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摘要：在氧化铝生产过程中，熟料窑电除尘系统的性能对于减少颗粒物排放至关重要。通过将机电一体化技术应用于氧化铝熟料窑电除尘系统的改造，有望实现更高效的除尘效果，达到超低排放的目标。 文章分析了电除尘超低排放改造的难点，包括熟料窑烧结工艺的特殊性、以及超低排放改造考核指标。在理解该技术原理的基础上，以某企业的项目改造为例，深入探讨该技术在实施过程中的应用要点，为氧化铝行业的环保升级提供技术支持和实践参考。

关键词：熟料窑；超低排放；机电一体化

氧化铝熟料窑作为氧化铝生产过程中的关键设备，其烟气排放问题一直是环保领域的热点和难点。传统的电除尘技术虽然在一定程度上能够减少烟气中的粉尘颗粒物排放，但其除尘效果往往难以达到超低排放的标准。

1 熟料窑烟气工况与现场条件

氧化铝回转烧成窑常被业界称为“熟料窑”，其烟气治理难题长久以来一直是铝工业生产中亟待解决的棘手问题。根据最新修订的相关政策，熟料窑除尘装置所排放的大气污染物限值被严格收紧，由原先的100mg/m³大幅削减至10mg/m³，对铝行业的环保合规性提出了更高要求。

某知名铝业企业运营着4座熟料窑，改造前的粉尘颗粒物排放浓度未能满足地方环保要求，且远高于国家新规定的排放标准。

1.1 熟料窑烟气工况特性分析

为了实现超低排放的目标，该企业选取5#熟料窑作为典型案例。该熟料窑的烟气工况特性复杂多变：烟气温度高，波动范围广泛。在正常工况下，气温度介于160摄氏度至230摄氏度之间，但在某些异常情况下，温度可急剧上升至300摄氏度；粉尘浓度普遍超过30克每立方米，某些极端情况下浓度更高；粉尘湿度高，通常保持在30%至40%之间，某些特定情况下可能会超过50%。高湿度粉尘容易在除尘设备内部结露，增加粉尘的黏性，影响除尘效果。

熟料窑烟气中的化学成分与燃煤电厂差异显著，表现为Na2O和CaO的占比较高。粉尘比重轻，在电场中难以有效荷电，增加了振打清灰的难度。同时，Al2O3的高含量增强了粉尘的黏性，导致粉尘的比电阻偏高（见表1）。

1.2 5#熟料窑原电除尘现场条件

5#熟料窑在初始设计阶段，该企业便在每台熟料窑配备两台单室电除尘器，其有效收尘面积为80平方米。然而，随着生产需求的增长和环保标准的提升，该系统逐渐暴露出处理能力不足的问题。2007年，企业实施了电除尘系统的扩容改造。为扩大收尘面积，在电除尘器的入口区域增加了5700毫米的宽度，同时提升了电场的高度。将原有的除尘器升级为92平方米的大型电除尘器，在设备间设置1500毫米的空间，便于运行和检修。

长度方向上，在5710毫米的原有尺寸上加设三个4900毫米的柱距，并预留2000毫米的空间，最后实际总长度为22410毫米。在宽度方向上，电除尘器的柱距设定为7700毫米，避免因宽度过大而带来的结构不稳定问题。阳极板作为电除尘器的核心部件，有利于粉尘在电场中的停留和沉降。

2 实施电除尘超低排放改造的难度

2.1 熟料窑烧结工艺及工况的特殊性

在实施电除尘超低排放改造时，必须充分考虑熟料窑烧结工艺及工况的特殊性。氧化铝由铝土矿制成，在熟料窑烧结工艺中，需将铝土矿加工成浆液。因处理方式为喷浆式，可能导致烟气中含有较高比例的水分。烟气性质特殊，在点火起炉之初，若露点温度高于烟气温度，此时烟气的湿度接近饱和。在高湿度环境下，随着烟气的持续流动，氢氧化铝粉尘能够牢固地黏附于所有流经的金属构件表面，展现出强黏性。此后，表面粉尘不断累积，造成严重的黏附现象。在高湿度水分子的作用下，极板和极线上的飞灰极易发生板结，加剧了电除尘器内部的积灰情况。同时，烟尘中化学成分占比高，其存在显著减小了粉尘粒径。

2.2 超低排放改造考核指标

超低排放治理目标需解决如何在现有电除尘技术的基础上，进一步大幅度降低颗粒物的排放的难题。传统的电除尘技术虽已具备一定的除尘效率，但要达到排放浓度10mg/m3以下的严苛标准，则需要深度优化除尘机制。现有项目普遍采取一次除尘与脱硫协同的组合策略，极大提升了改造的复杂性。

3 电除尘机电一体化协同技术

3.1 新型旋转极板电除尘专利技术

在追求持续稳定超低排放的过程中，电除尘技术普遍面临着因振打操作引发的二次扬尘难题。以往的研究通常采用顺向旋转极板电除尘专利技术，于烟气平行处设置旋转极板，后续再利用钢刷摩擦彻底清理灰尘。然而，在执行机械振打时，阴极系统仍会产生二次扬尘，影响了除尘效率。

与传统技术显著不同的是，新型电除尘技术的多孔旋转收尘极板设置在烟气流动的垂直方向，振打过程中，横置旋转极板的设计可有效拦截二次扬尘。在清灰机构的前端配置阴极系统，再加上钢刷摩擦的辅助清灰，从根本上规避了振打二次扬尘对电除尘出口排放的潜在影响。

在空间利用上，横置旋转极板电除尘技术长达2000毫米，除尘效果却堪比常规电场，在降低粉尘的同时，实现了电除尘的持续稳定超低排放。

3.2 新型三相高效脉冲节能电源技术

新型三相高效脉冲节能电源技术依托于独特的供电机制，实施强制性的开环输出策略，具备瞬态峰值电流大、电压高的优势。与此同时，平均电压与电流则维持在较低水平。通过灵活调整占空比参数，脉冲峰值电压逐级递增，从而精确适配电场特定的供电需求以及粉尘荷电特性。

新型三相高效脉冲节能电源技术优化了电场与粉尘间的相互作用，粉尘颗粒获得了充足的电荷后，更易被电场捕捉和吸附，有效规避了电场中可能出现的“反电晕”现象。

3.3 设备云助手远程无线在线监控技术

电除尘机电一体化协同技术中融入了4G设备，可通过云助手实现远程无线传输与操控。在公司总部的远程管理服务器上集中管理现场上位机，仅在手机端就可以动态监控设备运行状态。通过智能手机判断问题所在，甚至发起设计、生产和技术服务等关键部门的多方会诊，展开及时的故障诊断，共同查找问题根源。若现场设备需要升级，也可在手机随时更新。

对于规模较大的安装任务，该技术可提前规划消缺方案、准备所需材料并安排专业人员待命。一旦具备消缺条件，便能以最快的速度、最优的方式完成消缺工作，恢复设备的最佳状态。

3.4 电除尘顶部电磁振打小分区供电技术

针对黏性粉尘清灰的难题，该技术采用了创新的顶部电磁振打小分区结构设计，通过远程在线方式灵活调整振打参数，包括振打力的大小、振打时序等，为用户提供了极大的便利。氧化铝熟料窑中黏性粉尘的清灰工作特殊，电除尘顶部电磁振打技术的振速和力度更符合实际操作要求。小分区供电的模式能够执行在线循环交替的断电振打操作，在处理黏性粉尘时展现出了更高的效率，为工业除尘领域带来了新的突破。

4 熟料窑电除尘超低排放改造

4.1 提高收尘面积

在现场空间拓展存在实际限制的情境下，如何科学优化布局以最大化收尘面积，成为了一个关键议题。为了减少不必要的重建成本与时间消耗，有效利用既有空间资源，可巧妙利用原有除尘器的中间基础结构，聚焦于宽度维度的调整。在原有土建基础上，将柱距配置拓宽，增设横梁支撑，实现从单室向双室四电场电除尘器的转型升级。在第四电场出口端适当延伸长度，新增第五电场区域，扩容后的电除尘器断面积扩大至224平方米，有利于在有限的现场空间内实现高效能的环保目标。

4.2 改造前后参数选型表

改造后的参数满足了不超过10毫克/立方米的超低排放标准，为企业实现绿色生产、节能减排的可持续发展提供了有力的技术支撑。具体而言，在原有两台单室四电场电除尘器进行优化与升级，力求实现物理空间上的高效利用。改造成224平方米双室五电场高效电除尘器后，电场数增加1个，有效断面积增长21.7%；极板高度增加了3米。在集尘面积方面，总集尘面积从原先的12658平方米大幅提升至20187平方米，增幅高达59.5%。单位面积内的收尘效率得到了极大的增强，比集尘面积提升至121.12m2/m3/s。同时，烟气流速降低，处理时间延长，粉尘驱进速度降低，有助于减少烟气对电除尘器内部的冲刷与磨损，提升整体的收尘效果与稳定性。

5 推广应用效果

2017年底，该企业委托了第三方检测机构全面检测了排放效果，结果显示，粉尘颗粒物的排放浓度为5.18毫克每立方米，远低于国家规定的超低排放标准。项目运行半年后，企业于2018年再次实行检测，排放浓度在规定的超低排放的范围内略有上升，达到了5.75毫克每立方米。2018年底，粉尘颗粒物的排放浓度进一步降低至2.2毫克每立方米，再一次证明了改造技术的卓越性能。自改造项目投入运行以来，粉尘颗粒物的排放浓度始终满足超低排放的改造要求。随后，企业将5#熟料窑的实施经验陆续应用于其他熟料窑。经过改造后，各熟料窑均取得了显著的超低排放效果。

6 结语

综上所述，文章开展了基于机电一体化技术的氧化铝熟料窑电除尘超低排放改造技术与应用研究。该技术融合了旋转极板电除尘、三相高效脉冲节能电源、电除尘顶部电磁振打小分区供电等多项先进技术，实现了氧化铝熟料窑烟气的超低排放。

参考文献：

[1]谢友金，氧化铝熟料窑电除尘器超低排放集成创新技术及其应用.福建省，厦门绿洋环境技术股份有限公司，2018-12-01.

[2]秦念勇，氧化铝熟料窑烟尘超低排放研究及工业应用.山东省，中铝山东新材料有限公司，2018-10-01.