袁輔平

（大冶有色金屬集團(tuán)有限公司 有色金屬冶金與循環(huán)利用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 黃石 435005）

1 引言

近年來，再生銅行業(yè)面對(duì)著巨大的環(huán)保壓力。2015年，環(huán)保部頒布了《再生銅、鋁、鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 31574-2015）》，將再生銅生產(chǎn)煙氣中顆粒物濃度標(biāo)準(zhǔn)從原先的200mg/m3（二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)）降低到30mg/m3。更為嚴(yán)峻的是，依據(jù)環(huán)保部發(fā)布的《關(guān)于執(zhí)行大氣污染物特別排放限值的公告》規(guī)定，京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角等“三區(qū)十群”19 個(gè)省（區(qū)、市）47 個(gè)地級(jí)及以上城市區(qū)域還需要執(zhí)行大氣污染物特別排放限值，其中顆粒物濃度為10mg/m3以內(nèi)。再生銅行業(yè)亟需加強(qiáng)煙氣凈化，以適應(yīng)環(huán)保的新形勢(shì)。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)再生銅生產(chǎn)的主流工藝是一段法，并大多以固定式陽極爐（以下簡(jiǎn)稱陽極爐）為核心設(shè)備。陽極爐的煙氣特點(diǎn)是：煙氣量相對(duì)較小、含塵濃度低，但溫度波動(dòng)大、濕度大。除塵設(shè)備中，布袋除塵器能適應(yīng)陽極爐的煙氣工況，相比電收塵工藝，除塵效率高且穩(wěn)定，出口粉塵排放濃度可控制在30mg/m3以內(nèi)，甚至小于10mg/m3，特別是對(duì)PM2.5等微細(xì)顆粒物也具有較高的去除效率［1］。相比其它除塵設(shè)備，布袋除塵器造價(jià)較低，使用成本低，維護(hù)簡(jiǎn)便，可無人值守。綜合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)兩方面的考慮，采用布袋除塵器凈化陽極爐煙氣是相對(duì)理想的選擇。

2 布袋除塵器煙溫控制

布袋除塵器設(shè)計(jì)時(shí)首先應(yīng)確定布袋濾料的類型，因?yàn)闉V料決定了除塵器的除塵效率，同時(shí)也是除塵器的主要使用成本。應(yīng)根據(jù)陽極爐煙氣性質(zhì)（煙氣腐蝕性、溫度、濕度、含氧量）和煙塵性質(zhì)（粒度、形狀、成分）、煙塵濃度等因素，來選擇合適的濾料。以上因素中，煙氣溫度尤為關(guān)鍵，它直接影響濾料的使用壽命和技術(shù)性能，其影響可用煙溫上限和煙溫下限來衡量。

2.1 布袋除塵器煙溫上限

常規(guī)的干式收塵設(shè)備中，布袋除塵器能承受的煙氣溫度較低，是因?yàn)槠洳即鼮V料的工作溫度較低。當(dāng)煙氣溫度超過工作溫度時(shí)，濾料的使用壽命會(huì)急劇縮短甚至燒損，無法凈化煙氣。

當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的常溫濾料工作溫度低于130℃；中溫的PPS濾料工作溫度小于190℃；高溫濾料中，P84濾料工作溫度為230℃，PTFE工作溫度260℃［2］；超高溫濾料如陶瓷纖維、玄武巖纖維、不銹鋼纖維濾料，工作溫度280℃［3］。濾料工作溫度越高，價(jià)格往往越貴。高溫濾料和超高溫濾料價(jià)格昂貴，通常不在再生銅企業(yè)的考慮范圍之內(nèi)，可選的常溫濾料、中溫濾料的理論工作溫度低，承受瞬間高溫的能力弱。實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，由于煙氣成分的化學(xué)作用、煙氣條件的復(fù)雜性，濾料的實(shí)際耐溫能力會(huì)進(jìn)一步下降。布袋除塵器處理的最高煙氣溫度應(yīng)比所用濾料的理論工作溫度降低20～50 ℃不等，即煙溫上限值。

2.2 布袋除塵器煙溫下限

布袋除塵器對(duì)煙氣中煙塵的過濾主要依靠濾料表面的初次粉塵層實(shí)現(xiàn)的，即表面過濾。進(jìn)入除塵器的煙氣溫度若低于其露點(diǎn)，水分會(huì)從煙氣中析出，進(jìn)而產(chǎn)生糊袋的問題，使初次粉塵層失效，嚴(yán)重降低布袋的過濾效率。通常，布袋除塵器處理的煙氣溫度，應(yīng)高于煙氣露點(diǎn)15～20 ℃［4］，即煙溫下限值。

2.2.1 煙氣露點(diǎn)的計(jì)算方法

煙氣露點(diǎn)受煙氣SO3含量、灰分含量、水蒸氣含量、過量空氣系數(shù)等諸多因素影響。煙氣露點(diǎn)對(duì)SO3含量變化尤其敏感。因?yàn)闊煔鉁囟仍?00℃以下時(shí)，SO3與水蒸氣能完全結(jié)合成H2SO4蒸汽，微量的H2SO4蒸汽就能使煙氣的露點(diǎn)溫度顯著提高［5］。

目前，國(guó)內(nèi)外研究者得出的煙氣露點(diǎn)的計(jì)算公式繁多，研究［6］指出，A.G.Okkes公式，И.A.Bapahoba公式較為精確，和試驗(yàn)數(shù)值接近。

（1）A.G.Okkes公式

tsld=10.8809+27.6lgpH2O+10.83lgpSO3+1.06（lgpSO3+2.9943）2.19

式中：pH2O為煙氣中水蒸氣分壓，Pa；pSO3為煙氣中SO3氣體分壓，Pa。

（2）И.A.Bapahoba公式

tsld=186+20lgφH2O+26lgφSO3

式中：φH2O、lgφSO3為煙氣中水蒸氣和SO3的體積百分含量，%。

2.2.2 煙氣露點(diǎn)計(jì)算公式的應(yīng)用

運(yùn)用A.G.Okkes公式和И.A.Bapahoba公式，都需要知道煙氣中水蒸氣和SO3的含量。水蒸氣含量容易測(cè)得，但目前尚無統(tǒng)一的、獲得廣泛認(rèn)可的SO3檢測(cè)方法，這主要是由于SO3難以準(zhǔn)確檢測(cè)［7］：①煙氣組成復(fù)雜，對(duì)SO3的檢測(cè)造成干擾；②SO3化學(xué)性質(zhì)活潑，極易被各種物質(zhì)壁面吸附，并對(duì)測(cè)量?jī)x器和采樣設(shè)備造成腐蝕，使得儀器標(biāo)定和定量測(cè)定存在很大難度；③煙氣中SO2在水蒸汽存在及高溫作用下，極易氧化吸水生成H2SO3，從而使測(cè)定結(jié)果偏高；④煙氣中的SO3濃度很低，較小的測(cè)定誤差會(huì)帶來較大的相對(duì)誤差。

煙氣的SO3是煙氣中SO2在Fe2O3等催化劑作用下轉(zhuǎn)化而來的?？梢酝ㄟ^檢測(cè)煙氣SO2含量，再根據(jù)煙氣中SO2有0.25%～5%會(huì)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為SO3［6］，間接得出煙氣 SO3含量。參照實(shí)例［8］，進(jìn)入布袋除塵器的陽極爐煙氣中SO2取300mg/m3，H2O含量為10%，計(jì)算的煙氣露點(diǎn)溫度值如表一所見。從表一可以看出，兩種方法計(jì)算的露點(diǎn)溫度差別較大；同時(shí)，設(shè)定的SO2轉(zhuǎn)化SO3率不同，同種方法下算得的露點(diǎn)溫度差別也很明顯。

陽極爐煙氣中的SO2的主要來源是再生銅原料含硫，由于原料來源復(fù)雜，含硫量變化很大，實(shí)際進(jìn)入煙氣的SO2量可能較實(shí)例差別很大，會(huì)導(dǎo)致實(shí)際露點(diǎn)值變化。

表1 煙氣露點(diǎn)溫度計(jì)算（℃）

根據(jù)表1，若煙氣露點(diǎn)取最低的94.45℃，計(jì)算得溫度下限為94.45+15=109.45℃，取布袋除塵器煙溫下限值為110℃。

2.3 煙溫上限、下限對(duì)布袋除塵器的影響

陽極爐配套的布袋除塵器若選用常溫濾料，廠家建議實(shí)際生產(chǎn)條件下的煙溫上限值取105～110℃，而煙溫下限值為110℃，顯然不可行。若選用中溫濾料，如PPS濾料，若按濾料廠家建議取煙溫上限值150℃，則需將煙溫控制在110～150 ℃這個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)，是相對(duì)可行的。但溫度控制范圍小，必須采用可靠有效的煙氣溫控設(shè)計(jì)，既要確保進(jìn)入布袋除塵器的煙氣溫度不超過上限，尤其避免出現(xiàn)瞬間高溫；又要確保煙溫高于下限，防止產(chǎn)生結(jié)露。

2.4 陽極爐煙氣系統(tǒng)的降溫設(shè)計(jì)及實(shí)踐

布袋除塵器煙溫超過煙溫上限，會(huì)顯著縮短布袋使用壽命，甚至造成布袋燒損的嚴(yán)重后果，受到再生銅企業(yè)的高度重視；相比之下，煙溫下限失控的危害不夠直觀，容易被忽視。因此，陽極爐煙氣溫度控制的設(shè)計(jì)，實(shí)踐中往往成了單純的煙氣降溫設(shè)計(jì)，只實(shí)現(xiàn)煙溫上限的控制。

2.4.1 第一次煙氣降溫的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

某公司原陽極爐煙氣系統(tǒng)為：陽極爐→磚煙道→汽化水套→鋼煙道→排煙機(jī)→煙囪。陽極爐煙氣未凈化，直接排放。汽化水套為自行設(shè)計(jì)，采用豎式結(jié)構(gòu)，為自然循環(huán)冷卻方式，冷卻用水為軟水，耗水量2t/h。陽極爐與汽化水套用磚砌拱頂矩形煙道連接，煙道內(nèi)寬1050mm，高度1400mm, 長(zhǎng)度37.6m。鋼煙管襯磚，直徑φ1250mm，長(zhǎng)度33.2m。

煙氣系統(tǒng)采用的是單純的降溫設(shè)計(jì)，主要降溫設(shè)備是汽化水套，其目的是降低進(jìn)入排煙機(jī)的煙氣溫度，并沒有考慮控制溫度下限問題。

2.4.2 第二次煙氣降溫的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

2007年，為滿足煙氣顆粒物濃度達(dá)標(biāo)要求，決定增設(shè)陽極爐煙氣凈化裝置，綜合考慮設(shè)備造價(jià)、運(yùn)行成本、收塵效率、煙氣條件、場(chǎng)地情況、放灰及運(yùn)輸方式等因素后，決定選用布袋除塵器，擬建的布袋除塵器顆粒物排放濃度＜50mg/m3，使用PPS濾料，工作溫度上限150℃，需要進(jìn)行煙溫控制的設(shè)計(jì)。

由于場(chǎng)地的限制，新建布袋除塵器布置在另一個(gè)廠區(qū)，與陽極爐廠區(qū)之間被鐵軌隔開。陽極爐煙道因此分為兩段，第一段是以陽極爐爐尾為起點(diǎn)，汽化水套進(jìn)口為終點(diǎn),其走向平行于鐵軌，該段煙氣溫度高，沿用原有磚煙道；第二段煙道，以汽化水套出口為起點(diǎn),垂直跨越鐵軌抵達(dá)布袋除塵器進(jìn)口，由于安裝空間受限，故采用無內(nèi)襯鋼煙管, 鋼煙管直徑φ1300mm，長(zhǎng)度55.25m。兩段煙道方向上垂直。

改造前，汽化水套出口的煙氣溫度為300～400℃，峰值可達(dá)500℃。鋼煙道工作溫度通常＜450℃，煙溫超出鋼煙道承受范圍；同時(shí)，按照資料［9］，鋼管煙道降溫能力3～4℃/m，即使取值4℃/m，煙氣經(jīng)鋼管煙道降溫后，峰值溫度仍可達(dá)279℃，遠(yuǎn)高于除塵器的溫度上限，需要進(jìn)一步降低煙氣溫度。

改造中，將汽化水套拆除，原址安裝一臺(tái)自制的光管鋼管換熱器器，煙氣流經(jīng)換熱器，與換熱管內(nèi)的陽極爐燃燒器的助燃空氣進(jìn)行逆流熱交換，實(shí)現(xiàn)降溫。煙氣系統(tǒng)構(gòu)成為：陽極爐→磚煙道→熱交換器→鋼煙道→布袋除塵器→排煙機(jī)→煙囪。此外，陽極爐工作門煙罩處收集的環(huán)集煙氣，也由布袋除塵器處理。環(huán)集煙管在換熱器出口處并入陽極爐鋼煙道，環(huán)集煙氣與陽極爐煙氣匯合并對(duì)其降溫。布袋除塵器的煙溫控制主要由“換熱器+混入環(huán)集煙氣”來實(shí)現(xiàn)。

該煙氣處理系統(tǒng)投入運(yùn)行后，換熱器出口的煙氣溫度降低到200℃以內(nèi)；再混入低溫的環(huán)集煙氣（30～50 ℃），除塵器進(jìn)口煙溫降低至100℃以內(nèi)；即使是陽極爐還原的高峰期，布袋除塵器進(jìn)口煙溫都不超過130℃。但當(dāng)陽極爐煙氣溫度低時(shí)（比如每爐次的初次加料時(shí)），“換熱器+混入環(huán)集煙氣”作用下，煙氣被過度降溫，布袋除塵器進(jìn)口煙溫低至60～70 ℃（除塵器廠家建議布袋溫度不低于70℃）；低溫季節(jié)時(shí)甚至降低到50℃，布袋結(jié)露嚴(yán)重，除塵器卸灰閥甚至有淌水現(xiàn)象，布袋工作性能極度惡化。

實(shí)踐表明，安裝汽化水套、換熱器，或混入環(huán)集煙氣，都是單純的降溫手段，而非真正意義的控溫手段，只能用來防止煙氣溫度超出溫度上限，但不能可靠、有效地控制煙溫高于溫度下限。要保障布袋除塵器的正常運(yùn)行，需實(shí)現(xiàn)“降低煙溫”向“控制煙溫”轉(zhuǎn)變。

3 布袋除塵器煙溫控制的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

2015年，某公司決定實(shí)施陽極爐系統(tǒng)易地技術(shù)改造項(xiàng)目，陽極爐從空氣助燃改成稀氧燃燒方式。技改項(xiàng)目同樣采用布袋除塵器凈化煙氣，煙氣顆粒物排放濃度按＜10mg/m3的特別排放限值設(shè)計(jì)，布袋溫度上限也為150℃。針對(duì)以往實(shí)踐中的問題，決定按照煙溫控制的思路重新設(shè)計(jì)煙氣處理流程。

3.1 煙溫控制設(shè)計(jì)

改造項(xiàng)目的煙氣處理流程為：陽極爐→磚煙道→噴霧塔→鋼煙道→布袋除塵器→排煙機(jī)→脫硫塔→煙囪。

陽極爐與噴霧塔仍用磚砌拱頂矩形煙道連接，煙道內(nèi)寬700mm，高度950mm，長(zhǎng)度47.3m；噴霧塔與布袋除塵器用無內(nèi)襯鋼煙管連接，鋼煙管直徑φ900mm，長(zhǎng)度95.5m，如圖1所示。

噴霧塔規(guī)格為φ2.5×10.6m，頂部設(shè)有噴霧噴槍（圖2），用≥0.4MPa的氮?dú)鈱⒗鋮s水霧化成平均直徑＜100μm的霧滴，霧滴噴入煙氣中并迅速蒸發(fā)，使得煙氣溫度急劇降低，快速跨過生成二噁英的溫度區(qū)間，以減少二噁英生成。

圖1 噴霧系統(tǒng)示意圖

圖2 噴霧噴槍示意圖

用噴霧驟冷塔取代換熱器或汽化水套，是為了實(shí)現(xiàn)真正意義的控制煙溫，而非單純的降溫。因?yàn)閲婌F塔噴槍采用PID控制，根據(jù)噴霧塔出口煙溫自動(dòng)增/減噴霧水量，可將不同溫度的煙氣都驟冷至150±20 ℃，最高200℃。在除塵器進(jìn)口前的鋼煙管上安有混風(fēng)閥，輔助控制煙溫，其與布袋除塵器進(jìn)口煙溫聯(lián)鎖，煙溫高于設(shè)定溫度時(shí)自動(dòng)開啟，向煙氣中混入冷空氣降溫；低于設(shè)定溫度時(shí)自動(dòng)關(guān)閉。煙溫控制過程主要由噴霧塔和混風(fēng)閥實(shí)現(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)布袋進(jìn)口煙溫處于煙溫下限110℃與溫度上限150℃之間的目標(biāo)為確保煙氣溫度的可控性，陽極爐環(huán)集煙氣單設(shè)除塵器凈化。

布袋除塵器設(shè)有旁通管路，配有旁通閥，與除塵器進(jìn)口煙溫聯(lián)鎖，當(dāng)進(jìn)口煙溫＞180℃時(shí)自行啟動(dòng)，＜160℃時(shí)自行關(guān)閉。

3.2 煙溫控制的實(shí)踐

技改項(xiàng)目投產(chǎn)后，先后遭遇了布袋除塵器進(jìn)口煙溫過高燒布袋的問題和煙溫過低結(jié)露糊袋的問題，造成重大影響。

3.2.1 布袋除塵器進(jìn)口煙溫上限控制情況及完善

3.2.1.1 煙溫上限控制情況

陽極爐每爐次的作業(yè)，依次為“加料熔化”、“氧化精煉”、“還原精煉”、“保溫（澆鑄）”4個(gè)作業(yè)階段。“加料熔化”、“氧化精煉”、“保溫（澆鑄）”階段，布袋除塵器進(jìn)口溫度110～140 ℃（噴霧出口煙溫在150±20℃的范圍），工況理想。但“還原精煉”階段, 雖然噴霧噴槍冷卻水量按2t/h的額定值滿載運(yùn)行，混風(fēng)閥常開，布袋除塵器入口煙溫仍然達(dá)到180～220 ℃（噴霧塔出口煙溫達(dá)到300～350 ℃），除塵器的旁通閥被迫頻繁啟動(dòng)，造成尾氣顆粒物嚴(yán)重超標(biāo)，依然出現(xiàn)布袋燒損現(xiàn)象。

3.2.1.2 煙溫上限控制問題的成因分析

按照其它企業(yè)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，陽極爐從空氣助燃改成稀氧燃燒后,煙氣量同比減少60%～75%，煙氣溫度降低150～200 ℃［10-11］；陽極爐至噴霧塔的磚煙道的長(zhǎng)度又大于改造前，進(jìn)入噴霧塔的煙氣溫度理應(yīng)低于原汽化水套進(jìn)口煙溫。噴霧用水量雖然與原汽化水套相當(dāng)，但其采取直接降溫，降溫效果理應(yīng)顯著優(yōu)于間接降溫的汽化水套。因此，噴霧塔出口煙溫應(yīng)顯著低于汽化水套。然而，陽極爐還原精煉時(shí)，噴霧塔出口煙溫與原汽化水套出口沒有明顯差別，最終導(dǎo)致布袋除塵器煙溫過高。分析煙溫上限控制不力，根本原因在于還原期煙氣熱負(fù)荷的大幅增加和溫控系統(tǒng)的降溫能力不足。

（1）還原期煙氣熱負(fù)荷大幅增加。

改造前，陽極爐在還原精煉時(shí)使用煤基還原劑。煤基還原劑是通過含有的固定碳（含量≥75%）成分進(jìn)行還原脫氧的，煤基的還原利用率很高：當(dāng)銅液含氧量為0.2%～0.5%時(shí)，碳還原利用率約為70%；當(dāng)銅液含氧量＞0.5%時(shí)，碳還原利用率為100%［12］。同時(shí)，陽極爐采用空氣助燃時(shí)，燃燒器風(fēng)氣比為12～13，存在大量的過剩助燃空氣，能與殘留的少量煤基還原劑在爐膛內(nèi)較充分地燃燒，釋放的熱量被爐膛、銅液吸收，進(jìn)入煙道的煙氣溫度不會(huì)過高。

由于煤基使用過程中煙塵污染問題嚴(yán)重，改造后采取天然氣還原方式，將天然氣經(jīng)還原管直接送入銅液中，還原銅液中氧。還原管口與銅液表面的高度差僅500mm，導(dǎo)致天然氣在銅液中的停留時(shí)間不足1s，大部分天然氣噴出管口后，尚未接觸到銅液中的氧就上升到銅液表面，逸出銅液后進(jìn)入爐膛，其利用率只有15%～30%［13］。技改后，燃燒器采用純氧助燃，根據(jù)燃燒天然氣量精確配入助燃用氧氣，燃燒后剩余的助燃氧氣量很少；同時(shí)，還原期間陽極爐內(nèi)為正壓，從爐門吸入的空氣量較少。因此，殘留的還原天然氣只有小部分能在爐膛內(nèi)燃燒；大部分被抽入煙道并進(jìn)行二次燃燒，釋放熱量，導(dǎo)致煙溫上升。

陽極爐通常采取單管還原方式，還原氣量500Nm3/h。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)還原管在天然氣的壓力作用下劇烈跳動(dòng)使管口上抬，還原天然氣量流速迅速增加，可瞬間增加300Nm3/h ；“還原精煉”高峰期采取雙還原管還原，還原天然氣峰值可達(dá)1000Nm3/h，導(dǎo)致噴霧塔進(jìn)口煙溫會(huì)超過設(shè)計(jì)的最高煙溫950℃，最高達(dá)1030℃。

（2）溫控系統(tǒng)降溫能力不足。

噴霧系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力是：將最大流量4 200 m3/h、最高溫度950 ℃的煙氣降溫到200℃以內(nèi)。陽極爐還原精煉中，多數(shù)情況下的噴霧進(jìn)口煙氣并未達(dá)到設(shè)計(jì)的極限工況，噴霧塔出口煙溫仍然超過300℃，說明噴霧降溫能力不足。分析是因?yàn)閲婌F采用單噴槍降溫的新設(shè)計(jì)，噴霧水量少，而且單股射流難以形成均勻的霧滴空間分布效果［14］，降溫能力不足。當(dāng)陽極爐還原天然氣量急劇增加而造成噴霧塔進(jìn)口煙溫迅速升高時(shí)，單噴槍增加水量速度不夠快、控溫響應(yīng)慢，導(dǎo)致噴霧出口煙溫急劇升高。

噴霧塔出口煙溫高時(shí)，混風(fēng)閥雖然聯(lián)鎖啟動(dòng)，但其為吸風(fēng)冷卻，降溫能力很小，只能降低煙溫20～30 ℃，導(dǎo)致布袋除塵器進(jìn)口煙溫達(dá)到危險(xiǎn)水平。

3.2.1.3 煙溫上限控制的完善

根據(jù)分析，解決布袋除塵器進(jìn)口煙溫過高的問題，方向一是降低還原期間煙氣熱負(fù)荷，方向二是增強(qiáng)溫控系統(tǒng)的降溫能力。

降低還原期間煙氣熱負(fù)荷的措施：加強(qiáng)對(duì)操作人員的要求，規(guī)定原則上采取單管還原，且控制實(shí)時(shí)還原氣量＜500Nm3/h；還原時(shí)適度開啟工作門，將外界空氣抽入爐膛與過剩的還原天然氣燃燒；同時(shí)減小排煙機(jī)運(yùn)行頻率，降低抽力，減少進(jìn)入煙道的還原天然氣量。采取以上措施后，噴霧塔進(jìn)口煙溫下降到500～900 ℃以內(nèi)增強(qiáng)溫控系統(tǒng)的降溫能力：在噴霧塔下部增設(shè)一個(gè)4分的噴淋噴頭，噴淋噴頭常開，向噴霧塔出口灑水以輔助降溫。噴霧噴槍繼續(xù)與噴霧出口煙溫聯(lián)鎖、自動(dòng)增減水量，與噴淋共同控制噴霧塔出口煙溫。

采取以上措施后，布袋除塵器進(jìn)口溫度＜150℃；即使是采用雙還原管還原，布袋除塵器進(jìn)口溫度最高溫度仍＜160℃，都在煙溫上限之內(nèi)。還原精煉時(shí)，布袋除塵器的旁通閥始終保持關(guān)閉狀態(tài)，沒有發(fā)生布袋燒損的惡性事件，保障了布袋的安全運(yùn)行。

3.2.2 布袋除塵器進(jìn)口煙溫下限控制情況及完善

3.2.2.1 煙溫下限控制情況及影響

由于原料供應(yīng)的問題，陽極爐開動(dòng)率不足50%，需要頻繁停爐待料。重新開爐前的烘爐階段，以及投產(chǎn)的初期，布袋除塵器進(jìn)口煙溫可低至50～60℃，遠(yuǎn)低于煙溫下限，布袋經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)露，除塵器卸灰閥有水流淌出。氣溫較低時(shí)，結(jié)露問題更加突出。隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，布袋除塵器入口煙溫回升到100～130 ℃；結(jié)露現(xiàn)象消失，布袋透氣性恢復(fù)。

布袋結(jié)露后，煙氣析出的水分可能將粉塵黏附在濾袋表面，堵塞濾袋的孔隙，進(jìn)而造成糊袋的嚴(yán)重后果：通過布袋的煙氣量大幅減少，尾氣煙囪“白煙”量顯著減少，甚至觀察不到；設(shè)在煙囪上的在線監(jiān)測(cè)儀測(cè)得的煙氣中顆粒物濃度、SO2含量、氮氧化物含量等全面下降，同比至少減少50%以上。

糊袋后，布袋阻力大幅增加，導(dǎo)致除塵器前的煙道負(fù)壓損失嚴(yán)重；就算是還原期間，噴霧進(jìn)口煙溫也會(huì)降低到150℃，布袋進(jìn)口煙溫降低到50℃。即使提升排煙機(jī)頻率（排煙機(jī)運(yùn)行電流從正常70A提升到180A），煙道抽力情況也沒有改觀，嚴(yán)重影響陽極爐的操作：陽極爐的爐膛正壓異常的大，燒嘴發(fā)燙，氧化脫雜時(shí)間顯著延長(zhǎng)。

一旦出現(xiàn)糊袋，即使采取清灰也無法清除，只能更換布袋。換下的布袋形態(tài)基本完好，仍有彈性，但表面黏附著厚實(shí)的煙塵（見圖3），完全喪失透氣性。

圖3 發(fā)生糊袋的布袋

3.2.2.2 煙溫下限失控的原因分析

分析布袋結(jié)露原因是因?yàn)閲婌F加裝噴淋后，雖然使布袋進(jìn)口煙溫低于上限，但破壞了溫控調(diào)節(jié)能力，導(dǎo)致布袋煙溫下限失守：噴霧改造中，為避免生產(chǎn)中布袋燒損或被迫啟動(dòng)除塵器旁通，噴淋水量取較大值，確保煙溫即使達(dá)到上限（如雙管還原）時(shí)，噴淋+噴霧也能把布袋進(jìn)口煙溫降得下來。但噴淋水采取就地人工控制，未根據(jù)噴霧出口煙溫實(shí)現(xiàn)PID控制。投產(chǎn)初期，存在階段性煙溫較低的情況，當(dāng)噴霧出口煙溫降低到設(shè)定值（如140℃），噴霧水量會(huì)自動(dòng)減少直至零水量；而噴淋水量未及時(shí)減少或關(guān)閉，導(dǎo)致噴霧出口煙溫過低，造成布袋進(jìn)口煙溫低于煙氣露點(diǎn)，產(chǎn)生結(jié)露問題。而且噴淋降溫效率遠(yuǎn)低于噴霧噴槍，用水量較大，過多地增加了煙氣含濕量，加劇了結(jié)露問題。另外，烘爐期間，雖然噴淋、噴霧均未投入使用，但煙氣溫度過低，煙氣中水蒸氣飽和，也有結(jié)露問題。

陽極爐煙氣中，金屬氧化物形態(tài)存在的煙塵粒徑較小，粒徑小于1μm的粉塵占40%～60%，揮發(fā)性煙塵如ZnO煙塵的粒徑更是小至0.1μm［3］。布袋出現(xiàn)結(jié)露后，就可能與細(xì)小粒徑的煙塵結(jié)合發(fā)展成糊袋。

3.2.2.3 煙溫下限控制的完善

針對(duì)結(jié)露問題，采取了控制措施：規(guī)定每個(gè)生產(chǎn)周期開始前的烘爐階段，全部采取天然氣烘爐；同時(shí)關(guān)閉布袋除塵器進(jìn)煙閥，潔凈煙氣經(jīng)布袋旁通閥直接排空，避免低溫?zé)煔膺M(jìn)入布袋除塵器。陽極爐開爐生產(chǎn)后，初期煙溫不高時(shí)，噴霧塔投入使用；噴淋噴頭則在第2爐次后方投入使用，并根據(jù)噴霧塔出口、除塵器進(jìn)口的煙溫情況合理調(diào)節(jié)水量。每生產(chǎn)周期結(jié)束后，關(guān)閉陽極爐燃燒器后，排煙機(jī)繼續(xù)運(yùn)行半小時(shí)，確保除塵器內(nèi)的含濕氣體被完全抽凈。采取以上措施后，布袋除塵器進(jìn)口煙溫不低于100℃，最低90℃，未再發(fā)生布袋結(jié)露問題，從而預(yù)防了糊袋問題的發(fā)生，煙灰無板結(jié)、排灰順暢。

實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，若布袋除塵器的進(jìn)口煙溫高于90℃，就沒有發(fā)生結(jié)露的現(xiàn)象。陽極爐改造前也是如此，分析也與再生銅原料的含硫較低有一定關(guān)系?？傮w而言，A.G.Okkes公式和И.A.Bapahoba公式中，后者計(jì)算的煙氣露點(diǎn)更符合生產(chǎn)實(shí)踐，更適合用來確定煙溫下限。

3.3 溫控系統(tǒng)的改進(jìn)方向

為使煙氣溫度控制達(dá)到更理想的狀態(tài)，還可做如下的改進(jìn)：

針對(duì)噴淋水量調(diào)節(jié)采取人工就地調(diào)節(jié)方式，無法在DCS中進(jìn)行；且未與煙溫聯(lián)鎖，不能及時(shí)、有效調(diào)控?zé)煖氐牟蛔?，?jì)劃將噴淋噴頭改為霧化噴槍，在DCS系統(tǒng)中調(diào)整水量、出口煙溫等參數(shù)，并采取PID自動(dòng)控制；既能及時(shí)、有效響應(yīng)煙溫變化，確保極限情況下將煙溫調(diào)控在設(shè)定范圍；同時(shí)減少進(jìn)入煙氣中水蒸氣量。

布袋除塵器可設(shè)計(jì)保溫結(jié)構(gòu)：在濾袋箱外側(cè)安裝保溫層、參照某廠［15］在灰斗外安裝蒸汽管路，避免低溫季節(jié)煙溫過低時(shí)結(jié)露，導(dǎo)致糊袋，或使煙灰板結(jié)而排灰不暢。

4 結(jié)語

實(shí)踐表明，為保障陽極爐布袋除塵器的正常運(yùn)行，可靠地將除塵器進(jìn)口煙溫控制在上限、下限范圍內(nèi)，采取以噴霧塔為核心、混風(fēng)閥輔助的控溫設(shè)計(jì)是完全可行的。該設(shè)計(jì)不但具有煙溫調(diào)節(jié)范圍大、流程簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，而且具有造價(jià)低、運(yùn)行費(fèi)用省的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，其它工業(yè)爐的煙氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)中可以借鑒。