冷凝协同去除烟气中颗粒物及可溶性盐的研究

文_刘铁军 湖南中冶长天节能环保技术有限公司

石灰石-石膏湿法脱硫工艺脱硫成本低、脱硫效率高、且效果稳定。广泛应用于热电、钢铁、焦化、玻璃、水泥等行业的锅炉和工业窑炉烟气脱硫。但脱硫前的烟气经过除尘器，再经过湿法脱硫装置，颗粒物经过浆液洗涤会去除一部分颗粒物，但是高温烟气又会蒸发一部分脱硫浆液形成新的颗粒物，且湿法脱硫后的烟气相对湿度处于饱和状态，烟气含有较多的雾滴和水蒸气，而可溶性盐也存在于烟气带走的雾滴中。据研究，通过雾滴排放的可溶性盐颗粒物占总颗粒物的为60%。对脱硫后烟气中的可溶性盐的去除还有待进一步研究，本文主要通过试验研究在脱硫塔内增加冷凝相变装置对颗粒物及可溶性盐的去除效果。

1 研究方法

1.1 试验系统

选取某800t/d 玻璃窑炉，试验系统如图1 所示。由烟气管道、静电除尘器、变频引风机、脱硫塔（含浆液池、搅拌器、喷淋装置、托盘、除雾器、冷凝相变装置），喷淋泵、冷却水泵（变频控制）、冷却塔、地坑、搅拌器、地坑泵等组成。

玻璃窑炉出口烟气经静电除尘器除去大部分颗粒物，含硫含尘烟气经风机加压后引入脱硫塔内，烟气由下往上一次经过一层托盘、四层喷淋层洗涤，再经过除雾器，然后经过冷凝相变装置，最后通过烟囱排放。托盘由多孔板组成；喷淋装置由管道和喷嘴组成，喷嘴均匀覆盖整个塔截面；冷凝装置由列管组成，管内走冷却水，管外走烟气，换热后的高温冷却水被送到冷却塔进行冷却降温，降温后的水又被冷却水泵送到冷凝装置循环使用。在脱硫塔进口、除雾器后、冷凝相变装置后设有检测孔。

脱硫塔直径5.2m，整体塔高30m；喷淋泵流量800m3/h，冷却水泵流量400m3/h，水温约28℃。

图1 试验系统装置

1.2 检测方法

颗粒物测试方法：《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》（GB/T16157）和《固定污染源废气低浓度颗粒物的测定重量法》（HJ836-2017）。

颗粒物手动监测采用崂应3012H 型微电脑烟尘平行采样仪，在检测孔采样并称重，根据采集的烟气量及采样时的烟气温度、含氧量、含湿量等参数，换算得出颗粒物质量浓度。可溶性盐的测量，用与脱硫塔出口温度相同的工艺水溶解搜集下来的颗粒物，然后测量剩下无法溶解的颗粒物质量。

2 颗粒物及可溶性盐去除机理

含尘高温烟气进入脱硫塔，由下到上依次经过托盘、喷淋装置、除雾器、冷凝相变装置，最后排入烟囱。烟气和浆液在托盘层表面产生一定厚度的液泡层，一部分颗粒物通过浆液洗涤、气液传质，达到一定除尘效果。在喷淋层，浆液被喷嘴雾化层液滴，与颗粒物产生惯性碰撞、拦截、布朗扩散等作用，达到一定除尘的目的，同时由于高温烟气蒸发了一部分浆液，并带走了一部分液滴，从而产生新的细颗粒物及雾滴，雾滴中含有可溶性盐。除雾器通过折流使烟气产生离心力与壁面碰撞，而将大部分雾滴截留下来。饱和湿烟气流过冷凝装置低温壁面，温度降低，烟气中的水蒸气在壁面冷凝产生液膜，大大提高了烟气中的细雾滴与颗粒物同液膜进行惯性碰撞、凝聚的效果，见图2。

图2 冷凝相变除尘、除雾滴机理

3 结果及讨论

3.1 冷却水流量

试验窑炉满负荷生产，喷淋分为4 层，静电除尘器电场全部投入，调整冷却水泵流量，观察冷凝前后颗粒物总排放浓度及可溶性盐浓度变化情况如图3 所示，随着冷却水量增加，颗粒物总排放浓度及可溶性盐浓度显著减少，而后趋于缓慢。因为冷却水量的增加，使壁面液膜增加，提高了雾滴与颗粒物的碰撞概率，当浓度降低到一定程度，碰撞的概率又减小了，所以又会趋于缓慢。根据试验可以得出，增加冷凝相变装置后，可溶性盐占颗粒物总排放量由63%降至42.8%，颗粒物总去除效率由60% 提高到84%，对可溶性盐的去除效果达74.5%。

图3 冷却水量的影响

3.2 进口烟气颗粒物浓度

试验窑炉满负荷生产，喷淋分为4 层，冷却水泵全流量运行，通过调节静电除尘器电场，观察冷凝前后颗粒物总排放浓度及可溶性盐浓度变化情况如图4 所示。脱硫塔进口烟气颗粒物浓度越高，冷凝前后颗粒物总排放浓度越高，冷凝前后可溶性盐浓度基本保持稳定。由此可以看出，进口烟气颗粒物浓度的增加对冷凝装置除颗粒物及可溶性盐的效率没有影响，但排放总量增加了。

图4 进口烟气颗粒物浓度的影响

4 结语

在脱硫塔除雾器后面增加冷凝相变装置，饱和湿烟气流过冷凝装置低温壁面，烟气中的水蒸气在壁面冷凝产生液膜，大大提高了烟气中的颗粒物及雾滴同液膜进行惯性碰撞、凝聚的效果，从而达到去除颗粒物及可溶性盐的目的。

增加冷凝相变装置后，可溶性盐占颗粒物总排放量由63%降至42.8%，颗粒物总去除效率由60%提高到84%，对可溶性盐的去除效果达74.5%。随着冷却水量增加，颗粒物总排放浓度及可溶性盐浓度显著减少，而后趋于缓慢。

脱硫塔进口烟气颗粒物浓度的增加对冷凝装置除颗粒物及可溶性盐的效率没有影响，但排放总量增加了。