环集系统排放烟气颗粒物异常的原因分析及对策

王溥峥，王元璞，秦 茜，张伟明，叶新军

（金川集团股份有限公司镍冶炼厂，甘肃金昌 737100）

随着工业经济的发展，我国已成为制造业大国。工业生产中会产生SO2、NO2、可吸入颗粒物等大气污染物，近年来国家逐步提高大气污染物排放限制，以缓解对环境的污染。某企业环集系统主要处理火法炉窑的环集烟气，设计处理烟气量280 000 m3/h。该系统在2021年2月开始出现烟囱出口颗粒物浓度频繁波动的情况，技术人员结合系统各项参数指标和现场情况分析颗粒物的来源及特性，提出了相应的解决措施。

1 工艺简介

某企业环集系统烟气脱硫采用钠碱法湿法脱硫工艺，该工艺的脱硫剂通常采用液碱[w(NaOH)30%]或纯碱。含有二氧化硫的烟气与配制好的稀碱溶液进行吸收反应，得到亚硫酸氢钠吸收液；吸收液中加入配制好的稀碱进行中和反应得到浓度适中的亚硫酸钠中和液；中和液通过升温、除杂、过滤、蒸发、离心分离、干燥包装，得到无水亚硫酸钠成品[1]。

该企业环集烟气来源于4台火法炉窑，脱硫工艺流程见图1。

图1 环集烟气脱硫工艺流程

烟气经风机正压输送进吸收塔，与逆喷头和喷淋层处的喷淋液逆流接触，烟气中的SO2与碱液进行反应，脱硫后的烟气经过湿式电除雾器除去烟气中的颗粒物后，从烟囱顶部排放，经过吸收后产生的脱硫液由于成分复杂，无法生产高纯度的无水亚硫酸钠产品，因此集中至白钢罐后统一送往废水处理站进行处理。

2 运行情况

环集系统在2021年2月15—28日有2个小时平均颗粒物浓度数据超标，3月1—9日有2个小时平均颗粒物浓度数据超标，具体情况见图2和图3。

图2 2月15—28日烟囱出口小时平均颗粒物浓度

图3 3月1—9日烟囱出口小时平均颗粒物浓度

由图2和图3可以看出：烟囱出口小时平均颗粒物浓度波动大，且存在比较稳定的波动周期（约2 h一个周期），部分时段烟囱出口颗粒物高值可达到尾气排放指标的87.5%以上，存在尾气超标风险。企业需要及时查明原因，做出相应的调整，确保尾气排口全时达标外排。

3 检查系统各项运行指标

3.1 电除雾器

环集系统电除雾器运行正常，长期3档运行，从2月26日至3月9日电除雾器二次电流、二次电压的监测数据来看，电除雾器二次电流运行比较稳定，在120 mA左右，而二次电压在30 kV上下波动，判断其原因主要是由烟气流速和颗粒物浓度的波动导致。

3.2 喷淋洗涤层

环集系统喷淋层和逆喷管具有洗涤烟气、增加雾化效果的作用。系统长期开启4台循环泵，且循环泵运行正常。检查逆喷管前端压力，压力稳定在0.29 kPa左右，正常情况下环集颗粒物(ρ)日均值为37～40 mg/m3，说明喷淋层和逆喷管造成的系统压降维持稳定，喷淋层和逆喷管运行正常。

3.3 电除雾器冲洗水阀

2月28日系统配合前端火法炉窑进行检修，期间检查电除雾器和喷淋层的喷淋情况，发现喷淋管无堵塞，但电除雾器阳极模块积灰较多，对电除雾器冲洗水管进行检查，发现冲洗水喷头存在堵塞情况，主要是由树叶、木头等物质造成。技术人员由此判断，冲洗水喷头堵塞导致电除雾器冲洗不够充分，最终导致电除雾器积灰造成二次电压波动。冲洗水喷头堵塞情况见图4。

图4 冲洗水喷头堵塞情况

3.4 烟气量

对2月15日至3月9日的烟气量进行检查，发现环集系统出口的烟气量基本在290 000 m3/h，部分时段甚至达到了300 000 m3/h，而环集系统的设计烟气量为280 000 m3/h，表明系统烟气量超出了设计值，烟气气速过高，电除雾器内部的布气装置不能将烟气均匀分配，部分位置的气速超过3 m/s。在2月底的检修中发现机械除雾层的斜流板有一块甚至脱离了模块，主要是由部分区域的气速过高造成的。

3.5 前端炉窑运行情况

该环集系统主要接收自热炉、1#卡尔多炉、2#卡尔多炉、3#卡尔多炉和阳极炉的环集烟气。经分析发现，3月4日18:00尾排颗粒物浓度超标与1#、2#卡尔多炉吹炼后加冷料时间相对应；3月8日22:00尾排颗粒物浓度超标与3#卡尔多炉加料时间对应。与前端炉窑相结合，排查出4种情况下会导致环集系统入口颗粒物浓度增加，主要有：①自热炉加料期间；②1#、2#卡尔多炉加冷料期间；③3#卡尔多炉加料期间；④阳极炉氧化还原反应加固体还原剂（碳粉）期间。

4 原因分析

4.1 火法炉窑

1）自热炉加料期间，原料粉状较多，环集烟气颗粒物带入量会增加，但前端对投料口进行了改造，已使用闸板密封加料口，环集烟气中颗粒物带入量有所减少，同时投料采用连续投料的方式，如果颗粒物浓度高会出现长时间颗粒物浓度超标，波动不会太大，因此自热炉加料不是烟囱出口颗粒物超标的主要原因。

2）1#、2#卡尔多炉采用钢包加料，每次加冷料 2～5 min（2 台炉子轮流加料则 4～10 min），加料周期2 h，加料期间颗粒物带入量较大，与烟囱出口颗粒物浓度波动曲线相似，具有相同的波动周期，如3月8日8:21—8:31颗粒物(ρ)均值达到178 mg/m3，而8:00小时平均颗粒物(ρ)为71.921 mg/m3，与1#、2#卡尔多炉加料的时间相符。因此判断1#、2#卡尔多炉加料是环集系统颗粒物浓度超标的主要原因。

3）3#卡尔多炉采用加料小车进行加料，每次加料需1.5 h，加料周期14 h，加料期间颗粒物浓度较高。与前端炉窑结合分析发现，部分时段3#卡尔多炉加料期间烟囱出口颗粒物浓度出现超标，主要是由于其他炉子同期在加料，因此导致短期内环集系统入口颗粒物浓度过高造成超标。3#卡尔多炉加料是环集系统超标的次要原因。

4）阳极炉氧化反应后需要加固体还原剂，固体还原剂呈粉状，每次加料需2 h，加料周期2 h（氧化反应），与烟囱出口颗粒物浓度波动曲线相似，具有相同的波动周期，但由于阳极炉处理量较小，因此判断阳极炉氧化还原反应是颗粒物浓度超标的次要原因。

4.2 环集系统

环集系统1#、2#电除雾器二次电压部分时段波动较大，导致系统除雾能力下降，尤其在前端入口颗粒物浓度较高时，电除雾器二次电压波动最大。同时，电除雾器冲洗水喷头存在堵塞情况，造成电除雾器冲洗不充分，也会导致二次电压在部分时段波动大。结合周洪涛[2]对电除雾器净化烟气的研究，得到以下结论：

1）入口颗粒物浓度过高可能导致短期内颗粒物依附在正六方导电玻璃钢（正极）表面，影响电晕放电，导致烟气雾粒电离较少，荷电能力下降，除雾不彻底。

2）雾粒在电场中必须荷电然后移至积尘板（正极）上，因此要有足够的荷电时间和电场长度，才能够保证除雾效率。气体离子和尘粒在风速过大的情况下结合几率大大降低，并且还可能将沉积后的尘粒返回至气流中，构成二次扬尘，导致除雾效果下降。

5 整改措施

针对上述问题，提出以下整改措施：

1）由于前端炉窑在进行加料、等料、出炉等操作时不能严格按照加料周期进行，存在一定的时间误差，导致1#、2#卡尔多炉加料时，3#卡尔多炉或阳极炉有加料情况，造成入口颗粒物浓度过高。企业对前端炉窑加料进行控制，要求炉窑交叉加料，确保时间不重复。

2）在环集系统出口颗粒物浓度偏高时，不允许提高环保风机负荷，保持出口烟气流量低于280 000 m3/h，确保颗粒物有足够的荷电时间和电场长度，避免二次扬尘，保证电除雾器的除雾效果。

3）企业应检查工艺水管道，对工艺水管路加装滤网，去除新水内的树叶等杂质，降低电除雾器冲洗水螺旋喷头堵塞情况的发生。在颗粒物浓度较低的时段加大冲洗电除雾器的频次，但应避免在入口颗粒物浓度较高的情况下贸然冲洗，造成烟囱出口颗粒物浓度异常。

企业将环集系统出口尾气流量控制在240 000 m3/h以下，避免前端火法炉窑密集投料，冲洗电除雾器时段与火法炉窑工况结合实行错峰冲洗，对堵塞的冲洗水螺旋喷头进行疏通，对工艺水管道杂质排查。通过以上举措并行，烟囱出口尾气颗粒物指标得到好转，颗粒物(ρ)控制在60 mg/m3以下。

6 结语

针对企业出现的烟囱出口颗粒物浓度频繁波动，部分时段存在尾气颗粒物浓度超出标准限值的情况，通过对系统的电除雾器、喷淋洗涤层、电除雾器冲洗水阀、烟气量及前端炉窑运行情况等进行检查研究，分析出造成环集系统烟气颗粒物浓度波动的主要原因是前端炉窑加料操作重叠、烟气量过大和工艺水杂质较多，在此基础上提出相应的整改措施。通过实施相应的改进措施后，烟囱出口尾气颗粒物指标控制得到改善，为其他同类企业提供一定的参考。