奥斯麦特炉电收尘的设计与优化
张 磊，潘伟华
（铜陵有色金属集团股份有限公司，安徽 铜陵 244000）
电收尘作为冶炼企业提高环保效率和金属回收率的重要装备，同时也能阻止重金属污染环境及调整杂元素平衡［1］。国内某铜冶炼厂奥炉电收尘工艺流程图如图1 所示，电收尘绝缘子（俗称瓷轴、瓷套）频繁出现潮湿烟灰粘结，破坏绝缘性能,引起瓷轴或瓷套高压爬电而断裂，导致对应电收尘电场送不上电，收尘效果差。如果潮湿烟灰不断积累，会致使排烟系统出现堵塞，严重影响生产［2-3］。因此，需要分析问题原因，寻求解决办法。一是从加强精细化操作，查漏堵漏，避免漏风导致低温腐蚀；
二是进行科研攻关，改进优化原装置并增加辅助设备以提高收尘效率［4-5］。通过对电收尘进行改进优化和增设辅助设备，取得了显著效果，运行两年多来，未再出现类似问题。
图1 奥炉电收尘工艺流程示意图
奥炉电收尘初步设计为双通道，型号为LD80m2-4 型，有效截面积80 m2，4 个电场，入口压力-4000 Pa，入口温度367 ℃，除尘效率≥99%，处理气量224355m3/h，入口含尘量20～30 g/Nm3，外形长27.45 m×宽9.372 m×高19.86 m。
2019 年10 月13 日，该冶炼厂发现奥炉电收尘电场烟灰量明显下降，次日安排检修，打开绝缘箱发现绝缘瓷轴共断裂13 根。
10 月25 日下午13 时，该冶炼厂奥炉电收尘东通道一电场突然送不上电。关闭东通道查找原因，采用西侧单通道作业。关闭东通道进口钟罩阀时，钟罩阀下放受阻，打开钟罩阀人孔后，发现钟罩阀内部结灰严重，顶住阀底导致钟罩阀不能下放。处理完结灰后，打开东通道8 个阴极绝缘箱检查，发现瓷轴全部断裂，立即停产检修。关闭西通道钟罩阀，检查西通道阴极绝缘箱，发现5 个瓷轴断裂，如图2 所示。
图2 奥炉电收尘东、西通道瓷轴断裂情况
生产中出现奥炉电收尘瓷轴频繁断裂、电场频繁送不上电、烟尘粘结、排烟系统及收尘系统严重受阻等问题，会严重影响生产的稳定和技术经济指标，必须查找出问题原因，解决好电场送电问题。
奥炉混合物料经圆盘制粒机制粒后入炉，圆盘制粒机的运行使皮带上的物料出现波峰波谷，从而导致入炉料量波动，波动范围在20～40 t/h。此外，入炉原料水分和硫含量越来越高，特别是来自部分小矿山的入炉原料，水分曾高达14%左右。
奥炉电收尘进口烟气中水份均值在208 g/m3，烟气中的二氧化硫浓度均值为20%，且随着奥炉处理料量的增加，烟气中水份和二氧化硫浓度持续增高。根据烟气露点计算公式：T=186+20l g(H2O%)+26l g(SO3%)，奥炉烟气露点温度在230 ℃左右。根据生产经验，奥炉在料量低于70 t/h 的条件下，电收尘进口烟气温度接近露点，会出现电场瓷轴联轴器腐蚀、烟尘粘结瓷轴，进而导致高压爬电击穿瓷轴，电场送电受阻，收尘效果差。未及时收集下来的烟尘会被负压带入后续管道、高排壳体或叶轮中，并出现粘结，影响排烟系统运转，进而又反馈到奥炉炉口正压，需要降料直到停产清理，严重影响生产。
3.1 烟气温度低、原料水分高导致结露
胡俊［6］研究发现电收尘低温运行时，绝缘被破坏或电场积灰严重易引起电场送不上电。奥炉电收尘设计进口温度为367 ℃，调查发现进口温度普遍低于设计值，且烟气含水量较高，表1 为2019年10 月份电收尘进口烟气水分含量统计表。
从表1 可以看出，烟气中的水分呈明显上升趋势，其中10 日、22 日、24 日和30 日烟气水分均超过了200 g/Nm3，最高时达到了228.91 g/Nm3。此时，电收尘烟气露点温度上移，表现为烟气潮湿，瓷轴粘结严重，进而高压爬电击穿瓷轴，如图3 所示。从图3 可以看出有明显爬电击穿痕迹。
图3 电收尘阴极瓷轴被高压爬电击穿
表1 2019 年10 月份电收尘进口烟气水分含量统计表
3.2 生产操作过程影响
盲目追求硫酸系统稳定性和烟气低含尘极限，在烟气温度低于露点温度、电场绝缘值（电场绝缘条件要求在带气负荷时达到20 MΩ 以上）还未达到要求的情况下匆忙送电，容易造成瓷体上局部高温、绝缘性能下降，直至瓷轴被击穿断裂。
3.3 烟尘中铁元素的影响
当烟尘中的铁含量较高时，在SO2与残氧反应中会起到催化剂的作用，提高烟气SO3发生率，加上烟气中水分较高、温度低，会产生稀酸腐蚀设备和瓷轴导电被击穿现象。图4（a）为绝缘瓷轴爬电烧蚀实图，图4（b）为瓷转轴联轴器（长叉）腐蚀实图。
图4 电收尘阴极振打绝缘箱爬电烧蚀、长叉腐蚀
3.4 烟尘中镉、铋元素的影响
金属镉、铋都属于低熔点金属，如果烟气温度较低，将会形成镉和铋的氧化物附着在瓷轴上，当氧化物富集到一定程度后，在瓷轴表面就会发生严重的爬电击穿瓷轴现象。
针对以上原因，鉴于奥炉复杂原料成分特性，从科研攻关和优化操作两方面提高电场温度，解决低温腐蚀等问题。郝志全等［7-10］研究发现，通过增加热风吹扫装置形成气幕，可以起到吹扫瓷轴、套管的作用，减少积灰粘结瓷轴和瓷套的现象，同时也可以提高电场温度，避免低温时达到露点温度。图5 为奥炉电收尘双通道热风吹扫装置示意图，东西通道顶部和侧部均配置1 套热风吹扫装置，两通道顶部各有5 个瓷套处增加热风，侧面各有8 个阴极绝缘箱处增加热风。
图5 奥炉电收尘东西通道热风吹扫示意图
4.1 侧面阴极绝缘箱优化改造
将阴极绝缘箱由开放式优化改造为密闭式，如图6 所示。改造前，烟气进入绝缘箱后，会不断附着在瓷轴上形成烟尘粘结，导致瓷轴表面出现爬电击穿瓷轴现象，尤其当烟气含水量高时，瓷轴烟尘粘结更严重，更易引起高压爬电击穿瓷轴。阴极绝缘箱改造为密闭式后，减少了烟气进入绝缘箱后的行走路径，降低了烟尘粘结发生率。
图6 阴极绝缘箱及热风吹扫改造前后对比图
4.2 顶部和侧部增加热风吹扫
顶部热风吹扫改造如图7、图8 所示。改造后顶部热风吹扫在瓷套中形成正压，保护了瓷套，杜绝了潮湿烟气的进入，避免了瓷套上出现烟灰粘结现象。侧部热风吹扫改造如图6 所示，同时在侧面增加热风吹扫，使阴极绝缘箱中形成正压，杜绝潮湿烟气进入瓷轴，保证侧部绝缘箱瓷轴无烟尘粘结，进而保证电收尘各电场送电正常，获得更佳的收尘效果。
图7 顶部绝缘吊挂改造前后对比示意图
图8 电收尘顶部热风吹扫改造前后对比图
4.3 优化热风源
奥炉电收尘热风吹扫共有4 套系统，分别为东西通道顶部和侧部各1 套，对电收尘的绝缘子起到隔绝烟尘的作用。改造前，热风吹扫气源是由鼓风机直接从露天抽取空气提供，受客观条件如气温影响很大。改造后，热风吹扫气源经电加热（图9 所示电加热示意图）送到绝缘子处。为实现资源有效利用，同时利用奥炉喷枪的富余工艺风（温度约110 ℃）作为气源直通到电加热器。通过优化热风源，不仅减少了2 台鼓风机和2 组电加热器，降低了生产成本，更重要的是缩短了热风吹扫电加热时间，为电收尘缩短送电时间提供了保障。
图9 奥炉喷枪工艺风直通电加热器示意图
4.4 优化操作规程
（1）奥炉电收尘电场送电前，对绝缘子、加热器等进行检查确认，进口烟气温度必须达到露点温度以上；
（2）送电前用2500V 兆欧表（摇表）检测各电场绝缘值，带负荷（含硫烟气）时绝缘值需达到20MΩ 以上；
（3）在电收尘入口烟气温度及电场绝缘均满足条件时对1#、2#电场送电，待出口烟气温度满足条件时对3#、4#电场送电；
（4）根据奥炉投料量（烟气负荷）变化，及时调整电场电压、电流，使电场运行在最佳状态；
（5）确保入口分布板振打运行正常，板面无积灰堵塞现象，入口烟气分布均匀，避免烟气偏流引起绝缘箱低温腐蚀及瓷转轴爬电击穿。
奥炉电收尘热风吹扫装置改造后，对其进行检验。检验结果显示，绝缘值均在2000 MΩ 以上，两通道二次电压（kV）/二次电流（mA）空试及带气运行，前后参数均正常，如表2 所示。
表2 奥炉电收尘改造后东、西通道二次电压（kV）/二次电流（mA）统计表
（1）奥炉电收尘经过阴极绝缘箱改造后，阴极绝缘箱由开放式优化升级为密闭式，热风吹扫形成正压抑制烟气进入，从而消除工艺烟气对瓷轴的影响，大大降低了因瓷轴烟灰粘结、高压爬电引起瓷轴断裂发生率。
（2）奥炉电收尘经过电场顶部阴极吊挂，增加热风吹扫形成正压阻止烟气进入，从而消除工艺烟气对瓷套的影响，大大降低了瓷套烟灰粘结、高压爬电引起瓷套断裂发生率。
（3）奥炉电收尘经过增加热风吹扫优化升级后，解决了低温及潮湿烟气条件下电场送电困难问题。
（4）通过优化热风源，降低了生产成本，缩短了热风吹扫电加热时间，为电收尘缩短送电时间提供了保障。
（5）据不完全统计，2018—2019 年受奥炉电收尘故障影响的作业率高达75%以上。通过2020年3 月的改造优化，奥炉电收尘因烟灰粘结造成的故障率大幅降低。
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