静电除尘器在黄磷生产中的应用及存在的问题

李贵
云南弥勒市磷电化工有限责任公司云南弥勒 652304
摘要：黄磷作为工业发展的重要原料，在黄磷生产中会产生大量的磷炉气，其中包含大量烟尘。静电除尘器作为高效的气体净化设备，可以将气体中的烟尘快速净化，目前已经在制磷电炉中应用较长时间，具有提高除尘效率，减少泥磷重要功能，通过合理有效的应用静电除尘器，对于减少污染和改善生态环境具有重要作用，但是静电除尘器在黄磷生产中的应用还存在一定问题。本文分析了黄磷生产中静电除尘器的应用，研究其存在的问题并提出对策。
关键词：静电除尘器；黄磷生产；应用；问题
在黄磷生产中，静电除尘器作为重要设备之一，可以有效提高黄磷生产效率、生产质量。静电除尘器自发明出来最早是应用于酸雾排放控制中，但随着不断应用发展，也已经逐渐应用于工业烟气污染治理。目前静电除尘器在冶金烟气、金属氧化物回收得到了广泛应用。在上个世纪30年代，德国最早将静电除尘器应用于制磷装置中，获得了巨大成功。
1、静电除尘器在黄磷生产中的应用
我国最早使用静电除尘器要追溯到上个世纪80年，我国因黄磷生产从德国与前苏联引进多台大型制磷电炉，其中都配备着静电除尘器装置。在结构方面，制磷电炉静电除尘器包括外壳、加热装置、集尘装置、绝缘供电装置、排灰装置、高压干进线装置、气体分布装置、氮气密封装置以及电尘浆搅拌装置。在制磷电炉静电除尘器运行过程中，首先要将工作温度控制在合理范围，其温度是指静电除尘器内的夹套热空气温度与黄磷炉气温度，从节能角度需要将黄磷炉气温度控制在生产运行的最低温度，确保静电除尘器可以正常运行。除此之外还需要对磷蒸汽露点和灰中的有机杂质含量测量分析，综合考虑对黄磷炉气温度的影响。静电除尘器的加热保温方式分为两种，一是在夹套内，煤气或煤气燃烧后的烟气循环保温。这一种方式会存在温度波动较大的情况，甚至还会造成烟气泄漏，造成静电除尘器爆炸情况。二是电加热氮气进行保温，虽然耗电高，但因为安全系数高，可以稳定运行，目前我国大型制磷电炉大多都采取电加热氮气进行保温。
2、静电除尘器在黄磷生产中的问题
2.1投入成本大
通常情况下，一台静电除尘器的建设费用在1000万至2000万左右，除此之外还需要建设相应的配套设施，由于配套设施较为复杂，结构严密，对于制造安装的技术精度要求较高，需要花费高额的维修成本，与此同时对原料制备质量和工艺指标要求非常严格。
2.2资源消耗大
静电除尘器的氮气用量大，电能消耗高，整套静电除尘器用于密封与夹套保温的氮气消耗大约为3603m³/h，并且静电除尘器还需要构建所配套的空分装置，加热器与风机，诸多设备会进一步增高电能消耗。
2.3除尘效率难以达到预期
在设计静电除尘器过程中，需要确保除尘率达到99%以上，并且还需要进行实机运行，确保除尘率指标设计符合要求，静电除尘器运行良好。虽然静电除尘器除尘效率可以维持在90%左右，但是在一般情况下只能达到70%~80%，因此在种种原因下，目前我国中小型制磷电炉的磷炉气除尘没有采取静电除尘器。
3、黄磷生产中静电除尘器应用策略
3.1磷矿资源合理利用
为了让静电除尘器在黄磷生产中得到更好的应用，必须将磷炉气的含尘量有效降低，可以在原料制备环节中安装物料烘干与筛分设备，将物料含水质量控制在1%以内，大幅度减少带入制磷电炉内的粉尘。磷矿作为重要的战略资源，目前在黄磷生产成本中所占的比重越来越大。黄磷生产所需的磷矿质量与成本之间没有正比例关系，所以在黄磷生产中必须对磷矿的化学成分全面分析，合理搭配使用高灼失磷矿并进行预处理，将入炉配合料质量显著改善。对于CO2>3%的原料磷矿，必须严格把控其质量，当CO2含量每升高1%，可以将价格下调10元至15元/吨，因此需要适当采取市场经济手段，尽可能降低磷矿原料中的 CO2含量。黄磷生产企业对于磷矿原料可以设置预处理装，首先对于机械强度较低与高灼失的部分磷矿进行烧结处理，使磷矿利用效率显著提高，并且还可以对磷炉尾气、筛分磷矿再次利用，不但大幅度节约生产成本，同时还有利于贯彻绿色环保理念，有利于黄磷生产企业节支增收，健康持续发展。
3.2制磷电炉技术参数优化设计
在黄磷生产中，磷炉气温度作为重要技术控制指标之一，如果磷炉气温度较高则表明制磷电炉生料层较为薄弱，严重影响炉料的热交换效应，甚至还会造成粉尘过滤效果较差，直接增加磷炉气的粉尘含量。目前大多采用的多电极制磷电炉炉膛内高控制控制在5.5m，其中最高已经达到6.06米，生料层厚度也增加至4米左右，极大程度提高制磷电炉生产效率与生产质量。原本制磷电炉设计过程中考虑的电炉内电极长度增加后断电极概率增加问题很少出现，要想避免发生断电极事故，只要确保电炉内电极容持保持良好，下料均匀，电极受力保持平衡就可以将断电极事故发生概率降到最低。目前我国所生产的石墨电极质量完全符合制磷电炉使用要求，通过控制生料层厚度增加，间接等于过滤层厚度增加，有效减少磷炉器所带出的粉尘，最终达到净化除尘作用。目前我国所应用的多电极制磷电炉装置可以做到控制每吨100kg泥磷量。在应用大型制磷电炉过程中，需要确定磷炉气进入静电除尘器中的温度，要求控制在合理范围内。通常大型磷炉气温度在500℃内，中小型制磷电炉小于150℃。由于多电极制磷电炉的磷炉气在经过冷凝洗涤喷淋塔距离只有5米，所以未设置静电除尘器，因此不需要将磷炉气温度控制过高。所以在正常生产过程中，多电极制磷电炉磷炉气都控制在120℃左右，温度最低在80℃左右，操作更加安全稳定。
3.3加强操作管理
要想降低磷炉气的含尘量，其中关键的是采取科学合理的操作管理，除了要加强设备设计与原料采购的管理，对工艺操作的调整控制也具有极为关键的作用。磷炉气相较于水泥、冶金以及化工等行业所产生的烟气成分更加复杂，其中不但含有磷蒸汽，除此之外还存在CO2、H2S、SiF4、N4以及H2O，由于受到多种元素影响，磷炉气的含尘量和成分也存在较大差异，受到制冷电炉的电气条件、生产工艺、功率、电压以及电流的影响。所以要想将磷炉气含量降低，必须采取科学合理的操作管理方式，要求工作人员严格按照操作规范进行作业，避免因为人为因素造成失误。
4、结语
静电除尘器在制磷电炉中应用可以有效净化气体，提高除尘效率，将泥磷产生量大幅度减少，对于改善环境，减少污染具有重要作用。越来越多的工业企业将配备静电除尘器作为黄磷生产的必要设施，是推动黄磷生产转型升级、减少污染的重要举措。由于磷蒸气具有易冷凝特性，并且在冷凝后难以重新蒸发，目前大多使用的多电极制磷电炉的磷炉气温度较低，所以如果要使用静电除尘器，需要加热磷炉气，将其提高至250℃以上。静电除尘器目前没有在我国中小型黄磷生产装置中推广使用，最根本原因还是成本投入高、技术要求高、炉料质量要求高、出生效率无法达到预期的问题，因此针对这些问题还需要对静电除尘器的密封、加热、吹灰以及置换吹扫等装置优化改善，尽可能降低制造成本与运行成本，提高除尘效率，加强工艺操作科学管理，对磷矿资源合理利用，促进静电除尘装置在黄磷生产行业中的进一步应用。
参考文献
[1]孙志立.静电除尘器在黄磷生产中的应用及存在的问题[J].化肥工业,2017,44(01):20-23.
[2]赵春伟,孙志立.黄磷生产中静电除尘器运行工况分析[J].磷肥与复肥,2016,31(07):27-30.