挪威埃肯公司研究的炉体粉尘过滤技术

总　述

　　埃肯集团（ELKEM　ASA）是世界上最大的铁合金生产商和主要的铝生产商。

　　作为电熔技术的先锋，埃肯公司已为电冶生产铁合金、硅铁、电石和Cu/Ni合金业设计并提供了还原电炉世界总产量50%的生产能力。

　　不断研制行进技术用于提炼世界上的矿产资源，埃肯材料公司过滤及粉末技术部正致力于解决工业污染和废料的处理问题。

　　埃肯公司的研究成果是袋式过滤的新领域──“表面过滤”技术。埃肯公司的客房选择了薄膜过滤系统，可以使传统的开式或闭式工艺有更高的滤过率，以及苛性粉尘和烟气的高温过滤。

　　该新的高效过滤系统首先用于硅铁工业，它使粉尘加工更经济。某些一向被认为会产生再处理问题的粉尘，经此工艺加工后变得极其有价值，在有些情况下价值无法估量。埃肯公司在粉尘加工（包括加密和包装）方面有诸多经验，可使含氰化物、苯酚和PAH的封闭收尘工艺做到无毒害。埃肯集团可以在过滤粉尘的增值及市场销售方面提供援助。

　　埃肯材料公司是经NS－ISO9001质量保证体系认可的，在环境保护技术领域有坚强而经验丰富的伙伴。本文献给您埃肯炉体泄尘过滤技术的最新发展及未来趋势。

　　前言

　　埃肯公司是国际上金属、材料和技术的公司集团，能在各个工业领域为客户提供服务。

　　埃肯公司的17个生产厂位于巴西、加拿大、冰岛、挪威和美国，并通过遍布欧洲、美洲和亚洲的全球销售办公室融为一体，埃肯公司在1995年的销售额超过14亿美元，并在全世界有5400多雇员。

　　自从50年代末以来，埃肯集团公司已投资1亿多美元的除尘装备和4千多万美元用于研究控制污染和粉尘处理。

　　埃肯公司最初开始从事环境技术工艺得为解决本公司冶金装备所面临的污染问题。获得的成功经验包括空气颗粒过滤、酸气净化、灰及尘处理加工。所有这些工作均由埃肯材料公司过滤及粉末技术部（FPT）进行。

　　埃肯公司在污染控制领域的工作起于五十年代初，公司开始时试验用袋式除尘器净化铁合金炉，结果未获成功。因此公司决定于1966年净化第一台铁合金炉时，在挪威的金属硅炉上安装了干法静电除尘器。然而，由于蒸发水冷却和空气调节作用，产生了大量的腐蚀问题。为减少腐蚀问题，在该厂被彻底关闭前采用了减低空气调节及相当低效除尘的综合解决方法。

　　为净化类似炉体的烟气，于1971年安装了由另一家公司提供的袋式除尘器。该袋式除尘器的性能仍不能满意，主要部件必须完全重做，且将滤袋操作由振动改为空气反吹式。

　　为使埃肯公司的工作能达到最佳决策，埃肯公司研究部在1972－1975年间做了一系列试验，其中包括：

　　·各种纤维织物类型；

　　·各种净化系统；

　　·市售各种除尘器；

　　·气体冷却系统。

　　过滤技术的发展

　　自1974年起，埃肯公司在全世界采用气体反吹净化技术，安装和改装了约80套除尘装备。在埃肯公司工厂内还采用了其它类型除尘器，但总体滤袋寿命较短且滤袋材料使用湿度均较低。

　　在现代加工业中必须进行除尘时，常用的过滤器材料往往无法满足高温和亚微粉尘过滤要求。

　　埃肯急需找到对工业过滤问题的有效解决办法，采用Gore-Tex^®薄膜过滤器材料（W·L　Gore和Associates Inc的注册商标）显出了最好的结果。该材料开辟了袋除尘的新领域──表面过滤。同时继续了对过滤器类型和滤袋材料的研究。自1983年以来，埃肯已用资料证实，埃肯型过滤器与薄膜过滤材料复合使用──表面过滤，对降低投资及运转维修费用有极好的效果。

　　表面过滤技术为用于像煅烧场和燃煤或油的锅炉等提供高效袋除尘器开辟了市场。在1987年埃肯公司安装了安的第一个位于丹麦Skærbækværket的燃煤锅炉中间试验厂。该场成功地运行了5年，这完全归功于埃肯公司目前拥有的技术决窍和除尘器技术。

　　在1990年新的更严格的泄尘浓度规定正在由全世界的各级政府部门推广之际，埃肯公司的技术在净化效率和可靠性方面既能满足今天又能满足未来的需要。

　　表面过滤

　　什么是表面过滤？

　　表面过滤是指将所有灰尘，包括粗的和细的均沉积于过滤器介质（薄膜）表面之上。这样就排除了在过滤介质的纤维之间的空间内形成初始尘块的问题。

　　薄膜可以描述为人造的、严格质量控制的，一经投入使用即有极高除尘效率的工厂应用的初始尘块。在过滤器材料的全部使用期内会保持对袋材料和相对恒定的压力差，多数情况下其寿命超过10年，在有些指定使用期限的情况下滤袋材料还未受损坏。

　　里衬材料的作用

　　里衬材料是与薄膜结合的材料，它对过滤能力无影响，只在袋仓错用和磨损时起到强化作用。对压力和过滤效率无影响，选择聚四氟乙烯（PTFE）薄膜幕与选用纤维介质材料的区别很大。

　　使用Gore－Tex^®玻璃纤维袋的表面过滤

　　薄膜过滤袋是由超细膨胀聚四氟乙烯薄膜涂于里衬材料上组成的。由于是高温应用，故选用玻璃纤维。

　　废气中的全部颗粒在通过布袋室时均直接完全被阻挡在无粘性的聚四氟乙烯表面，而不是在纤维内部或透过纤维形成积块。颗粒被薄膜滤掉。

　　由于薄膜过滤袋是保持清洁的，故空气流动能保持在相对高的水平（能达到传统滤袋的空气流动的3倍），且压力下降（空气阻力）也保持较低，由于薄膜表面光滑和使用了清洁方法（空气反吹净化），当袋被清净后过滤积块则会被放掉，每经过一个净化循环，滤袋均能恢复到几乎全新状态，使其滤过率能维持恒定。

　　这会带来下列好处：

　　·该类除尘器可稳定用于温度高达260℃左右的环境中。

　　·该除尘器的能耗与传统袋式除尘器相比显著降低。

　　·该除尘器允许工艺参数有更大的变化范围。

　　·与传统滤袋相比，该薄膜袋的泄尘明显较低。

　　·对绝大多数工艺，估计的袋寿命为6－10年。

　　将薄膜技术引进到改装纤维织物过滤器时，减少了滤袋数量，用户获得了较高的过滤能力。很明显，该工艺技术对新选装备是一个经济高效且有竞争力的选择。

　　就多数交货除尘工作而言，埃肯技术公司的袋式除尘器是最佳选择。

　　埃肯过滤技术

　　除尘过滤装备的安装被认为是生产线的一个部分，对没有灰尘排放控制的设备将不被允许运行。在投资建造过滤装备时应首先考虑这一点。为保证投资成功，有关关键参数是极重要的，建议按下列的有关步骤选择设备：

　　1、设计过滤装备时将工艺技术诀窍与灰尘处理技术的决窍结合起来

　　在考虑满足工厂运转时，缺乏相差知识可能会导致失败。由于除尘器供应商的工艺经验不足会造成除尘能力不够或太高，从而造成生产损失，操作维修费用高。埃肯公司在上述领域内作为其本身的生产设备和工厂的操作者拥有大量实际经验。

　　埃肯研究发展中心着重从事于不断改进工艺技术和粉尘处理技术，以获得更美好的环境。

　　2、设计除尘过滤系统时既要考虑初始费用又要考虑操作维修费用

　　从合理投资看，脉冲振打与袋式除尘器有相同的价值，由于脉冲振打过滤器的操作维修费用较高（袋寿命短、机械设备多、压缩空气用量大），采用薄膜袋式除尘器则会有交好的综合成本。两种类型除尘器的主要区别是前述的用气量对布袋材料的比率。薄膜滤袋的引用，改变了上述情况。

　　用表面过滤技术与安装传统滤袋除尘器相比，采用埃肯与Gore的复合技术后一次投资费用将节省25%。与传统滤袋材料相比，采用埃肯与Gore的技术，操作费用降低达10%－20%。

　　3、安装简单

　　脉冲振打式除尘器与袋式除尘器相比，由于袋式仓内的转动部件少且有安装更简单的优点，因此有更高的运转时间和极少的关机维修时间。

　　4、不断延长滤袋寿命

　　由于更换滤袋不容易，滤袋的费用是维修费中的大部分。因此应将备件库存减到最小，在进行投资计算时必须考虑维修能力和关机时间。

　　在本公司内既安装了脉冲反吹过滤系统，也有薄膜/玻纤袋式除尘器，有传统玻纤袋式收尘器及配有Nomex^®和聚酯的收尘器，我们的使用经验总结如下：

　　·脉冲振动过滤器安装有笼子及针刺毡滤袋材料（粉尘在滤袋外面被处理掉）；

　　·由于脉冲过滤器系统缩短了袋寿命，其布袋费用（含维修更换）比选用薄膜型的高5倍以上；

　　·以前脉冲振动过滤系统的过滤系数高（气布比）是其最大优点，而目前脉冲振动与薄膜玻纤袋式除尘的过滤系数相当。

　　用聚四氟乙烯薄膜/玻纤袋替代/Nomex^®（杜邦的注册商标）毛毡袋是最佳选择。Nomex^®袋易受潮湿水解且无法承受高于200℃的温度条件。

　　聚四氟乙烯薄膜/纤维玻璃袋比无薄膜的Nomex^®袋更便宜。

　　讨论

　　按照以上4点建议，埃肯作为先导，在其新的过滤装备上应用空气反吹净化技术使用了薄膜技术。

　　埃肯对薄膜袋进行了许多实验工作，以确定最高效的净化方法和对所有工艺运行参数的适应性。每经过一次净化，滤袋可被恢复到几乎全新状态，以便保证其稳定的生产率。由于滤袋变得不再阻滞，气体流通率极高，应感谢滤袋的“喘息”能力。该反吹空气过滤器可以70m/h的速率运行。该速率与脉冲振打过滤器的速度相当。

　　在挪威脉冲式与袋式除尘器在铁合金炉气的净化时都使用。其中14个厂中的9个厂采用埃肯公司的袋除尘技术净化。

过滤器系统对比表

对比项	脉冲振动式	薄膜型埃肯过滤器	玻纤滤袋除尘器
气布比率	80-90m/h	70-90m/h	30-35m/h
温度极限	200℃	280℃	280℃
滤袋类型	聚脂/Nomex	Gore-Tex薄膜/玻纤	玻纤
袋尺寸	0.126×6.0m	0.295×10m	0.292×10m
每袋滤布面积	2.0m2	9.0m2	9.0m2
框架	有	无	无
压力下降	2.0kPa	2.0kPa	2.5kPa
袋寿命	最多达到30个月	6-10年	6－10年
袋成本，维护	是薄膜袋的5倍

在燃煤方面的经验

　　埃肯公司在燃煤锅炉烟气净化方面的工作始于1987年的丹麦中试厂的设备。该中试厂安装了逆流的Haldor Topse SNOX场，从锅炉尾气中催化净化SO₂和NO_x气体，该工艺生产出的硫酸可作为市售产品。经过2年的运行，埃肯的过滤器显示出了极低的泄尘率，且保证了除硫系统的维修费用最小。其泄尘量低于1mg/m³并能保持连续运转。

　　在此中试厂运行其间，在锅　测试了几种煤型，含硫量从低到高。此外埃肯还测试了几个滤袋类型，效果是明显的：就泄尘量及袋损耗而言，采用Gore－Tex^®薄膜袋获得了最好的效果。在此测试期内，运转时间为100%。

　　由于该中试厂的成功测试结果及与其它工艺相映的合理价格，埃肯公司被指定为在丹麦安装除硫场的第一个发电厂用除尘器供应商，该合同于1989年签属，1991年完成，此后又在捷克完成了几个除尘器合同。

　　今天采用表面过滤技术的埃肯袋除尘器可净化约1500000m³/h尾气，且保证泄尘量平均低于10mg/m³。

　埃肯过滤器系统

　　1、采用反吹空气净化的袋式除尘器

　　袋除尘器习惯上采用风机强制吹鼓脏空气一侧，这仍是目前铁合金及冶金行业最常用的过滤技术。由于装配有薄膜滤袋的埃肯过滤器的过滤速度很高，目前根据不同气通量可在温度高达260℃条件下运行。

　　此外，埃肯技术公司还研制了在清洁空气一侧鼓风的闭式空吸过滤器。从功能上讲，该空吸除尘运行原理与传统压力式袋除尘相同，该方法兼有轻柔滤袋净化（较长的袋寿命）、低操作维修费和固定净化气体体积（封闭式除尘）的优点。该空吸除尘的研制尤其适用于火电厂及其它经尾气净化后还需处理（如SO₂/NO_x净化)的工艺，使除尘是整个工艺的一部分。

　　自1989年以来，埃肯公司已完成了几个封闭式袋式除尘器场。其中滤袋均装配了薄膜过滤袋。气体处理能力从48000到1000000m³/h，担保的泄尘量为2到20mg/m³。

　　根据除尘场的空间及位置，为适应客户的需要，埃肯公司可在有限的空间范围内的任何位置特制袋式除尘器，这一点对老的生产设备装配新的除尘装备非常适用。

　　2、处理气体的颗粒过滤

　　根据尾气颗粒过滤的经验，埃肯公司对易燃加工气体的颗粒过滤研制出了独特的干法过滤概念。净化的可燃气体的热值在不污染加工设备的前题下可以开发利用。

　　该过滤概念基于不允许空气进入气流完全封闭的过滤器系统中，滤袋的净化是借助封闭循环系统的反吹气体进行的。

　　在1979年到1984年间，该过滤思想在位于挪威的埃肯公司Bremanger的世界第一台封闭硅铁炉上试验。

　　在这5年的全面安装期内，埃肯公司对不同介质的高温气体过滤气温高达550℃，连同热气体的冷却器、灰尘处理和加工进行了测试。

　　埃肯公司目前可以在埃肯表面过滤技术的基础上提供采用传统滤袋或薄膜袋的全套过滤系统。

　　已经得到定单或在安装中的这类过滤器，在全世界多达10套。

　　灰尘及飞灰处理

　　埃肯公司在粉尘加工，包括运输、成球、储藏及粉尘和飞灰包装方面均有独特的技术。

　　新的高效过滤系统在世界各地应用，同时也产生了新的粉尘处理问题，有些粉尘被证明是有价值的产品，而多数粉尘是无用材料。

　　埃肯公司将粉尘和飞灰处理加工问题与过滤器设计联合考虑，并对采用气力和机械将粉尘从过滤器送至储存和加工设备及储存系统方面拥有行进技术。可销售的材料由埃肯包装场装成适宜的袋或集装箱。但是，世界上过滤出的绝大部分粉尘仍产生处理问题。埃肯技术公司在对各种冶金工艺的粉尘成球方面有广泛经验，并且在埃肯研究部进行的试验证实，由粉尘及飞灰采用或不用外加剂成球、埃肯球化设备中最高处理能力达20t/h。通过成球处理粉尘/石灰，运输及处理问题得到了大大缓解。

　　硅微粉介绍Microsilica^®

　　五十和六十年代，由硅铁或金属硅生产得到的粉尘被认为是废品并须成球抛弃掉。

　　埃肯公司将粉尘加工处理问题与过滤器设计同时考虑。埃肯的研究工作取得了将目前冶金工艺的灰尘用“Microsilica^®”（硅微粉）商标进行市场销售的成就。

　　经由埃肯加密工艺处理后（沿过滤器顺流出），加密料被运往用户。

　　埃肯加密工艺

　　该工艺包括：硅微粉的成球（微小球），以将灰尘形成直径为0.5－1mm的小圆球。成球原因有如下二方面：

　　第一、原始硅微粉的松散密度几乎与烟灰一样细，低于0.2t/m³。行进的微球化工艺使松散密度增加到了0.5－0.6t/m³，这可以降低65%的运输费用及最终用户的费用；

　　第二、由于细度问题硅微粉很难处理，该工艺加工出的材料具有细砂的可处理性。