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(yè)股份有限公司寧東鋁業(yè)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(shí)，極易發(fā)生布袋腐蝕破損。該文結(jié)合電解鋁廠陽極炭塊生產(chǎn)過程中，煅后石油焦煙氣處理時(shí)布袋除塵器極易出現(xiàn)腐蝕破損的現(xiàn)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(chǎn)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(jīng)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(fā)性組分，以降低石油焦后處理產(chǎn)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(qiáng)度和耐熱性，以及提高石墨電極的導(dǎo)電性。石油焦經(jīng)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(tǒng)配置2 條直徑3×60 m 回轉(zhuǎn)窯，主要用于石油焦煅燒，設(shè)計(jì)年產(chǎn)量18 萬噸。2 臺(tái)回轉(zhuǎn)窯分別設(shè)置一臺(tái)余熱鍋爐，一臺(tái)旋風(fēng)式除塵器，2 臺(tái)余熱鍋爐共設(shè)置1座脫硫塔，脫硫塔布置在引風(fēng)機(jī)后，煙氣脫硫后經(jīng)脫硫塔塔頂煙囪排放。因原有的2 套旋風(fēng)除塵器不能有效控制顆粒物排放濃度，達(dá)不到環(huán)保要求。因此，2018 年通過技術(shù)改造對2 套原有的旋風(fēng)除塵器進(jìn)行改造，即拆除原有的2 套旋風(fēng)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(yù)期達(dá)到30 mg/Nm3以下，滿足環(huán)保要求。

1 基本情況

因原有的2 套旋風(fēng)除塵器不能效控制顆粒物排放濃度，煅燒系統(tǒng)單條窯運(yùn)行時(shí)，顆粒物排放濃度為110 mg/Nm3～120 mg/Nm3，兩條窯同時(shí)運(yùn)行，顆粒物排放濃度達(dá)到150 mg/Nm3以上，達(dá)不到環(huán)保要求。因此，需對2 套除塵器進(jìn)行改造，即拆除原有的2套旋風(fēng)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(dá)到30 mg/Nm3以下，滿足環(huán)保要求。

除塵器改造項(xiàng)目于2017 年5 月開工建設(shè)，2018 年6 月先后投入運(yùn)行，布袋除塵器布袋總計(jì)1 216 條，原設(shè)計(jì)布袋材質(zhì)為20%P84+80%玻璃纖維型復(fù)合濾料，設(shè)計(jì)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(xiàn)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(dá)到60 mg/Nm3～110 mg/Nm3，未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2 原因分析

2.1 煙氣中硫含量過高造成化學(xué)腐蝕

濾袋化學(xué)腐蝕包括被氧化性氣體腐蝕、酸結(jié)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(zhì)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(yè)間競爭日益激烈，電解鋁企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營成本的不斷壓縮，在電解鋁陽極塊的生產(chǎn)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(dá)到3 200 mg/Nm3～4 000 mg/Nm3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出原設(shè)計(jì)1 853 mg/Nm3～2 753 mg/Nm3。煅燒回轉(zhuǎn)窯煙氣具有溫度高、二氧化硫含量高等特點(diǎn)，煙氣經(jīng)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(diǎn)而形成具有腐蝕性的亞硫酸。該腐蝕物對玻璃纖維類材質(zhì)布袋產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕，使布袋表面玻璃纖維迅速失去原有形態(tài)，布袋出現(xiàn)腐蝕破損。經(jīng)現(xiàn)場查看并將煙氣中灰分進(jìn)行化驗(yàn)檢測，檢測結(jié)果為：硫酸根含量11.83%，pH值為3，強(qiáng)酸性[1]。

在高溫作用下，氣體酸結(jié)露產(chǎn)生混酸，不僅對濾袋常用的纖維性濾料造成氧化，也會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)腐蝕性酸性混合物，使得濾袋在氧化和酸化的協(xié)同作用下大面積腐蝕，且強(qiáng)度下降。

圖1 工藝流程圖

濾袋的高溫?fù)p傷分為以下2 種情況。1）濾料出廠前未經(jīng)過熱收縮處理，或煙溫超出濾袋使用溫度，使得濾袋發(fā)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(shè)計(jì)整體保溫 50 mm，同時(shí)將布袋除塵器漏風(fēng)率控制在 3%以內(nèi)。由于煙氣溫度在 200℃，屬高溫?zé)煔?，設(shè)備內(nèi)壁涂刷高溫防腐漆防止設(shè)備腐蝕。而在實(shí)際運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)在除塵器箱體內(nèi)壁四周均發(fā)現(xiàn)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(dá)到使用要求，箱體內(nèi)出現(xiàn)了煙氣溫度低于酸露點(diǎn)的情況，使酸性腐蝕物明顯增加。

3 采取措施

3.1 試驗(yàn)適合工況的布袋

原布袋采用20%P84+80%玻璃纖維型復(fù)合濾料更適用于應(yīng)對高溫環(huán)境，但目前的實(shí)際工況不但需要布袋具備耐高溫環(huán)境，而且更加側(cè)重于耐酸腐蝕環(huán)境。因此，選擇更適合工況的布袋成為了解決此問題的關(guān)鍵。經(jīng)多次試驗(yàn)選用了PTFE 纖維（聚四氟乙烯）布袋。PTFE 纖維熔點(diǎn)327℃，瞬間耐溫可達(dá)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(qiáng)氧化物的氧化腐蝕及根本不會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)的問題，大量應(yīng)用于垃圾焚燒除塵領(lǐng)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(zhì)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(wěn)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(shí)仍有柔軟性。其次，具有耐腐蝕。對大多數(shù)化學(xué)藥品和溶劑，表現(xiàn)出惰性、能耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿、水和各種有機(jī)溶劑。余熱鍋爐布袋除塵器出口直通脫硫系統(tǒng)，一旦布袋質(zhì)量問題造成顆粒物出口超標(biāo)，直接會(huì)導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)顆粒物不能達(dá)標(biāo)排放，最終影響煅燒系統(tǒng)生產(chǎn)?，F(xiàn)需尋求既能耐高溫，又能耐酸性腐蝕的布袋進(jìn)行使用。經(jīng)多次現(xiàn)場試驗(yàn)，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(shí)將布袋除塵器漏風(fēng)率控制在 1.5%以內(nèi)，保證布袋除塵器設(shè)備內(nèi)煙氣溫度高于酸露點(diǎn) 20℃。由于煙氣溫度在 200℃，屬于高溫?zé)煔猓谠O(shè)備內(nèi)壁涂刷高溫防腐漆防止設(shè)備腐蝕。如果煙氣溫度低于酸露點(diǎn)溫度，應(yīng)及時(shí)報(bào)警，并關(guān)閉除塵系統(tǒng)[2]。

3.3 對除塵器進(jìn)行密封處理

除塵器密封修復(fù)、氣路及閥門檢修解決除塵器漏風(fēng)嚴(yán)重：現(xiàn)有除塵器的頂蓋門、氣路及閥門存在漏風(fēng)率較大問題，改造及檢修現(xiàn)有頂蓋、氣路及閥門，將減少漏風(fēng)。

3.4 加強(qiáng)除塵器停機(jī)維護(hù)

短期停機(jī)時(shí)，應(yīng)清除袋式除塵器內(nèi)部酸性氣體，并維持除塵器溫度在100℃以上。長期停機(jī)前，應(yīng)繼續(xù)清灰一段時(shí)間，使濾袋表面粉塵最少，關(guān)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(tái)除塵器自2018 年3 月投運(yùn)至今，除塵器未出現(xiàn)之前的破損現(xiàn)象（圖3），顆粒物排放濃度保持在30 mg/Nm3以下，減少了非計(jì)劃性停機(jī)次數(shù)，較好地保證了生產(chǎn)需要。

圖3 純PTFE 布袋使用6 個(gè)月后現(xiàn)狀

5 結(jié)論

袋式除塵器是治理大氣污染的主要除塵設(shè)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(shù)關(guān)鍵點(diǎn)。

目前國內(nèi)的電解鋁行業(yè)中，陽極炭塊的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中石油焦煅燒是必不可少的工藝環(huán)節(jié)。石油焦煅燒后的高溫?zé)煔?，其含硫量、粉塵里以及焦油量均為環(huán)保禁止排放項(xiàng)目。隨著國家對環(huán)保的日益重視，專業(yè)技術(shù)人員必須不斷探索新的設(shè)備和新的工藝要求，才能達(dá)到國家的環(huán)境要求。才能減少設(shè)備故障，保障生產(chǎn)系統(tǒng)長周期正常運(yùn)行。