冷凝協(xié)同去除煙氣中顆粒物及可溶性鹽的研究

文_劉鐵軍 湖南中冶長天節(jié)能環(huán)保技術(shù)有限公司

石灰石-石膏濕法脫硫工藝脫硫成本低、脫硫效率高、且效果穩(wěn)定。廣泛應(yīng)用于熱電、鋼鐵、焦化、玻璃、水泥等行業(yè)的鍋爐和工業(yè)窯爐煙氣脫硫。但脫硫前的煙氣經(jīng)過除塵器，再經(jīng)過濕法脫硫裝置，顆粒物經(jīng)過漿液洗滌會去除一部分顆粒物，但是高溫?zé)煔庥謺舭l(fā)一部分脫硫漿液形成新的顆粒物，且濕法脫硫后的煙氣相對濕度處于飽和狀態(tài)，煙氣含有較多的霧滴和水蒸氣，而可溶性鹽也存在于煙氣帶走的霧滴中。據(jù)研究，通過霧滴排放的可溶性鹽顆粒物占總顆粒物的為60%。對脫硫后煙氣中的可溶性鹽的去除還有待進(jìn)一步研究，本文主要通過試驗(yàn)研究在脫硫塔內(nèi)增加冷凝相變裝置對顆粒物及可溶性鹽的去除效果。

1 研究方法

1.1 試驗(yàn)系統(tǒng)

選取某800t/d 玻璃窯爐，試驗(yàn)系統(tǒng)如圖1 所示。由煙氣管道、靜電除塵器、變頻引風(fēng)機(jī)、脫硫塔（含漿液池、攪拌器、噴淋裝置、托盤、除霧器、冷凝相變裝置），噴淋泵、冷卻水泵（變頻控制）、冷卻塔、地坑、攪拌器、地坑泵等組成。

玻璃窯爐出口煙氣經(jīng)靜電除塵器除去大部分顆粒物，含硫含塵煙氣經(jīng)風(fēng)機(jī)加壓后引入脫硫塔內(nèi)，煙氣由下往上一次經(jīng)過一層托盤、四層噴淋層洗滌，再經(jīng)過除霧器，然后經(jīng)過冷凝相變裝置，最后通過煙囪排放。托盤由多孔板組成；噴淋裝置由管道和噴嘴組成，噴嘴均勻覆蓋整個塔截面；冷凝裝置由列管組成，管內(nèi)走冷卻水，管外走煙氣，換熱后的高溫冷卻水被送到冷卻塔進(jìn)行冷卻降溫，降溫后的水又被冷卻水泵送到冷凝裝置循環(huán)使用。在脫硫塔進(jìn)口、除霧器后、冷凝相變裝置后設(shè)有檢測孔。

脫硫塔直徑5.2m，整體塔高30m；噴淋泵流量800m3/h，冷卻水泵流量400m3/h，水溫約28℃。

圖1 試驗(yàn)系統(tǒng)裝置

1.2 檢測方法

顆粒物測試方法：《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法》（GB/T16157）和《固定污染源廢氣低濃度顆粒物的測定重量法》（HJ836-2017）。

顆粒物手動監(jiān)測采用嶗應(yīng)3012H 型微電腦煙塵平行采樣儀，在檢測孔采樣并稱重，根據(jù)采集的煙氣量及采樣時的煙氣溫度、含氧量、含濕量等參數(shù)，換算得出顆粒物質(zhì)量濃度?？扇苄喳}的測量，用與脫硫塔出口溫度相同的工藝水溶解搜集下來的顆粒物，然后測量剩下無法溶解的顆粒物質(zhì)量。

2 顆粒物及可溶性鹽去除機(jī)理

含塵高溫?zé)煔膺M(jìn)入脫硫塔，由下到上依次經(jīng)過托盤、噴淋裝置、除霧器、冷凝相變裝置，最后排入煙囪。煙氣和漿液在托盤層表面產(chǎn)生一定厚度的液泡層，一部分顆粒物通過漿液洗滌、氣液傳質(zhì)，達(dá)到一定除塵效果。在噴淋層，漿液被噴嘴霧化層液滴，與顆粒物產(chǎn)生慣性碰撞、攔截、布朗擴(kuò)散等作用，達(dá)到一定除塵的目的，同時由于高溫?zé)煔庹舭l(fā)了一部分漿液，并帶走了一部分液滴，從而產(chǎn)生新的細(xì)顆粒物及霧滴，霧滴中含有可溶性鹽。除霧器通過折流使煙氣產(chǎn)生離心力與壁面碰撞，而將大部分霧滴截留下來。飽和濕煙氣流過冷凝裝置低溫壁面，溫度降低，煙氣中的水蒸氣在壁面冷凝產(chǎn)生液膜，大大提高了煙氣中的細(xì)霧滴與顆粒物同液膜進(jìn)行慣性碰撞、凝聚的效果，見圖2。

圖2 冷凝相變除塵、除霧滴機(jī)理

3 結(jié)果及討論

3.1 冷卻水流量

試驗(yàn)窯爐滿負(fù)荷生產(chǎn)，噴淋分為4 層，靜電除塵器電場全部投入，調(diào)整冷卻水泵流量，觀察冷凝前后顆粒物總排放濃度及可溶性鹽濃度變化情況如圖3 所示，隨著冷卻水量增加，顆粒物總排放濃度及可溶性鹽濃度顯著減少，而后趨于緩慢。因?yàn)槔鋮s水量的增加，使壁面液膜增加，提高了霧滴與顆粒物的碰撞概率，當(dāng)濃度降低到一定程度，碰撞的概率又減小了，所以又會趨于緩慢。根據(jù)試驗(yàn)可以得出，增加冷凝相變裝置后，可溶性鹽占顆粒物總排放量由63%降至42.8%，顆粒物總?cè)コ视?0% 提高到84%，對可溶性鹽的去除效果達(dá)74.5%。

圖3 冷卻水量的影響

3.2 進(jìn)口煙氣顆粒物濃度

試驗(yàn)窯爐滿負(fù)荷生產(chǎn)，噴淋分為4 層，冷卻水泵全流量運(yùn)行，通過調(diào)節(jié)靜電除塵器電場，觀察冷凝前后顆粒物總排放濃度及可溶性鹽濃度變化情況如圖4 所示。脫硫塔進(jìn)口煙氣顆粒物濃度越高，冷凝前后顆粒物總排放濃度越高，冷凝前后可溶性鹽濃度基本保持穩(wěn)定。由此可以看出，進(jìn)口煙氣顆粒物濃度的增加對冷凝裝置除顆粒物及可溶性鹽的效率沒有影響，但排放總量增加了。

圖4 進(jìn)口煙氣顆粒物濃度的影響

4 結(jié)語

在脫硫塔除霧器后面增加冷凝相變裝置，飽和濕煙氣流過冷凝裝置低溫壁面，煙氣中的水蒸氣在壁面冷凝產(chǎn)生液膜，大大提高了煙氣中的顆粒物及霧滴同液膜進(jìn)行慣性碰撞、凝聚的效果，從而達(dá)到去除顆粒物及可溶性鹽的目的。

增加冷凝相變裝置后，可溶性鹽占顆粒物總排放量由63%降至42.8%，顆粒物總?cè)コ视?0%提高到84%，對可溶性鹽的去除效果達(dá)74.5%。隨著冷卻水量增加，顆粒物總排放濃度及可溶性鹽濃度顯著減少，而后趨于緩慢。

脫硫塔進(jìn)口煙氣顆粒物濃度的增加對冷凝裝置除顆粒物及可溶性鹽的效率沒有影響，但排放總量增加了。