基于“富氧底吹干法收砷”提升布袋除塵器運(yùn)行效果的研究與應(yīng)用

蘇江峰,陳儒稼,孟 虎,伍革衛(wèi)

(國投金城冶金有限責(zé)任公司,河南 靈寶 472500)

0 引言

某有色銅冶煉企業(yè)(以下簡稱該企業(yè))采用的是熔煉爐、吹煉爐、陽極爐三爐連續(xù)生產(chǎn)的工藝技術(shù),熔煉爐煙氣有溫度高、塵含量大的特點(diǎn),熔煉爐煙氣經(jīng)熔煉余熱鍋爐、靜電除塵器、干法收砷裝置處理后,干凈的煙氣送入制酸凈化工序稀酸洗滌凈化,經(jīng)二轉(zhuǎn)二吸制酸工藝生產(chǎn)成品98%或93%硫酸,制酸尾氣脫硫后達(dá)標(biāo)排放[1-3]。其四臺布袋除塵器分別用于處理不同工況的煙氣,熔煉布袋除塵器用于處理熔煉爐產(chǎn)生工藝煙氣中的煙塵,兩臺環(huán)集煙氣布袋除塵器,主要用于收集處理熔煉爐、吹煉爐及陽極爐的放銅放渣過程中彌散出的煙氣,精煉布袋除塵器用于收集陽極爐生產(chǎn)過程中的工藝煙氣煙塵。

1 布袋除塵器基本介紹

布袋除塵器是一種能夠過濾干燥粉塵的過濾設(shè)備。濾袋在投入運(yùn)行一段時間后,通過選擇性過濾和靜電吸附等過程,會在濾袋外表面形成初層灰,在初層灰的作用下濾袋獲得了更高的過濾性能,隨著濾袋投用時間延長,濾袋外側(cè)積灰變厚,除塵器運(yùn)行阻力增加,效率會有所下降,并且能耗隨之升高。所以,當(dāng)濾袋外側(cè)灰塵量過大時需及時清灰,清灰時特別注意不能將初層灰破壞,避免造成過濾性能下降。清灰是否徹底直接影響除塵器運(yùn)行的好壞,清灰不徹底,會導(dǎo)致運(yùn)行效率低、能耗增加和濾袋使用周期縮短等問題。目前的布袋除塵器的清灰方法主要有三種:1)氣體清灰:氣體清灰是借助于高壓氣體或外部大氣反吹濾袋,以清除濾袋上的積灰。氣體清灰包括脈沖噴吹清灰、反吹風(fēng)清灰和反吸風(fēng)清灰。2)機(jī)械振打清灰:分頂部振打清灰和中部振打清灰(均對濾袋而言),是借助于機(jī)械振打裝置周期性的輪流振打各排濾袋,以清除濾袋上的積灰。3)人工敲打:人工拍打每個濾袋,以清除濾袋上的積灰。大型布袋除塵器普遍采用氣體噴吹清灰作為主要清灰方式。

2 影響布袋除塵器濾袋使用壽命的因素

2.1 濾袋的材質(zhì)選擇

作為布袋除塵器中最為重要的部件,濾袋的品質(zhì)直接影響著布袋除塵器的工效高低和連續(xù)生產(chǎn)的時間長短。一般來講,濾袋的品質(zhì)越好,布袋除塵器的工效越高、連續(xù)生產(chǎn)的周期越長。

由于濾袋品控的好壞對收塵器的工效高低和連續(xù)生產(chǎn)的時間長短有直接影響,所以在設(shè)計(jì)布袋除塵器時要特別注意對濾袋的選擇,在選用濾袋時,不但要考慮最差工況下的煙氣和粉塵的性質(zhì),還要考慮該工況下粉塵顆粒硬度情況。一般來說,過濾速度低的濾袋更能適用于過濾硬度高的粉塵顆粒。優(yōu)質(zhì)除塵器應(yīng)具有良好的通透性、抗腐蝕、抗磨耗、縫接工藝好以及適用于現(xiàn)場實(shí)際工況及特點(diǎn)。若不能對濾袋材質(zhì)進(jìn)行正確選擇,容易造成濾袋破損或堵塞等情況的發(fā)生,降低除塵器的效率。

目前該企業(yè)布袋除塵器采用的濾袋主要為PPS+PTFE 覆膜濾袋,它是一種高效耐用的復(fù)合型耐高溫耐腐蝕氣體粉塵過濾袋,采用PPS 和PTFE 兩種化學(xué)穩(wěn)定性都極強(qiáng)的功能性纖維按梯次工藝復(fù)合制成,使各自優(yōu)良性能得到充分發(fā)揮,復(fù)合制成的高性能復(fù)合濾袋,具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性,使耐腐蝕性得到很大的提高。聚苯硫醚PPS 纖維濾料具有較強(qiáng)的耐酸堿和抗水解性能,其缺點(diǎn)是抗氧化性較差,當(dāng)被處理的煙氣中氧(O2)含量超過8%時,長期運(yùn)行溫度超過160 ℃時,PPS 材料也會發(fā)生氧化而失效。PTFE 纖維具有不燃、能耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿、抗強(qiáng)腐蝕性試劑或溶劑、不老化、不氧化、耐高、低溫等優(yōu)越性能,能夠彌補(bǔ)PPS 纖維的缺點(diǎn),使PPS+PTFE 針刺氈除塵布袋達(dá)到優(yōu)異的過濾效果及延長使用壽命。因?yàn)榫C合了PPS 和PTFE 纖維的優(yōu)點(diǎn),所以PPS +PTFE覆膜濾袋具有更加突出耐高溫、耐腐蝕性能。

2.2 系統(tǒng)清灰效率

在布袋除塵器運(yùn)行過程中,清灰系統(tǒng)運(yùn)行效果對布袋除塵器濾袋的使用壽命具有重要影響。相對高效穩(wěn)定的清灰方式,能保障濾袋的清灰效率,保障生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和濾袋的使用壽命。相較于人工清灰、機(jī)械振打清灰,目前清灰效果較好的清灰方式主要是脈沖氣體清灰。

目前該企業(yè)采用的布袋除塵器清灰方式是脈沖氣體清灰,脈沖氣體清灰所用的介質(zhì)為壓縮空氣,在對濾袋進(jìn)行噴吹清灰時,脈沖閥膜片開啟時間約為0.1 s,瞬間噴出的壓縮空氣形成高流速氣體,經(jīng)過噴吹管及噴吹嘴直接對濾袋內(nèi)部進(jìn)行噴吹,致使濾袋急速膨脹,引發(fā)一次沖擊振動,同時,在一瞬間產(chǎn)生由里到外的逆向氣流,在沖擊和逆向氣流的作用下,去除濾袋表面吸附粉塵,從而達(dá)到清除濾袋表面粉塵的目的[2-5]。

2.3 系統(tǒng)運(yùn)行的指標(biāo)控制

系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)控制,對于濾袋的使用壽命也影響眾多,其中煙氣成分、含塵量大小、溫度、濕度、過濾壓降等,都會對濾袋的使用壽命造成影響。這其中,過濾壓降在所有影響因素中對布袋除塵器運(yùn)行情況好壞的影響是最為直接的。一般來說,過濾壓降高意味著布袋除塵器處于高阻力工況,在風(fēng)機(jī)功率不變的情況下,通過布袋除塵器的風(fēng)量會降低,導(dǎo)致布袋除塵器的處理能力會下降。隨著布袋除塵器運(yùn)行阻力的上升,清灰頻率也會隨之增加,長此以往,會降低濾袋的使用壽命[6-8]。

3 噴吹系統(tǒng)的改進(jìn)與效果對比

3.1 噴吹運(yùn)行方式的改造

3.1.1 改造前運(yùn)行情況

運(yùn)行邏輯性方面:根據(jù)該企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題,布袋除塵器在運(yùn)行過程中由于濾袋更換時間不同,濾袋透氣性存在差異,且其采用斷出式離線清灰,在噴吹系統(tǒng)運(yùn)行過程中,經(jīng)常造成系統(tǒng)負(fù)壓波動,導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定。改造前噴吹系統(tǒng)的運(yùn)行邏輯方式是由1、2、3、4……的固定排列順序進(jìn)行反吹,無法自動控制,若其中個別運(yùn)行箱阻力較大時,需人工到布袋除塵器頂部就地操作進(jìn)行手動噴吹,此運(yùn)行方式由于各個氣室之間的濾袋阻力不同,阻力差異較大時,造成系統(tǒng)負(fù)壓波動的情況更為明顯,容易對前段熔煉爐的生產(chǎn)及現(xiàn)場工作環(huán)境造成影響,同時操作不便,不利于系統(tǒng)控制操作。

設(shè)備運(yùn)行方面:在生產(chǎn)運(yùn)行過程中,噴吹管由尾部螺栓固定在支架上,由于噴吹系統(tǒng)噴吹時,氣源由噴吹管經(jīng)過噴吹孔向下,對濾袋進(jìn)行噴吹,此噴吹過程中,由于反作用力,噴吹管在多次噴吹后,尾部的螺栓會斷裂或松開,導(dǎo)致噴吹管脫落,進(jìn)而造成噴吹效率下降,導(dǎo)致系統(tǒng)阻力升高,濾袋使用壽命下降等問題,降低企業(yè)的生產(chǎn)效益。

3.1.2 改造后運(yùn)行情況

運(yùn)行邏輯性方面:根據(jù)此種生產(chǎn)情況,該企業(yè)設(shè)計(jì)其噴吹系統(tǒng)時,對噴吹邏輯進(jìn)行更改,通過PLC控制系統(tǒng)控制噴吹系統(tǒng),調(diào)整其噴吹運(yùn)行邏輯,在噴吹系統(tǒng)投入時,可以任意選定投用的氣室,實(shí)現(xiàn)自動噴吹氣室自主選擇,對于濾袋透氣性差的、阻力較高的氣室,可選擇連續(xù)進(jìn)行噴吹,加強(qiáng)此氣室的清灰頻率,降低該氣室阻力,進(jìn)而降低對系統(tǒng)的影響。對于已經(jīng)需要更換新濾袋的氣室,可選擇斷出噴吹順序,減少噴吹過程中,由于阻力差異大,造成負(fù)壓大幅度波動的影響。通過可選擇自主控制噴吹系統(tǒng),可有效解決噴吹過程中系統(tǒng)阻力差異過大的問題,穩(wěn)定系統(tǒng)運(yùn)行。

設(shè)備運(yùn)行方面:針對單個螺栓固定反吹管,容易造成反吹管掉落的問題,該企業(yè)采用將4 至5 根反吹管通過鋼管焊接固定在一起,當(dāng)其中一根反吹管進(jìn)行噴吹時,反吹管所承受的反作用力,由當(dāng)初1 根反吹管重量及螺栓承受,更改后1 根反吹管進(jìn)行噴吹時,噴吹造成的反作用力由4 至5 根反吹管重量及4 至5 個固定螺栓共同承受,大大降低噴吹時反作用力對噴吹管固定螺栓的破壞,經(jīng)更改后,反吹管掉落的現(xiàn)象基本杜絕,有效地提高了反吹的效率,減少因反吹管掉落造成的噴吹效率下降。顯著提升了濾袋的使用壽命及設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。

3.2 噴吹氣體氣源的選擇

該企業(yè)布袋除塵器噴吹系統(tǒng)最初采用的壓縮氣體為壓縮空氣。在處理熔煉系統(tǒng)或類似于熔煉系統(tǒng)的二氧化硫、三氧化硫含量較高的煙氣成分,采用壓縮空氣進(jìn)行反吹時,由于壓縮空氣內(nèi)含有水分及氧氣,在噴入后與煙氣接觸,易造成煙氣中酸性氣體的露點(diǎn)溫度降低,導(dǎo)致粘附在濾袋上的煙塵發(fā)潮,不易脫落并增大噴吹的難度,降低噴吹系統(tǒng)的效率,大幅縮短濾袋的使用壽命。

針對此種情況,該企業(yè)將噴吹系統(tǒng)所采用的壓縮氣體由壓縮空氣更改為加熱的氮?dú)?氮?dú)馐嵌栊詺怏w,在與二氧化硫、三氧化硫含量較高的煙氣進(jìn)行接觸時,不易與煙氣中的成分反應(yīng),對煙氣中酸性氣體的露點(diǎn)溫度沒有影響,保障噴吹系統(tǒng)所需氣體的同時,也不會對煙氣成分產(chǎn)生過大的影響,保障了粘附在濾袋表面的煙塵的干散性,提高了濾袋的使用壽命。

3.3 噴吹間隔時間優(yōu)化

該企業(yè)布袋除塵器噴吹系統(tǒng)最初設(shè)定的每根噴吹管之間的噴吹間隔時間為5 s,噴吹間隔時間較短,根據(jù)運(yùn)行實(shí)際情況,存在以下問題:

由于分氣缸體積固定,輸送管道體積固定,壓縮氣體因控制壓力固定,因此壓縮氣體流速大小基本固定,每根噴吹管噴吹后,由于分氣缸內(nèi)壓縮氣體消耗,分氣缸內(nèi)壓力降低,分氣缸開始補(bǔ)氣升壓,根據(jù)實(shí)際情況測量,在每根噴吹管噴吹結(jié)束后,分氣缸內(nèi)補(bǔ)壓時間為15 s,分氣缸內(nèi)部壓力才能達(dá)到總管輸送壓力。因此,在每根噴吹管噴吹間隔時間為5 s時,噴吹頻率較高,單個分氣缸內(nèi)壓力隨著噴吹次數(shù)的增加而降低,降低噴吹系統(tǒng)的清灰效率,造成濾袋沾灰情況逐步加重,進(jìn)而影響濾袋使用壽命。同時,噴吹頻率較高時,同樣會縮短布袋除塵器濾袋的使用壽命。

針對此情況,該企業(yè)現(xiàn)場實(shí)際測量每根噴吹管噴吹結(jié)束后,分氣缸內(nèi)補(bǔ)壓時間為15 s。決定對噴吹間隔時間進(jìn)行調(diào)整,當(dāng)調(diào)整噴出間隔時間為20 s時,由于噴吹所間隔時間過長,易出現(xiàn)布袋除塵器阻力升高情況,不易于生產(chǎn),最終決定更改調(diào)整噴吹間隔時間為15 s。調(diào)整噴吹時間后系統(tǒng)運(yùn)行較為穩(wěn)定,濾袋使用壽命可延長20%～30%。因此,對噴吹間隔時間調(diào)整優(yōu)化,保障噴吹壓力的同時,降低了布袋除塵器的噴吹頻率,大幅提高了布袋除塵器濾袋的清灰效率跟濾袋使用壽命。

3.4 噴吹系統(tǒng)開停運(yùn)行時間優(yōu)化

該企業(yè)布袋除塵器噴吹系統(tǒng)開停時間剛開始時跟隨布袋除塵器系統(tǒng)開停時間操作,布袋除塵器系統(tǒng)停機(jī)后,由于濾袋上依然粘附著部分灰塵未清理下來,此時噴吹系統(tǒng)停止運(yùn)行,在布袋除塵器內(nèi)的溫度降下來后,有冷空氣進(jìn)入后,粘附在濾袋表面的煙塵會逐步析出酸性液體,造成濾袋糊袋,進(jìn)而導(dǎo)致每次布袋除塵器系統(tǒng)停機(jī)后,濾袋使用壽命都會有所下降。

針對此情況,該企業(yè)決定在布袋除塵器系統(tǒng)停機(jī)后,噴吹系統(tǒng)仍然延長開啟2～4 h 進(jìn)行噴吹清灰作業(yè)。在濾袋不經(jīng)過煙氣的時間段清灰,首先清灰效率會提高,同時,進(jìn)行清灰后,粘附在濾袋表面的煙塵減少,大大降低了因布袋除塵器系統(tǒng)后,冷空氣進(jìn)入造成的濾袋沾灰發(fā)粘發(fā)潮的情況發(fā)生,減少系統(tǒng)停車時冷空氣對濾袋使用壽命的影響。

3.5 噴吹管的改造優(yōu)化

該企業(yè)在生產(chǎn)過程中,發(fā)現(xiàn)噴吹系統(tǒng)運(yùn)行一段時間之后,在噴吹壓力不變的情況下,噴吹效果明顯變差,經(jīng)排查,其問題發(fā)生在噴吹管噴吹口被積灰堵塞。造成此現(xiàn)象的原因主要是系統(tǒng)運(yùn)行期間,由于噴吹管的噴吹口正對布袋除塵器的過濾口,煙氣正灌進(jìn)入噴吹口,雖然噴吹口處設(shè)置有防止煙氣進(jìn)入的擋板,但擋板未設(shè)置在噴吹口最底部,導(dǎo)致煙塵易在擋板與噴吹口處這段部位積灰,造成噴吹口被堵死,進(jìn)而降低噴吹效率,影響濾袋的使用壽命。

針對此情況,該企業(yè)對噴吹管噴吹口處的防止煙氣回流的擋板進(jìn)行改造優(yōu)化,將煙氣擋板位置設(shè)置在噴吹管噴吹口出氣位置最低端,噴吹時擋板打開。噴吹結(jié)束后,擋板恢復(fù),減少煙塵進(jìn)入,有效解決了噴吹管噴吹口易積灰堵塞問題,保障了系統(tǒng)的噴吹效率,提高了濾袋的使用壽命。

4 結(jié)語

根據(jù)該企業(yè)以上實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐和對于出現(xiàn)問題的解決措施,在煙氣成分中含有較高三氧化硫等酸性氣體時,噴吹系統(tǒng)采用加熱氮?dú)獾男Ч黠@優(yōu)于采用壓縮空氣。同時,在噴吹系統(tǒng)運(yùn)行邏輯由固定邏輯順序更改為可自主選擇控制噴吹順序,更能有效地穩(wěn)定布袋除塵器系統(tǒng)運(yùn)行,提高濾袋的使用壽命,同時降低布袋除塵器噴吹系統(tǒng)噴吹時造成的負(fù)壓大幅度波動,生產(chǎn)穩(wěn)定性差等問題。采用并聯(lián)固定反吹管的方式,能有效地解決布袋除塵器系統(tǒng)噴吹時造成的反吹管脫落的問題,保障噴吹系統(tǒng)的效率,提高布袋除塵器設(shè)備的運(yùn)行時間及穩(wěn)定性。