高效复合除尘除雾器在炭素行业烟气处理中的运用

王高 姜树伟

摘要：在炭素行业烟气处理中，通常采用湿式静电除尘器处理湿法脱硫后的净烟气，以达到烟气超净排放的目的，但该法既增加了静态投资，又增加了运行成本及运维费用。通过在吸收塔内的高效复合除尘除雾器，可有效降低净烟气中的尘、雾含量，达到高效低费用运行效果。

关键词：炭素;高效;除尘;除雾;脱硫

引言

近年来，国家对环境污染综合治理日益重视，环保要求日益严格，各种含硫氧化物、氮氧化物、粉尘的废气排放企业均被要求收集所有废气集中处理后再排放。炭素行业烟气排放指标也日趋严格。为适应环保形势、促进企业绿色发展，相关单位陆续增设了脱硫装置、脱硝装置、除尘装置及VOCs装置等。当前，“超净排放”“近零排放”已广为推广，炭素行业当前排放指标为≤10mg/Nm3，而湿法脱硫后的烟尘类非燃气类行业最严格排放指标为≤5mg/Nm3，炭素行业执行这一标准将是大势所趋。

控制烟尘含量的技术手段主要包括炉内控制产生量、炉后收集排放量两种。炉后收集技术包括各种原干烟气的电除尘、旋风除尘、电袋除尘、布袋除尘等，以及湿法脱硫及脱硫后的除尘。湿法脱硫除尘技术主要包括塔内喷淋控制、加装除尘除雾设施以及出塔气体的湿式电除尘。从现有技术看，湿式电除尘是保证烟尘超净排放最有效、最可靠的技术手段。

1.湿法脱硫后烟尘的来源

目前，主流湿法脱硫工艺主要有石灰石（石灰）-石膏法、氨-硫酸铵法两种，这两种工艺吸收剂及产物的物化特性有较大的区别，净烟气中烟尘的成分也不同。

1.1 原烟气夹带

燃料在燃烧过程中，因氧化不完全，或自身所含不参与氧化反应的杂质所形成的烟尘，随原烟气进入湿法脱硫系统。

以炭素煅烧炉为例，其原烟气中的烟尘主要来自以下几个方面：

（1）生石油焦在煅烧时，经不完全燃烧而形成的炭黑。

（2）生焦中所含水分与高温炉膛接触而产生的水蒸气。

（3）随上述水蒸气同时带入原烟气中的细小生焦颗粒。

（4）炉膛、烟道内保温浇注料等材料经长时间使用后脱落的细小颗粒物。

该部分烟尘进入湿法脱硫系统后，一部分被循环喷淋液洗涤进入浆液，还有一部分随湿烟气继续排放，最终成为脱硫后烟尘的一大来源。

1.2 石灰石（石灰）-石膏法烟气脱硫新产生

石灰石（石灰）-石膏法烟气脱硫工艺采用石灰石（石灰）作为吸收剂，与原烟气中的SO2反应生成CaSO3，再经氧化，最终形成CaSO4·2H20，即石膏结晶。

石膏微溶于水，大量的石膏以晶体形式存在于脱硫后形成的石膏浆液中。浆液由喷淋层自上而下掉落，与烟气逆向接触，其中的部分石膏及其他难溶杂质随烟气中的液滴一并上升，其浓度一般约为20%。

该部分含有固态物质的液滴进入除雾器后，经碰撞、破碎、冷凝，最终仍有少部分进入烟囱，严重时可形成大片的“石膏雨”，形成脱硫后烟尘的另一大来源。[1]

1.3 氨-硫酸铵法烟气脱硫新产生

氨法脱硫工艺采用氨作为吸收剂去除烟气中的SO2，最终产物硫酸铵具有极易溶解的化学特性，因此不易产生结垢现象。

相关标准对氨法脱硫的氨逃逸及氨回收率都有严格的要求，即氨逃逸浓度≯10mg/Nm3，氨回收率≮96.5%，但是由于氨法脱硫工艺自身特点以及氨的易挥发性特点，氨逃逸浓度随脱硫系统运行工况出现经常性波动，其烟尘主要来源：

（1）一部分逃逸的氨与部分未被脱除的硫化物生成新的铵盐。

（2）水汽、铵盐、SO3等共同形成的气溶胶。

（3）循环液对烟气进行喷淋洗涤时，部分循环液被烟气携带，循环液中的铵盐通过饱和及过饱和湿烟气的方式逃逸。

氨法脱硫工艺普遍存在的氨逃逸及铵盐夹带问题造成脱硫后烟尘增加的二次污染。[2]

2.净烟气烟尘控制主要技术

在净烟气总烟尘控制技术中，常采用的设备有高效除尘一体化技术、湿式静电除尘器技术、管束式除尘器技术等。

2.1 高效除尘一体化技术

该技术要求入塔总尘含量小于20mg/m3，需烟气入口段增设筛板洗涤，顶部采用高效折流板除雾器，其除尘除雾原理是惯性拦截除尘除雾技术，但对微米级、亚微米级尘、雾去除率微乎其微，因此总的除尘除雾率并不高，且在低负荷时，因烟气气速降低，尘、雾惯性减小，除尘除雾效果更差，该装置属于典型的点工况设计，运行工况离开设计点运行时，除尘除雾率便不好。

2.2 管束式除尘器

管束式除尘器是由许多小直径旋流板上下串联而成，上下旋流板角度不同，气体通过旋流板时产生的离心力不同，尘、雾产生的惯性大小也不同，下部旋流板去除较大粒径的尘、雾，上部旋流板去除较小粒径的尘、雾，但原理也是惯性拦截除尘除雾技术，该装置也属于典型的点工况设计，对小颗粒的捕捉效率较低;无法去除SO3;仅适用于高速气流工况。该装置在50%负荷时会发生携带大量液滴烟气无法脱除的情况，较低负荷、低流速时无法达到超低超净排放要求。

2.3 湿式静电除尘器

湿式静电除尘器技术采用的是高压静电场技术，尘、雾粒子进入电场后，与负离子结合带上负电后，趋向阳极表面放电而沉积。

湿式静电除尘器技术最早应用在硫酸工业上，至今已有50年以上的应用历史，该装置属于典型的全工况设计，不存在负荷变化引起效率降低的问题，但对入口烟气尘含量太高时，除尘器的阳极板、阴极线需加长、运行电耗增加，增了静态投资，又增加了运行成本及运维费用，老塔改造时，改造工程量大，施工周期长，能耗高，需要占用脫硫塔以外的空间。

3.高效复合除尘除雾器介绍

本文介绍了一种高效复合除尘除雾器，它有降低造价、运行能耗较低、施工周期短的优点。

3.1高效复合除尘除雾器原理

如图1是高效复合除尘除雾器原理图，上部是湿式除尘器的阳极管及阴极线，下部是多层旋流板除雾器，当气体从下部进入高效复合除尘除雾器时，先通过多层旋流板除雾器除尘除雾，再经上部湿式除尘器除尘除雾。最后达标排放。图2是高效复合除尘除雾器三维模型图。

在满负荷运行时，无需开启湿式电除尘器就能满足超净排放要求，如开启将获得更低的排放数据。在低负荷运行时，开启湿式电除尘器即可满足排放指标要求。

3.2高效复合除尘除雾器特点

（1）满足超净排放要求，工程全工况下达到<2.5mg/Nm3，实验工况达到<1.5mg/Nm3

（2）除尘效率高且运行稳定

（3）适应各种负荷的全工况运行条件

（4）运行能耗较低

（5）能有效脱除SO3

（6）施工周期短，不占塔外空间

（7）阳极板、阴极线变短、气速提高，造价低，约为除雾器+湿电除尘器投资额的1/3

4.高效复合除尘除雾器工业应用

山东某炭素厂于2016年4月开始对2×58室阳极焙烧炉进行提效改造。脱硫系统两炉共用一塔，除尘采用高效复合除尘除雾器技术。工程于2016年6月开工并在9月投入运行。

4.1设计参数

表1是山东某炭素厂2×58室阳极焙烧炉采用复合式电极高效除尘除雾器设计参数

在低负荷运行时（以50%负荷为例），除尘系统的电耗为101kW，同时增加增压风机电耗为40kW（理论值）;在满负荷运行时，除尘系统的电耗为11kW，同时增加增压风机电耗为46kW（理论值）。

4.2运行参数

图3是高效复合除尘除雾器在装置上的运行画面，在烟气量为264662m3/h，烟气入口尘含量为28.39mg/m3时，烟囱处的尘含量为1.73mg/m3，远超过了5mg/m3的排放要求。

5.结论

（1）高效复合除尘除雾器采用惯性拦截除尘除雾和静电除尘除雾技术的组合，充分利用两种技术的特点和优势。

（2）通过工程实践表明，高效复合除尘除雾器能实现全负荷工况下的超低排放，满足工程需要，达到环保要求。且在低负荷条件下的除尘效率可达到93%以上。

（3）高效复合除尘除雾器在低负荷条件下的运行电耗虽比满负荷下要高出许多，但排放指标满足环保要求。

参考文献

[1]陈牧。湿法脱硫后烟囱出口烟气液滴夹带问题分析及解决。电力建设，2010，31（10）：80-83

[2]李玲燕，高鹏。湿式电除尘器用于氨法脱硫系统的分析，化工管理，2015，12：143

第一作者：王高（1983—），男，工程师，主要研究方向为大气污染防治。

通信作者：姜樹伟（1971—），男，高级工程师，主要研究方向为大气污染防治。