環集系統排放煙氣顆粒物異常的原因分析及對策

王溥崢，王元璞，秦 茜，張偉明，葉新軍

（金川集團股份有限公司鎳冶煉廠，甘肅金昌 737100）

隨著工業經濟的發展，我國已成為制造業大國。工業生產中會產生SO2、NO2、可吸入顆粒物等大氣污染物，近年來國家逐步提高大氣污染物排放限制，以緩解對環境的污染。某企業環集系統主要處理火法爐窯的環集煙氣，設計處理煙氣量280 000 m3/h。該系統在2021年2月開始出現煙囪出口顆粒物濃度頻繁波動的情況，技術人員結合系統各項參數指標和現場情況分析顆粒物的來源及特性，提出了相應的解決措施。

1 工藝簡介

某企業環集系統煙氣脫硫采用鈉堿法濕法脫硫工藝，該工藝的脫硫劑通常采用液堿[w(NaOH)30%]或純堿。含有二氧化硫的煙氣與配制好的稀堿溶液進行吸收反應，得到亞硫酸氫鈉吸收液；吸收液中加入配制好的稀堿進行中和反應得到濃度適中的亞硫酸鈉中和液；中和液通過升溫、除雜、過濾、蒸發、離心分離、干燥包裝，得到無水亞硫酸鈉成品[1]。

該企業環集煙氣來源于4臺火法爐窯，脫硫工藝流程見圖1。

圖1 環集煙氣脫硫工藝流程

煙氣經風機正壓輸送進吸收塔，與逆噴頭和噴淋層處的噴淋液逆流接觸，煙氣中的SO2與堿液進行反應，脫硫后的煙氣經過濕式電除霧器除去煙氣中的顆粒物后，從煙囪頂部排放，經過吸收后產生的脫硫液由于成分復雜，無法生產高純度的無水亞硫酸鈉產品，因此集中至白鋼罐后統一送往廢水處理站進行處理。

2 運行情況

環集系統在2021年2月15—28日有2個小時平均顆粒物濃度數據超標，3月1—9日有2個小時平均顆粒物濃度數據超標，具體情況見圖2和圖3。

圖2 2月15—28日煙囪出口小時平均顆粒物濃度

圖3 3月1—9日煙囪出口小時平均顆粒物濃度

由圖2和圖3可以看出：煙囪出口小時平均顆粒物濃度波動大，且存在比較穩定的波動周期（約2 h一個周期），部分時段煙囪出口顆粒物高值可達到尾氣排放指標的87.5%以上，存在尾氣超標風險。企業需要及時查明原因，做出相應的調整，確保尾氣排口全時達標外排。

3 檢查系統各項運行指標

3.1 電除霧器

環集系統電除霧器運行正常，長期3檔運行，從2月26日至3月9日電除霧器二次電流、二次電壓的監測數據來看，電除霧器二次電流運行比較穩定，在120 mA左右，而二次電壓在30 kV上下波動，判斷其原因主要是由煙氣流速和顆粒物濃度的波動導致。

3.2 噴淋洗滌層

環集系統噴淋層和逆噴管具有洗滌煙氣、增加霧化效果的作用。系統長期開啟4臺循環泵，且循環泵運行正常。檢查逆噴管前端壓力，壓力穩定在0.29 kPa左右，正常情況下環集顆粒物(ρ)日均值為37～40 mg/m3，說明噴淋層和逆噴管造成的系統壓降維持穩定，噴淋層和逆噴管運行正常。

3.3 電除霧器沖洗水閥

2月28日系統配合前端火法爐窯進行檢修，期間檢查電除霧器和噴淋層的噴淋情況，發現噴淋管無堵塞，但電除霧器陽極模塊積灰較多，對電除霧器沖洗水管進行檢查，發現沖洗水噴頭存在堵塞情況，主要是由樹葉、木頭等物質造成。技術人員由此判斷，沖洗水噴頭堵塞導致電除霧器沖洗不夠充分，最終導致電除霧器積灰造成二次電壓波動。沖洗水噴頭堵塞情況見圖4。

圖4 沖洗水噴頭堵塞情況

3.4 煙氣量

對2月15日至3月9日的煙氣量進行檢查，發現環集系統出口的煙氣量基本在290 000 m3/h，部分時段甚至達到了300 000 m3/h，而環集系統的設計煙氣量為280 000 m3/h，表明系統煙氣量超出了設計值，煙氣氣速過高，電除霧器內部的布氣裝置不能將煙氣均勻分配，部分位置的氣速超過3 m/s。在2月底的檢修中發現機械除霧層的斜流板有一塊甚至脫離了模塊，主要是由部分區域的氣速過高造成的。

3.5 前端爐窯運行情況

該環集系統主要接收自熱爐、1#卡爾多爐、2#卡爾多爐、3#卡爾多爐和陽極爐的環集煙氣。經分析發現，3月4日18:00尾排顆粒物濃度超標與1#、2#卡爾多爐吹煉后加冷料時間相對應；3月8日22:00尾排顆粒物濃度超標與3#卡爾多爐加料時間對應。與前端爐窯相結合，排查出4種情況下會導致環集系統入口顆粒物濃度增加，主要有：①自熱爐加料期間；②1#、2#卡爾多爐加冷料期間；③3#卡爾多爐加料期間；④陽極爐氧化還原反應加固體還原劑（碳粉）期間。

4 原因分析

4.1 火法爐窯

1）自熱爐加料期間，原料粉狀較多，環集煙氣顆粒物帶入量會增加，但前端對投料口進行了改造，已使用閘板密封加料口，環集煙氣中顆粒物帶入量有所減少，同時投料采用連續投料的方式，如果顆粒物濃度高會出現長時間顆粒物濃度超標，波動不會太大，因此自熱爐加料不是煙囪出口顆粒物超標的主要原因。

2）1#、2#卡爾多爐采用鋼包加料，每次加冷料 2～5 min（2 臺爐子輪流加料則 4～10 min），加料周期2 h，加料期間顆粒物帶入量較大，與煙囪出口顆粒物濃度波動曲線相似，具有相同的波動周期，如3月8日8:21—8:31顆粒物(ρ)均值達到178 mg/m3，而8:00小時平均顆粒物(ρ)為71.921 mg/m3，與1#、2#卡爾多爐加料的時間相符。因此判斷1#、2#卡爾多爐加料是環集系統顆粒物濃度超標的主要原因。

3）3#卡爾多爐采用加料小車進行加料，每次加料需1.5 h，加料周期14 h，加料期間顆粒物濃度較高。與前端爐窯結合分析發現，部分時段3#卡爾多爐加料期間煙囪出口顆粒物濃度出現超標，主要是由于其他爐子同期在加料，因此導致短期內環集系統入口顆粒物濃度過高造成超標。3#卡爾多爐加料是環集系統超標的次要原因。

4）陽極爐氧化反應后需要加固體還原劑，固體還原劑呈粉狀，每次加料需2 h，加料周期2 h（氧化反應），與煙囪出口顆粒物濃度波動曲線相似，具有相同的波動周期，但由于陽極爐處理量較小，因此判斷陽極爐氧化還原反應是顆粒物濃度超標的次要原因。

4.2 環集系統

環集系統1#、2#電除霧器二次電壓部分時段波動較大，導致系統除霧能力下降，尤其在前端入口顆粒物濃度較高時，電除霧器二次電壓波動最大。同時，電除霧器沖洗水噴頭存在堵塞情況，造成電除霧器沖洗不充分，也會導致二次電壓在部分時段波動大。結合周洪濤[2]對電除霧器凈化煙氣的研究，得到以下結論：

1）入口顆粒物濃度過高可能導致短期內顆粒物依附在正六方導電玻璃鋼（正極）表面，影響電暈放電，導致煙氣霧粒電離較少，荷電能力下降，除霧不徹底。

2）霧粒在電場中必須荷電然后移至積塵板（正極）上，因此要有足夠的荷電時間和電場長度，才能夠保證除霧效率。氣體離子和塵粒在風速過大的情況下結合幾率大大降低，并且還可能將沉積后的塵粒返回至氣流中，構成二次揚塵，導致除霧效果下降。

5 整改措施

針對上述問題，提出以下整改措施：

1）由于前端爐窯在進行加料、等料、出爐等操作時不能嚴格按照加料周期進行，存在一定的時間誤差，導致1#、2#卡爾多爐加料時，3#卡爾多爐或陽極爐有加料情況，造成入口顆粒物濃度過高。企業對前端爐窯加料進行控制，要求爐窯交叉加料，確保時間不重復。

2）在環集系統出口顆粒物濃度偏高時，不允許提高環保風機負荷，保持出口煙氣流量低于280 000 m3/h，確保顆粒物有足夠的荷電時間和電場長度，避免二次揚塵，保證電除霧器的除霧效果。

3）企業應檢查工藝水管道，對工藝水管路加裝濾網，去除新水內的樹葉等雜質，降低電除霧器沖洗水螺旋噴頭堵塞情況的發生。在顆粒物濃度較低的時段加大沖洗電除霧器的頻次，但應避免在入口顆粒物濃度較高的情況下貿然沖洗，造成煙囪出口顆粒物濃度異常。

企業將環集系統出口尾氣流量控制在240 000 m3/h以下，避免前端火法爐窯密集投料，沖洗電除霧器時段與火法爐窯工況結合實行錯峰沖洗，對堵塞的沖洗水螺旋噴頭進行疏通，對工藝水管道雜質排查。通過以上舉措并行，煙囪出口尾氣顆粒物指標得到好轉，顆粒物(ρ)控制在60 mg/m3以下。

6 結語

針對企業出現的煙囪出口顆粒物濃度頻繁波動，部分時段存在尾氣顆粒物濃度超出標準限值的情況，通過對系統的電除霧器、噴淋洗滌層、電除霧器沖洗水閥、煙氣量及前端爐窯運行情況等進行檢查研究，分析出造成環集系統煙氣顆粒物濃度波動的主要原因是前端爐窯加料操作重疊、煙氣量過大和工藝水雜質較多，在此基礎上提出相應的整改措施。通過實施相應的改進措施后，煙囪出口尾氣顆粒物指標控制得到改善，為其他同類企業提供一定的參考。