高溫超凈電袋復(fù)合除塵器在廢液焚燒爐的應(yīng)用

盧敏榮

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

焚燒技術(shù)作為一種能最大程度實(shí)現(xiàn)無害化、減量化和資源化的處理技術(shù)[1]，被廣泛應(yīng)用于廢液處理中。山東某化工股份有限公司一條己二酸生產(chǎn)線，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的皂化廢堿液。為減少環(huán)境污染，采用焚燒法對皂化廢堿液進(jìn)行處理。皂化液在焚燒爐內(nèi)懸浮燃燒，生成固堿（主要成分為純堿）隨煙氣帶出[2]，經(jīng)除塵器處理，不但可以回收化工原料純堿（Na2CO3）和副產(chǎn)品蒸汽，而且還可以消除二次污染，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益[3]。焚燒爐尾部采用靜電除塵器在對煙氣進(jìn)行處理的同時可回收Na2CO3。近年來隨著環(huán)保要求的提高，原有的靜電除塵器性能已不能滿足排放要求，本項目經(jīng)過多方比較，最終采用高溫超凈電袋復(fù)合除塵器進(jìn)行提效改造。

1 高溫超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)

1.1 技術(shù)原理

高溫超凈電袋復(fù)合除塵器是在一個箱體內(nèi)緊湊安裝電場區(qū)和濾袋區(qū)，有機(jī)結(jié)合靜電除塵和過濾除塵兩種原理的一種除塵器[4]，其結(jié)構(gòu)見圖1。高溫含塵煙氣經(jīng)進(jìn)口煙道流入，在進(jìn)口喇叭內(nèi)部得到緩沖、擴(kuò)散、均衡后低速進(jìn)入電場區(qū)，粉塵在電場區(qū)荷電且80%以上的荷電粉塵被收集，被收集的粉塵直接沉降至灰斗，未被電區(qū)捕集的少量荷電粉塵在合金纖維濾袋區(qū)被過濾攔截，粉塵被截留在濾袋外表面，純凈的氣體從濾袋內(nèi)腔流入上部的凈氣室，最后從出口煙道排出，實(shí)現(xiàn)了煙塵凈化目標(biāo)。

圖1 高溫超凈電袋復(fù)合除塵器結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

（1）除塵效率長期高效穩(wěn)定。高溫超凈電袋復(fù)合除塵器的除塵效率不受煤種變化的影響，濾袋采用高精度過濾濾料，增強(qiáng)對可吸入顆粒物（PM10）和細(xì)顆粒物（PM2.5）等微細(xì)粉塵的捕集，降低排放濃度，可實(shí)現(xiàn)排放濃度長期穩(wěn)定<10mg/Nm3，甚至<5mg/Nm3。

（2）采用耐高溫合金纖維濾袋。合金纖維濾袋是高溫超凈電袋復(fù)合除塵器的核心部件之一，由合金纖維經(jīng)過無紡鋪制后燒結(jié)而成，具有良好的焊接性能、加工性能、導(dǎo)熱性和高韌性，并且耐高溫（使用溫度最高可達(dá)800℃）、過濾精度高、孔隙率大、透氣性好、過濾阻力低，能有效阻擋細(xì)粉塵的滲透，提高除塵器的過濾效率，降低運(yùn)行阻力。

（3）濾袋壽命長，無二次污染。合金纖維濾袋的使用壽命一般比常規(guī)化纖濾袋長2—3 年，并且廢舊合金纖維濾袋回收利用簡單、價值高、無二次污染。

（4）阻力低，清灰效果好。前級電場區(qū)發(fā)揮了高效除塵與荷電作用，濾袋區(qū)粉塵濃度低，濾袋堆積粉塵厚度相對速度降低。荷電粉塵形成的蓬松粉餅層加大了孔隙率、提高了透氣性、降低了濾袋阻力。由于合金纖維濾袋具有透氣性好、機(jī)械性能好等特點(diǎn)，因此在清灰過程中變形小、振動頻率高。噴吹時造成的高振蕩頻率有利于清灰。

（5）結(jié)構(gòu)緊湊。在同一箱體內(nèi)緊湊安裝了電場區(qū)和濾袋區(qū)，有機(jī)結(jié)合了兩種除塵器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，占地面積小。

（6）節(jié)能效果顯著。由于采用高效能高壓電源，清灰周期長、壓縮空氣消耗量小、運(yùn)行阻力低，因此高溫超凈電袋復(fù)合除塵器的綜合能耗更優(yōu)。

2 工程應(yīng)用

2.1 工程概況

本項目原配套一臺單列四電場高壓靜電除塵器，一電場采用高頻電源，其余三電場采用工頻電源。因環(huán)保要求的不斷提高，需要進(jìn)行改造，改造部分是除塵及其配套的電氣、電控和分散控制系統(tǒng)（DCS）部分。原靜電除塵器技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 原靜電除塵器技術(shù)參數(shù)

2.2 提效改造方案

本次改造在原靜電除塵器基礎(chǔ)上，保留第一、二電場，并更換原第一、二電場的陽極板、陰極框架，以保證電場的除塵效率，同時拆除第三、四電場的陰陽極及高低壓設(shè)備，騰出來的空間用來布置濾袋，在整體上形成“兩電場+兩袋區(qū)”的電袋復(fù)合結(jié)構(gòu)。電袋復(fù)合除塵器的改造方案見圖2，設(shè)計參數(shù)見表2。

圖2 電袋復(fù)合除塵器改造方案圖

表2 電袋復(fù)合除塵器設(shè)計基本參數(shù)(單臺除塵器的數(shù)據(jù))

2.3 技術(shù)措施

皂化廢堿液采用焚燒法處理后，產(chǎn)生的尾氣具有高黏結(jié)性，其煙塵顆粒細(xì)、輕，易回潮、易結(jié)晶，除塵難度較大，鑒于此煙氣工況特性，本項目采用計算流體力學(xué)（CFD）模擬技術(shù)、高溫高精度合金濾袋、優(yōu)化預(yù)涂灰配置、壓縮空氣預(yù)熱、增設(shè)振動設(shè)備等措施，保障出口粉塵濃度實(shí)現(xiàn)超低排放。

2.3.1 CFD 模擬技術(shù)

CFD 模擬是一種模擬計算除塵器內(nèi)部氣流流場，流量分配非常先進(jìn)、有效的技術(shù)手段，利用CFD 模擬技術(shù)對除塵器內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行指導(dǎo)，以確保內(nèi)部氣流流場合理、流量分配均勻。CFD 模擬見圖3、圖4。

圖3 CFD 模擬跡線圖

圖4 CFD 模擬速度云圖

2.3.2 高溫高精度合金濾袋

合金纖維濾料由微米級絲徑的合金纖維經(jīng)過無紡鋪制后燒結(jié)而成，相對傳統(tǒng)濾料具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨、耐熱沖擊高、機(jī)械強(qiáng)度高、無二次污染等諸多優(yōu)點(diǎn)，適用于本項目煙氣工況。在虛擬設(shè)備接口（VDI）上進(jìn)行濾料過濾性能測試，得出以下結(jié)果：

（1）合金纖維濾料的除塵效率、出口粉塵排放濃度與覆膜化纖濾料基本相當(dāng)，優(yōu)于化纖梯度濾料。

（2）合金纖維濾料老化后的殘余壓降與化纖濾料基本相當(dāng)。

因此，合金纖維濾料是本項目理想的高溫?zé)煔膺^濾材料。

2.3.3 預(yù)涂灰

皂化液是一種棕黑色黏稠液體，而且其熱值較低，焚燒時需要濃縮并輔助投油助燃。在焚燒爐點(diǎn)爐初期，未完全燃燒的皂化液和油滴進(jìn)入除塵器袋區(qū)并附著在濾袋表面，影響濾袋清灰效果，同時減少了濾袋過濾面積，對電袋復(fù)合除塵器性能有著極大影響。因此，在點(diǎn)爐前，為保護(hù)金屬濾袋，保證電袋復(fù)合除塵器正常運(yùn)行，確保除塵器性能，需要對電袋復(fù)合除塵器進(jìn)行預(yù)涂灰。

一般電袋復(fù)合除塵器預(yù)涂灰的材料為Ⅰ級粉煤灰，但本項目煙氣的粉塵主要成分為Na2CO3，具有較高的回收價值。為不影響收集下來的Na2CO3品質(zhì)，預(yù)涂灰的材料選用原除塵器收集下來的堿灰。

2.3.4 壓縮空氣預(yù)熱

袋區(qū)的清灰方式是行脈沖噴吹，即在濾袋上方設(shè)置噴吹管，噴吹管連接氣箱，氣箱上裝有脈沖閥，氣源為壓縮空氣。當(dāng)脈沖閥對濾袋進(jìn)行清灰時，由脈沖閥噴射出來的高速氣流使濾袋內(nèi)部壓力急劇上升，濾袋迅速膨脹。當(dāng)濾袋膨脹到極限時，由于濾袋張力的作用產(chǎn)生振動，并開始收縮，此時附著在濾袋表面的粉塵層在慣性力的作用下從濾袋上脫落。

皂化液經(jīng)過焚燒后產(chǎn)生的煙氣中含有大量的水汽。當(dāng)進(jìn)入到除塵器內(nèi)部的氣體溫度較低（如冬季）時，可能會造成局部水汽凝結(jié)，堿灰具有吸濕性，易凝結(jié)在濾袋表面，影響清灰效果。因此，本項目在氣源管道上設(shè)置空氣電加熱器設(shè)備，對脈沖噴吹氣源進(jìn)行預(yù)加熱，大大降低了堿灰凝結(jié)的可能性。

2.3.5 增設(shè)振動設(shè)備

在重力的作用下，少部分煙塵經(jīng)過自然沉降，沉積到進(jìn)口喇叭底板處。由于皂化液焚燒產(chǎn)生的煙塵顆粒細(xì)、輕，易回潮及結(jié)晶，如不能及時將其從底板處清除，極易因吸收煙氣中的水汽而結(jié)晶。隨著煙塵的堆積，結(jié)晶越來越厚，直接影響進(jìn)口喇叭的氣流分布，嚴(yán)重時會造成陽極板與陰極線之間的搭橋短路。

由于除塵器采用刮板機(jī)進(jìn)行輸灰，連接處容易有冷風(fēng)進(jìn)入灰斗。若灰斗壁板上的堿灰不能及時掉落至刮板機(jī)內(nèi)，會在灰斗壁板處回潮結(jié)晶，造成灰斗積灰，使除塵器產(chǎn)生嚴(yán)重的安全運(yùn)行隱患。

通過在進(jìn)口喇叭底板、灰斗壁板處增加相應(yīng)數(shù)量的振動設(shè)備，設(shè)置相應(yīng)的運(yùn)行程序，可以較好地解決此類問題。

2.4 工程運(yùn)行效果

本項目于2020 年9 月改造完成并投入運(yùn)行，投運(yùn)以來各設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，性能指標(biāo)優(yōu)良。對高溫電袋復(fù)合除塵器的性能測試表明，除塵器出口顆粒物排放濃度為2.5mg/Nm3、阻力為466.7Pa，優(yōu)于設(shè)計要求，實(shí)現(xiàn)了超低排放。

3 結(jié)語

采用高溫超凈電袋復(fù)合除塵技術(shù)對原靜電除塵器進(jìn)行提效改造后，不僅可以實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定可靠的超低排放，同時可降低電耗、減少排污費(fèi)，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。高溫超凈電袋復(fù)合除塵器的成功應(yīng)用，為皂化廢堿液焚燒爐實(shí)現(xiàn)超低排放提供了全新的技術(shù)路線，也為該技術(shù)在有色、鋼鐵、水泥、化工等非電領(lǐng)域的推廣奠定了基礎(chǔ)。