風(fēng)吹掃優(yōu)化升級后，解決了低溫及潮濕煙氣條件下電場送電困難問題。

（4）通過優(yōu)化熱風(fēng)源，降低了生產(chǎn)成本，縮短了熱風(fēng)吹掃電加熱時(shí)間，為電收塵縮短送電時(shí)間提供了保障。

（5）據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2018—2019 年受奧爐電收塵故障影響的作業(yè)率高達(dá)75%以上。通過2020年3 月的改造優(yōu)化，奧爐電收塵因煙灰粘結(jié)造成的故障率大幅降低。