余熱鍋爐布袋除塵器破損原因分析及處理措施

白 超

（青銅峽鋁業股份有限公司寧東鋁業分公司，寧夏 銀川 750411）

布袋除塵器用于煅燒石油焦后煙氣處理時，極易發生布袋腐蝕破損。該文結合電解鋁廠陽極炭塊生產過程中，煅后石油焦煙氣處理時布袋除塵器極易出現腐蝕破損的現象，分析了影響濾袋破損的主要原因。

煅燒石油焦主要用于電解鋁生產過程中的陽極炭塊制造使用，為了滿足石油焦的使用要求，必須將石油焦（生焦）經過高溫煅燒。石油焦的煅燒溫度一般為1 300℃左右，主要的目的是盡可能多地除去石油焦的揮發性組分，以降低石油焦后處理產品中的氫含量，提高石油焦的石墨化程度、提高石墨電極的高溫強度和耐熱性，以及提高石墨電極的導電性。石油焦經煅燒后的煙氣中主要成份為粉塵和二氧化硫。（粉塵量：10 g/Nm3～12 g/Nm3，SO2含量：≤304mg/Nm3）。

該公司石油焦煅燒系統配置2 條直徑3×60 m 回轉窯，主要用于石油焦煅燒，設計年產量18 萬噸。2 臺回轉窯分別設置一臺余熱鍋爐，一臺旋風式除塵器，2 臺余熱鍋爐共設置1座脫硫塔，脫硫塔布置在引風機后，煙氣脫硫后經脫硫塔塔頂煙囪排放。因原有的2 套旋風除塵器不能有效控制顆粒物排放濃度，達不到環保要求。因此，2018 年通過技術改造對2 套原有的旋風除塵器進行改造，即拆除原有的2 套旋風除塵器，重新配置2 套高溫布袋除塵器（改造流程圖如圖1 所示）。改造后顆粒物排放濃度預期達到30 mg/Nm3以下，滿足環保要求。

1 基本情況

因原有的2 套旋風除塵器不能效控制顆粒物排放濃度，煅燒系統單條窯運行時，顆粒物排放濃度為110 mg/Nm3～120 mg/Nm3，兩條窯同時運行，顆粒物排放濃度達到150 mg/Nm3以上，達不到環保要求。因此，需對2 套除塵器進行改造，即拆除原有的2套旋風除塵器，配置2 套高溫布袋除塵裝置。改造后顆粒物排放濃度達到30 mg/Nm3以下，滿足環保要求。

除塵器改造項目于2017 年5 月開工建設，2018 年6 月先后投入運行，布袋除塵器布袋總計1 216 條，原設計布袋材質為20%P84+80%玻璃纖維型復合濾料，設計使用壽命為≥15000。投入使用2 月后，先后有近一半以上的布袋出現破損，除塵效率急速下降（圖2）。除塵效率急速下降。顆粒物排放濃度達到60 mg/Nm3～110 mg/Nm3，未達到設計要求。

2 原因分析

2.1 煙氣中硫含量過高造成化學腐蝕

濾袋化學腐蝕包括被氧化性氣體腐蝕、酸結露腐蝕和灼傷3 種情況。煙氣中的氧化性氣體成份包括：二氧化硫、三氧化硫、二氧化氮以及氧氣等，在高溫下對高分子纖維濾袋造成氧化腐蝕。

石油焦按硫含量的高低可分為高硫焦（硫的質量含量高于4%）、中硫焦（硫含量2%～4%）和低硫焦（硫含量低于2%）。近年來，隨著同行業間競爭日益激烈，電解鋁企業生產經營成本的不斷壓縮，在電解鋁陽極塊的生產過程中不斷增加高硫焦的搭配使用，使余熱煙氣中硫含量大大增加，使石油焦煅燒后煙氣中SO2含量達到3 200 mg/Nm3～4 000 mg/Nm3，遠遠超出原設計1 853 mg/Nm3～2 753 mg/Nm3。煅燒回轉窯煙氣具有溫度高、二氧化硫含量高等特點，煙氣經余熱鍋爐溫度由1 050℃降溫至 200℃后，煙氣中二氧化硫因除塵器及煙道中的溫度低于二氧化硫酸露點而形成具有腐蝕性的亞硫酸。該腐蝕物對玻璃纖維類材質布袋產生嚴重腐蝕，使布袋表面玻璃纖維迅速失去原有形態，布袋出現腐蝕破損。經現場查看并將煙氣中灰分進行化驗檢測，檢測結果為：硫酸根含量11.83%，pH值為3，強酸性[1]。

在高溫作用下，氣體酸結露產生混酸，不僅對濾袋常用的纖維性濾料造成氧化，也會產生強腐蝕性酸性混合物，使得濾袋在氧化和酸化的協同作用下大面積腐蝕，且強度下降。

圖1 工藝流程圖

濾袋的高溫損傷分為以下2 種情況。1）濾料出廠前未經過熱收縮處理，或煙溫超出濾袋使用溫度，使得濾袋發生熱收縮造成無法抽出濾袋。2）煙塵中的高溫顆粒，造成濾袋灼傷或高溫烤灼。

圖2 破損布袋

2.2 整體保溫欠缺

布袋除塵器原設計整體保溫 50 mm，同時將布袋除塵器漏風率控制在 3%以內。由于煙氣溫度在 200℃，屬高溫煙氣，設備內壁涂刷高溫防腐漆防止設備腐蝕。而在實際運行過程中發現在除塵器箱體內壁四周均發現了粘稠狀的黑色腐蝕物，由此判斷除塵器的整體保溫效果未達到使用要求，箱體內出現了煙氣溫度低于酸露點的情況，使酸性腐蝕物明顯增加。

3 采取措施

3.1 試驗適合工況的布袋

原布袋采用20%P84+80%玻璃纖維型復合濾料更適用于應對高溫環境，但目前的實際工況不但需要布袋具備耐高溫環境，而且更加側重于耐酸腐蝕環境。因此，選擇更適合工況的布袋成為了解決此問題的關鍵。經多次試驗選用了PTFE 纖維（聚四氟乙烯）布袋。PTFE 纖維熔點327℃，瞬間耐溫可達到280℃；具有良好的低磨擦性、難燃燒性及良好的絕緣和隔熱性，可承受各種強氧化物的氧化腐蝕及根本不會發生水解反應的問題，大量應用于垃圾焚燒除塵領域中。PTFE 具有良好的過濾效率及良好的清灰性能，即使在溫度較高的情況下，表面也只粘附少量的灰塵。同等工況條件下，濾料的使用壽命將比其他材質的針刺氈濾料提高1 ～3 倍。PTFE 屬于高分子材料，耐溫性好：使用工作溫度在-196℃～260℃；PTFE 的熱穩定性是熱塑性塑料中最高的，低溫下不喪失其自潤滑性，在260℃時仍有柔軟性。其次，具有耐腐蝕。對大多數化學藥品和溶劑，表現出惰性、能耐強酸強堿、水和各種有機溶劑。余熱鍋爐布袋除塵器出口直通脫硫系統，一旦布袋質量問題造成顆粒物出口超標，直接會導致脫硫系統顆粒物不能達標排放，最終影響煅燒系統生產?，F需尋求既能耐高溫，又能耐酸性腐蝕的布袋進行使用。經多次現場試驗，最終選擇100%純PTFE覆膜，線縫特殊處理后貼膜。

3.2 除塵器做更高等級保溫處理

將布袋除塵器整體保溫增加至 150 mm，同時將布袋除塵器漏風率控制在 1.5%以內，保證布袋除塵器設備內煙氣溫度高于酸露點 20℃。由于煙氣溫度在 200℃，屬于高溫煙氣，在設備內壁涂刷高溫防腐漆防止設備腐蝕。如果煙氣溫度低于酸露點溫度，應及時報警，并關閉除塵系統[2]。

3.3 對除塵器進行密封處理

除塵器密封修復、氣路及閥門檢修解決除塵器漏風嚴重：現有除塵器的頂蓋門、氣路及閥門存在漏風率較大問題，改造及檢修現有頂蓋、氣路及閥門，將減少漏風。

3.4 加強除塵器停機維護

短期停機時，應清除袋式除塵器內部酸性氣體，并維持除塵器溫度在100℃以上。長期停機前，應繼續清灰一段時間，使濾袋表面粉塵最少，關閉所有的擋板門并清除灰斗中的灰塵[3]。

4 效果

采取上述措施后，公司2 臺除塵器自2018 年3 月投運至今，除塵器未出現之前的破損現象（圖3），顆粒物排放濃度保持在30 mg/Nm3以下，減少了非計劃性停機次數，較好地保證了生產需要。

圖3 純PTFE 布袋使用6 個月后現狀

5 結論

袋式除塵器是治理大氣污染的主要除塵設備，對減少氣溶膠對大氣的污染起重要作用。如何降低氣流流通阻力及延長濾袋的使用壽命，是袋式除塵器需要解決的問題。選用適合具體工況或者通過某種措施改變工況以延長濾袋的使用壽命成為了技術關鍵點。

目前國內的電解鋁行業中，陽極炭塊的生產環節中石油焦煅燒是必不可少的工藝環節。石油焦煅燒后的高溫煙氣，其含硫量、粉塵里以及焦油量均為環保禁止排放項目。隨著國家對環保的日益重視，專業技術人員必須不斷探索新的設備和新的工藝要求，才能達到國家的環境要求。才能減少設備故障，保障生產系統長周期正常運行。