袋式除尘器在氧化铝熟料窑尾气排放中的应用

范文峰 田兴凯 朱广斌

(中国铝业山东分公司， 山东 淄博 255052)

环保与综合利用

袋式除尘器在氧化铝熟料窑尾气排放中的应用

范文峰 田兴凯 朱广斌

(中国铝业山东分公司， 山东 淄博 255052)

针对氧化铝熟料窑静电除尘器不能满足国家环保粉尘排放要求，提出并试用了布袋式除尘器，实践证明，这一技术措施达到了排放标准要求，并取得了较好的经济效益。

袋式除尘器； 熟料窑； 静电除尘器； 旋风除尘器

0 前言

回转式熟料窑是烧结法制取化学品氧化铝的特征工序和核心设备，目前其烟气净化处理主要应用设备为电除尘器。电除尘器须配套较为复杂的变压整流设备，生产电耗较高，维护检修难度较大，且使用一定时间后其排放浓度容易超标，含碱烟尘物料排空过多也造成原料浪费，生产成本相应升高。因此，开发一种烟尘回收率较高的除尘器并能满足熟料窑烟尘净化要求的技术，已成为必然趋势。

随着国家环保标准的不断提高(淄博市目前环保要求工业烟尘排放标准≤50 mg/m3)，作为除尘效率更高的袋式除尘器(粉尘排放浓度≤20 mg/m3)，因除尘袋新材料的应用，袋式除尘器技术的日益成熟，其应用范围越来越广。在工业窑炉上，袋式除尘器在热电、钢铁、水泥和垃圾焚烧等行业的应用已经较为普遍，相较于电除尘器都取得了显著的经济效益和社会效益。

1 袋式除尘器试验参数确定

与其它工业窑炉相比，袋式除尘器在烧结法氧化铝熟料窑的应用尚为少见，其主要原因：一是氧化铝熟料窑为湿法窑，一般烧结法熟料窑烟气含水率约36%～38%，遇低温时结露导致粘灰板结，影响滤袋的透气性；二是受制于除尘袋材料的适用性，熟料窑烟尘中含有大量的CaO、Na2O 、K2O，遇水溶解显强碱性，易腐蚀滤袋。

基于这两方面，选取了化学品氧化铝厂原料二区4#熟料窑进行工业性试验。

1.1 熟料窑窑尾的工况条件

本次所选的4#熟料窑规格为Φ4.5×75 m，产能1 700 t-熟料/d，主机设备为湿法回转窑配单筒冷却机，燃烧器为三通道喷煤管；窑尾立烟道后配2台旋风除尘器、2台排风机(风量250 000 m3/h、电机功率450 kW)和1台225 m2双室6仓电除尘器。熟料烧结工艺配置见图1。根据实际测定和计算，立烟道顶部的烟气量为286 090 m3/h，检测的烟气温度为180～240 ℃；烟气中的水蒸汽含量为31%～38%、粉尘含量为250～300 g/m3。烟气中干窑灰的成分见表1。

图1 熟料烧结工艺配置

表1 熟料窑窑尾烟气中干窑灰的成分 单位：%

1.2 工艺流程的确定

为降低技术和资金风险, 本次研究采用了1台除尘面积为1 100 m2的小型袋式除尘器，将其并联到电除尘系统。目的是希望通过对这套小型袋式除尘器流程的工业试验, 优化熟料窑除尘器流程。筛选出最佳的布袋滤料方案，考察袋式除尘器在氧化铝熟料窑应用的可靠性和经济性，为今后袋式除尘器的产业化推广应用提供可靠的依据。经过对几种流程方案的反复比对，最后确定了熟料窑窑尾立烟道顶部抽取烟气的方案。工业试验流程见图2。

图2 布袋除尘器工业性试验流程

烧结法熟料窑烟气含水较高，遇低温时结露导致粘灰板结，影响滤袋的透气性。因此窑尾至除尘器烟道不易过长，对烟道及袋式除尘器采用FBT复合保温材料保温处理，防止烟气温降过快以至产生结露。

由于熟料窑烟气温度一般为180～240 ℃，且含有大量的CaO、Na2O 、K2O碱性成分，普通除尘袋无法在此工况下正常使用，因此选用性能较高的PTFE聚四氟乙烯复膜除尘袋。聚四氟乙烯合成纤维除尘袋的正常运行温度为240 ℃，瞬间温度为280 ℃，能耐全部pH值范围内的酸碱侵蚀。布袋除尘器装置见图3。

图3 布袋除尘器

1.3 工艺设备参数的确定

(1)袋式除尘器流程处理烟气能力为45 000～55 000 m3/h，占全部烟气量的13%。

(2)选用LDM- 500- 1100低压脉冲袋式除尘器，参数如表2。

(3)风机型号：Y4- 68NO12.5D；输送能力:Q=55 000～71 000 m3/h,P=3 500～3 700 Pa。

2 试验过程分析

2.1 试验描述及有关数据的采集

经过1个月的试运行，主要操作数据采集如下：

袋除尘器进口烟气温度：平均195 ℃，最高265 ℃，最低156 ℃；

袋除尘器出口烟气温度：平均172 ℃，最高234 ℃,最低145 ℃；

袋除尘器设备阻力：750～1 050 Pa；

收下粉尘的平均温度：平均155 ℃，最高165 ℃，最低150 ℃；

主排风机电机电流：110 A；

卸灰阀电流：南台1.1 A；北台1.3 A；

反吹(螺杆)压缩机电流：21 A。

表2 LDM- 500- 1100低压脉冲袋式除尘器参数

2.2 除尘效率测定

对袋式除尘器的除尘效率进行了测定，结果见表3。

表3 袋除尘器替代旋风除尘器和电除尘器的测定数据

2.3 除尘效率计算

袋除尘器进口含湿量以35%计，进口干气量为：

34 948.6×65%=22 716.59 m3/h

每小时进入布袋的尘的重量为：

22 716.59×266.56=6 055.34 kg/h

漏风的含湿量以5%计，出口干气量为：

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

每小时出布袋的尘的重量为：

28 585.1×0.012 18=0.35 kg/h

除尘效率为：

(6 055.34-0.35)/6 055.34×100%=99.995%

3 效益分析

3.1 经济效益

3.1.1 降低电耗

从表3可以看出，袋除尘器从立烟道抽取的烟气量为34 950 Nm3/h，袋除尘器排风机的电流110 A，脉冲压缩风风机电流为21 A，2台卸灰阀的电机的总电流2.4 A，工作电压380 V，所消耗的总功率为：

处理每千立方米烟气的电耗为：

Wt袋=74.63/34.95=2.14 kW·h/km3

根据实际测定和计算，立烟道顶部的总烟气量为286 090 m3/h，除去袋除尘器处理的34 950 m3/h，经过电除尘器处理的烟气量为251 140 m3/h。2台主风机的实际工作电流分别是42 A、45 A，工作电压6 000 V，排风机所消耗的实际功率为：

电除尘器共有12台阴极及阳极振打器，每台实际消耗功率为1.5 kW,共计18 kW。4#电除尘器共有6个仓，它们各自的一次电压、电流及功率消耗，实际值如表4所示。

表4 电除尘器各仓一次电压、电流及功率实际消耗

由表4的数据及振打实际功率消耗得知，电除尘本体消耗的总功率为：

P电=162.77 kW

那么，电除尘器流程所消耗的总功率为：

Pt电=162.77+768.49=931.26 kW

处理每千立方米烟气的电耗为：

Wt电=931.26/251.14=3.71 kW·h/km3

根据经验，生产1 t氧化铝对应的烟气量约为15.5 m3，袋除尘器流程较原有电除尘流程每吨氧化铝可节电：

ΔW=(3.71-2.14)×15.5=24.34 kW·h

3.1.2 提高除尘效率

袋除尘器排放浓度以15 mg/m3计，电除尘器排放浓度以75 mg/m3计，每生产1 t氧化铝对应的袋除尘器流程排放的烟气量为：

15.5×(1+10%)=16.06 km3

其中10%为袋除尘器的漏风。而电除尘器流程排放的烟气量为：

15.5×(1+10%)×(1+10%)=17.68 km3

其中,第一个10%为旋风除尘器的漏风,第二个10%为电除尘器的漏风。

这样，生产1 t氧化铝采取袋除尘器较采用电除尘器可多回收的粉尘量为：

(17.68×75-16.06×15)/1 000=1.085 1 kg

窑尾的粉尘以Na2O、Al2O3为主，1 kg粉尘价值约1.5元,相当于每1 t氧化铝可降低成本1.62元。

3.1.3 两种除尘方法的成本差异

用于熟料窑的袋式除尘器，其滤袋的价格较高，估计其一次投资与电除尘器相当。电除尘器的极板极线平均约5年换一次，费用占设备总费用的50%；布袋除尘器的滤袋和袋笼平均约3年换一次，费用占设备总费用的40%(比电除尘器低10%主要是更换滤袋及袋笼的施工费低)，以10年为一个周期，以4#熟料窑采用袋式或电式两种除尘器为例，其一次投资、折旧及检修费用的比较见表5。

表5 除尘器与电除尘器成本对比 单位：万元

注：折旧年限为10年。

从表5看出，如果电除尘器被袋除尘器取代后，每年的折旧、修理、检修维护及操作人工费，可综合升高6.7万元。

3.1.4 经济效益合计

以熟料窑为例，每年可生产14.92万t氧化铝，年降低成本为：

(14.60+1.62)×14.92-6.7=235.30万元

需要投资800万元,效益投资比为29.41%。

3.2 社会效益

实际测量袋式除尘器流程的排放浓度仅为15 mg/m3远低于电除尘器且低于淄博市工业排放标准50 mg/m3。本次工业试验的4#熟料窑电除尘处于检修中期，可以看出电除尘器在使用一段时间后除尘效率下降较快。可以看出在电耗方面袋式除尘器具有较大优势，节电意味着进一步减少了粉尘、二氧化碳和二氧化硫的排放。袋式除尘器应用于烧结法氧化铝熟料窑尾气除尘再节能减排方面较之电除尘器可以创造更大的社会效益。

4 结束语

袋式除尘器在氧化铝熟料窑上应用及今后推广应用时必须重视两个问题：一是布袋材料的选择，满足条件的新材料的应用可以降低一次投资及后期维护费用；二是锁风及保温防结露问题。锁风保温处理好可以有效减少负压损失，降低结露产生，可有效延长除尘袋使用寿命，提高布袋除尘器除尘效率。袋式除尘器用于氧化铝熟料窑是氧化铝生产尾气处理的一次有益尝试，完全满足了熟料窑生产并达到了烟气排放的环保标准。在除尘性能、经济效益和社会效益方面较电除尘器均有优势，在氧化铝熟料窑上值得推广应用。

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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，在职硕士，高级工程师，主要从事设备管理工作。

TF805.3

B

1008-5122(2014)02-0038-04