高效復(fù)合除塵除霧器在炭素行業(yè)煙氣處理中的運(yùn)用

王高 姜樹偉

摘要：在炭素行業(yè)煙氣處理中，通常采用濕式靜電除塵器處理濕法脫硫后的凈煙氣，以達(dá)到煙氣超凈排放的目的，但該法既增加了靜態(tài)投資，又增加了運(yùn)行成本及運(yùn)維費(fèi)用。通過(guò)在吸收塔內(nèi)的高效復(fù)合除塵除霧器，可有效降低凈煙氣中的塵、霧含量，達(dá)到高效低費(fèi)用運(yùn)行效果。

關(guān)鍵詞：炭素;高效;除塵;除霧;脫硫

引言

近年來(lái)，國(guó)家對(duì)環(huán)境污染綜合治理日益重視，環(huán)保要求日益嚴(yán)格，各種含硫氧化物、氮氧化物、粉塵的廢氣排放企業(yè)均被要求收集所有廢氣集中處理后再排放。炭素行業(yè)煙氣排放指標(biāo)也日趨嚴(yán)格。為適應(yīng)環(huán)保形勢(shì)、促進(jìn)企業(yè)綠色發(fā)展，相關(guān)單位陸續(xù)增設(shè)了脫硫裝置、脫硝裝置、除塵裝置及VOCs裝置等。當(dāng)前，“超凈排放”“近零排放”已廣為推廣，炭素行業(yè)當(dāng)前排放指標(biāo)為≤10mg/Nm3，而濕法脫硫后的煙塵類非燃?xì)忸愋袠I(yè)最嚴(yán)格排放指標(biāo)為≤5mg/Nm3，炭素行業(yè)執(zhí)行這一標(biāo)準(zhǔn)將是大勢(shì)所趨。

控制煙塵含量的技術(shù)手段主要包括爐內(nèi)控制產(chǎn)生量、爐后收集排放量?jī)煞N。爐后收集技術(shù)包括各種原干煙氣的電除塵、旋風(fēng)除塵、電袋除塵、布袋除塵等，以及濕法脫硫及脫硫后的除塵。濕法脫硫除塵技術(shù)主要包括塔內(nèi)噴淋控制、加裝除塵除霧設(shè)施以及出塔氣體的濕式電除塵。從現(xiàn)有技術(shù)看，濕式電除塵是保證煙塵超凈排放最有效、最可靠的技術(shù)手段。

1.濕法脫硫后煙塵的來(lái)源

目前，主流濕法脫硫工藝主要有石灰石（石灰）-石膏法、氨-硫酸銨法兩種，這兩種工藝吸收劑及產(chǎn)物的物化特性有較大的區(qū)別，凈煙氣中煙塵的成分也不同。

1.1 原煙氣夾帶

燃料在燃燒過(guò)程中，因氧化不完全，或自身所含不參與氧化反應(yīng)的雜質(zhì)所形成的煙塵，隨原煙氣進(jìn)入濕法脫硫系統(tǒng)。

以炭素煅燒爐為例，其原煙氣中的煙塵主要來(lái)自以下幾個(gè)方面：

（1）生石油焦在煅燒時(shí)，經(jīng)不完全燃燒而形成的炭黑。

（2）生焦中所含水分與高溫爐膛接觸而產(chǎn)生的水蒸氣。

（3）隨上述水蒸氣同時(shí)帶入原煙氣中的細(xì)小生焦顆粒。

（4）爐膛、煙道內(nèi)保溫澆注料等材料經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間使用后脫落的細(xì)小顆粒物。

該部分煙塵進(jìn)入濕法脫硫系統(tǒng)后，一部分被循環(huán)噴淋液洗滌進(jìn)入漿液，還有一部分隨濕煙氣繼續(xù)排放，最終成為脫硫后煙塵的一大來(lái)源。

1.2 石灰石（石灰）-石膏法煙氣脫硫新產(chǎn)生

石灰石（石灰）-石膏法煙氣脫硫工藝采用石灰石（石灰）作為吸收劑，與原煙氣中的SO2反應(yīng)生成CaSO3，再經(jīng)氧化，最終形成CaSO4·2H20，即石膏結(jié)晶。

石膏微溶于水，大量的石膏以晶體形式存在于脫硫后形成的石膏漿液中。漿液由噴淋層自上而下掉落，與煙氣逆向接觸，其中的部分石膏及其他難溶雜質(zhì)隨煙氣中的液滴一并上升，其濃度一般約為20%。

該部分含有固態(tài)物質(zhì)的液滴進(jìn)入除霧器后，經(jīng)碰撞、破碎、冷凝，最終仍有少部分進(jìn)入煙囪，嚴(yán)重時(shí)可形成大片的“石膏雨”，形成脫硫后煙塵的另一大來(lái)源。[1]

1.3 氨-硫酸銨法煙氣脫硫新產(chǎn)生

氨法脫硫工藝采用氨作為吸收劑去除煙氣中的SO2，最終產(chǎn)物硫酸銨具有極易溶解的化學(xué)特性，因此不易產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象。

相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)氨法脫硫的氨逃逸及氨回收率都有嚴(yán)格的要求，即氨逃逸濃度≯10mg/Nm3，氨回收率≮96.5%，但是由于氨法脫硫工藝自身特點(diǎn)以及氨的易揮發(fā)性特點(diǎn)，氨逃逸濃度隨脫硫系統(tǒng)運(yùn)行工況出現(xiàn)經(jīng)常性波動(dòng)，其煙塵主要來(lái)源：

（1）一部分逃逸的氨與部分未被脫除的硫化物生成新的銨鹽。

（2）水汽、銨鹽、SO3等共同形成的氣溶膠。

（3）循環(huán)液對(duì)煙氣進(jìn)行噴淋洗滌時(shí)，部分循環(huán)液被煙氣攜帶，循環(huán)液中的銨鹽通過(guò)飽和及過(guò)飽和濕煙氣的方式逃逸。

氨法脫硫工藝普遍存在的氨逃逸及銨鹽夾帶問(wèn)題造成脫硫后煙塵增加的二次污染。[2]

2.凈煙氣煙塵控制主要技術(shù)

在凈煙氣總煙塵控制技術(shù)中，常采用的設(shè)備有高效除塵一體化技術(shù)、濕式靜電除塵器技術(shù)、管束式除塵器技術(shù)等。

2.1 高效除塵一體化技術(shù)

該技術(shù)要求入塔總塵含量小于20mg/m3，需煙氣入口段增設(shè)篩板洗滌，頂部采用高效折流板除霧器，其除塵除霧原理是慣性攔截除塵除霧技術(shù)，但對(duì)微米級(jí)、亞微米級(jí)塵、霧去除率微乎其微，因此總的除塵除霧率并不高，且在低負(fù)荷時(shí)，因煙氣氣速降低，塵、霧慣性減小，除塵除霧效果更差，該裝置屬于典型的點(diǎn)工況設(shè)計(jì)，運(yùn)行工況離開設(shè)計(jì)點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，除塵除霧率便不好。

2.2 管束式除塵器

管束式除塵器是由許多小直徑旋流板上下串聯(lián)而成，上下旋流板角度不同，氣體通過(guò)旋流板時(shí)產(chǎn)生的離心力不同，塵、霧產(chǎn)生的慣性大小也不同，下部旋流板去除較大粒徑的塵、霧，上部旋流板去除較小粒徑的塵、霧，但原理也是慣性攔截除塵除霧技術(shù)，該裝置也屬于典型的點(diǎn)工況設(shè)計(jì)，對(duì)小顆粒的捕捉效率較低;無(wú)法去除SO3;僅適用于高速氣流工況。該裝置在50%負(fù)荷時(shí)會(huì)發(fā)生攜帶大量液滴煙氣無(wú)法脫除的情況，較低負(fù)荷、低流速時(shí)無(wú)法達(dá)到超低超凈排放要求。

2.3 濕式靜電除塵器

濕式靜電除塵器技術(shù)采用的是高壓靜電場(chǎng)技術(shù)，塵、霧粒子進(jìn)入電場(chǎng)后，與負(fù)離子結(jié)合帶上負(fù)電后，趨向陽(yáng)極表面放電而沉積。

濕式靜電除塵器技術(shù)最早應(yīng)用在硫酸工業(yè)上，至今已有50年以上的應(yīng)用歷史，該裝置屬于典型的全工況設(shè)計(jì)，不存在負(fù)荷變化引起效率降低的問(wèn)題，但對(duì)入口煙氣塵含量太高時(shí)，除塵器的陽(yáng)極板、陰極線需加長(zhǎng)、運(yùn)行電耗增加，增了靜態(tài)投資，又增加了運(yùn)行成本及運(yùn)維費(fèi)用，老塔改造時(shí)，改造工程量大，施工周期長(zhǎng)，能耗高，需要占用脫硫塔以外的空間。

3.高效復(fù)合除塵除霧器介紹

本文介紹了一種高效復(fù)合除塵除霧器，它有降低造價(jià)、運(yùn)行能耗較低、施工周期短的優(yōu)點(diǎn)。

3.1高效復(fù)合除塵除霧器原理

如圖1是高效復(fù)合除塵除霧器原理圖，上部是濕式除塵器的陽(yáng)極管及陰極線，下部是多層旋流板除霧器，當(dāng)氣體從下部進(jìn)入高效復(fù)合除塵除霧器時(shí)，先通過(guò)多層旋流板除霧器除塵除霧，再經(jīng)上部濕式除塵器除塵除霧。最后達(dá)標(biāo)排放。圖2是高效復(fù)合除塵除霧器三維模型圖。

在滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，無(wú)需開啟濕式電除塵器就能滿足超凈排放要求，如開啟將獲得更低的排放數(shù)據(jù)。在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，開啟濕式電除塵器即可滿足排放指標(biāo)要求。

3.2高效復(fù)合除塵除霧器特點(diǎn)

（1）滿足超凈排放要求，工程全工況下達(dá)到<2.5mg/Nm3，實(shí)驗(yàn)工況達(dá)到<1.5mg/Nm3

（2）除塵效率高且運(yùn)行穩(wěn)定

（3）適應(yīng)各種負(fù)荷的全工況運(yùn)行條件

（4）運(yùn)行能耗較低

（5）能有效脫除SO3

（6）施工周期短，不占塔外空間

（7）陽(yáng)極板、陰極線變短、氣速提高，造價(jià)低，約為除霧器+濕電除塵器投資額的1/3

4.高效復(fù)合除塵除霧器工業(yè)應(yīng)用

山東某炭素廠于2016年4月開始對(duì)2×58室陽(yáng)極焙燒爐進(jìn)行提效改造。脫硫系統(tǒng)兩爐共用一塔，除塵采用高效復(fù)合除塵除霧器技術(shù)。工程于2016年6月開工并在9月投入運(yùn)行。

4.1設(shè)計(jì)參數(shù)

表1是山東某炭素廠2×58室陽(yáng)極焙燒爐采用復(fù)合式電極高效除塵除霧器設(shè)計(jì)參數(shù)

在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)（以50%負(fù)荷為例），除塵系統(tǒng)的電耗為101kW，同時(shí)增加增壓風(fēng)機(jī)電耗為40kW（理論值）;在滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，除塵系統(tǒng)的電耗為11kW，同時(shí)增加增壓風(fēng)機(jī)電耗為46kW（理論值）。

4.2運(yùn)行參數(shù)

圖3是高效復(fù)合除塵除霧器在裝置上的運(yùn)行畫面，在煙氣量為264662m3/h，煙氣入口塵含量為28.39mg/m3時(shí)，煙囪處的塵含量為1.73mg/m3，遠(yuǎn)超過(guò)了5mg/m3的排放要求。

5.結(jié)論

（1）高效復(fù)合除塵除霧器采用慣性攔截除塵除霧和靜電除塵除霧技術(shù)的組合，充分利用兩種技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

（2）通過(guò)工程實(shí)踐表明，高效復(fù)合除塵除霧器能實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷工況下的超低排放，滿足工程需要，達(dá)到環(huán)保要求。且在低負(fù)荷條件下的除塵效率可達(dá)到93%以上。

（3）高效復(fù)合除塵除霧器在低負(fù)荷條件下的運(yùn)行電耗雖比滿負(fù)荷下要高出許多，但排放指標(biāo)滿足環(huán)保要求。

參考文獻(xiàn)

[1]陳牧。濕法脫硫后煙囪出口煙氣液滴夾帶問(wèn)題分析及解決。電力建設(shè)，2010，31（10）：80-83

[2]李玲燕，高鵬。濕式電除塵器用于氨法脫硫系統(tǒng)的分析，化工管理，2015，12：143

第一作者：王高（1983—），男，工程師，主要研究方向?yàn)榇髿馕廴痉乐巍?/p>

通信作者：姜樹偉（1971—），男，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)榇髿馕廴痉乐巍?/p>