糖厂锅炉烟气治理可行性方案的研究

邓江遥，梁丰全，张 吉

（1.广西凤糖生化股份有限公司柳城糖厂，广西 柳州 545299；2.广西凤糖六塘制糖有限责任公司，广西 柳州 545212）

0 引言

目前，甘蔗糖厂通常以蔗渣和蔗髓并辅助以煤粉作为锅炉燃料。锅炉的烟气中除了含有大量的温室气体CO2外，还有SO2和氮氧化物等有害气体，以及未充分燃烧的颗粒物，这些都给大气环境治理带来了巨大的压力［1-3］。作为中国梦的一个重要组成部分，“美丽中国”的生态文明建设目标在党的十八大第一次被写进了政府工作报告。十九大更是对生态文明建设进行了更加深刻的阐述，其中就指出“提高污染排放标准，强化排污者责任，健全环保信用评价、信息强制性披露、严惩重罚等制度”。广西壮族自治区环保厅也于2016年4月明确提出甘蔗制糖企业蔗渣锅炉要执行GB 13271-2014标准，即锅炉烟气颗粒物排放浓度≤80mg/m3、NOx排放浓度≤400mg/m3［4］。因此，通过有效的方法和技术净化糖厂的锅炉烟气，是每个制糖企业必须解决的难题。甘蔗糖厂的烟气具有含水率高、SO2浓度不高、粉尘堆密度小、粉尘浓度易受炉膛温度影响和粉尘浓度高的特点［5］。众多学者对甘蔗糖厂的烟气改造做了研究，何华柱等人利用烟气饱充混合汁，不仅有效去除了烟气中的二氧化碳，且产生的CaCO3还能有效去除混合汁中的非糖分和降低色值，该方案已经在几家糖厂进行了中试［6］。黄进英等人提出了三步法脱除糖厂烟气中氮氧化物的方案，可使氮氧化物排放低于100 mg/m3［7］。李云飞设计了糖厂自动化脱硫系统，能有效减小传统的脱硫的工作量［8］。此外，为了应对环保部门提出的新要求，各个糖厂也纷纷提出不同的改造方案，如布袋除尘［9］、电离除尘［10］、斜切割式烟气除尘［11］和水膜除尘［12］等，虽然取得了一定的成果，但是受限于较高的改造费用和各个厂的实际情况差异，还未得到真正的推广。

动力波（Dyna wave）洗涤技术是一种新型的烟气净化技术，具有投资成本低、净化效果好、不易堵塞和操作简便的优点，其在烟气净化中领域良好的应用效果已经被众多学者的研究所证明［13-15］。我厂通过一系列的锅炉本体改造，增加新的动力波除尘设备后，锅炉烟气颗粒物排放浓度≤80mg/m3、NOx排放浓度≤400mg/m3，达到排放标准。

1 项目改造前

1.1 设备配套情况

我厂使用50t/h和60t/h两台锅炉，均为90年代的蔗渣煤粉炉，设计初衷是既能燃烧蔗渣又能燃烧煤粉。除尘方式均为：文丘里加麻石水膜除尘模式，具体流程见图1。

图1 改造前的锅炉烟气排放模式

由图1可知，锅炉燃烧产生的烟气经过文丘里通道，利用其填料塔良好的传质效果及喷淋技术形成的水膜达到对烟尘的去除。麻石水膜除尘技术作为一个成熟可靠的除尘技术，也广泛用于工业锅炉除尘中，它是利用水在以花岗岩为原料制成的麻石上形成的水膜与切线方向进入的烟气接触，以达到吸附回收的目的。经这两种除尘技术处理的烟尘的去除效果显著，且技术和设备成熟。

1.2 设备使用情况

由于原有的两台锅炉均为蔗渣煤粉炉，但是现在都是燃烧蔗髓，所以不仅会造成蔗髓的浪费，燃烧效率也不高。改造前两台炉进入除尘系统前的烟尘初始浓度高达2300～2600mg/m3。由于我厂使用酒精废液添加进除尘水里面，麻石水膜除尘效果也不理想，烟气排放烟尘浓度76～110mg/m3，且烟气带水。

2 项目改造

我厂在2016年检修期对锅炉烟气排放不理想的问题进行有针对性的技术改造，改造分为两个内容：锅炉部分改造和烟气除尘设备改造。

2.1 锅炉部分改造

针对原来蔗渣煤粉炉燃烧蔗髓效果差的问题，我们专门对两台炉进行了改造，改造了几个主要的部位：第一，减小了炉排面积，对炉排重新布置，对炉排孔的大小重新计算和设计；第二，重新排布了炉底进风的布局和风量等，请专家对进风量进行设计和调节；第三，增加了炉内三次风，让蔗髓在炉内燃烧更加完全；第四，改造了炉内的一些其它部位，提高燃烧效果，使进入除尘系统前的烟气初始浓度从2300～2600 mg/m3降至2000～2200 mg/m3，提高了燃烧效率。改造后在2016/2017年榨季我厂的蔗渣打包率提升了0.9个百分点。

2.2 烟气除尘设备改造

2.2.1 改造原理

改造后的锅炉使用湿式除尘器进行除尘，它是一种能使锅炉烟尘与水滴接触并发生惯性碰撞及其他相互作用力捕集颗粒的装置。在该除尘器中烟气可通过与预先分散、雾化的水滴（水膜）接触或气体冲击水层鼓泡的形式接触。利用这两种接触方式除尘是基于烟气与水滴进入除尘器后有相对运动，水滴有环绕气膜作用，当烟气接近水滴时，烟气流线将绕过水滴并由直线变为曲线，而粒径和密度大的尘粒则在惯性作用下保持原来的流线与水滴相撞，凝聚成大颗粒并被带走。因此，水滴的雾化程度越高、尘粒密度及粒径越大、相对速度越高，两者的碰撞的机率越大，除尘效果越好，该除尘器就是以此为基础进行改造的。

2.2.2 改造方案

鉴于本厂之前采用酒精废液加入除尘水进行烟气除尘，由于酒精废液的加入使除尘水黏度增大，导致水膜除尘效果不理想。因此，结合考虑实际场地及除尘投入的性价比，我厂决定引入动力波（Dyna Wave）除尘技术，该技术在国外已普及，广泛用于冶金、建材、化工等行业［16］。该设备具有小巧、制作简单、占地面积小、投入合理，烟气除尘效果能够满足我厂需求等优点。改造后的除尘流程，见图2。新增动力波设备简图，见图3。

由图2和图3可知，改造后的炉气排放模式较之前的添加了动力波除尘设备。动力波技术的使用可使烟气和吸收液接触时产生泡沫区，从而达到烟气骤冷、酸性气体脱除、粉尘脱除的目的，此外塔内布置的氧化管道可以有效地将亚硫酸盐氧化成硫酸盐，从而在塔内初步完成脱硫除尘［17］。在此基础上再采用麻石除尘技术可以有效去除烟尘中的氮氧化物，还能减少后续成本。

2.3 主要烟尘处理设备主要技术性能及参数

图2 改造后的锅炉烟气排放模式

图3 新增动力波设备说明简图

本厂采用的烟尘处理在烟尘处理塔塔体中进行，该塔体内设有电动装置、动静连接装置、旋转喷嘴、塔内、外给水装置等用于提供去除烟尘所需要的条件，处理量可达到180000m3/h，处理后的烟气浓度（70mg/m3）达到排放要求。该处理设备主要技术性能及参数见表1。

2.4 改造前后烟尘处理效果对比

为了比较处理前后本厂的烟尘处理效果，本厂分别对处理前后氮氧化物和烟尘实测浓度平均值（03/01-Avg）和折算浓度平均值（03/01-ZsAvg）的在线数据进行为期四个月的在线数据统计，结果见表2和表3。

由表2和表3可以看出，改造后的氮氧化物的实测浓度平均值和折算浓度平均值明显较改造前的低，最大减小率分别是48.44%和56.12%，最小减小率分别是22.13%和21.64%；同时烟尘的实测浓度平均值和折算浓度平均值较之前也有较大幅度的下降，最大减小率分别是41.03%和36.13%，最小减小率分别是32.22%和25.20%。这表明，经改造后锅炉对氮氧化物和烟尘的去除有明显效果，该系统可以更多的降低污染物的排放，在符合国家排放标准的同时对环境的保护也大有裨益。

表2 改造前氮氧化物和烟尘的在线数据统计 单位：mg/m3

表3 改造后氮氧化物和烟尘的在线数据统计 单位：mg/m3

3 结论及展望

全国食糖年均消费量约1400万吨，制糖工业在其中发挥着重要作用，但制糖过程中产生的烟尘也不容忽视。尤其是对甘蔗产量占全国60%的广西而言，如何有效治理制糖过程中产生的烟尘是亟待解决的问题。传统的烟气治理是采用麻石水膜除尘器，这种采用麻石制作的“立式/卧式文丘里+旋风水膜/旋流板除尘器”为主的湿式除尘工艺，具有投资适当、维修成本低、方便管理等特点，大部分能满足烟尘排放浓度≤200mg/m3旧的环保标准。但随着环保标准的提高，烟尘排放浓度的要求也在提高（≤80mg/m3），单纯依靠麻石水膜不足以达到要求，因此本厂在原来的除尘模式的基础上引入动力波除尘设备，并成功用于实践。进入该除尘系统前的烟气初始浓度降至2000～2200mg/m3，并使2016/2017年榨季我厂的蔗渣打包率提升了0.9个百分点。该设备的投入不多，占地不大，不需要另外改动其它的设备，投入产出性价比很高，能满足GB13271-2014标准中蔗渣锅炉烟尘排放标准，值得推广。

目前我厂改造的方案可以满足烟尘排放标准，但随着国家对环保要求的提高，探索新的方法解决除尘问题尤为迫切。借鉴火力发电正在探索的除尘工艺，有三个工艺可供探索：袋式除尘、电袋复合除尘、湿式电除尘。这三种除尘工艺各有优缺点，前两种工艺的除尘效率高，但布袋寿命不长，成本较高。后一种除尘工艺具有适用范围广，操作简单等优点，但需与其它除尘设备配套使用。随着技术的进步，这些方法可能在烟尘处理上有广阔的应用前景。