高溫氧化鋁煅燒窯收塵器超低排放改造設(shè)計(jì)

李洪剛

（中鋁山東工程技術(shù)有限公司，山東 淄博 255052）

1 項(xiàng)目背景及現(xiàn)狀

1.1 項(xiàng)目背景

在高溫氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中，使用高溫煅燒回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)設(shè)備，生產(chǎn)過(guò)程中使用煤氣、天然氣作為燃料，氫氧化鋁為原料，在窯尾產(chǎn)生大量的含塵煙氣，經(jīng)電收塵器凈化后經(jīng)煙囪排入大氣。中鋁山東新材料有限公司擁有兩臺(tái)（1#、2#）高溫氧化鋁煅燒窯，窯的排煙均經(jīng)一級(jí)電收塵除塵后，含塵濃度為70 mg/Nm3，通過(guò)各自的煙囪排往大氣。排煙含塵濃度雖然能達(dá)到現(xiàn)有的排放要求，但隨著環(huán)保要求的越來(lái)越嚴(yán)格，僅依靠原來(lái)設(shè)計(jì)的電收塵器已不能滿足國(guó)家和地方對(duì)爐窯煙氣排放的新要求。

中鋁山東有限公司人口密度大、環(huán)境容量較小、生態(tài)環(huán)境敏感度較高的區(qū)域，屬于重點(diǎn)控制區(qū)。根據(jù)《山東省區(qū)域性大氣污染物綜合標(biāo)準(zhǔn)》（DB37/2376-2013）規(guī)定，自2017 年1 月1 日起至2019 年12 月31 日?qǐng)?zhí)行第三時(shí)段排放濃度限值30 mg/m3的要求，到2020 年重點(diǎn)控制區(qū)顆粒物排放濃度限值為10 mg/m3，顯然差距很大，急需進(jìn)行升級(jí)改造，使其達(dá)到2020 年重點(diǎn)控制區(qū)顆粒物排放濃度限值要求。

1.2 現(xiàn)狀

中鋁山東新材料有限公司現(xiàn)有1#2# 高溫窯窯后各配一臺(tái)45m2電收塵，進(jìn)電收塵器時(shí)煙氣溫度280℃，風(fēng)量約100000m3/h，除塵效率95%, 目前電收塵器出口排向大氣的顆粒物排放濃度小于70mg/Nm3，粉塵濃度達(dá)不到新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)入電收塵器前后的煙氣成分見表1。收塵粉料成分為高溫氧化鋁，回收為產(chǎn)品。

從表1 中可以看出，新材料有限公司1#2# 高溫氧化鋁窯，生產(chǎn)使用的電收塵排氣含塵濃度已達(dá)不到新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)（10 mg/m3）要求，亟需對(duì)除塵系統(tǒng)進(jìn)行改造，為應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)格和不斷提升標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保要求，本次改造按達(dá)到5mg/m3超低排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 改造方案

2.1 高溫氧化鋁生產(chǎn)工藝

含有一定水分的濕氫氧化鋁，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的高溫作用下，經(jīng)過(guò)烘干、脫水、轉(zhuǎn)晶三個(gè)過(guò)程，生成α- AL2O3產(chǎn)品經(jīng)冷卻輸送至產(chǎn)品倉(cāng)后包裝銷售。在生產(chǎn)過(guò)程中廢氣經(jīng)過(guò)二級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器至除塵器凈化后通過(guò)煙筒排至大氣中。高溫氧化鋁煅燒工藝過(guò)程為：氫氧化鋁物料由回轉(zhuǎn)窯尾送入窯中，在煅燒窯中煅燒，使用天然氣、煤氣作為燃料，將氫氧化鋁燒制成α 氧化鋁（即高溫氧化鋁）。煅燒后的高溫氧化鋁由窯前部排出，進(jìn)入冷卻機(jī)中冷卻后為成品，燃料煤氣（天然氣、煤氣）從窯前噴入燃燒，廢氣從窯尾排出，經(jīng)兩級(jí)旋風(fēng)進(jìn)入電收塵凈化處理排空。

可以看出煅燒窯的煙氣具有溫度高、含濕量大的特點(diǎn)，為了給后續(xù)的SCR 煙氣脫硝創(chuàng)造條件，不能讓煙溫降低除塵，所以，選擇的除塵器必須要耐280℃的高溫。要達(dá)到超低排放，電除塵器達(dá)不到，如此高的溫度選擇普通布袋除塵器是不可能的，因此本次改造選擇了金屬柔性膜過(guò)濾技術(shù)。

2.2 高溫氧化鋁窯煙氣收塵方案

2.2.1 改造方案

方案采用金屬間化合物膜及膜分離技術(shù)對(duì)1#、2# 高溫窯收塵器進(jìn)行技術(shù)改造。將原有電除塵的極板極線拆除，殼體利舊，改造為以金屬柔性膜為過(guò)濾元件的袋式除塵器。利用金屬間化合物多孔材料來(lái)有效地使粉塵截留在濾芯表面，待粉塵形成濾餅后，通過(guò)反向脈沖噴氣，利用噴嘴管卷吸凈煙氣把在一個(gè)預(yù)先確定的壓降或時(shí)間內(nèi)形成的濾餅清除掉。一定容積的高壓卷吸氣體以相反的方向流過(guò)濾芯，濾餅因重力作用掉下進(jìn)入除塵器的灰斗部分，通過(guò)逐級(jí)在線排灰系統(tǒng)把這些固體顆粒物質(zhì)外排或回收利用。通過(guò)反復(fù)的循環(huán)反吹并保持壓降的基本恒定，整個(gè)過(guò)程中維持系統(tǒng)內(nèi)煙氣是完全連續(xù)向前流動(dòng)的。

帶噴氣脈沖清潔的除塵器系統(tǒng)由一個(gè)傳統(tǒng)的單管板基礎(chǔ)的除塵器容器組成，這個(gè)容器隔離了下部的煙氣側(cè)和上部清潔煙氣側(cè)。膜濾芯懸吊在管板中并從兩側(cè)進(jìn)行密封固定，含塵的煙氣從粗煙氣側(cè)進(jìn)入除塵器并經(jīng)由一個(gè)分布管裝置導(dǎo)入到管板下側(cè)，粗煙氣通過(guò)這種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)分流。在煙氣除塵系統(tǒng)中，膜濾芯是按組（管束）進(jìn)行在線清潔，后面的組按順序逐單元進(jìn)行清潔，這種清潔方式使得余下的組能夠繼續(xù)過(guò)濾，從而使系統(tǒng)能連續(xù)的在線運(yùn)行。噴氣脈沖清潔效率的關(guān)鍵是：極快速動(dòng)作的自動(dòng)噴吹閥、定位在每個(gè)濾芯上部噴嘴噴射器和膜濾芯。

2.2.2 金屬柔性膜特點(diǎn)

柔性膜濾芯是除塵系統(tǒng)的核心原件，其主要特點(diǎn)：

（1）過(guò)濾精度高。

柔性膜平均孔徑5～6μm，孔徑分布均勻，過(guò)濾精度可達(dá)0.1μ m，過(guò)濾后含塵量≤5mg/Nm3。

（2）耐溫性能好、保證后續(xù)脫硝工序有利運(yùn)行。

柔性膜是金屬粉末通過(guò)專用設(shè)備經(jīng)特殊工藝制備而成，450℃內(nèi)不發(fā)生氧化，450℃內(nèi)不發(fā)生硫化，化學(xué)性能穩(wěn)定，連續(xù)工作溫度≤400℃，短時(shí)最高工作溫度可達(dá)450℃。項(xiàng)目除塵后出口煙氣溫度保持在280℃以上, 超凈煙氣進(jìn)入后續(xù)脫硝工序，為后續(xù)脫硝裝置提供溫度條件，同時(shí)減少催化劑堵塞與毒化失效，延長(zhǎng)催化劑使用壽命，保證脫硝環(huán)保裝置長(zhǎng)期達(dá)標(biāo)運(yùn)行。

（3）過(guò)濾通量大、過(guò)濾阻力低。

柔性膜厚度0.4～0.6mm，化學(xué)反應(yīng)成孔，孔具有較小的曲折因子，故柔性膜過(guò)濾阻力小，過(guò)濾通量大，過(guò)濾空氣通透量≥300m3/m2·kPa·h。

（4）除塵器濾芯使用周期比布袋的長(zhǎng)

本項(xiàng)目選用鐵鋁金屬間化合物柔性膜濾芯，使用周期比布袋的長(zhǎng)2 倍以上，而且濾芯由金屬間化合物膜和內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)組成，均為具有回收價(jià)值材料，濾芯性能指標(biāo)不達(dá)標(biāo)后，可對(duì)濾芯進(jìn)行回收利用，防止二次污染。

2.2.3 收塵工藝流程

（1）改造前工藝

目前，高溫窯出來(lái)的高溫含塵煙氣（≥280℃）與常溫空氣混合降溫后（～100000m3/h，≥230℃）進(jìn)入靜電除塵器進(jìn)行除塵，除塵后的煙氣進(jìn)入下一工段。該工藝除塵系統(tǒng)處理氣量大、除塵效率低、除塵后煙氣溫度低，不利于后續(xù)脫硝工藝的運(yùn)行。

（2）改造后工藝

根據(jù)熱平衡計(jì)算，混合前高溫?zé)煔饬髁考s92800m3/h。本項(xiàng)目采用柔性膜及膜分離技術(shù)對(duì)1#、2# 高溫窯收塵器進(jìn)行技術(shù)改造，不用摻配冷風(fēng)降溫，高溫窯出來(lái)的高溫含塵煙氣（～92800m3/h，≥280℃）直接進(jìn)入除塵器進(jìn)行高溫、高精度除塵，除塵后的凈煙氣（含塵量≤10mg/Nm3）進(jìn)入下一工段。除塵器攔截得到的粉塵進(jìn)入原有輸灰系統(tǒng)，選用常溫/ 中溫壓縮空氣對(duì)膜進(jìn)行定時(shí)/ 定阻反吹以恢復(fù)膜通量。

該工藝除塵系統(tǒng)處理煙氣溫度更高、粉塵流動(dòng)性更好，除塵效率高、可為潔凈煙氣脫硝工藝創(chuàng)造有利條件。

圖1 技改后工藝流程

（3）對(duì)比除塵器改造后與改造前使用電除塵器的運(yùn)行費(fèi)用；

改造前: 電除塵器折舊費(fèi)為零，每年每臺(tái)維保費(fèi)用約4 萬(wàn)元。兩臺(tái)共計(jì)約8 萬(wàn)元。

改造后:

① 折舊費(fèi)每年737/12=61 萬(wàn)元。

② 較原電除塵阻力增加200Pa，風(fēng)量80000m3/h，風(fēng)機(jī)功率增加N =（200×80000）/(3600×0.98×0.75×1000)= 6kW，兩套合計(jì)12kW，新增輸料電機(jī)和空壓機(jī)119kW，年增電費(fèi)（12+119-100KW 原電捕）×7200h×0.52 元/ kWh=11.6 萬(wàn)元

③ 增加更換濾芯的費(fèi)用平均按照5 年更換一次，每年需要700 元/m2×1500×2m2/5=42 萬(wàn)元。

④ 煙塵排放由70 mg/Nm3降低至5mg/Nm3以下。按照煙氣量40000Nm3/ 小時(shí)，兩臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)率85%，收塵料3000 元/ 噸計(jì)算，每年回收氧化鋁收塵料效益：

（70-5）×10-9×40000×24×365×85%×2×3000=11.61 萬(wàn)元。

改造后較之改造前每年增加運(yùn)行成本61+11.6+42-11.61-8=94.99 萬(wàn)元。

2.2.4 系統(tǒng)組成

除塵器：除靜電除塵器灰斗利舊改造外其余均新建，改造后除塵器煙氣處理能力為92800m3/h，除塵器進(jìn)出口規(guī)格為1.5×1.5m。除塵器除塵面積1544m2，選擇Φ130×4000mm 濾芯，除塵器濾芯數(shù)量共945 支。

反吹系統(tǒng)：設(shè)置壓縮空氣緩沖罐、電加熱器、反吹氣包、脈沖閥。選用壓縮空氣對(duì)膜濾芯進(jìn)行定時(shí)/定阻反吹以恢復(fù)膜通量。

除灰、輸灰系統(tǒng)：除灰、輸灰系統(tǒng)及設(shè)備利舊。

2.2.5 改造內(nèi)容

拆除兩臺(tái)高溫窯原電除塵器支架標(biāo)高7.00m 以上設(shè)施，標(biāo)高7.00m（含）以下部分含灰斗、支架、平臺(tái)、卸灰、輸灰裝置都不變動(dòng)；

新建除塵器的原煙氣箱體、凈煙氣箱體、噴吹裝置、膜濾芯等核心部件；

除塵器阻力較靜電除塵器阻力大1.2kPa，脫硝系統(tǒng)新增阻力約1.2kPa，本方案需對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造；

除塵器改造后，原除塵器進(jìn)出口煙道進(jìn)行相應(yīng)改造。

2.2.6 設(shè)計(jì)范圍

本方案采用金屬間化合物膜及膜分離技術(shù)對(duì)1#、2# 高溫窯收塵器進(jìn)行技術(shù)改造。設(shè)計(jì)范圍：

（1）除塵器本體（前自進(jìn)口封頭法蘭，后至出口封頭法蘭，下至灰斗排灰口法蘭、反法蘭及其附件，灰斗及其配套輸灰裝置利舊）。

（2）反吹系統(tǒng)：壓縮空氣緩沖罐入口法蘭至除塵器所有設(shè)備及管道。

（3）成套范圍內(nèi)附屬設(shè)備。

（4）引風(fēng)機(jī)改造。

（5）電氣、控制系統(tǒng)改造。

2.3 主要設(shè)備明細(xì)

以單臺(tái)煅燒窯為例，煅燒窯除塵改造的主要設(shè)備見表2。

表2 主要設(shè)備清單（單臺(tái)）

2.4 工藝參數(shù)及指標(biāo)

采用柔性膜及膜分離技術(shù)對(duì)1#、2# 高溫窯收塵器進(jìn)行技術(shù)改造，改造后除塵系統(tǒng)工藝參數(shù)及指標(biāo)見表3。

表3 工藝參數(shù)及指標(biāo)

3 運(yùn)行效果

兩臺(tái)氧化鋁高溫窯的除塵器經(jīng)過(guò)金屬膜過(guò)濾改造，投運(yùn)十分順利，運(yùn)行效果極好，煙氣阻力在400Pa 以內(nèi)，煙氣排塵濃度在1～3 mg/m3，達(dá)到了5 mg/m3的超低排放水平。

（1）減排經(jīng)濟(jì)效益：高溫氧化鋁除塵系統(tǒng)由70mg/m3 降到5mg/m3，年回收38.7 噸高溫氧化鋁, 回收高溫氧化鋁廢料按3000 元/ 噸計(jì)算，年創(chuàng)效益11.61 萬(wàn)元。

（2）社會(huì)效益：每年減少外排各種粉塵38 噸，對(duì)環(huán)境改善有較大的貢獻(xiàn)。

4 結(jié)論

金屬膜過(guò)濾除塵系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)高溫（≤400℃）煙氣除塵，過(guò)濾精度高，除塵后凈煙氣含塵量≤5mg/Nm3，除塵氣量大，占地面積小，能連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于整個(gè)高溫氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)煅燒窯收塵器的本體改造提供了較好的改造方式。