糖廠鍋爐煙氣治理可行性方案的研究

鄧江遙，梁豐全，張 吉

（1.廣西鳳糖生化股份有限公司柳城糖廠，廣西 柳州 545299；2.廣西鳳糖六塘制糖有限責(zé)任公司，廣西 柳州 545212）

0 引言

目前，甘蔗糖廠通常以蔗渣和蔗髓并輔助以煤粉作為鍋爐燃料。鍋爐的煙氣中除了含有大量的溫室氣體CO2外，還有SO2和氮氧化物等有害氣體，以及未充分燃燒的顆粒物，這些都給大氣環(huán)境治理帶來了巨大的壓力［1-3］。作為中國(guó)夢(mèng)的一個(gè)重要組成部分，“美麗中國(guó)”的生態(tài)文明建設(shè)目標(biāo)在黨的十八大第一次被寫進(jìn)了政府工作報(bào)告。十九大更是對(duì)生態(tài)文明建設(shè)進(jìn)行了更加深刻的闡述，其中就指出“提高污染排放標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)化排污者責(zé)任，健全環(huán)保信用評(píng)價(jià)、信息強(qiáng)制性披露、嚴(yán)懲重罰等制度”。廣西壯族自治區(qū)環(huán)保廳也于2016年4月明確提出甘蔗制糖企業(yè)蔗渣鍋爐要執(zhí)行GB 13271-2014標(biāo)準(zhǔn)，即鍋爐煙氣顆粒物排放濃度≤80mg/m3、NOx排放濃度≤400mg/m3［4］。因此，通過有效的方法和技術(shù)凈化糖廠的鍋爐煙氣，是每個(gè)制糖企業(yè)必須解決的難題。甘蔗糖廠的煙氣具有含水率高、SO2濃度不高、粉塵堆密度小、粉塵濃度易受爐膛溫度影響和粉塵濃度高的特點(diǎn)［5］。眾多學(xué)者對(duì)甘蔗糖廠的煙氣改造做了研究，何華柱等人利用煙氣飽充混合汁，不僅有效去除了煙氣中的二氧化碳，且產(chǎn)生的CaCO3還能有效去除混合汁中的非糖分和降低色值，該方案已經(jīng)在幾家糖廠進(jìn)行了中試［6］。黃進(jìn)英等人提出了三步法脫除糖廠煙氣中氮氧化物的方案，可使氮氧化物排放低于100 mg/m3［7］。李云飛設(shè)計(jì)了糖廠自動(dòng)化脫硫系統(tǒng)，能有效減小傳統(tǒng)的脫硫的工作量［8］。此外，為了應(yīng)對(duì)環(huán)保部門提出的新要求，各個(gè)糖廠也紛紛提出不同的改造方案，如布袋除塵［9］、電離除塵［10］、斜切割式煙氣除塵［11］和水膜除塵［12］等，雖然取得了一定的成果，但是受限于較高的改造費(fèi)用和各個(gè)廠的實(shí)際情況差異，還未得到真正的推廣。

動(dòng)力波（Dyna wave）洗滌技術(shù)是一種新型的煙氣凈化技術(shù)，具有投資成本低、凈化效果好、不易堵塞和操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，其在煙氣凈化中領(lǐng)域良好的應(yīng)用效果已經(jīng)被眾多學(xué)者的研究所證明［13-15］。我廠通過一系列的鍋爐本體改造，增加新的動(dòng)力波除塵設(shè)備后，鍋爐煙氣顆粒物排放濃度≤80mg/m3、NOx排放濃度≤400mg/m3，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

1 項(xiàng)目改造前

1.1 設(shè)備配套情況

我廠使用50t/h和60t/h兩臺(tái)鍋爐，均為90年代的蔗渣煤粉爐，設(shè)計(jì)初衷是既能燃燒蔗渣又能燃燒煤粉。除塵方式均為：文丘里加麻石水膜除塵模式，具體流程見圖1。

圖1 改造前的鍋爐煙氣排放模式

由圖1可知，鍋爐燃燒產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過文丘里通道，利用其填料塔良好的傳質(zhì)效果及噴淋技術(shù)形成的水膜達(dá)到對(duì)煙塵的去除。麻石水膜除塵技術(shù)作為一個(gè)成熟可靠的除塵技術(shù)，也廣泛用于工業(yè)鍋爐除塵中，它是利用水在以花崗巖為原料制成的麻石上形成的水膜與切線方向進(jìn)入的煙氣接觸，以達(dá)到吸附回收的目的。經(jīng)這兩種除塵技術(shù)處理的煙塵的去除效果顯著，且技術(shù)和設(shè)備成熟。

1.2 設(shè)備使用情況

由于原有的兩臺(tái)鍋爐均為蔗渣煤粉爐，但是現(xiàn)在都是燃燒蔗髓，所以不僅會(huì)造成蔗髓的浪費(fèi)，燃燒效率也不高。改造前兩臺(tái)爐進(jìn)入除塵系統(tǒng)前的煙塵初始濃度高達(dá)2300～2600mg/m3。由于我廠使用酒精廢液添加進(jìn)除塵水里面，麻石水膜除塵效果也不理想，煙氣排放煙塵濃度76～110mg/m3，且煙氣帶水。

2 項(xiàng)目改造

我廠在2016年檢修期對(duì)鍋爐煙氣排放不理想的問題進(jìn)行有針對(duì)性的技術(shù)改造，改造分為兩個(gè)內(nèi)容：鍋爐部分改造和煙氣除塵設(shè)備改造。

2.1 鍋爐部分改造

針對(duì)原來蔗渣煤粉爐燃燒蔗髓效果差的問題，我們專門對(duì)兩臺(tái)爐進(jìn)行了改造，改造了幾個(gè)主要的部位：第一，減小了爐排面積，對(duì)爐排重新布置，對(duì)爐排孔的大小重新計(jì)算和設(shè)計(jì)；第二，重新排布了爐底進(jìn)風(fēng)的布局和風(fēng)量等，請(qǐng)專家對(duì)進(jìn)風(fēng)量進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)；第三，增加了爐內(nèi)三次風(fēng)，讓蔗髓在爐內(nèi)燃燒更加完全；第四，改造了爐內(nèi)的一些其它部位，提高燃燒效果，使進(jìn)入除塵系統(tǒng)前的煙氣初始濃度從2300～2600 mg/m3降至2000～2200 mg/m3，提高了燃燒效率。改造后在2016/2017年榨季我廠的蔗渣打包率提升了0.9個(gè)百分點(diǎn)。

2.2 煙氣除塵設(shè)備改造

2.2.1 改造原理

改造后的鍋爐使用濕式除塵器進(jìn)行除塵，它是一種能使鍋爐煙塵與水滴接觸并發(fā)生慣性碰撞及其他相互作用力捕集顆粒的裝置。在該除塵器中煙氣可通過與預(yù)先分散、霧化的水滴（水膜）接觸或氣體沖擊水層鼓泡的形式接觸。利用這兩種接觸方式除塵是基于煙氣與水滴進(jìn)入除塵器后有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，水滴有環(huán)繞氣膜作用，當(dāng)煙氣接近水滴時(shí)，煙氣流線將繞過水滴并由直線變?yōu)榍€，而粒徑和密度大的塵粒則在慣性作用下保持原來的流線與水滴相撞，凝聚成大顆粒并被帶走。因此，水滴的霧化程度越高、塵粒密度及粒徑越大、相對(duì)速度越高，兩者的碰撞的機(jī)率越大，除塵效果越好，該除塵器就是以此為基礎(chǔ)進(jìn)行改造的。

2.2.2 改造方案

鑒于本廠之前采用酒精廢液加入除塵水進(jìn)行煙氣除塵，由于酒精廢液的加入使除塵水黏度增大，導(dǎo)致水膜除塵效果不理想。因此，結(jié)合考慮實(shí)際場(chǎng)地及除塵投入的性價(jià)比，我廠決定引入動(dòng)力波（Dyna Wave）除塵技術(shù)，該技術(shù)在國(guó)外已普及，廣泛用于冶金、建材、化工等行業(yè)［16］。該設(shè)備具有小巧、制作簡(jiǎn)單、占地面積小、投入合理，煙氣除塵效果能夠滿足我廠需求等優(yōu)點(diǎn)。改造后的除塵流程，見圖2。新增動(dòng)力波設(shè)備簡(jiǎn)圖，見圖3。

由圖2和圖3可知，改造后的爐氣排放模式較之前的添加了動(dòng)力波除塵設(shè)備。動(dòng)力波技術(shù)的使用可使煙氣和吸收液接觸時(shí)產(chǎn)生泡沫區(qū)，從而達(dá)到煙氣驟冷、酸性氣體脫除、粉塵脫除的目的，此外塔內(nèi)布置的氧化管道可以有效地將亞硫酸鹽氧化成硫酸鹽，從而在塔內(nèi)初步完成脫硫除塵［17］。在此基礎(chǔ)上再采用麻石除塵技術(shù)可以有效去除煙塵中的氮氧化物，還能減少后續(xù)成本。

2.3 主要煙塵處理設(shè)備主要技術(shù)性能及參數(shù)

圖2 改造后的鍋爐煙氣排放模式

圖3 新增動(dòng)力波設(shè)備說明簡(jiǎn)圖

本廠采用的煙塵處理在煙塵處理塔塔體中進(jìn)行，該塔體內(nèi)設(shè)有電動(dòng)裝置、動(dòng)靜連接裝置、旋轉(zhuǎn)噴嘴、塔內(nèi)、外給水裝置等用于提供去除煙塵所需要的條件，處理量可達(dá)到180000m3/h，處理后的煙氣濃度（70mg/m3）達(dá)到排放要求。該處理設(shè)備主要技術(shù)性能及參數(shù)見表1。

2.4 改造前后煙塵處理效果對(duì)比

為了比較處理前后本廠的煙塵處理效果，本廠分別對(duì)處理前后氮氧化物和煙塵實(shí)測(cè)濃度平均值（03/01-Avg）和折算濃度平均值（03/01-ZsAvg）的在線數(shù)據(jù)進(jìn)行為期四個(gè)月的在線數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表2和表3。

由表2和表3可以看出，改造后的氮氧化物的實(shí)測(cè)濃度平均值和折算濃度平均值明顯較改造前的低，最大減小率分別是48.44%和56.12%，最小減小率分別是22.13%和21.64%；同時(shí)煙塵的實(shí)測(cè)濃度平均值和折算濃度平均值較之前也有較大幅度的下降，最大減小率分別是41.03%和36.13%，最小減小率分別是32.22%和25.20%。這表明，經(jīng)改造后鍋爐對(duì)氮氧化物和煙塵的去除有明顯效果，該系統(tǒng)可以更多的降低污染物的排放，在符合國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)對(duì)環(huán)境的保護(hù)也大有裨益。

表2 改造前氮氧化物和煙塵的在線數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 單位：mg/m3

表3 改造后氮氧化物和煙塵的在線數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 單位：mg/m3

3 結(jié)論及展望

全國(guó)食糖年均消費(fèi)量約1400萬(wàn)噸，制糖工業(yè)在其中發(fā)揮著重要作用，但制糖過程中產(chǎn)生的煙塵也不容忽視。尤其是對(duì)甘蔗產(chǎn)量占全國(guó)60%的廣西而言，如何有效治理制糖過程中產(chǎn)生的煙塵是亟待解決的問題。傳統(tǒng)的煙氣治理是采用麻石水膜除塵器，這種采用麻石制作的“立式/臥式文丘里+旋風(fēng)水膜/旋流板除塵器”為主的濕式除塵工藝，具有投資適當(dāng)、維修成本低、方便管理等特點(diǎn)，大部分能滿足煙塵排放濃度≤200mg/m3舊的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。但隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，煙塵排放濃度的要求也在提高（≤80mg/m3），單純依靠麻石水膜不足以達(dá)到要求，因此本廠在原來的除塵模式的基礎(chǔ)上引入動(dòng)力波除塵設(shè)備，并成功用于實(shí)踐。進(jìn)入該除塵系統(tǒng)前的煙氣初始濃度降至2000～2200mg/m3，并使2016/2017年榨季我廠的蔗渣打包率提升了0.9個(gè)百分點(diǎn)。該設(shè)備的投入不多，占地不大，不需要另外改動(dòng)其它的設(shè)備，投入產(chǎn)出性價(jià)比很高，能滿足GB13271-2014標(biāo)準(zhǔn)中蔗渣鍋爐煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)，值得推廣。

目前我廠改造的方案可以滿足煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)，但隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保要求的提高，探索新的方法解決除塵問題尤為迫切。借鑒火力發(fā)電正在探索的除塵工藝，有三個(gè)工藝可供探索：袋式除塵、電袋復(fù)合除塵、濕式電除塵。這三種除塵工藝各有優(yōu)缺點(diǎn)，前兩種工藝的除塵效率高，但布袋壽命不長(zhǎng)，成本較高。后一種除塵工藝具有適用范圍廣，操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但需與其它除塵設(shè)備配套使用。隨著技術(shù)的進(jìn)步，這些方法可能在煙塵處理上有廣闊的應(yīng)用前景。