氧化铝厂金属纤维袋除尘器的应用探讨

李明，路晓锋，侯力强，张小庆

（西安菲尔特金属过滤材料股份有限公司，西安 710201）

1 前言

近年来出现的雾霾天气引起了人们对大气环境污染的普遍关注，国家对环保排放的要求也越来越高。氧化铝厂是我国大气污染物的来源之一，《铝工业污染物排放标准》（GB 25465—2010）要求新建企业2010年10月1日起（现有企业2012年1月1日起）氢氧化铝焙烧炉烟气颗粒物排放按限值50mg/m3执行。2013年，这一标准进行了修改，根据国家环境保护工作的要求，对国土开发密度较高、环境承载能力开始减弱，或大气环境容量较小、生态环境脆弱，容易发生严重大气环境污染问题而需要采取特别保护措施的地区，应严格控制企业的污染物排放行为。在上述地区的氧化铝企业，氢氧化铝焙烧炉烟气颗粒物排放按限值10mg/m3执行[1]。随着环保压力的升级，排放标准会越来越严，重点监控地区也会越来越多。

氧化铝的生产主要是碱法，其包括三种不同方法，即拜耳法、烧结法和联合法，工艺技术方法应用主要依据铝矿石的质量，而氢氧化铝焙烧则是所有氧化铝生产线必不可少的工序。氢氧化铝焙烧炉产生的烟气温度在1000℃左右，其主要污染物粉尘主要来源于文丘里干燥器。为充分利用余热，常采用热烟气与氢氧化铝物料逆向流动的方式，利用热烟气余热干燥氢氧化铝并进行焙烧，焙烧好的氧化铝与热烟气在热分离器中分离。热烟气经二级旋风预热器和文丘里干燥器进行热交换后，温度降至165℃左右，经旋风筒气固分离并经除尘设备除尘净化后由烟囱排放[2]。目前国内外的氢氧化铝焙烧炉大部分采用电除尘器，排放浓度基本可控制在50mg/m3内。电除尘器处理烟气量大、电耗高、除尘效率波动大，加之现场的改造空间有限，很难达到日益加严的粉尘排放限值。因此对原电除尘器进行环保改造已势在必行，刻不容缓。对于新建氧化铝项目，由于电除尘器自身的特点，也难以稳定保证烟气颗粒物排放在10mg/m3以下。此外，氢氧化铝焙烧炉烟气具有其自身的特点，正常运行时，尾部烟气的温度不大于165℃，起炉或异常情况下，尾部烟气温度可高达300℃以上，在此条件下，常规袋除尘器和电袋除尘器均无法采用普通布袋，瞬间或短时的高温会造成烧袋，损坏设备。金属纤维袋除尘器可以完美解决这一问题，其具有高过滤精度、耐高温、耐腐蚀、低阻力等优点，能长期稳定的保证烟气颗粒物排放低于10mg/m3，部分场合甚至可以达到5mg/m3以下的超低排放。

2 金属纤维袋除尘器原理

工作时含尘气体从进气烟箱进入除尘器箱体，气流中的部分粒径较粗、密度较大的尘粒在重力作用下，在灰斗内沉降下来。粒径细、密度较小的尘粒进入袋室后，通过惯性、碰撞、筛滤、拦截和静电等综合效应，粉尘沉降在金属纤维滤袋的表面。净化后的气体进入净气室经出气烟箱排出[3]。

除尘器的阻力随金属纤维滤袋表面粉尘层厚度的增加而加大，当到达一定时间或一定阻力后，由除尘器清灰脉冲系统进行喷吹，在袋口瞬间喷入压缩空气对滤袋上的粉尘进行清除，以降低过滤阻力。清理下来的粉尘落入灰斗后由输灰系统排出。

3 金属纤维袋除尘器特点

金属纤维袋除尘器的核心部件金属纤维滤袋是以金属纤维烧结毡为滤料，经焊接加工而成，具有耐高温、耐腐蚀、过滤精度高、运行阻力小、寿命长、可再生等优点，是理想的高温烟气除尘滤袋。金属纤维烧结毡采用直径为微米级的金属纤维经无纺成网、叠配、高温烧结而成。常用的纤维有：不锈钢316L纤维、不锈钢310S纤维、铁铬铝纤维等，具体可根据烟气的工况条件选取材料。根据环保排放要求，可选择合适过滤精度的金属纤维滤袋，例如有1μm、0.8μm、0.5μm等过滤精度的金属纤维滤袋。

金属纤维滤袋相对于普通布袋，价格较高，主要因为原材料较贵，且加工工艺较为复杂。

金属纤维袋除尘器因其不受烟气物化特性等影响，耐高温，过滤精度高，因此特别适合于氢氧化铝焙烧炉尾部烟气粉尘的治理，排放能长期稳定低于10mg/m3（标况），正常运行阻力不大于1500Pa。

4 金属纤维袋除尘器结构

金属纤维袋除尘器一般由钢架、灰斗、壳体、净气室、进气口、出气口、清灰喷吹系统、管路系统、滤袋、卸灰系统、输灰系统、楼梯平台、电气和控制系统等组成[1]。

统计发现氧化铝厂大多装备3电场电除尘器。将电除尘器改造为金属纤维袋除尘器，技术可行。考虑到成本和工期等因素，改造中保留原电除尘器的钢架、灰斗、壳体、进气口、出气口、卸灰系统、输灰系统等，拆除原电除尘器的阴、阳极及振打系统。根据实际情况，利用（或拆除）原电除尘器顶部大梁，加固立柱并改造壳体，壳体顶部加固平整，布置花板，上部安装净气室、烟道系统、喷吹清灰系统等。改造充分利用了原电除尘器的结构，降低了成本，并缩短了工期。

氢氧化铝焙烧炉尾部烟气净化存在两大技术难题：1）尾部烟气温度波动大，正常运行时，尾部烟气温度不大于165℃，起炉或异常情况下，尾部烟气温度可高达300℃以上，金属纤维袋除尘器在此环境下可高效稳定运行，保证出口烟气颗粒物排放低于10mg/m3。2）尾部烟气湿度大，有时相对湿度可高达60%，低温下容易结露糊袋，收集下来的灰相对难以清理。针对此问题，务必做好壳体的密封性，争取漏风率≤2%，确保较低的漏风率，同时做好除尘器的保温。灰斗可根据具体情况配备加热装置和振打电机，确保卸灰流畅。

金属纤维袋除尘器的气流组织和均布目的在于降低除尘器结构阻力，同时延长滤袋的使用寿命，保证稳定良好的除尘效果[3]。新建项目大多采用中间水平进气方式，含尘烟气由入口烟箱经灰斗进入袋区除尘单元，避免了气流直接冲刷滤袋，均布了烟气气流，同时较大粒径的粉尘在重力作用下直接沉降在灰斗里，进而降低滤袋的工作强度。对于改造项目，保留原除尘器的进气口，原除尘器进气口的导流板及均流装备最好根据气流组织试验或数值模拟计算进行相应改造，进气箱中设有合理的导流板，使烟气在该处得到较好的分布，并有除去大粒径颗粒的作用，最后进入多孔板均布装置，保证均布的气流进入除尘单元。

金属纤维袋除尘器采用高效的脉冲行喷吹，试验和工程实践证明，喷吹清灰较为彻底，可保证除尘器低阻力运行。采用PLC控制，能够方便实现在线/离线，定时/定阻清灰，也可采用机旁手动控制。

金属纤维袋除尘器运行工况温度较高，设计时要充分考虑除尘器的热膨胀问题，以保证结构的安全和设备的正常运行。

5 金属纤维袋除尘器在氧化铝厂的应用

目前，国内氧化铝厂氢氧化铝焙烧炉尾部烟气治理大多采用电除尘器，烟气颗粒物排放基本可控制在50mg/m3，很难满足日益严格的环保排放标准。由于工况的特殊性，起炉或异常情况下，尾部烟气温度瞬间或短时可高达300℃以上，在此条件下，常规袋除尘器和电袋除尘器无法采用普通布袋。当然也有一些企业做过相关工作，在进入普通袋或电袋除尘器前加冷风阀进行烟气温度控制，由于工况烟气含湿量较大，这无疑就增加了糊袋的风险，可能造成设备损坏。金属纤维袋除尘器作为一种高过滤精度、低阻、高效的高温除尘器，在其他行业已有大量成功使用案例，例如电力行业、有色冶金行业、建材、新能源行业等领域。理论上，金属纤维袋除尘器完全可以应用于氢氧化铝焙烧炉尾部烟气的治理。在氢氧化铝焙烧炉尾部烟气治理中，对于新建项目，可采用中间水平进气的结构方式；对于改造项目，可在充分利用原电除尘器结构的基础上，不断优化设计，合理改造为金属纤维袋除尘器。当然，金属纤维袋除尘器在氧化铝尾部烟气净化中的实际应用效果及金属纤维滤袋的寿命问题上，仍需实践验证，进而改进推广。据了解，目前金属纤维滤袋（电袋复合除尘器）已在氧化铝厂的超低排放粉尘治理中成功应用，效果良好。

6 结语

氧化铝企业是环境的重点排污单位，国家将会出台更加严格的排放标准。金属纤维袋除尘器以其超低排放，耐高温、耐腐蚀、寿命长、阻力低等优点将在氧化铝企业得到青睐。可以预计，金属纤维袋除尘器必将会在氧化铝厂氢氧化铝焙烧炉尾部烟气治理中得到越来越多的推广与应用。金属纤维袋除尘器将会为我国大气污染的治理带来新气象。