氧化鋁廠金屬纖維袋除塵器的應用探討

李明，路曉鋒，侯力強，張小慶

（西安菲爾特金屬過濾材料股份有限公司，西安 710201）

1 前言

近年來出現(xiàn)的霧霾天氣引起了人們對大氣環(huán)境污染的普遍關(guān)注，國家對環(huán)保排放的要求也越來越高。氧化鋁廠是我國大氣污染物的來源之一，《鋁工業(yè)污染物排放標準》（GB 25465—2010）要求新建企業(yè)2010年10月1日起（現(xiàn)有企業(yè)2012年1月1日起）氫氧化鋁焙燒爐煙氣顆粒物排放按限值50mg/m3執(zhí)行。2013年，這一標準進行了修改，根據(jù)國家環(huán)境保護工作的要求，對國土開發(fā)密度較高、環(huán)境承載能力開始減弱，或大氣環(huán)境容量較小、生態(tài)環(huán)境脆弱，容易發(fā)生嚴重大氣環(huán)境污染問題而需要采取特別保護措施的地區(qū)，應嚴格控制企業(yè)的污染物排放行為。在上述地區(qū)的氧化鋁企業(yè)，氫氧化鋁焙燒爐煙氣顆粒物排放按限值10mg/m3執(zhí)行[1]。隨著環(huán)保壓力的升級，排放標準會越來越嚴，重點監(jiān)控地區(qū)也會越來越多。

氧化鋁的生產(chǎn)主要是堿法，其包括三種不同方法，即拜耳法、燒結(jié)法和聯(lián)合法，工藝技術(shù)方法應用主要依據(jù)鋁礦石的質(zhì)量，而氫氧化鋁焙燒則是所有氧化鋁生產(chǎn)線必不可少的工序。氫氧化鋁焙燒爐產(chǎn)生的煙氣溫度在1000℃左右，其主要污染物粉塵主要來源于文丘里干燥器。為充分利用余熱，常采用熱煙氣與氫氧化鋁物料逆向流動的方式，利用熱煙氣余熱干燥氫氧化鋁并進行焙燒，焙燒好的氧化鋁與熱煙氣在熱分離器中分離。熱煙氣經(jīng)二級旋風預熱器和文丘里干燥器進行熱交換后，溫度降至165℃左右，經(jīng)旋風筒氣固分離并經(jīng)除塵設(shè)備除塵凈化后由煙囪排放[2]。目前國內(nèi)外的氫氧化鋁焙燒爐大部分采用電除塵器，排放濃度基本可控制在50mg/m3內(nèi)。電除塵器處理煙氣量大、電耗高、除塵效率波動大，加之現(xiàn)場的改造空間有限，很難達到日益加嚴的粉塵排放限值。因此對原電除塵器進行環(huán)保改造已勢在必行，刻不容緩。對于新建氧化鋁項目，由于電除塵器自身的特點，也難以穩(wěn)定保證煙氣顆粒物排放在10mg/m3以下。此外，氫氧化鋁焙燒爐煙氣具有其自身的特點，正常運行時，尾部煙氣的溫度不大于165℃，起爐或異常情況下，尾部煙氣溫度可高達300℃以上，在此條件下，常規(guī)袋除塵器和電袋除塵器均無法采用普通布袋，瞬間或短時的高溫會造成燒袋，損壞設(shè)備。金屬纖維袋除塵器可以完美解決這一問題，其具有高過濾精度、耐高溫、耐腐蝕、低阻力等優(yōu)點，能長期穩(wěn)定的保證煙氣顆粒物排放低于10mg/m3，部分場合甚至可以達到5mg/m3以下的超低排放。

2 金屬纖維袋除塵器原理

工作時含塵氣體從進氣煙箱進入除塵器箱體，氣流中的部分粒徑較粗、密度較大的塵粒在重力作用下，在灰斗內(nèi)沉降下來。粒徑細、密度較小的塵粒進入袋室后，通過慣性、碰撞、篩濾、攔截和靜電等綜合效應，粉塵沉降在金屬纖維濾袋的表面。凈化后的氣體進入凈氣室經(jīng)出氣煙箱排出[3]。

除塵器的阻力隨金屬纖維濾袋表面粉塵層厚度的增加而加大，當?shù)竭_一定時間或一定阻力后，由除塵器清灰脈沖系統(tǒng)進行噴吹，在袋口瞬間噴入壓縮空氣對濾袋上的粉塵進行清除，以降低過濾阻力。清理下來的粉塵落入灰斗后由輸灰系統(tǒng)排出。

3 金屬纖維袋除塵器特點

金屬纖維袋除塵器的核心部件金屬纖維濾袋是以金屬纖維燒結(jié)氈為濾料，經(jīng)焊接加工而成，具有耐高溫、耐腐蝕、過濾精度高、運行阻力小、壽命長、可再生等優(yōu)點，是理想的高溫煙氣除塵濾袋。金屬纖維燒結(jié)氈采用直徑為微米級的金屬纖維經(jīng)無紡成網(wǎng)、疊配、高溫燒結(jié)而成。常用的纖維有：不銹鋼316L纖維、不銹鋼310S纖維、鐵鉻鋁纖維等，具體可根據(jù)煙氣的工況條件選取材料。根據(jù)環(huán)保排放要求，可選擇合適過濾精度的金屬纖維濾袋，例如有1μm、0.8μm、0.5μm等過濾精度的金屬纖維濾袋。

金屬纖維濾袋相對于普通布袋，價格較高，主要因為原材料較貴，且加工工藝較為復雜。

金屬纖維袋除塵器因其不受煙氣物化特性等影響，耐高溫，過濾精度高，因此特別適合于氫氧化鋁焙燒爐尾部煙氣粉塵的治理，排放能長期穩(wěn)定低于10mg/m3（標況），正常運行阻力不大于1500Pa。

4 金屬纖維袋除塵器結(jié)構(gòu)

金屬纖維袋除塵器一般由鋼架、灰斗、殼體、凈氣室、進氣口、出氣口、清灰噴吹系統(tǒng)、管路系統(tǒng)、濾袋、卸灰系統(tǒng)、輸灰系統(tǒng)、樓梯平臺、電氣和控制系統(tǒng)等組成[1]。

統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)氧化鋁廠大多裝備3電場電除塵器。將電除塵器改造為金屬纖維袋除塵器，技術(shù)可行。考慮到成本和工期等因素，改造中保留原電除塵器的鋼架、灰斗、殼體、進氣口、出氣口、卸灰系統(tǒng)、輸灰系統(tǒng)等，拆除原電除塵器的陰、陽極及振打系統(tǒng)。根據(jù)實際情況，利用（或拆除）原電除塵器頂部大梁，加固立柱并改造殼體，殼體頂部加固平整，布置花板，上部安裝凈氣室、煙道系統(tǒng)、噴吹清灰系統(tǒng)等。改造充分利用了原電除塵器的結(jié)構(gòu)，降低了成本，并縮短了工期。

氫氧化鋁焙燒爐尾部煙氣凈化存在兩大技術(shù)難題：1）尾部煙氣溫度波動大，正常運行時，尾部煙氣溫度不大于165℃，起爐或異常情況下，尾部煙氣溫度可高達300℃以上，金屬纖維袋除塵器在此環(huán)境下可高效穩(wěn)定運行，保證出口煙氣顆粒物排放低于10mg/m3。2）尾部煙氣濕度大，有時相對濕度可高達60%，低溫下容易結(jié)露糊袋，收集下來的灰相對難以清理。針對此問題，務必做好殼體的密封性，爭取漏風率≤2%，確保較低的漏風率，同時做好除塵器的保溫。灰斗可根據(jù)具體情況配備加熱裝置和振打電機，確保卸灰流暢。

金屬纖維袋除塵器的氣流組織和均布目的在于降低除塵器結(jié)構(gòu)阻力，同時延長濾袋的使用壽命，保證穩(wěn)定良好的除塵效果[3]。新建項目大多采用中間水平進氣方式，含塵煙氣由入口煙箱經(jīng)灰斗進入袋區(qū)除塵單元，避免了氣流直接沖刷濾袋，均布了煙氣氣流，同時較大粒徑的粉塵在重力作用下直接沉降在灰斗里，進而降低濾袋的工作強度。對于改造項目，保留原除塵器的進氣口，原除塵器進氣口的導流板及均流裝備最好根據(jù)氣流組織試驗或數(shù)值模擬計算進行相應改造，進氣箱中設(shè)有合理的導流板，使煙氣在該處得到較好的分布，并有除去大粒徑顆粒的作用，最后進入多孔板均布裝置，保證均布的氣流進入除塵單元。

金屬纖維袋除塵器采用高效的脈沖行噴吹，試驗和工程實踐證明，噴吹清灰較為徹底，可保證除塵器低阻力運行。采用PLC控制，能夠方便實現(xiàn)在線/離線，定時/定阻清灰，也可采用機旁手動控制。

金屬纖維袋除塵器運行工況溫度較高，設(shè)計時要充分考慮除塵器的熱膨脹問題，以保證結(jié)構(gòu)的安全和設(shè)備的正常運行。

5 金屬纖維袋除塵器在氧化鋁廠的應用

目前，國內(nèi)氧化鋁廠氫氧化鋁焙燒爐尾部煙氣治理大多采用電除塵器，煙氣顆粒物排放基本可控制在50mg/m3，很難滿足日益嚴格的環(huán)保排放標準。由于工況的特殊性，起爐或異常情況下，尾部煙氣溫度瞬間或短時可高達300℃以上，在此條件下，常規(guī)袋除塵器和電袋除塵器無法采用普通布袋。當然也有一些企業(yè)做過相關(guān)工作，在進入普通袋或電袋除塵器前加冷風閥進行煙氣溫度控制，由于工況煙氣含濕量較大，這無疑就增加了糊袋的風險，可能造成設(shè)備損壞。金屬纖維袋除塵器作為一種高過濾精度、低阻、高效的高溫除塵器，在其他行業(yè)已有大量成功使用案例，例如電力行業(yè)、有色冶金行業(yè)、建材、新能源行業(yè)等領(lǐng)域。理論上，金屬纖維袋除塵器完全可以應用于氫氧化鋁焙燒爐尾部煙氣的治理。在氫氧化鋁焙燒爐尾部煙氣治理中，對于新建項目，可采用中間水平進氣的結(jié)構(gòu)方式；對于改造項目，可在充分利用原電除塵器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，不斷優(yōu)化設(shè)計，合理改造為金屬纖維袋除塵器。當然，金屬纖維袋除塵器在氧化鋁尾部煙氣凈化中的實際應用效果及金屬纖維濾袋的壽命問題上，仍需實踐驗證，進而改進推廣。據(jù)了解，目前金屬纖維濾袋（電袋復合除塵器）已在氧化鋁廠的超低排放粉塵治理中成功應用，效果良好。

6 結(jié)語

氧化鋁企業(yè)是環(huán)境的重點排污單位，國家將會出臺更加嚴格的排放標準。金屬纖維袋除塵器以其超低排放，耐高溫、耐腐蝕、壽命長、阻力低等優(yōu)點將在氧化鋁企業(yè)得到青睞。可以預計，金屬纖維袋除塵器必將會在氧化鋁廠氫氧化鋁焙燒爐尾部煙氣治理中得到越來越多的推廣與應用。金屬纖維袋除塵器將會為我國大氣污染的治理帶來新氣象。