一種氫氧化鋁焙燒爐廢氣除塵裝置

摘要：針對氫氧化鋁焙燒爐廢氣處理，本文通過對粉塵性質分析以及當今常用治理方法進行闡述，指出靜電除塵器無法達到環保要求，從而提出了將“管式冷卻器+袋式除塵器”相結合的一種新型的除塵裝置。

關鍵詞：焙燒爐；廢氣治理；除塵裝置

1引言

目前，我國鋁工業迅速發展，氧化鋁產量日益增加。圍繞節能減排，開展氧化鋁行業技術創新的需求日益迫切。氫氧化鋁焙燒是氧化鋁生產過程中的最后一道工序，是對氧化鋁產量、質量和生產能耗有重大影響的工序之一，焙燒過程中產生的廢氣大多經電收塵器凈化后排入大氣。

2氫氧化鋁焙燒爐粉塵分析

在氫氧化鋁沸騰焙燒過程中，氫氧化鋁在文丘里干燥器中經380℃的熱風預熱后進入預熱旋風筒中，在離心力的作用下進行分級，粗粉進入主焙燒系統，而細粉塵則經收塵器收集后混入氧化鋁成品。表1、表2、表3分別列出了氫氧化鋁焙燒收塵粉的化學成分、物質組成及粒度組成。

表1  氫氧化鋁焙燒收塵粉的化學成分（質量%）

表2  氫氧化鋁焙燒收塵粉的物質組成（質量%）

表3  氫氧化鋁焙燒收塵粉的粒度組成

從表1、表2、表3可看出，焙燒收塵料的燒失含量比成品氧化鋁要高；其粒度D₅₀為5.3μm、粒徑為—45μm的占99.4%、粒徑為—20μm 的占94.1%；其物相組成除氧化鋁外，還有氫氧化鋁和大量α—Al₂O₃生成。

焙燒收塵粉雜質含量高、粒度細、黏度大，若將此料供給電解鋁使用，既污染環境，又影響電解鋁產品的質量。收塵粉中α—Al₂O₃含量高，易在電解槽中出現難熔的沉淀物，影響電解槽的穩定運行。所以焙燒收塵粉必須經過達標處理。

3治理現狀分析

我國氫氧化鋁焙燒爐廢氣主要采用的是電除塵器進行治理，隨著生產的不斷發展和時代變遷，燒結法氧化鋁生產演變為拜耳法生產后因生產工藝及操作不同，含水率等較初始階段發生了較大變化，致使電除塵器的收塵效率下降較大， 治理后的排放濃度>40mg/m³。然而隨著國家環保要求的提高，粉塵排放標準≤20mg/m³，電除塵器的出口含塵濃度無法滿足環保要求，因此設計一種新型的除塵設備勢在必行。

4新型除塵裝置設計思路

4.1袋式除塵器的應用

袋式除塵器是一種高效、可靠、經濟、實用的新型除塵設備。它具有清灰效果好、除塵效率高、占地面積小、操作維修方便等優點，應用十分廣泛。將袋式除塵器應用于氫氧化鋁焙燒爐廢氣治理具有十分好的前景。

4.2廢氣降溫的必要性

氫氧化鋁焙燒爐廢氣溫度高，一般為130-400℃，遠遠超出了袋式除塵器的承受溫度，因此廢氣在進入袋式除塵器之前，必須進行降溫，將廢氣溫度降至布袋允許的使用的溫度范圍內，保證后續的袋式除塵器正常運行。

4.3冷卻方式的選擇

常用的冷卻方式主要包括風冷式和水冷式，風冷式采用空氣作為媒介冷卻需要冷卻的物體；水冷式采用水作為媒介冷卻需要冷卻的物體。兩者進行比較分析：

通過比較分析，與氫氧化鋁焙燒爐廢氣治理實際相結合，最終采用風冷式進行廢氣的冷卻。

5新型除塵裝置介紹

5.1除塵裝置結構

除塵裝置主要包括設置在冷卻組框架上的冷卻預處理區、重力除塵區、廢氣處理區、精細除塵區。冷卻預處理區包括冷卻管組，冷卻管組包括若干換熱管束，冷卻管組上方連接有進口封頭；重力除塵區包括匯風箱室，匯風箱室下方設置有一級儲灰斗；精細除塵區包括均流箱，均流箱中設置有若干折流板，所述均流箱下方連接有二級儲灰斗，均流箱側部連接有過濾箱，過濾箱中設置有凈化單元，過濾箱上還設置有清潔箱，過濾箱中部還連接有和引風機連接的凈氣出口管路，清潔箱和凈氣出口管路相連通。

5.2除塵裝置原理

氫氧化鋁焙燒爐廢氣從冷卻管束組上方進口封頭進入，高溫煙氣在冷卻管束組內自上而下流動，軸流風機將大氣吹過換熱管壁外，進行熱交換。冷卻管束組采用裸露形式，大氣從一方進入，另一方出去。冷卻管束組下方設置有匯風箱室，煙氣在匯風箱室中實現重力除塵(即煙塵在通入匯風箱中之后將會由于重力的作用，大顆粒的塵粒將會自然落下)，落下后的塵粒通過一級儲灰斗收集。

在引風機的作用下，被匯風箱處理后的廢氣然后經均流箱進入精細除塵區，在均流箱中設置有很多折流板，該折流板能夠使得廢氣的流速更加均勻，同時廢氣中的沒有被匯風箱處理完的粗顆粒將會直接落入二級儲灰斗底部，其中的細顆粒隨氣流轉折向上進過濾箱室，由于在過濾箱室中設置有濾袋，該濾袋可以阻隔廢氣中的細小顆粒，最后氣體進入清潔箱，由于清潔箱和凈氣出口通過第二連接管路相連通，所以凈化后的空氣將會從凈氣出口流出，最后通過引風機從煙囪排出。

該裝置在長時間使用以后，粉塵阻隔于濾袋表面，并不斷增厚，設備阻力不斷增加，這時需清灰降壓，在進行清灰的時候，氣體發生器啟動，壓縮氣體通過第一連接管路進入清潔箱，并反吹過濾箱中的濾袋，濾袋上的粉塵被清除，并沉降于灰斗中。粉塵沉降后，關閉氣體發生器，過濾箱又進入過濾狀態，從而實現“清灰、沉降、過濾”三狀態。

5.3技術參數

除塵過程中降溫是非常重要的環節，必須將粉塵溫度降低到220℃以下，才能達到后續布袋除塵器的布袋承受溫度。

（1）熱量計算公式

Q=W_hC_p,h(T₁-T₂)= W_cC_p,c(t₂-t₁)

其中：

Q：換熱器的熱負荷，kj/h或kw；

W_h：熱流體的質量流量，kg/h；

C_p,h：熱流體平均定壓比熱容，kj/(kg·℃)

T₁：熱流體的初始溫度，℃；

T₂：熱流體的最終溫度，℃；

W_c：冷流體的質量流量，kg/h；

C_p,c：冷流體平均定壓比熱容，kj/(kg·℃)

t₁：冷流體的初始溫度，℃；

t₂：冷流體的最終溫度，℃；

（2）面積計算公式

1總傳熱系數K

由于熱流體與冷流體都為氣體，所以傳熱系數K取200w/m²·℃。

2溫差

熱流體溫度：T₁→T₂

冷流體溫度：t₁→t₂

△t₁=T₁-t₂，△t₂=T₂-t₁

溫差△t：△t₁→△t₂

△t_m=（△t₂→△t₁）/ln（△t₂/△t₁）

3面積計算

S=Q/（K·△t_m）

（3）管束冷卻器換熱面積計算

S=3.14ndL

其中：

S：傳熱面積，m²；

n：管束的管數；

d：管徑，m；

L：管長，m。

假設粉塵初始溫度為400℃，需要降低到200℃，采用風冷式降溫，自然空氣的溫度為25℃，則處理風量為50000m³/h時需要1臺功率為11kw的風機。

5.4設備選型

5.5設備其他配置

（1）濾袋濾料

濾料質量直接影響除塵器的除塵效率，濾袋的壽命，排放濃度，也直接影響到除塵器的運行費用。根據我們的使用經驗和在國內的調研，為確保排放等技術指標，濾料選用550g/m²的滌綸針織氈，并經防油防水處理進行覆膜處理。

其基本參數如下表：

目前，國內生產濾料的廠家很多。根據20多年的使用經驗，選用國內一流的上海安德魯紡織品有限公司【現更名為：萊德爾工業紡織品（上海）有限公司】或必達福環保技術（無錫）有限公司的產品。

（2）袋籠選型

袋籠的選擇主要是環徑和豎徑直徑的選擇、數量的選擇，以及后處理的選擇。成型的骨架再進行鍍鋅處理，提高其抗酸腐蝕、耐磨、耐溫、抗氧化性能。

（3）電磁脈沖閥選型

電磁脈沖閥是實現有效清灰的關鍵元器件，直接關系到除塵系統的正常運行。我公司考核，并長期使用的合格供應商有四家，分別為澳大利亞高原公司、美國ASCO公司、韓國大河（朝日）公司、上海袋式除塵配件公司。

（4）汽缸選型

汽缸主要用于分室離線提升閥，汽缸廠家比較多，如國內一流的臺灣亞德客公司產品。

（5）空氣斜槽選型

空氣斜槽一般設計為6-10°，因其運動部件少，流動性好，輸送量大，故障率低，維護方便等優點，已廣泛應用。

（6）PLC選型

    PLC是控制柜的關鍵元器件。有國產和進口之分。進口的有歐姆龍、西門子、ABB等公司的產品。本裝置選用西門子公司的產品。PLC對溫度也起到一定的自動控制作用，當粉塵溫度滿足布袋承受溫度時，軸流風機不工作，節約能耗。

5.6除塵裝置優點

該新型除塵裝置實現了多級除塵，除塵效率高，能耗少，投資成本少，維護清理方便。它與傳統除塵器相比較如下：

5.7處理效果

氫氧化鋁焙燒爐廢氣通過新型除塵裝置處理后，排放濃度<10 mg/Nm³，完全能夠達到環保標準。此裝置達到了節能、減排、高效、環保，而又運行可靠、穩定、技術經濟先進的效果。

6結語

針對氫氧化鋁焙燒爐廢氣處理，新型除塵裝置克服了電除塵器粉塵排放不達標的缺點，充分結合管式冷卻器和袋式除塵器兩者的優點，使氫氧化鋁焙燒爐廢氣達標排放。從經濟效益來看，除塵裝置收集的粉塵可以作為氧化鋁成品一起出售，節約了成本，大大增加了廠商的經濟來源。從環境效益來看，降低了粉塵排放濃度，有效促進了節能減排工作的必由之路，為可持續發展奠定了堅實的基礎。

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