基于“富氧底吹干法收砷”提升布袋除塵器運行效果的研究與應用

蘇江峰,陳儒稼,孟 虎,伍革衛

(國投金城冶金有限責任公司,河南 靈寶 472500)

0 引言

某有色銅冶煉企業(以下簡稱該企業)采用的是熔煉爐、吹煉爐、陽極爐三爐連續生產的工藝技術,熔煉爐煙氣有溫度高、塵含量大的特點,熔煉爐煙氣經熔煉余熱鍋爐、靜電除塵器、干法收砷裝置處理后,干凈的煙氣送入制酸凈化工序稀酸洗滌凈化,經二轉二吸制酸工藝生產成品98%或93%硫酸,制酸尾氣脫硫后達標排放[1-3]。其四臺布袋除塵器分別用于處理不同工況的煙氣,熔煉布袋除塵器用于處理熔煉爐產生工藝煙氣中的煙塵,兩臺環集煙氣布袋除塵器,主要用于收集處理熔煉爐、吹煉爐及陽極爐的放銅放渣過程中彌散出的煙氣,精煉布袋除塵器用于收集陽極爐生產過程中的工藝煙氣煙塵。

1 布袋除塵器基本介紹

布袋除塵器是一種能夠過濾干燥粉塵的過濾設備。濾袋在投入運行一段時間后,通過選擇性過濾和靜電吸附等過程,會在濾袋外表面形成初層灰,在初層灰的作用下濾袋獲得了更高的過濾性能,隨著濾袋投用時間延長,濾袋外側積灰變厚,除塵器運行阻力增加,效率會有所下降,并且能耗隨之升高。所以,當濾袋外側灰塵量過大時需及時清灰,清灰時特別注意不能將初層灰破壞,避免造成過濾性能下降。清灰是否徹底直接影響除塵器運行的好壞,清灰不徹底,會導致運行效率低、能耗增加和濾袋使用周期縮短等問題。目前的布袋除塵器的清灰方法主要有三種:1)氣體清灰:氣體清灰是借助于高壓氣體或外部大氣反吹濾袋,以清除濾袋上的積灰。氣體清灰包括脈沖噴吹清灰、反吹風清灰和反吸風清灰。2)機械振打清灰:分頂部振打清灰和中部振打清灰(均對濾袋而言),是借助于機械振打裝置周期性的輪流振打各排濾袋,以清除濾袋上的積灰。3)人工敲打:人工拍打每個濾袋,以清除濾袋上的積灰。大型布袋除塵器普遍采用氣體噴吹清灰作為主要清灰方式。

2 影響布袋除塵器濾袋使用壽命的因素

2.1 濾袋的材質選擇

作為布袋除塵器中最為重要的部件,濾袋的品質直接影響著布袋除塵器的工效高低和連續生產的時間長短。一般來講,濾袋的品質越好,布袋除塵器的工效越高、連續生產的周期越長。

由于濾袋品控的好壞對收塵器的工效高低和連續生產的時間長短有直接影響,所以在設計布袋除塵器時要特別注意對濾袋的選擇,在選用濾袋時,不但要考慮最差工況下的煙氣和粉塵的性質,還要考慮該工況下粉塵顆粒硬度情況。一般來說,過濾速度低的濾袋更能適用于過濾硬度高的粉塵顆粒。優質除塵器應具有良好的通透性、抗腐蝕、抗磨耗、縫接工藝好以及適用于現場實際工況及特點。若不能對濾袋材質進行正確選擇,容易造成濾袋破損或堵塞等情況的發生,降低除塵器的效率。

目前該企業布袋除塵器采用的濾袋主要為PPS+PTFE 覆膜濾袋,它是一種高效耐用的復合型耐高溫耐腐蝕氣體粉塵過濾袋,采用PPS 和PTFE 兩種化學穩定性都極強的功能性纖維按梯次工藝復合制成,使各自優良性能得到充分發揮,復合制成的高性能復合濾袋,具有優異的化學穩定性,使耐腐蝕性得到很大的提高。聚苯硫醚PPS 纖維濾料具有較強的耐酸堿和抗水解性能,其缺點是抗氧化性較差,當被處理的煙氣中氧(O2)含量超過8%時,長期運行溫度超過160 ℃時,PPS 材料也會發生氧化而失效。PTFE 纖維具有不燃、能耐強酸強堿、抗強腐蝕性試劑或溶劑、不老化、不氧化、耐高、低溫等優越性能,能夠彌補PPS 纖維的缺點,使PPS+PTFE 針刺氈除塵布袋達到優異的過濾效果及延長使用壽命。因為綜合了PPS 和PTFE 纖維的優點,所以PPS +PTFE覆膜濾袋具有更加突出耐高溫、耐腐蝕性能。

2.2 系統清灰效率

在布袋除塵器運行過程中,清灰系統運行效果對布袋除塵器濾袋的使用壽命具有重要影響。相對高效穩定的清灰方式,能保障濾袋的清灰效率,保障生產系統的穩定運行和濾袋的使用壽命。相較于人工清灰、機械振打清灰,目前清灰效果較好的清灰方式主要是脈沖氣體清灰。

目前該企業采用的布袋除塵器清灰方式是脈沖氣體清灰,脈沖氣體清灰所用的介質為壓縮空氣,在對濾袋進行噴吹清灰時,脈沖閥膜片開啟時間約為0.1 s,瞬間噴出的壓縮空氣形成高流速氣體,經過噴吹管及噴吹嘴直接對濾袋內部進行噴吹,致使濾袋急速膨脹,引發一次沖擊振動,同時,在一瞬間產生由里到外的逆向氣流,在沖擊和逆向氣流的作用下,去除濾袋表面吸附粉塵,從而達到清除濾袋表面粉塵的目的[2-5]。

2.3 系統運行的指標控制

系統運行指標控制,對于濾袋的使用壽命也影響眾多,其中煙氣成分、含塵量大小、溫度、濕度、過濾壓降等,都會對濾袋的使用壽命造成影響。這其中,過濾壓降在所有影響因素中對布袋除塵器運行情況好壞的影響是最為直接的。一般來說,過濾壓降高意味著布袋除塵器處于高阻力工況,在風機功率不變的情況下,通過布袋除塵器的風量會降低,導致布袋除塵器的處理能力會下降。隨著布袋除塵器運行阻力的上升,清灰頻率也會隨之增加,長此以往,會降低濾袋的使用壽命[6-8]。

3 噴吹系統的改進與效果對比

3.1 噴吹運行方式的改造

3.1.1 改造前運行情況

運行邏輯性方面:根據該企業實際生產過程中出現的問題,布袋除塵器在運行過程中由于濾袋更換時間不同,濾袋透氣性存在差異,且其采用斷出式離線清灰,在噴吹系統運行過程中,經常造成系統負壓波動,導致系統運行不穩定。改造前噴吹系統的運行邏輯方式是由1、2、3、4……的固定排列順序進行反吹,無法自動控制,若其中個別運行箱阻力較大時,需人工到布袋除塵器頂部就地操作進行手動噴吹,此運行方式由于各個氣室之間的濾袋阻力不同,阻力差異較大時,造成系統負壓波動的情況更為明顯,容易對前段熔煉爐的生產及現場工作環境造成影響,同時操作不便,不利于系統控制操作。

設備運行方面:在生產運行過程中,噴吹管由尾部螺栓固定在支架上,由于噴吹系統噴吹時,氣源由噴吹管經過噴吹孔向下,對濾袋進行噴吹,此噴吹過程中,由于反作用力,噴吹管在多次噴吹后,尾部的螺栓會斷裂或松開,導致噴吹管脫落,進而造成噴吹效率下降,導致系統阻力升高,濾袋使用壽命下降等問題,降低企業的生產效益。

3.1.2 改造后運行情況

運行邏輯性方面:根據此種生產情況,該企業設計其噴吹系統時,對噴吹邏輯進行更改,通過PLC控制系統控制噴吹系統,調整其噴吹運行邏輯,在噴吹系統投入時,可以任意選定投用的氣室,實現自動噴吹氣室自主選擇,對于濾袋透氣性差的、阻力較高的氣室,可選擇連續進行噴吹,加強此氣室的清灰頻率,降低該氣室阻力,進而降低對系統的影響。對于已經需要更換新濾袋的氣室,可選擇斷出噴吹順序,減少噴吹過程中,由于阻力差異大,造成負壓大幅度波動的影響。通過可選擇自主控制噴吹系統,可有效解決噴吹過程中系統阻力差異過大的問題,穩定系統運行。

設備運行方面:針對單個螺栓固定反吹管,容易造成反吹管掉落的問題,該企業采用將4 至5 根反吹管通過鋼管焊接固定在一起,當其中一根反吹管進行噴吹時,反吹管所承受的反作用力,由當初1 根反吹管重量及螺栓承受,更改后1 根反吹管進行噴吹時,噴吹造成的反作用力由4 至5 根反吹管重量及4 至5 個固定螺栓共同承受,大大降低噴吹時反作用力對噴吹管固定螺栓的破壞,經更改后,反吹管掉落的現象基本杜絕,有效地提高了反吹的效率,減少因反吹管掉落造成的噴吹效率下降。顯著提升了濾袋的使用壽命及設備運行穩定性。

3.2 噴吹氣體氣源的選擇

該企業布袋除塵器噴吹系統最初采用的壓縮氣體為壓縮空氣。在處理熔煉系統或類似于熔煉系統的二氧化硫、三氧化硫含量較高的煙氣成分,采用壓縮空氣進行反吹時,由于壓縮空氣內含有水分及氧氣,在噴入后與煙氣接觸,易造成煙氣中酸性氣體的露點溫度降低,導致粘附在濾袋上的煙塵發潮,不易脫落并增大噴吹的難度,降低噴吹系統的效率,大幅縮短濾袋的使用壽命。

針對此種情況,該企業將噴吹系統所采用的壓縮氣體由壓縮空氣更改為加熱的氮氣,氮氣是惰性氣體,在與二氧化硫、三氧化硫含量較高的煙氣進行接觸時,不易與煙氣中的成分反應,對煙氣中酸性氣體的露點溫度沒有影響,保障噴吹系統所需氣體的同時,也不會對煙氣成分產生過大的影響,保障了粘附在濾袋表面的煙塵的干散性,提高了濾袋的使用壽命。

3.3 噴吹間隔時間優化

該企業布袋除塵器噴吹系統最初設定的每根噴吹管之間的噴吹間隔時間為5 s,噴吹間隔時間較短,根據運行實際情況,存在以下問題:

由于分氣缸體積固定,輸送管道體積固定,壓縮氣體因控制壓力固定,因此壓縮氣體流速大小基本固定,每根噴吹管噴吹后,由于分氣缸內壓縮氣體消耗,分氣缸內壓力降低,分氣缸開始補氣升壓,根據實際情況測量,在每根噴吹管噴吹結束后,分氣缸內補壓時間為15 s,分氣缸內部壓力才能達到總管輸送壓力。因此,在每根噴吹管噴吹間隔時間為5 s時,噴吹頻率較高,單個分氣缸內壓力隨著噴吹次數的增加而降低,降低噴吹系統的清灰效率,造成濾袋沾灰情況逐步加重,進而影響濾袋使用壽命。同時,噴吹頻率較高時,同樣會縮短布袋除塵器濾袋的使用壽命。

針對此情況,該企業現場實際測量每根噴吹管噴吹結束后,分氣缸內補壓時間為15 s。決定對噴吹間隔時間進行調整,當調整噴出間隔時間為20 s時,由于噴吹所間隔時間過長,易出現布袋除塵器阻力升高情況,不易于生產,最終決定更改調整噴吹間隔時間為15 s。調整噴吹時間后系統運行較為穩定,濾袋使用壽命可延長20%～30%。因此,對噴吹間隔時間調整優化,保障噴吹壓力的同時,降低了布袋除塵器的噴吹頻率,大幅提高了布袋除塵器濾袋的清灰效率跟濾袋使用壽命。

3.4 噴吹系統開停運行時間優化

該企業布袋除塵器噴吹系統開停時間剛開始時跟隨布袋除塵器系統開停時間操作,布袋除塵器系統停機后,由于濾袋上依然粘附著部分灰塵未清理下來,此時噴吹系統停止運行,在布袋除塵器內的溫度降下來后,有冷空氣進入后,粘附在濾袋表面的煙塵會逐步析出酸性液體,造成濾袋糊袋,進而導致每次布袋除塵器系統停機后,濾袋使用壽命都會有所下降。

針對此情況,該企業決定在布袋除塵器系統停機后,噴吹系統仍然延長開啟2～4 h 進行噴吹清灰作業。在濾袋不經過煙氣的時間段清灰,首先清灰效率會提高,同時,進行清灰后,粘附在濾袋表面的煙塵減少,大大降低了因布袋除塵器系統后,冷空氣進入造成的濾袋沾灰發粘發潮的情況發生,減少系統停車時冷空氣對濾袋使用壽命的影響。

3.5 噴吹管的改造優化

該企業在生產過程中,發現噴吹系統運行一段時間之后,在噴吹壓力不變的情況下,噴吹效果明顯變差,經排查,其問題發生在噴吹管噴吹口被積灰堵塞。造成此現象的原因主要是系統運行期間,由于噴吹管的噴吹口正對布袋除塵器的過濾口,煙氣正灌進入噴吹口,雖然噴吹口處設置有防止煙氣進入的擋板,但擋板未設置在噴吹口最底部,導致煙塵易在擋板與噴吹口處這段部位積灰,造成噴吹口被堵死,進而降低噴吹效率,影響濾袋的使用壽命。

針對此情況,該企業對噴吹管噴吹口處的防止煙氣回流的擋板進行改造優化,將煙氣擋板位置設置在噴吹管噴吹口出氣位置最低端,噴吹時擋板打開。噴吹結束后,擋板恢復,減少煙塵進入,有效解決了噴吹管噴吹口易積灰堵塞問題,保障了系統的噴吹效率,提高了濾袋的使用壽命。

4 結語

根據該企業以上實際生產實踐和對于出現問題的解決措施,在煙氣成分中含有較高三氧化硫等酸性氣體時,噴吹系統采用加熱氮氣的效果要明顯優于采用壓縮空氣。同時,在噴吹系統運行邏輯由固定邏輯順序更改為可自主選擇控制噴吹順序,更能有效地穩定布袋除塵器系統運行,提高濾袋的使用壽命,同時降低布袋除塵器噴吹系統噴吹時造成的負壓大幅度波動,生產穩定性差等問題。采用并聯固定反吹管的方式,能有效地解決布袋除塵器系統噴吹時造成的反吹管脫落的問題,保障噴吹系統的效率,提高布袋除塵器設備的運行時間及穩定性。