浅谈红土镍矿回转窑——干燥窑系统电除尘器分析与应用

赖栋文　王　欢

（福建龙净环保股份有限公司福建龙岩364000）

浅谈红土镍矿回转窑——干燥窑系统电除尘器分析与应用

赖栋文王欢

（福建龙净环保股份有限公司福建龙岩364000）

红土镍矿回转窑-干燥窑系统配套电除尘器被广泛应用，但在实际运行中出现绝缘子破裂、电场内部发生腐蚀等问题。针对这些问题，结合实际经验，对整个系统工艺及电除尘器操作等方面给出了相关建议。

红土镍矿；回转窑；干燥窑；热风炉；电除尘器

红土镍矿回转窑熔炼直接还原法工艺，利用回转窖全程对镍团矿进行脱水、焙烧，NiO、FeO等氧化物还原，金属物聚集，最后生成融态海绵状夹渣镍铁。熔炼过程热能来自煤粉燃烧放出的热量，具有原料适应性强，镍铁品味高，有害元素的铸相含量比较少，节能环保，循环利用等优点。其是火法冶炼镍铁生产中，设备最简单、生成金属流程最短、综合能耗最低的生产工艺（图1为工艺流程）。

图1　工艺流程图

1　设备现场检修情况

某厂镍铁回转窑-干燥窑冶炼项目采用国际领先的RKEF工艺，矿热炉规格33kVA；回转窑为Φ4.4m×100m，窑尾进料，窑头喷煤燃烧并出料，干燥窑为Φ5.5m×50m，头部进料，尾部出料。干燥窑通过热风炉喷煤燃烧产生的热量及矿热炉、回转窑烟气的热量来烘干原料，以满足工艺要求，即原料湿度从40%左右烘干至20%左右。其除尘系统配套国内某环保厂电除尘器，该电除尘器运行1年后，出现绝缘子经常性炸裂，个别电场短路，间歇性冒烟等问题。电除尘器停运检修时，主要发现以下问题：

1.1阴极吊挂承压绝缘子发生大面积的破裂，绝缘子内壁附着大量黑色物质，而且有明显的爬电现象（如图2）。

图2　瓷瓶破裂

1.2阴极线、阳极板腐蚀较严重

（1）第四电场最下层阴极线大概70%左右腐蚀断线，第三电场最下层阴极线大概20%左右腐蚀断线，第1、2电场阴极线有少量极线腐蚀断线，电场中上部未发现阴极线断线情况发生（如图3）。（2）阳极板中下部腐蚀较严重，其中第1电场阳极板基本未出现腐蚀情况，末电场阳极板腐蚀最严重，个别极板根部与振打杆连接处已经腐蚀断裂（如图4）。

图3　芒刺线断线

图4　阳极板腐蚀情况

1.3壳体墙板、出口喇叭底板腐蚀较严重，墙板的腐蚀主要发生在除尘器下部2米范围内，部分墙板腐蚀达到3mm，上部腐蚀较少，出口喇叭底板也腐蚀严重（如图5）。

2　原因分析

2.1绝缘子炸裂的原因分析

2.1.1通过取样化验绝缘子内壁粘附的黑色物质，发现其主要成分为碳粉。调研国内热风炉的工艺及结构后，发现国内各钢厂采用的热风炉主要有两种结构形式。大部分厂家热风炉燃烧室与烟气混气室的隔板开口在热风炉的偏下部，而该厂使用的热风炉燃烧室与烟气混气室的隔板开口在热风炉的偏上部（如图6和图7）。

图5　侧墙板腐蚀

图6　热风炉A

图7　热风炉B

2.1.2进一步深入分析后，我们发现，不管是热风炉A还是热风炉B，燃烧室的热风通过后置风机负压的作用下，抽入到烟气混气室。热风炉B开口位于偏上部，与喷煤点相邻，在负压的作用下，很容易导致未完全燃烧的碳粉被吸入到烟气混气室，甚至部分喷出来的煤粉直接被带入到烟气混气室。由于大量未燃尽的碳粉带入到除尘器后，沉积在绝缘子内壁，导致绝缘子爬电、击穿，并最终炸裂。而热风炉A的结构形式就显得更加合理，隔板开口离喷煤点有一定的行程，保证了煤粉喷出后充分燃烧。通过对国内几家镍铁回转窑厂家了解证实，热风炉燃烧室与烟气混气室的连接口开在热风炉的偏下部的厂家，基本未发生过电除尘器绝缘子炸裂的情况，而该厂热风炉燃烧室与烟气混气室的连接口开在热风炉的偏上部，则经常发生绝缘子炸裂。

2.2设备腐蚀的原因分析

2.2.1烟气温度、湿度等影响

通过查询电除尘器最近1个月的运行记录，发现电除尘器的运行温度普遍偏低，最低50℃左右，最高120℃左右，其中1个月内温度大于90℃的天数仅有8天（如图8，温度取样点为电除尘器进口烟道）。

图8　电除尘器运行温度曲线

通过与业主的交流后，发现造成烟气温度低的原因主要有两个方面：（1）由于受市场不锈钢价格下跌影响，为减产能和减产耗，热风炉近几个月基本处于停用状态，致使烟温过低。从运行的近一个月的烟气温度来看，电除尘器烟气温度接近或低于烟气露点温度。（2）该厂地处沿海地带，常年受海洋性气候影响，空气湿度较大，年降雨量高，采用的红土镍矿主要通过海运从印尼运回，原料本身的湿度大约在40%左右。同时，红土镍矿回转窑原料矿基本都是露天堆放，碰到下雨天气时，矿料的湿度极大的增加，经过干燥窑烘干和回转窑焙烧后，烟气中水分也大大的增加，通过检测烟气成分测量，发现有时烟气中的水分超过30%以上，个别时间可以直接在灰斗下灰口发现水滴流出（如图9）。

图9　原矿料堆放

2.2.2烟气中SOx的影响

该厂某次环保验收测试时，专业检测公司检测到的烟气中二氧化硫数据如表1。

表1　回转窑等烟气二氧化硫进口数据

从表1可知，烟气中含有一定的SOx化合物，若电场内部出现结露，则很容易与结露的水形成稀硫酸，加重设备腐蚀。

2.2.3输灰设备漏风影响

该厂电除尘器采用皮带机输卸灰，每台电除尘器通过插板阀、星型卸灰阀、2台分皮带机，一台集合皮带机直接把粉尘拉回配料室配料。由于该工况烟气湿度大，早期出现过灰斗板结、输卸灰不顺畅的情况，操作班组为了防止灰斗板结，每次排灰时都是直接排空。在现场检查时，发现电除尘器第四电场听得到明显排空漏风声音。通过多依奇公式可知，电除尘器后电场，特别是第三、第四电场捕集的灰尘本就少，实际后两电场捕获的粉尘占总灰量的10%不到，该厂每次卸灰时，灰斗均排空，使后电场灰斗长期漏风，冷风从灰斗口进入除尘器内部，高湿度的热烟气遇冷风极容易结露，使电除尘器内部有水分析出，而烟气中含有SOx化合物，遇到结露的水后形成稀硫酸，进一步加重设备腐蚀。以上也是该厂阴阳极腐蚀主要发生在第三、第四电场中下部的原因。

3　应对措施

为了彻底解决该厂镍铁回转窑--干燥窑配套电除尘器出现的问题，保证电除尘器稳定运行，进行了以下整改措施。

3.1热风炉工艺优化

为了防止过多的未燃尽碳粉的产生，进入电除尘器，对热风炉进行了整改，将热风炉燃烧室与烟气混气室的隔板开口改到隔板的偏下部。

图10　阴极吊挂密封及热风吹扫

3.2烟气温度控制

由于烟气中湿度较大，为避免烟气温度过低而产生结露，对进入电除尘器的进口温度控制在100℃～120℃以上，低于100℃时开启热风炉，尽量防止烟气结露。

3.3阴极吊挂结构优化（如图10）

（1）为了避免煤粉进入电除尘器后粘附在阴极吊挂瓷瓶内壁，在绝缘瓷瓶下口增加耐高温绝缘密封件，隔绝烟气及防止碳粉粘附到绝缘子内壁。（2）增加热风吹扫装置。通过对阴极吊挂保温箱持续的鼓吹热风，防止烟尘进入瓷瓶下部防尘罩内部范围，进一步保证了耐高温绝缘密封件的干爽及干净。

3.4除尘器材质选择

与国内某大型钢铁厂合作，联合开发出一种特种耐酸钢，本次改造电除尘器的阴极线、阳极板材质更换为该特种耐酸钢，墙板下部及喇叭底板内衬该特种耐酸钢，该特种耐酸钢耐酸腐蚀性好，而采购成本介于普通钢材与304不锈钢之间。

众所周知，金属材料在不同温度、不同硫酸浓度溶液中腐蚀速度也不同，但在70℃、50%硫酸浓度中腐蚀速度最快，该特种耐酸钢与其他钢种相比，在此温度和浓度中腐蚀速度最低，明显优于其他钢种。表2为该特种耐酸钢与其他钢材耐腐蚀性试验比较数据。

表2　各种钢材腐蚀速率对比

3.5除尘器各检修门等密封

因烟气中含水分较高，所以漏风对除尘器结露产生影响较大。在人孔门、阴极传动检修门、顶部阴极吊挂保温箱盖等门盖每次关闭后，及时涂抹高温密封胶进行密封，减少各检修门处因多次开启、变形、密封件老化带来的漏风影响。

3.6输灰制度调整

由于星型卸灰阀自身结构的原因，在无灰封情况下，其无法保证完全密封，原卸灰制度使得灰斗卸灰直接排空，无法实现电除尘器后电场灰斗的灰封。调整后，第一、二、三、四电场卸灰间隔分别为1h、2h、8h、24h卸灰一次，减少了因卸灰而导致的漏风。

4　整改后效果

该设备整改后，投运已经超过1年，电除尘器进口温度维持在100℃以上，电除尘器运行稳定，阴极吊挂瓷瓶再未出现炸裂的情况，电场未再发生短路现象。业主自行常规检查，极板、极线良好，除尘器内部无明显腐蚀情况发生，电除尘器内部腐蚀问题得到了有效控制和解决，电除尘器二次电压维持在60kV左右，烟囱排放效果良好。

5　结语

红土镍矿回转窑-干燥窑系统电除尘器运行效果的好坏与工艺直接相关，配套的电除尘器在结构上应最大限度地适应复杂多变的工艺及烟尘性质。通过设置隔尘装置、微正压热风吹扫，采用成熟可靠的工艺及喷煤制度，控制电除尘器温度运行在合适的区间范围，与烟气接触部分选用特种耐酸钢，配合合理的维护和操作等一系列手段，完全可以保证电除尘器长期可靠、经济高效地运行。

[1]黎在时,编著.电除尘器的选型安装与运行管理.北京:中国电力出版社,2005.

赖栋文（1982—），福建龙岩人，工程师，主要从事除尘、脱硫、脱硝等设计及管理工作。