骨質(zhì)磷酸氫鈣車間煙氣除塵的工藝研究

胡滿深，李宇翔，郭彪，潘柏盛，馮劍峰，林榮灼

（江門市同力環(huán)保科技有限公司，廣東 江門 529100）

1 引言

據(jù)相關(guān)資料預(yù)測(cè)，至2024年，明膠行業(yè)在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)36.43億元。良好的市場(chǎng)前景使得行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日益增加，明膠生產(chǎn)企業(yè)面對(duì)價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)的壓力也越來越大。骨制磷酸氫鈣是明膠產(chǎn)業(yè)的重要副產(chǎn)物，并為明膠產(chǎn)業(yè)帶來巨大收益。但磷酸氫鈣在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量廢水、廢氣和固體廢物。在競(jìng)爭(zhēng)日益激烈以及環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)不斷趨嚴(yán)的行業(yè)大環(huán)境下，對(duì)磷酸氫鈣生產(chǎn)進(jìn)行優(yōu)化改造將是行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。磷酸氫鈣生產(chǎn)優(yōu)化最關(guān)鍵、最迫切需要解決的治理對(duì)象是生產(chǎn)廢氣中的粉塵[1、2]。

目前，煙氣除塵工藝的技術(shù)路線普遍采用除塵設(shè)備進(jìn)行處理，根據(jù)除塵機(jī)理，可分為重力除塵器、旋風(fēng)除塵器、袋式除塵器和電除塵器等幾大類。根據(jù)干濕分類，則可分為干式除塵和濕式除塵兩大類。

重力除塵器和旋風(fēng)除塵器的維護(hù)、操作簡(jiǎn)單，壓損?。?00～1000Pa），但除塵率較低，特別是對(duì)細(xì)微塵粒（粒度＜5μm）的分離效率很低，無法達(dá)標(biāo)排放；袋式除塵器的除塵率高，一般達(dá)98%以上，可捕獲0.1μm粒度的細(xì)微塵粒，但運(yùn)行條件苛刻，除塵效率往往受濾袋性能的約束，在煙溫過高（＞300℃）、煙氣含油、帶腐蝕性或含濕量過高（＞20%）等情況下，會(huì)造成濾袋損壞或出現(xiàn)糊袋現(xiàn)象，影響設(shè)備壽命和運(yùn)作性能；電除塵器的除塵率高達(dá)98%以上，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，但對(duì)粉塵比電阻（適用于104～1011Ω·cm）有一定要求，具有選擇性[3]。

粉塵的濕潤(rùn)性是選擇除塵方式的重要依據(jù)。潤(rùn)濕性較好的親水性粉塵宜選用濕式除塵，而憎水性粉塵，則不宜選用濕法除塵方式。磷酸氫鈣的濕潤(rùn)性較差，在普通濕法噴淋系統(tǒng)中的除塵效率較低。

明膠企業(yè)的骨制磷酸氫鈣生產(chǎn)煙氣中往往含有一定量的氯化鈣，其中氯離子屬于鹵素離子，在一定的條件下（濃度、溫度和濕度），會(huì)與大部分金屬材質(zhì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕作用，選用設(shè)備材質(zhì)時(shí)須全面考慮[4]。

為解決磷酸氫鈣生產(chǎn)車間顆粒物減排問題，國(guó)內(nèi)企業(yè)創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)出一條“粉塵預(yù)荷電+三相紊流筒高效洗滌組合技術(shù)”煙氣除塵工藝路線[5～8]。本文以某明膠企業(yè)的9萬Nm3/h風(fēng)量磷酸氫鈣車間煙氣除塵改造工程為例，為實(shí)現(xiàn)磷酸氫鈣生產(chǎn)優(yōu)化及環(huán)保減排提供技術(shù)借鑒和工業(yè)參考。

2 項(xiàng)目概況

某明膠企業(yè)磷酸氫鈣生產(chǎn)車間，原配備有骨制磷酸氫鈣脫水生產(chǎn)線3條，采用一級(jí)真空吸濾機(jī)+二級(jí)熱風(fēng)烘干組合工藝進(jìn)行脫水處理。其中，一級(jí)真空吸濾機(jī)脫水效率為70%，二級(jí)熱風(fēng)烘干脫水效率為25%，排放出口原配備有水霧除塵器及一個(gè)冷卻塔等收塵裝置。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)檢測(cè)分析，出口顆粒物不能滿足環(huán)保排放指標(biāo)。

原生產(chǎn)工藝及煙氣處理流程見圖1，原始煙氣參數(shù)見表1。

圖1 原生產(chǎn)工藝及煙氣處理流程圖

表1 原始煙氣參數(shù)

3 工藝流程設(shè)計(jì)

“粉塵預(yù)荷電+三相紊流筒高效洗滌組合技術(shù)”除塵減排工藝路線主要由：調(diào)質(zhì)荷電器、WLT三相紊流筒高效洗滌塔、循環(huán)供輔系統(tǒng)三大部分組成。車間排出的含塵廢氣首先經(jīng)過匯總煙道，自上而下通過荷電器，進(jìn)行粒子調(diào)質(zhì)。含塵粒子在荷電器內(nèi)受電場(chǎng)力作用而迅速荷電，增大被水霧捕獲的幾率[9]。煙氣在荷電器內(nèi)流速最高為12m/s，而停留時(shí)間僅為1.3～1.4s，荷電粒子未黏附在陽(yáng)極筒壁放電前即被迅速帶走，隨煙氣從下部進(jìn)入三相紊流筒高效洗滌塔。被調(diào)質(zhì)的廢氣在三相紊流筒高效洗滌塔內(nèi)經(jīng)集能加速器及多級(jí)噴淋層處理，最終達(dá)標(biāo)排放[10]。循環(huán)泵從循環(huán)池內(nèi)抽取循環(huán)液，經(jīng)洗滌塔噴淋捕塵后，由回流管引回沉淀池，經(jīng)多級(jí)沉降，上清液回流循環(huán)池，如此往復(fù)。沉渣或帶水渣漿進(jìn)行利舊處理。磷酸氫鈣車間粉塵處理工藝流程見圖2。

圖2 磷酸氫鈣車間粉塵處理工藝流程圖

4 關(guān)鍵技術(shù)、設(shè)備原理、特征及設(shè)計(jì)參數(shù)

4.1 “粉塵預(yù)荷電技術(shù)”原理

粉塵預(yù)荷電技術(shù)，是指在粉塵進(jìn)入三相紊流筒高效洗滌塔之前通過預(yù)加電場(chǎng)使粉塵顆粒帶上電荷，當(dāng)荷電粉塵顆粒進(jìn)入洗滌塔與噴淋液相混合接觸時(shí)，水分子作為極性分子正負(fù)電中心會(huì)受到庫(kù)侖力作用，與荷電粉塵相互吸引，從而有效增加憎水性磷酸氫鈣粉塵被水霧捕獲的概率。同時(shí)預(yù)荷電還會(huì)使粉塵顆粒發(fā)生碰撞、接觸而黏附并聚合成較大顆粒的粒子，從而進(jìn)一步增加粒子的荷電量及被水霧捕獲的概率，特別適用于粒度0.01～50μm微小粉塵捕集，更利于三相紊流筒高效洗滌塔除塵效率的提高[11、12]。

4.2 “粉塵預(yù)荷電技術(shù)”特征

（1）設(shè)備阻力小、總能耗低。荷電器的總能耗由設(shè)備阻力、供電裝置、熱風(fēng)吹掃裝置、控制設(shè)備的能耗組成。荷電器的阻力損失一般為150～300Pa，在總能耗中所占的份額較低。一般處理1000Nm3/h的煙氣量需消耗電能0.2～0.8kW/h。

（2）處理能力強(qiáng)。荷電器結(jié)構(gòu)易于模塊化，可根據(jù)工況所需選擇電場(chǎng)設(shè)計(jì)數(shù)量，因而可以實(shí)現(xiàn)裝置大型化，大幅提高煙氣的處理量。

（3）耐腐蝕。煙氣中含有一定量的氯化鈣，其中氯離子屬于鹵素離子，在一定條件下（濃度、溫度和濕度）與大部分金屬材質(zhì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕作用。因此，荷電器設(shè)備主體材質(zhì)采用耐鹵素離子電化學(xué)腐蝕的2205材質(zhì)。

4.3 “三相紊流筒高效洗滌凈化技術(shù)”原理

三相紊流筒高效洗滌技術(shù)，是一種高效氣體凈化技術(shù)，具有降溫、除塵等作用。其工作過程為：在圓形筒狀容器中，需凈化的煙氣經(jīng)均氣加速裝置加速并均勻分散，形成多條高速旋轉(zhuǎn)上升的紊流氣流。第一噴淋層對(duì)其進(jìn)行降溫和初步洗滌后，高速的紊流煙氣經(jīng)過紊流液膜發(fā)生裝置時(shí)，與二層噴淋裝置噴出的吸收劑相碰，煙氣高速旋切自由落下的吸收劑，氣液兩相持續(xù)碰撞旋切而互相粉碎，進(jìn)而充分混合，在紊流液膜發(fā)生裝置上的表面形成一層充滿極細(xì)氣泡的紊流液膜。由于含塵廢氣以極細(xì)氣泡形式在吸收劑中高速運(yùn)動(dòng)而被擠壓切割，氣液界面不斷更新，令氣膜不斷被打破的含塵分子濃度與液膜不斷被打破的吸收劑濃度接近氣液主體濃度，傳質(zhì)阻力變小，氣液固三相以巨大的表面積和極小的界面阻力進(jìn)行接觸傳質(zhì)，從而將廢氣中的含塵分子充分捕獲，進(jìn)入循環(huán)池進(jìn)行多級(jí)沉降處理。

4.4 “三相紊流筒高效洗滌凈化技術(shù)”特征

（1）凈化效率高。在空化液層中，微小氣泡在洗滌液內(nèi)處于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，在吸收區(qū)停留時(shí)間較長(zhǎng)，氣液固三相有極高的傳質(zhì)效率。

（2）傳質(zhì)效果好，使用率高。三相紊流筒高效洗滌塔的塔體和所有塔內(nèi)部件均采用耐磨蝕材料制造，無活動(dòng)部件，煙氣流道及吸收液噴淋就能穩(wěn)定運(yùn)行，故障率極低。洗滌塔內(nèi)的旋流除霧器無復(fù)雜構(gòu)件，并具有防堵塞、高效率、易脫落、不凝結(jié)等特點(diǎn)。

（3）運(yùn)行成本低。三相紊流筒高效洗滌塔通過其液膜發(fā)生裝置令煙氣與噴淋液充分而高效混合，大幅降低運(yùn)行所需的液氣比，進(jìn)而降低運(yùn)行能耗，縮小設(shè)備占地面積，減少投資成本。

（4）特種材質(zhì)。洗滌塔塔體、噴淋管件及液膜發(fā)生裝置均采用特種玻璃鋼材質(zhì)，該材質(zhì)具備多項(xiàng)優(yōu)異屬性：1）質(zhì)輕質(zhì)強(qiáng)，相對(duì)密度在1.5～2.0之間，只有碳鋼的1/5～1/4，而拉伸強(qiáng)度則接近甚至超過碳鋼，且強(qiáng)度與高級(jí)合金鋼相近，而拉伸、彎曲和壓縮強(qiáng)度均能達(dá)到400MPa以上；2）耐腐蝕，F(xiàn)RP是良好的耐腐材料，對(duì)一般濃度的酸、堿、鹽以及多種油類和溶劑都有較好的抵抗能力，在采用金屬材料時(shí)，可避免材料與鹵素離子發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；3）可設(shè)計(jì)性好，可根據(jù)需要，靈活設(shè)計(jì)出各種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，從而滿足使用要求，且工藝簡(jiǎn)單，可一次成型，使產(chǎn)品有很好的整體性，縮減加工工序，經(jīng)濟(jì)效果突出[13]。

4.5 主體設(shè)備參數(shù)

（1）荷電器：設(shè)備尺寸Φ2.5m×3.2m；設(shè)備運(yùn)行參數(shù)40kV、100mA，約等于5kW；設(shè)備材質(zhì)為不銹鋼2205；配套功能為陽(yáng)極管反沖洗。

（2）高效洗滌除塵設(shè)備：設(shè)備尺寸Φ3.4m×15m；設(shè)備技術(shù)參數(shù)為處理風(fēng)量9萬m3/h，出口粉塵濃度小于等于120mg/m3；設(shè)備材質(zhì)為耐磨耐溫特種玻璃鋼；配套功能為除霧器反沖洗。

設(shè)備的主要參數(shù)見表2。

表2 磷酸氫鈣車間煙氣除塵設(shè)備主要參數(shù)表

5 效益分析

骨制磷酸氫鈣車間的廢氣排放根據(jù)《廣東省大氣污染物排放限值》（DB44/T 27—2001）中“位于二類控制區(qū)的污染源執(zhí)行二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)”，以及“2002年1月1日起建設(shè)項(xiàng)目第二時(shí)間段限值；第二時(shí)間段建設(shè)項(xiàng)目的工藝廢氣執(zhí)行表2規(guī)定的限值”，原則上，處理后顆粒物的排放指標(biāo)需達(dá)到排放濃度≤120mg/Nm3，排放速率≤4.8kg/h?！胺蹓m預(yù)荷電+三相紊流筒高效洗滌組合技術(shù)”的工藝技術(shù)應(yīng)用后的顆粒物排放指標(biāo)遠(yuǎn)低于目前廣東省內(nèi)執(zhí)行的排放限值。工藝技術(shù)應(yīng)用后的煙氣參數(shù)見表3。

表3 洗滌塔排氣筒煙氣參數(shù)

6 結(jié)語(yǔ)

（1）“粉塵預(yù)荷電+三相紊流筒高效洗滌組合技術(shù)”煙氣除塵工藝路線高效可靠。以某明膠企業(yè)的9萬Nm3/h風(fēng)量磷酸氫鈣車間改造工程為例，該工程項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了排放煙氣顆粒物濃度≤80mg/Nm3，顆粒物排放速率＜1kg/h除塵效果，優(yōu)于省內(nèi)排放限值。聯(lián)合設(shè)備除塵率達(dá)98%以上，可消除排放筒大量揚(yáng)塵現(xiàn)象，改善生產(chǎn)環(huán)境。

（2）經(jīng)濟(jì)效益顯著。配套設(shè)備簡(jiǎn)單有效，吸收液為清水，同時(shí)配合液膜發(fā)生器進(jìn)行氣液混合，噴淋覆蓋率高達(dá)300%，液氣比低至6L/Nm3，具備布置靈活、操作簡(jiǎn)單、能耗低和占地面積小等特點(diǎn)。

（3）配套設(shè)備使用壽命長(zhǎng)。荷電器的主體材質(zhì)采用2205兩相不銹鋼，可有效對(duì)抗煙氣中氯化鈣鹵素離子導(dǎo)致的電化學(xué)反應(yīng)腐蝕，整機(jī)使用壽命達(dá)20年，極板極線壽命根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況而定。三相紊流筒高效洗滌塔主體材質(zhì)采用特種玻璃鋼，耐磨蝕、耐腐蝕且結(jié)構(gòu)、管路簡(jiǎn)單流暢，可有效避免堵塞現(xiàn)象，在＜100℃工況條件下，整機(jī)使用壽命達(dá)25年。

綜上，通過結(jié)合分析煙塵性質(zhì)和行業(yè)特點(diǎn)，采用“粉塵預(yù)荷電+三相紊流筒高效洗滌組合技術(shù)”煙氣除塵工藝路線，具備顯著的環(huán)保減排效益和降低能耗的經(jīng)濟(jì)效益，并能長(zhǎng)期保證設(shè)備的高效穩(wěn)定。該工藝可為廣東省乃至全國(guó)的明膠企業(yè)骨制磷酸氫鈣生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)減排優(yōu)化提供一種可行可靠的技術(shù)參考和工藝借鑒。