折流板除霧器在濕法磷酸裝置含氟尾氣處理中應(yīng)用的可行性研究

羅海滔，袁萍萍，潘小玉，趙云清

（1. 江蘇攬山環(huán)境科技股份有限公司，江蘇南京 210000；2. 南京醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)生分析檢測(cè)中心，江蘇南京 210000）

0 概述

濕法磷酸生產(chǎn)裝置采用硫酸與磷礦石反應(yīng)制取磷酸，磷礦中一般含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%～4%的氟，在磷酸制取過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定量的氟化氫和氟化硅。含氟尾氣不僅具有較強(qiáng)腐蝕性，還會(huì)對(duì)人體造成非常大的危害，引起骨質(zhì)疏松甚至中毒死亡［1］，所以需要對(duì)其進(jìn)行處理。目前多采取濕法工藝?yán)盟蛘邏A性液體吸收尾氣中的氟化氫和氟化硅。

GB 16297—1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中，對(duì)濕法磷酸生產(chǎn)裝置尾氣中氟化物排放質(zhì)量濃度限值為9 mg/m3［2］。GB 31573—2015《無(wú)機(jī)磷化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)氟化物排放濃度進(jìn)行了調(diào)整，在大氣污染物特別排放限值區(qū)域，氟化物的排放質(zhì)量濃度限值降低到3 mg/m3，要求更為嚴(yán)格。該文件中也明確提出了按照HJ/T 67—2001《大氣固定污染源氟化物的測(cè)定離子選擇電極法》對(duì)氟化物濃度進(jìn)行檢測(cè)，該檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)塵氟和氣氟提出了明確的定義和測(cè)量方法，塵氟和氣氟都將計(jì)入氟化物濃度測(cè)量對(duì)象。綜上所述，未來(lái)濕法磷酸尾氣中氟化物濃度的排放限值將會(huì)大幅度降低，對(duì)氟化物處理的提效升級(jí)迫在眉睫。

1 復(fù)擋除沫器介紹及其在濕法磷酸裝置含氟尾氣處理中存在的問(wèn)題

1.1 復(fù)擋除沫器介紹

濕法磷酸裝置尾氣采用濕法工藝噴淋處理后，會(huì)夾帶大量含氟酸性霧沫，若直接排放到大氣，氟含量超標(biāo)且會(huì)導(dǎo)致氟資源浪費(fèi)，同時(shí)在煙囪下方出現(xiàn)“落雨”現(xiàn)象［3］，需要安裝除沫裝置［4］進(jìn)一步處理，以確保尾氣達(dá)標(biāo)排放。濕法磷酸裝置含氟尾氣濕法處理工藝多采用旋風(fēng)離心除沫器除沫［5］，但效果不理想，目前多改用復(fù)擋除沫器。

復(fù)擋除沫器是在旋風(fēng)離心除沫器基礎(chǔ)上，在筒體內(nèi)部加裝多個(gè)同心圓的隔板（見(jiàn)圖1）。隔板間保持合理間距，在除沫器氣體入口處隔板斷開(kāi)，這些同心圓隔板稱(chēng)為復(fù)擋［6］。氣流進(jìn)入復(fù)擋除沫器后，被復(fù)擋分為多股氣流分別進(jìn)入對(duì)應(yīng)同心圓擋板形成的通道內(nèi)，流動(dòng)過(guò)程中在離心力作用下，氣體中小液滴分離并撞向擋板表面。液滴在擋板表面富集團(tuán)聚，最終在重力作用下落入除沫器底部，氣體通過(guò)除沫器頂部排出，從而實(shí)現(xiàn)高效氣液分離。

圖1 復(fù)擋除沫器結(jié)構(gòu)示意

與旋風(fēng)離心除沫器相比，復(fù)擋除沫器利用內(nèi)部同心圓擋板縮短了小液滴徑向移動(dòng)的距離，提高了氣液分離的效率；同時(shí)在擋板表面形成液膜，對(duì)氣流中的顆粒物也具有一定脫除作用。

復(fù)擋除沫器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作彈性大、效率高、阻力損失小等優(yōu)點(diǎn)，在硫酸和冶金工業(yè)中具有廣泛應(yīng)用。

1.2 復(fù)擋除沫器在濕法磷酸裝置含氟尾氣處理中存在的問(wèn)題

復(fù)擋除沫器的核心是復(fù)擋的設(shè)計(jì)，更多的擋板具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：增加濕潤(rùn)總面積、降低液膜厚度從而減少液滴被氣流二次夾帶［7］。因此內(nèi)部擋板之間的通道寬度僅為0.025 ～0.035 m［6］，其流道為環(huán)形且狹窄細(xì)長(zhǎng)，無(wú)法進(jìn)行有效的在線(xiàn)沖洗，容易引起結(jié)垢或堵塞［8］，而磷酸尾氣處理中會(huì)產(chǎn)生硅膠，更加劇了除沫器的堵塞，為了方便清理，部分廠(chǎng)家在除沫器頂部開(kāi)設(shè)清理孔［8］，但需要停機(jī)清理，且清理困難，無(wú)法保證系統(tǒng)的連續(xù)性與可靠性。

復(fù)擋除沫器的壓降為250 ～1 000 Pa［3，9］，對(duì)引風(fēng)機(jī)的壓頭要求較高，耗電量大。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，磷酸尾氣產(chǎn)生的硅膠在擋板上發(fā)生結(jié)垢甚至堵塞流道，從而加大系統(tǒng)的壓降，導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)處理風(fēng)量降低和系統(tǒng)電耗增加。如果硅膠在風(fēng)機(jī)葉輪上結(jié)垢還會(huì)破壞風(fēng)機(jī)的動(dòng)平衡，縮短風(fēng)機(jī)配件的使用壽命甚至造成風(fēng)機(jī)損壞［10-11］。

由于復(fù)擋除沫器結(jié)構(gòu)特殊，在使用中須單獨(dú)設(shè)立。以某廠(chǎng)200 kt/a過(guò)磷酸鈣含氟尾氣處理系統(tǒng)為例，其復(fù)擋除沫器的尺寸為φ1 800 mm × 3 500 mm，占地面積大，配套管道施工量較大，增加了系統(tǒng)的建設(shè)成本，延長(zhǎng)了建設(shè)周期。

目前復(fù)擋除沫器對(duì)霧沫的處理效率非常高，但是在液氣比提高的情況下，尾氣中攜帶的霧沫將超過(guò)其處理能力，進(jìn)而導(dǎo)致處理后尾氣中夾帶一定量的霧沫［7］。針對(duì)越來(lái)越嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，為了提高尾氣中氟的脫除效率，提高液氣比是一種行之有效的手段，但是復(fù)擋除沫器的處理能力勢(shì)必?zé)o法滿(mǎn)足越來(lái)越嚴(yán)格的排放要求。

2 折流板除霧器

2.1 折流板除霧器簡(jiǎn)介

鑒于復(fù)擋除沫器在濕法磷酸裝置含氟尾氣處理中的局限性，對(duì)其他類(lèi)型除沫器在含氟尾氣處理中應(yīng)用的可行性展開(kāi)分析和研究。在燃煤鍋爐煙氣脫硫中，石灰石-石膏法脫硫技術(shù)已經(jīng)非常成熟，其所用除沫裝置多為折流板除霧器。

折流板除霧器的原理與復(fù)擋除沫器相似，也是在流線(xiàn)連續(xù)變化的情況下，利用氣液兩相向心力不同通過(guò)慣性實(shí)現(xiàn)氣液分離，液滴在擋板或者折板上富集團(tuán)聚最終排出系統(tǒng)（見(jiàn)圖2）。

圖2 折流板除霧器結(jié)構(gòu)示意

2.2 折流板除霧器技術(shù)特點(diǎn)

（1）除霧效率高。復(fù)擋除沫器在液氣比＞4時(shí)，煙囪即會(huì)出現(xiàn)硅膠飛沫［7］。而使用折流板除霧器的燃煤鍋爐為了保證二氧化硫達(dá)到超低排放要求，液氣比已經(jīng)達(dá)到16 ～25，并且此時(shí)煙囪沒(méi)有“石膏雨”情況出現(xiàn)。由此可見(jiàn)，折流板除霧器具有非常高的除霧效率。

含氟尾氣處理系統(tǒng)中，最后系統(tǒng)循環(huán)吸收液的w（H2SiF4）為2%～3%［3］。折流板除霧器除霧效率高，處理后尾氣ρ（H2O）≤75 mg/m3［12］，通過(guò)換算可以得到對(duì)應(yīng)的塵氟質(zhì)量濃度為1.19 ～1.78 mg/m3。因此，含氟飛沫經(jīng)折流板除霧器處理后逃逸量會(huì)大幅度減少。

（2）壓降小，運(yùn)行成本低。燃煤鍋爐尾氣脫硫除霧器部分壓降在設(shè)計(jì)工況時(shí)一般不超過(guò)150 Pa，在正常工況下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后壓降增加不超過(guò)20%［12］。相比復(fù)擋除沫器，壓降更小，運(yùn)行成本更低。

（3）易沖洗。折流板除霧器板間距離為0.02 ～0.05 m，與復(fù)擋除沫器接近，在處理含氟尾氣過(guò)程中也可能出現(xiàn)硅膠堵塞情況。燃煤鍋爐煙氣脫硫多采用石灰石-石膏法，產(chǎn)物為硫酸鈣，微溶于水，且循環(huán)吸收液內(nèi)w（固）約20%，折流板除霧器極易結(jié)垢，從而影響除霧性能、系統(tǒng)壓降和設(shè)備安全。為此，折流板除霧器在使用中都配有沖洗系統(tǒng)，常規(guī)使用中沖洗系統(tǒng)每0.5 ～1.0 h 沖洗1 次，每次沖洗1 ～2 min，除霧器瞬時(shí)沖洗水量?jī)H為1 ～4 m3/（m2·h）［13］。若濕法磷酸裝置含氟尾氣處理系統(tǒng)中采用折流板除霧器，其耗水量遠(yuǎn)低于處理系統(tǒng)水耗，不會(huì)破壞系統(tǒng)水平衡。

（4）安裝方便。折流板除霧器設(shè)計(jì)氣體流速3.5 ～5.5 m/s［13］，與含氟尾氣吸收塔內(nèi)流速基本一致，而且折流板除霧器有著自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通常安裝在吸收塔噴淋層上面，即可實(shí)現(xiàn)除霧效果，不需單獨(dú)另設(shè)設(shè)備來(lái)裝配折流板除霧器。折流板除霧器具體安裝要求：下表面到最高一層噴淋層管道的高度為0.9 ～1.2 m，上表面至吸收塔煙氣出口低端高度差為1.2 ～1.5 m［14］。折流板除霧器的材質(zhì)可以是不銹鋼、聚氯乙烯（PVC）或者聚丙烯（PP）。PP材質(zhì)的折流板除霧器每平方米的質(zhì)量是40 ～50 kg，設(shè)備載荷低，易于支撐和安裝，若對(duì)吸收塔進(jìn)行改造，對(duì)塔體強(qiáng)度影響小，基本都可以滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)要求。

（5）造價(jià)低，易采購(gòu)。折流板除霧器每平方米造價(jià)僅數(shù)百元，非常便宜，其配套沖洗管道或者管件也是常見(jiàn)規(guī)格，價(jià)格低廉。折流板除霧器在燃煤鍋爐煙氣處理中應(yīng)用極為廣泛，因此還具備易采購(gòu)、供貨周期短、質(zhì)量可靠等特點(diǎn)，可以為折流板除霧器在濕法磷酸裝置含氟尾氣處理中的應(yīng)用提供一個(gè)穩(wěn)定可靠的市場(chǎng)環(huán)境。

3 復(fù)擋除沫器與折流板除霧器技術(shù)對(duì)比

復(fù)擋除沫器與折流板除霧器技術(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 復(fù)擋除沫器與折流板除霧器技術(shù)對(duì)比

由表1可知，折流板除霧器除霧效率更高，造價(jià)低，具有可以保證長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的配套沖洗系統(tǒng)，優(yōu)勢(shì)明顯。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著濕法磷酸裝置含氟尾氣排放要求逐步嚴(yán)格，現(xiàn)有復(fù)擋除沫器對(duì)含氟尾氣處理的提效升級(jí)有一定限制。折流板除霧器具有效率高、壓降小、易沖洗、安裝方便、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，可以為含氟尾氣處理的提效升級(jí)提供更多便利，也將在濕法磷酸裝置含氟尾氣處理中得到廣泛的研究、推廣和應(yīng)用。