堿回收爐顆粒物超低排放改造實踐

文_湯建球 何志煒 劉嘉妮 航天凱天環保科技股份有限公司

我國造紙工業堿回收企業有近百家，堿回收爐煙氣凈化以電除塵技術為主，隨著工業窯爐大氣污染物排放標準越來越嚴格，電除塵器出口顆粒物排放無法滿足超低排放要求。本文就堿回收爐煙氣凈化中電除塵技術應用存在的問題，結合脈沖袋式除塵技術在堿回收爐顆粒物超低排放改造工程中的設計要點，以及出現的問題進行分析和總結。

1 堿回收工藝流程和煙氣特點

造紙行業對黑液中的堿進行回收，再供制漿蒸煮使用的循環生產過程稱之為堿回收。不同的原料黑液燃燒的工藝不同，黑液的化學成分并不完全相同。

木漿黑液燃燒工藝流程見圖1。

圖1 木漿黒液燃燒工藝流程

麥草漿黑液燃燒工藝流程見圖2。

圖2麥草漿黑液燃燒工藝流程

堿回收鍋爐的煙氣，由于制漿及燃燒工藝不同而有差別。黑液在堿回收噴射爐中燃燒前都要經過濃縮，木漿濃縮時的黑液濃度為60%～75%，水分為25%～40%；草類漿黑液濃度只有45%～50%，水分為50%～55%。

1.1 粉塵成分

固體主要包括Na2CO3（Na2SO4）、Na2S、R2O3等（含量見表1）；氣體包括CO2、O2、N2、SO2、H2S、有機酸等；還有大量的水汽等。

表1 粉塵中的固體成分含量

1.2 粉塵粒徑

煙氣中含有的煙塵濃度一般為20g/Nm3左右；粉塵粒徑為0.1～1μm（煙塵中粒徑0.1～1μm的約占85%，1～10μm的占5%～10%，＞10μm的約占5%）；真密度約3.1g/cm3，堆積密度為0.13g/cm3。

1.3 粉塵比電阻（見表2）

表2 粉塵比電阻

2 電除塵技術應用存在的問題

根據堿回收工藝流程可以看出，堿回收爐燃燒產生的粉塵具有3個特點：①煙氣含濕量大，粉塵粘性大。②粉塵為堿性粉塵，腐蝕性較大，容易板結。③粉塵的粒徑小，堆積蓬松，容易搭橋，流動性極差。以上特點給電除塵技術對堿爐煙塵凈化帶來極大的挑戰，在工程應用中容易出現電暈封閉、二次揚塵、振打清灰不易、卸灰困難等一系列問題。隨著工業窯爐大氣污染物排放標準越來越嚴格，電除塵器出口顆粒物排放無法滿足超低排放要求，其技術改造勢在必行。

3 改造實例

湖南駿泰新材料科技有限責任公司2200t/d堿爐于2008年建成投產，煙塵處理配套三列三電場電除塵器，每列除塵器后配套1臺引風機將處理后煙氣送入煙囪排放，原設計粉塵排放120mg/Nm3（9%基準含氧量）。因環保排放提標需要，原有電除塵系統不能滿足國家和地方相關超低排放限值的要求，需進行改造，最終將煙塵排放濃度控制至10mg/Nm3以下（6%基準含氧量）。

3.1 改造方案簡述

本項目在原電除塵器與引風機之間增加一套布袋除塵系統，采用低壓脈沖固定行噴吹袋式除塵技術，具備離線清灰，在線檢修功能，布袋除塵器收集的堿灰以濕排灰的方案排放至污水處理系統。控制系統采用DCS集散控制，接入現有堿爐DCS控制系統。

3.2 主要技術參數（見表3）

表3

3.3 設計要點

3.3.1 濾料的選擇

針對堿爐煙氣工況，選用PTFE針刺氈覆膜濾料，100%PTFE基布+PTFE微孔膜，有效阻止水汽、油及細粉塵顆粒進入濾料內部，有利于清灰及延長濾袋正常使用壽命，防止布袋糊袋。

3.3.2 內置旁路系統

為保證堿爐開停機時的高油煙氣、停機后的高濕煙氣不進布袋除塵器，本項目設計內置旁路系統。

3.3.3 控制漏風率

現場所有焊接均為雙面連續焊，并進行滲漏試驗，保證除塵器的漏風率≤1%。

3.3.4 保溫設計

除塵器本體保溫采用200厚巖棉，頂部采用雙層頂蓋設計，確保保溫效果。

3.3.5 灰斗設計

灰斗溜灰角大于65°，鄰壁交角的內側加裝圓弧板，同時采用蒸汽伴熱，保證壁板內部粉塵溫度大于露點溫度。

3.3.6 壓縮空氣管路伴熱

壓縮空氣管路與蒸汽管網并排敷設于煙道表面，有效對壓縮空氣進行預熱，進一步降低壓縮空氣濕度。

3.3.7 氣流均布

為實現氣流均布，采用CFD模擬軟件，按照1：1的比例建立布袋除塵系統全尺度三維模型（見圖3）。

圖3 布袋除塵系統全尺度三維模型

3.4 改造效果

本項目于2021年8月30日投運，投運后系統阻力800～900Pa，煙囪顆粒物排放濃度＜5mg/Nm3（6%基準氧含量）。榮獲2021年度湖南省環境治理優秀示范工程。

3.5 存在的問題及改進

3.5.1 存在的問題

本項目投運以后，粉塵堆積在卸灰口，星型卸灰閥空轉，下灰不暢。

3.5.2 原因分析

本項目采用濕排灰，星型卸灰閥密封性差，排灰過程中濕氣在卸灰閥葉輪處積聚，卸灰口粉塵吸濕板結，導致下灰不暢。

3.5.3 改進措施及效果

經過對現場排灰情況的深入了解，將星型卸灰閥更換為電動雙層翻板卸灰閥，同時灰斗增加清堵空氣炮，改進后下灰順暢，運行穩定。改進前后對比見圖4、圖5。

圖4改進前

圖5改進后

4 結語

2200t/d堿爐顆粒物超低排放改造工程實踐證明，脈沖袋式除塵技術運行穩定可靠，出口顆粒物排放濃度＜10mg/Nm3，為后續堿爐煙氣凈化脈沖袋式除塵技術的應用提供了良好的案例經驗。

通過改造實踐，總結如下：

①針對堿回收爐煙氣工況，濾料推薦采用PTFE針刺氈覆膜濾料，100%PTFE基布+PTFE微孔膜。

②保溫密封設計，將系統漏風率控制在1%以下，是系統穩定運行的關鍵。

③灰斗宜采用蒸汽伴熱，保證溜灰角≥65°，設置清堵空氣炮及電動雙層密封翻板卸灰閥是解決系統排灰不暢的有效手段。

④壓縮空氣宜進行伴熱處理。

⑤針對系統改造宜借助CFD模擬軟件進行全系統流場分析，通過合理設置導流裝置，降低系統阻力，節約能耗。