電除塵器陰極振打瓷軸斷裂的原因分析及對策

李兆鈞，劉建萍，陳洪春，李華成，張均杰

（煙臺國潤銅業有限公司，山東煙臺 264002）

煙臺國潤銅業有限公司（以下簡稱國潤銅業）是一家生產陰極銅、硫酸、黃金和白銀的銅冶煉生產企業，其中銅冶煉系統始建于1970年。2017年7月進行技術改造，銅冶煉系統采用“富氧側吹爐熔煉+多槍頂吹爐連續吹煉+反射爐精煉”工藝，實現了熱態三連爐連續煉銅；制酸系統采用稀酸洗滌凈化、二轉二吸工藝，凈化工序為單系列，干吸、轉化工序為雙系列，硫酸系統設計生產能力達370 kt/a[1]。電除塵器的運行情況直接影響到后續制酸設備的運行指標，而電除塵器的陰極振打瓷軸是電除塵器高效運行的關鍵組件，一旦發生故障，冶煉和制酸生產都會受到嚴重制約，為此，筆者對電除塵器陰極振打瓷軸頻繁斷裂的原因及對生產的影響進行了分析，并提出了建議措施，取得了滿意的效果。

1 電除塵器運行情況

在銅冶煉系統電收塵工序，熔煉煙氣經過余熱鍋爐降溫后，進入南側和北側的2臺35 m2的電除塵器，混合后通過高溫風機送入混合器；吹煉煙氣經過余熱鍋爐降溫后，進入1臺35 m2的電除塵器收塵，然后進入混合器與熔煉煙氣混合，混合后的煙氣被送入制酸凈化系統。每臺電除塵器分3個電場，配置6臺陰極振打裝置。陰極振打裝置通過周期性振打陰極框架，使吸附在陰極絲上的煙塵脫落。而瓷軸是振打裝置的重要部件，安裝在振打軸和傳動裝置之間，起傳遞扭矩和絕緣的作用。95瓷軸優于普通瓷軸，其α-Al2O3的晶體結構能滿足電除塵器對瓷軸的性能要求，具有機械強度高（抗壓、抗拉、抗扭）、耐熱溫度高、絕緣性能優良、抗溫度驟變能力強等顯著特點[2]，因此國潤銅業的電除塵器陰極振打瓷軸采用95瓷軸。

自2017年投產以來，制酸系統生產穩定，電除塵器各項運行參數均在指標范圍內，收塵效率穩定，陰極振打瓷軸更換頻次為6個月1次。2020年1月底，電除塵器出現陰極振打瓷軸頻繁斷裂的現象，更換頻率為1周1次，嚴重時甚至達到1天1次，電壓在20 kV左右，電流在100 A左右，收塵效率降低。

2 陰極振打瓷軸斷裂對生產的影響

通過對現場更換的陰極振打瓷軸進行觀察發現，傘裙有缺邊、破壞，表面有粘結的煙灰，進一步清洗后瓷軸釉面存在明顯爬電的痕跡，瓷軸斷裂處呈明顯的藍色裂紋。斷裂的瓷軸見圖1。

圖1 斷裂的瓷軸

陰極振打瓷軸頻繁斷裂對生產的不利影響主要表現為：

1）頻繁降低系統負荷更換瓷軸，不僅增加了操作工作量和維修費用，還會降低冶煉作業率。

2）瓷軸頻繁爬電、斷裂導致電除塵器送電效果差，收塵效率低，致使有價金屬后移，金屬回收率降低。

3）電收塵器的收塵效率降低，電收塵器出口的煙氣固含量增多。大量的大顆粒煙塵進入后續的管道設備，不但會導致高溫風機及進出口管道清灰頻率加大，凈化工序的除塵壓力增加，還會使洗滌酸中的固含量增多，進而引起污酸排放量增加，空塔噴嘴、填料塔等設備堵塞，凈化壓濾機工作頻率加大等一系列問題。

3 陰極振打瓷軸斷裂的原因分析

對電除塵器的內部進行檢查，結合瓷軸斷裂的表面現象分析可知，瓷軸出現斷裂不是由電除塵器內部的結構變化引起扭矩增大導致的，而是由于煙塵粘結在瓷軸表面出現嚴重的爬電現象產生污閃，導致傘裙破壞、瓷軸斷裂。可能造成瓷軸發生爬電斷裂的原因主要有：

1）陰極振打絕緣箱運行溫度低、漏風。振打絕緣箱附近漏風或者運行溫度較低，煙塵中的SO3和水形成冷凝酸，附著于瓷軸表面或者浸蝕瓷軸，隨著瓷軸表面金屬雜質的增加，瓷軸表面的導電性增強，導致陰極振打瓷軸爬電斷裂。

2）低熔點金屬氧化物煙塵在瓷軸表面積聚[3]。返料煙塵形成閉路循環，在電除塵器中逐步富集，低熔點金屬氧化物（鎘、鉍的氧化物等）達到一定含量，在瓷軸表面出現爬電現象，損傷傘裙。爬電沿著電弧方向將釉面燒灼，在正常扭矩的作用下，瓷軸斷裂。

3）瓷軸上釉造成污閃。在95瓷軸表面施上一層絕緣釉的作用有：①增加瓷軸強度，機械強度可提高30%；②利用釉面掩蓋瓷坯的表面缺陷；③減少瓷軸表面的受污和吸附現象。但釉與瓷軸材質不同，釉是玻璃體，屬于脆性材料，彈性應變區較窄，基本無塑形變形區，釉面拉應力超過一定范圍會發生龜裂，粉塵進入造成閃絡使裂紋擴張，最終導致瓷軸斷裂[4]。

4）煙氣的露點升高，煙塵在瓷軸上結露。熔煉工藝的特點導致工藝煙氣中水含量較高[5]，側吹熔煉原料不經干燥直接入爐，造成工藝煙氣露點升高，幾種熔煉工藝煙氣的含水量由小到大依次為“閃速熔煉+閃速吹煉”、“閃速熔煉+轉爐吹煉”、“側吹熔煉+頂吹吹煉”[6]。熔煉系統滿負荷運行后，隨著投礦量的增加，入爐水分增加，造成工藝煙氣中水含量增加，露點升高。另外，煙氣中三氧化硫發生率較高，也會導致露點升高。

4 原因排查及采取的改進措施

4.1 排查陰極振打絕緣箱的漏風和保溫情況

排查陰極振打絕緣箱附近可能產生漏點的焊接位置，做好堵漏，降低漏風率；對破損的保溫層進行修復，確保保溫層完好無損，避免殼體局部低溫腐蝕；加熱器由周期性運行改為24 h連續運行，保證陰極振打絕緣箱的溫度。經檢查，陰極振打絕緣箱的運行溫度滿足生產要求，沒有冷凝酸生成導致瓷軸爬電斷裂。

4.2 分析煙塵的金屬含量

對煙塵化驗分析其中的低熔點金屬含量，結果顯示煙塵中的鎘、鉍等含量均較低。由此說明，瓷軸爬電斷裂并非由低熔點金屬氧化物積聚造成的。

4.3 取消95瓷軸拋光上釉

通過與陰極振打瓷軸生產廠家溝通，根據表面拋光上釉可能會增加高溫煙氣中瓷軸的故障率，在保證95瓷軸表面光潔度的前提下，取消瓷軸表面上釉工序，使瓷軸的內外材質一致，杜絕瓷軸表面出現龜裂。經過應用實踐，瓷軸頻繁斷裂的問題沒有明顯好轉。

4.4 改造陰極振打絕緣箱結構

針對陰極振打瓷軸箱體結構容易積塵的問題，為了最大限度地減少陰極振打瓷軸表面上的積塵，對箱體進行了如下改造：

1）使用石英板封堵，形成密閉空間，減少浮灰進入絕緣箱。但對瓷軸頻繁斷裂的問題沒有明顯作用。

2）使用石棉氈、保溫棉、耐高溫絕緣布、喇叭形狀石棉板對瓷軸進行包裹，減少煙塵在瓷軸表面的附著。使用石棉氈和喇叭狀石棉板對瓷軸進行包裹，效果并不理想，電除塵器送電效果較差，瓷軸斷裂問題沒有好轉；改用保溫棉和耐高溫絕緣布，瓷軸斷裂有所緩解，但電除塵器送電效果仍然較差，問題沒有得到根本解決。

4.5 定期清理瓷軸

充分利用停車檢修的機會，使用鋼絲刷對瓷軸表面進行積灰清理。瓷軸斷裂頻次雖然降低，但由于不是實時清理，只能由人工定期清理，送電效果剛開始較高，運行一段時間后瓷軸斷裂問題仍然存在，而且工作量較大，作業率降低。

4.6 增加熱風吹掃裝置

熱風吹掃裝置是將瓷軸密封起來，瓷軸對面用石英板密封，留一個小孔。熱空氣由陰極絕緣箱的側板孔進入吹掃管，將熱空氣均勻地噴向瓷軸內壁空間，向下方及四周吹掃，使瓷軸不易產生污閃，避免因表面積灰造成絕緣件爬電擊穿，影響電除塵器正常工作。自熱風吹掃裝置投入使用半年以來，瓷軸頻繁斷裂的問題得到了徹底解決，電除塵器運行正常。

5 結語

電除塵器陰極振打瓷軸頻繁斷裂嚴重制約著制酸系統生產。國潤銅業通過分析瓷軸斷裂的原因，并有針對性地進行技措嘗試，最終通過增加熱風吹掃裝置改善了瓷軸的運行工況，保證了電除塵器的高效運行。