冷凝協同去除煙氣中顆粒物及可溶性鹽的研究

文_劉鐵軍 湖南中冶長天節能環保技術有限公司

石灰石-石膏濕法脫硫工藝脫硫成本低、脫硫效率高、且效果穩定。廣泛應用于熱電、鋼鐵、焦化、玻璃、水泥等行業的鍋爐和工業窯爐煙氣脫硫。但脫硫前的煙氣經過除塵器，再經過濕法脫硫裝置，顆粒物經過漿液洗滌會去除一部分顆粒物，但是高溫煙氣又會蒸發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，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一步研究，本文主要通過試驗研究在脫硫塔內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 試驗系統

選取某800t/d 玻璃窯爐，試驗系統如圖1 所示。由煙氣管道、靜電除塵器、變頻引風機、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靜電除塵器除去大部分顆粒物，含硫含塵煙氣經風機加壓后引入脫硫塔內，煙氣由下往上一次經過一層托盤、四層噴淋層洗滌，再經過除霧器，然后經過冷凝相變裝置，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行冷卻降溫，降溫后的水又被冷卻水泵送到冷凝裝置循環使用。在脫硫塔進口、除霧器后、冷凝相變裝置后設有檢測孔。

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 試驗系統裝置

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）。

顆粒物手動監測采用嶗應3012H 型微電腦煙塵平行采樣儀，在檢測孔采樣并稱重，根據采集的煙氣量及采樣時的煙氣溫度、含氧量、含濕量等參數，換算得出顆粒物質量濃度。可溶性鹽的測量，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量。

2 顆粒物及可溶性鹽去除機理

含塵高溫煙氣進入脫硫塔，由下到上依次經過托盤、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，達到一定除塵效果。在噴淋層，漿液被噴嘴霧化層液滴，與顆粒物產生慣性碰撞、攔截、布朗擴散等作用，達到一定除塵的目的，同時由于高溫煙氣蒸發了一部分漿液，并帶走了一部分液滴，從而產生新的細顆粒物及霧滴，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生液膜，大大提高了煙氣中的細霧滴與顆粒物同液膜進行慣性碰撞、凝聚的效果，見圖2。

圖2 冷凝相變除塵、除霧滴機理

3 結果及討論

3.1 冷卻水流量

試驗窯爐滿負荷生產，噴淋分為4 層，靜電除塵器電場全部投入，調整冷卻水泵流量，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。因為冷卻水量的增加，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。根據試驗可以得出，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%，顆粒物總去除效率由60% 提高到84%，對可溶性鹽的去除效果達74.5%。

圖3 冷卻水量的影響

3.2 進口煙氣顆粒物濃度

試驗窯爐滿負荷生產，噴淋分為4 層，冷卻水泵全流量運行，通過調節靜電除塵器電場，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定。由此可以看出，進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 進口煙氣顆粒物濃度的影響

4 結語

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生液膜，大大提高了煙氣中的顆粒物及霧滴同液膜進行慣性碰撞、凝聚的效果，從而達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%，顆粒物總去除效率由60%提高到84%，對可溶性鹽的去除效果達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。