濕式靜電除塵器在機制竹炭制備廢氣治理中的應用

盧建湘 丘佳銳

1.龍巖學院 2.福建龍蘭環?？萍加邢薰?/p>

中國竹資源豐富，是世界上產竹量最多的國家之一，竹產業是林業重點發展的十大綠色富民產業之一。竹材因低水分、低灰分、高揮發份、高半纖維素、纖維素含量，以及低木質素含量而被認為是制備生物質炭的最適合的原料之一。工廠機器批量生產竹炭逐步取代傳統木炭生產。在生產竹炭過程中，因對竹粉原料需進行烘干，成型后的炭棒需進行碳化處理，生產過程產生大量含塵含竹焦油廢氣。原來廢氣治理采用水膜除塵設備，隨著經濟社會的發展，國家對環保排放限值的不斷提高，水膜除塵對廢氣中的顆粒物無法達標處理。需采取新的環保治理設施。

某機制竹炭廠竹炭制備廢氣選用濕式靜電除塵器進行凈化，通過合理設計靜電除塵器各系統，除塵器投運后，設備運轉正常，使污染物達標穩定排放，達到良好的社會效益和環境效益。

1 機制竹炭制備生產工藝及廢氣來源

1.1 機制竹炭制備的生產工藝

機制竹炭生產過程中主要有原材料的固化成型和成型棒的炭化兩個流程。

固化成型：竹粉經過粉碎、烘干、分選，然后使用固化成型機械通過加壓方式擠壓成中空棒狀半成品。

炭化過程：在600℃左右的溫度下，成型棒中的竹纖維素和竹焦油被分解，并蒸發棒中水分，使炭固定下來。炭化一般有慢速熱解、中速熱解、和快速熱解等方式，其中因慢速熱解因產率高、產品理化性質更理想等優點成為生物質炭的主要制備工藝。

1.2 機制竹炭制備廢氣來源

竹炭一般含有C、H、O、S、N等主要元素以及K、S、Cl、Mg、P、Al、Na等微量元素，具體種類和數量與竹材的產地和品種等有關。在機制竹炭制備過程中其主要廢氣由兩個方面產生：①在烘干分選環節產生竹屑粉塵，擠壓成型環節由于機械壓力作用產生煙塵；②在炭化環節來自高分子有機化合物的熱解過程，原料中的竹纖維素和半纖維素等受熱分解為小分子化合物。炭化過程產生的煙氣主要是CO2、CO、CH4、C2H4、水蒸氣及少量揮發出的未分解竹焦油和煙塵；以蒸汽存在的物質主要有水汽、竹醋酸、甲醇、竹焦油。竹焦油成份很復雜，主要化合物有竹醋酸、甲醇為主的醇類、醋酸甲酯為主的酯類、丙酮為主的酮類，另外竹焦油還含有一定量的單元酚、二元酚及三元酚。

2 旋風、布袋、水膜、濕電除塵方式性能比較

旋風除塵：靠粉塵的慣性分離，采用多管旋風由于粉塵輕無法被旋風慣性拋離，除塵效率較低，平均80%左右，只能作為初級除塵使用。本項目煙氣含竹焦油不適合采用。

布袋除塵：適合干煙氣工況，除塵效率高，可以達到99.99%，但是煙氣濕度大時容易糊袋。

水膜除塵：水膜除塵可以洗滌煙塵有害物質，除塵效率80%～90%。優點是造價低；缺點為針對顆粒細、重量輕的粉塵去除率低，只能作為初級除塵設施使用。

濕式靜電除塵：利用靜電原理，用噴水等方式使集塵極表面形成一層流動水膜，將吸附在集塵極上的粉塵沖走的電除塵裝置。主要優點：除塵效率高，甚至對亞微米的粉塵都有較高的去除率；結構簡單，占地面積小，操作維護方便；能有效處理高溫、高濕的含塵氣體；廢氣中的氣態污染物可同時去除。

3 機制竹炭制備廢氣治理系統設計

3.1 機制竹炭制備廢氣治理工藝選擇

機制炭制備廢氣濕度大、煙塵含竹焦油、竹醋液及顆粒物，旋風除塵由于除塵效率低，不適合使用。生產過程煙氣濕度大，烘干環節控制不好時火星會帶入后面管道，因此采用布袋除塵容易糊袋及燒袋，也無法使用。水膜除塵只能洗滌粗顆粒粉塵，微細粉塵無法去除，環保排放標準比較低時大部分工廠采用水膜除塵可以滿足環保要求，但是新的環保標準出臺后由于水膜除塵無法去除微細顆粒物，粉塵會超標排放。而濕式靜電除塵攻克了許多技術難題，通過蒸汽相變促進實現PM2.5高效脫除，對PM2.5的去除效率高達93%以上，結合以上分析，在本項目治理工藝采用水膜除塵+濕法靜電除塵治理方式。在濕式電除塵前面增加一級水膜除塵，用于洗滌去除大部分竹焦油和粗顆粒粉塵，減輕后級濕電除塵的負荷。采用此工藝可以實現機制炭制備廢氣煙塵的達標排放，工藝流程見圖1。

圖1 機制竹炭制備廢氣治理工藝

3.2 濕式靜電除塵器設計參數

根據廢氣工況，本項目濕式靜電除塵器設計參數如表1。

表1 濕式靜電除塵器設計參數

3.3 本體材料的選則

由于機制竹炭制備廢氣含大量的竹醋液，煙氣呈酸性，腐蝕性大，殼體選用316L材料，保證外殼長期不腐蝕。

3.4 放電極及收塵極的選擇

內部電場是濕式靜電除塵器的關鍵系統，正確選擇放電極系統和收塵極系統是使用好濕式靜電除塵器的主要因素。由于機制竹炭制備廢氣濕度高，含有竹醋的煙氣具有較強的腐蝕性，極板選擇316L材質。大多數傳統的濕式靜電除塵器使用魚骨針作為放電極，此種電暈線由于只有針尖放電，初始電暈電壓相對比較低，放電性能較弱。鑒于煙氣濕度大需要電流大的特性，本項目采用整體管狀三角型大芒刺線，由于此種電暈線針尖及兩端棱角都能放電，具有低起暈電壓和強放電性能的特點。

3.5 噴淋方式的確定

噴霧效果的好壞直接決定了濕式靜電除塵器的清灰效果及保證電場能否長期高效、穩定運行。根據粉塵特性，極板清灰采用性能優良的霧化噴嘴，保證水膜的均勻連續性。

3.6 控制系統

濕式靜電除塵控制系統由兩部分組成：中頻脈沖高壓電源和噴霧、加熱組成的低壓控制系統?？刂葡到y功能描述如下：

3.6.1 低壓控制系統見

低壓控制系統由噴霧、加熱模塊組成（見圖2）。系統采用西門子1500 PLC作為控制系統，西門子PLC作為工業控制系統，高可靠性高，對環境適應性強；強大的控制功能和豐富的通訊協議滿足不同控制要求；系統快速的運算速度，保證了對復雜程序的快速處理；模塊功能豐富，可處理各種模擬信號。

圖2 低壓控制系統

低壓噴霧、加熱系統可通過觸摸屏進行參數設定，噴霧、加熱的時間和溫度參數可以根據不同煙氣工作情況進行修改，以滿足現場控制要求。噴霧系統可以設置噴霧運行時間、噴霧間隔時間、噴霧循環周期時間、定時打開和關閉時間。加熱系統通過風機的熱風吹掃絕緣瓷瓶，確保絕緣瓷瓶干燥，避免絕緣子高壓爬電問題。加熱器工作狀態通過溫度傳感器反饋給PLC，通過PLC控制使得保溫箱溫度恒定在設定的溫度范圍內。系統運行狀態通過PLC反饋給觸摸屏。通過觸摸屏顯示的系統狀態可以清楚的知道各個單元的工作狀態。

3.6.2 高壓控制系統

高壓控制系統采用三相中頻脈沖調制電源，此電源作為一種先進的新一代電除塵器高壓電源，通過交-直-交工作模式以IGBT 功率管作為逆變控制器件，采用 SPWM 調制原理，可以調制出從幾十到幾千赫茲的脈沖電流，載波頻率可高達3.2kHz。通過調整中頻脈沖電源系統工作頻率可以為不同工況下的電場提供最高的電暈功率，能夠最大限度地激發電場的收塵潛能，與傳統的可控硅調壓控制的電源相比是最先進、可靠的電源，適用于同電除塵器本體及其它特殊用途的電極結構配套，可為除塵、除霧、除焦油、脫水和回收物料等各種應用中提供高壓直流電源。

4 效果評價

該系統于2021年12月施工完成并負載運行，經過168負載調試，除塵器各控制系統穩定正常運行，設備運行良好，尾氣顆粒物達標排放。

5 結語

機制竹炭是將竹材加工廢棄物轉變為生物質燃料的可再生能源，不僅可以改善農村環境，而且可增加農民收入，在處理生產制備過程中產生的廢氣時，只要選擇合適的環保處理設施，能夠使污染物穩定達標排放，即減排節能，對周圍環境造成的影響也大幅減少，具有極高的經濟效益和社會效益。

表2 煙塵排放檢測結果