电收尘器与高温过滤收尘器工艺的比较
2019-02-11周亮亮杨卫严
周亮亮，杨卫严
（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西 南昌 330031）
1 引言
华东某冶炼厂是一家具有四十年历史，专业处理含铅废料的生产企业。为满足日益严峻的环保要求，该厂计划新建一套节能、环保、自动化水平高的侧吹炉系统处理含铅废料，同时加快推进冶炼烟气的超低排放改造。
随着国家提倡循环经济和生态环境的保护，将含铅废料资源化不仅可以回收有价资源，而且保护了生态环境。目前含铅废料的处理主要是采用鼓风炉或反射炉工艺，存在氧化还原效率低，自动化程度不高，工人劳动强度大，环保不达标等问题，已属于我国产业结构调整指导目录（2011 年）淘汰类项目［1］。侧吹炉工艺是一种处理含铅废料的新工艺，具有工艺流程短，生产效率高，综合能耗低，环境友好等优点。侧吹炉系统产出的高温含尘烟气因含SO2、SO3和H2O 组分，烟气的处理工艺需要考虑高温含尘、露点高等因素。若采用电收尘器工艺，收尘器出口的烟气含尘浓度较高，最高可达500 mg/Nm3，必须在电收尘器之后增设烟气洗涤系统，否则难于满足后续脱硫工段的处理要求。若采用高温过滤收尘器工艺，可以保证收尘器出口烟气含尘浓度在20 mg/Nm3以内，能够满足后续脱硫工段的处理要求。
文中分析了电收尘器和高温过滤收尘器两种烟气处理工艺，并从工艺的可靠性、建设投资和技术经济性等方面进行了比较，为相关冶炼烟气处理工艺的选择提供参考和借鉴。
2 侧吹炉系统的烟气状况
采用侧吹炉系统处理含铅废料，产出的高温含尘烟气进入余热锅炉冷却降温，余热锅炉出口烟气的状况如下：
烟气量：38203 Nm3/h；
烟气温度：350℃；
烟气中的含尘浓度：185.4 g/Nm3；
烟气成分如表1 所示。
表1 烟气成分
烟尘成分如表2 所示。
表2 烟尘成分
3 工艺流程及主要收尘原理
为满足后续脱硫工段的处理要求，采用两种工艺流程对侧吹炉烟气进行处理。处理后的尾气满足国标《再生铜、铝、铅、锌工业污染物排放标准》GB 31574-2015 的要求，现有企业大气污染物颗粒物浓度排放限值为30 mg/Nm3［2］。
3.1 电收尘器工艺流程
电收尘器烟气处理工艺流程如图1 所示。
图1 电收尘器烟气处理工艺流程
从侧吹炉余热锅炉出口排出的烟气温度350℃，含尘浓度185.4 g/Nm3，烟气露点190℃的烟气进入电收尘器净化，收尘器出口烟气含尘浓度在500 mg/Nm3以内，再由排风机送往烟气洗涤系统进一步净化，洗涤系统出口烟气含尘浓度降到20 mg/Nm3以内，再进入脱硫系统处理，处理后的尾气达标排放。
3.2 电收尘器主要收尘原理
该流程中的关键收尘设备是电收尘器，其工作原理是烟气通过设备烟道时，对放电极施加一个高压电流引发电晕放电并使尘粒带电，当电量达到一定程度时，在电场力的作用下尘粒向收尘极移动，最后沉积在收尘极板上。定时击打收尘极板，使具有一定厚度的烟尘在自重和振动的双重作用下进入收尘器下方的灰斗中，从而达到清除烟气中烟尘的目的。电收尘器能捕集细小的烟尘，设备阻力小、耐高温、自动化程度较高。电收尘器的收尘效率受烟尘比电阻的影响很大，烟尘的比电阻与烟尘成分、烟气温度和成分有关。电收尘器捕集烟尘的最佳比电阻为104～1010 Ω.cm，氧化铅烟尘在177℃的比电阻为1011 Ω.cm［3］，属于高比电阻烟尘，比较难收集。
3.3 高温过滤收尘器工艺流程
高温过滤收尘器烟气处理工艺流程如图2 所示。
图2 高温过滤收尘器烟气处理工艺流程
从侧吹炉余热锅炉出口排出的烟气温度350℃，含尘浓度185.4 g/Nm3，烟气露点190℃的烟气进入高温过滤收尘器净化，收尘器出口烟气含尘浓度降到20 mg/Nm3以内，再由排风机送往脱硫系统处理，处理后的尾气达标排放。
3.4 高温过滤收尘器主要收尘原理
高温过滤收尘器是一种高效的烟气净化设备，与布袋收尘器的收尘原理相似，但又有所区别，主要区别在于滤芯的材质。该设备采用金属间化合物多孔材料作为滤芯截留烟气中的烟尘，烟尘过滤层形成后更加有利于烟尘的截留。由于烟尘滤饼的堆积造成烟气流动阻力的逐渐增大，达到一定的压降或是经过一定的预设定过滤时间后，就通过反向脉冲喷吹清除截留的烟尘，并因重力作用落入收尘器的灰斗中。金属间化合物多孔材料是在真空或氢气气氛中烧结，形成烧结金属粉末过滤介质，其结构孔隙率可达20%～40%［4］。金属间化合物多孔材料具有金属键和共价键的混键结构，具有良好的基体桥接能力，抗氧化性能好，耐酸、碱性能好，耐高温，机械强度高，线膨胀系数低，可加工、可焊接、抗振性能好等特点。高温过滤收尘器诸多的良好性能源于滤芯的特殊微孔结构，滤芯的金相结构如图3 所示。
图3 滤芯的金相结构
4 工艺设备参数及技术经济对比
4.1 电收尘器工艺设备参数
（1）电收尘器设备参数。
技术规格：干式、卧式、单室，五电场 F=74 m2；
设备重量：350 t；
设备用电情况：380 V/ 340 kVA；
设备报价：520 万元；
设备主要部件材质：壳体材质为不锈钢S31603（022Cr17Ni12Mo2）； 放电极（管、刺）材质为不锈钢S31603（022Cr17Ni12Mo2）；收尘极板材质为SPCC 冷轧钢。
（2）高温排风机设备参数。
技术规格：
Q=125000 m3/h，H=16100 kPa，T=300℃；
设备用电情况：10 kV/1000 kW；
设备报价：150 万元；
设备主要部件材质：
S31603（022Cr17Ni12Mo2）。
（3）烟气洗涤系统设备参数。
设备用电情况：380 V/ 46 kW；
设备报价：300 万元；烟气洗涤系统工作过程中需补充新水量约9.5 m3/h。需排出废水量约3 m3/h，其中主要含5.7%的稀硫酸，以及从烟气中洗下的烟尘，废水中含固量约8 g/L。
我转过头看见托莉站在我身后，忽然有一种回到个性测试室的感觉，眼前浮现出四面环绕的镜子、接到前额的插线，这本身就让我产生一种想逃避的感觉，一见到托莉，这种感觉再次涌上心头。没想到会再见到她。
4.2 高温过滤收尘器工艺设备参数
（1）高温过滤收尘器设备参数。
技术参数：5 个室，F=1742 m2；
设备重量：50 t；
设备用电情况：470 kW /15 kW；
设备报价：590 万元；
收尘器系统包括：开车预热系统、反吹加热系统、停车置换系统。公用工程开车时电耗：470 kW，正常运行时电耗：15 kW。压缩空气耗量：2.5 Nm3/min。
设备主要部件材质：壳体材质为不锈钢S31603（022Cr17Ni12Mo2）；滤芯材质为金属间化合物多孔材料，支撑体及密封件为不锈钢S31603（022Cr17Ni12Mo2）。
（2）高温排风机设备参数。
技术规格：
Q=115800 m3/h，H=6500 kPa，T=300℃；
设备用电情况：10 kV /400 kW；
设备报价：100 万元；
设备主要部件材质：
S31603（022Cr17Ni12Mo2）。
4.3 电收尘器工艺技术经济成本
（1）电收尘器。
维护费用：18 万元/a；
电耗：340×330×24×0.75=202 万元/a。
（2）高温排风机。
电耗：1000×330×24×0.75=594 万元/ a。
（3）烟气洗涤系统。
电耗：46×330×24×0.75=27.3 万元/ a；
水耗：9.5×330×24×2.73=20.5 万元/ a；
废水处理费：3×330×24×9=21.4 万元/ a。
4.4 高温过滤收尘器工艺技术经济成本
（1）高温过滤收尘器。
维护费用：77.4万元/ a（按照滤芯4.5年折旧）；
电耗：开车及停车时：470×12×0.75=0.42万元/ 次（开车时利用电加热器对收尘器进行预热，预热时间12 h），按照每年停车2 次计 算：0.42×2=0.84 万 元/ a。 正常运行 时15×330×24×0.75=8.9 万元/ a（主要是反吹压缩空气加热、脉冲阀、卸灰阀和控制系统耗电）；
压缩空气消耗费：
2.5×4.5×330×24×0.75=6.7 万元/ a
（2）高温排风机。
电耗：400×330×24×0.75=237.6 万元/ a。
电收尘器工艺和高温过滤收尘器工艺技术经济对比如表3 所示。
通过对比分析，得出：
①高温过滤收尘器工艺优势非常明显。
②高温过滤收尘器工艺主要设备投资比电收尘器工艺少280 万元。
③高温过滤收尘器工艺每年的技术经济成本比电收尘器工艺少551.8 万元。
表3 技术经济对比
5 设备综合性能的比较
从电收尘器和高温过滤收尘器的综合性能方面进行比较，高温过滤收尘器具有收尘效率高，能耗低，可长期稳定运行等优点，详细情况如表4 所示。
表4 电收尘器和高温过滤收尘器综合性能比较
6 结论
（1）通过对比，在利用侧吹炉处理含铅废料的工艺中，高温过滤收尘器比电收尘器更适合用于处理高温、高尘、高含水的冶炼烟气。
（2）从工艺的可靠性、设备投资和技术经济成本等方面比较，高温过滤收尘器具有很大的竞争优势。
（3）高温过滤收尘器工艺属于干法收尘，收尘过程中没有新水补充，也没有废水产生。
虽然高温过滤收尘器有诸多的优点，但还是存在一定的问题，如滤芯材质在高温条件下会出现随温度升高而迅速氧化、腐蚀导致强度下降的现象，因此在使用过程中有最高使用温度的限制［6］。相信未来随着滤芯材质的复合化发展，可以克服上述弊端，高温过滤收尘器一定可以得到广泛地应用。
