鍋爐水膜除塵塔除粉塵顆粒物設(shè)備創(chuàng)新應(yīng)用

陳小勇，蔣 鑫

（漢中鋅業(yè)有限責(zé)任公司，陜西漢中 710043）

1 改造背景

漢中鋅業(yè)有限責(zé)任公司車(chē)間流化床鍋爐水膜除塵塔采用老式的噴淋方式進(jìn)行除塵，其利用鍋爐循環(huán)除塵泵將循環(huán)水打進(jìn)水膜除塵塔，水從頂部水管進(jìn)口直接流出，通過(guò)旋流葉片將循環(huán)水均勻的散開(kāi)，達(dá)到除塵效果，但因內(nèi)部水流沖擊較大，內(nèi)部大理石板時(shí)常損壞，同時(shí)因大理石板容易附著煙氣顆粒物，使得大理石板表面凹凸不平，整體散水效果較差，水膜不均勻，造成吸附顆粒物效果一直不佳，煙氣顆粒物含量無(wú)法滿(mǎn)足環(huán)保要求，為此，對(duì)水膜塔噴淋方式改造。

2 項(xiàng)目?jī)?nèi)容

通過(guò)查找資料，對(duì)多種類(lèi)型的噴淋設(shè)施進(jìn)行了試驗(yàn)探究，最終確定了現(xiàn)使用的120°螺旋廣角噴嘴。確定改進(jìn)方案后，在水膜除塵塔內(nèi)部進(jìn)行了位置安裝試驗(yàn)，通過(guò)多次測(cè)試，采用多層十字交叉法排列，形成的霧化水膜能完全覆蓋水膜塔。為確保本次設(shè)備改進(jìn)能起到效果，在煙道文丘里、矮塔又增加兩層噴嘴，共形成4 層霧化水膜過(guò)濾層，經(jīng)霧化后的水膜能更好的吸附粉塵顆粒物，煙氣經(jīng)過(guò)多層水膜過(guò)濾后，鍋爐尾氣顆粒達(dá)到了排放標(biāo)準(zhǔn)，尾氣顆粒物均值在7.54 mg/m3左右，遠(yuǎn)低于國(guó)家80 mg/m3及地方30 mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn)。

3 原有噴淋方式

麻石水膜除塵塔工作原理：含塵氣流通過(guò)進(jìn)口煙道進(jìn)入水膜塔，在煙氣高速運(yùn)動(dòng)的作用下，噴入的水被其霧化成細(xì)小的水霧，濕潤(rùn)煙氣中的灰塵，主管體是一個(gè)圓形筒體（圖1），水從除塵塔上部注入進(jìn)水管進(jìn)入主筒、副筒，使整個(gè)圓筒內(nèi)壁形成一層水膜從上而下流動(dòng)，煙氣由筒體下部切向進(jìn)入，在筒體內(nèi)旋轉(zhuǎn)上升，含塵氣體在離心力的作用下始終于筒體內(nèi)壁面的水膜發(fā)生摩擦，這樣含塵氣體被水膜濕潤(rùn)，煙塵顆粒物隨水流到除塵器底部，從溢流水孔排出，在筒體底部封底并設(shè)有水封槽，以防止煙氣從底部漏出，此設(shè)計(jì)在清理中便于進(jìn)行筒體底部清理。

圖1 原水膜除塵塔噴淋設(shè)施結(jié)構(gòu)

4 噴嘴運(yùn)行參數(shù)

4.1 液體流量

噴嘴流量因噴霧壓力而異，它隨噴霧壓力的增大而增大。一般來(lái)說(shuō)，流量和壓力的關(guān)系如下，壓力和流量的平方成正比，即Q12/Q22=P1/P2。

4.2 液體密度

在噴霧中，液體（除水外）密度主要影響噴嘴的流量，水膜塔循環(huán)水中含一部分鹽類(lèi)，粉塵顆粒，密度比水大，約為1.2 g/cm3，因理論和設(shè)計(jì)有差異，為此通過(guò)實(shí)際驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)在該密度下，基本對(duì)噴嘴的噴霧影響不大，只是長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行或停車(chē)，螺旋噴嘴處有附著物或沉積物，將影響噴霧效果。

4.3 噴霧效果

理論覆蓋范圍是根據(jù)噴霧夾角和噴嘴距離計(jì)算出來(lái)的（圖2），該數(shù)值是假設(shè)噴霧角度在整個(gè)噴霧距離中保持不變的前提下得出的。在實(shí)際噴霧中，有效噴霧角度因噴霧距離而異，當(dāng)液體比水黏時(shí)，形成的噴霧角度相對(duì)較小，其角度取決于黏度，噴嘴流量和噴嘴壓力。表1 內(nèi)數(shù)值列出常用角度噴嘴在不同距離下的噴霧理論覆蓋范圍，實(shí)際應(yīng)用中，表內(nèi)的噴霧角度不適用長(zhǎng)距離噴霧。

圖2 噴霧角度和覆蓋范圍

表1 噴嘴理論參數(shù)

噴嘴采用螺旋實(shí)心圓錐形噴嘴P-S 系列（圖3），該型噴嘴在水流的沖擊作用下，將產(chǎn)生兩層水膜，一個(gè)外層椎體水膜、一個(gè)內(nèi)體椎體水膜，能充分保證水膜的形成的完整性，整體無(wú)破損，使煙氣能全部和水膜接觸，無(wú)死角的吸附煙氣，實(shí)心錐120°，150°和170°的噴霧效果如圖4 所示。

圖3 噴嘴外觀

圖4 形成的錐形水膜

4.4 安裝方式

因鍋爐煙氣中粉塵顆粒較大，各附件都易被粉塵附著，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，必會(huì)導(dǎo)致各附件積累大量積渣，造成除塵效果不佳，為此，在考慮除塵效果的同時(shí)，必須考慮其各附件清理工作，為此在選噴嘴時(shí)，噴嘴采用絲扣連接，拆卸簡(jiǎn)單，清理方便。

5 設(shè)計(jì)方案

為保證本次改造取得成果，首先從影響噴霧效果的多個(gè)因素著手進(jìn)行分析。主要是：噴嘴流量、噴嘴壓力、噴霧液體密度、噴霧液體黏度，以及噴嘴噴霧角度、覆蓋面積、材料等多個(gè)因素綜合考慮設(shè)計(jì)。

5.1 噴嘴選型

因鍋爐循環(huán)除塵水呈酸性，雖然通過(guò)加入堿式試劑，但循環(huán)水整體呈現(xiàn)弱酸性，故在考慮材料方面，必須能耐酸腐蝕，同時(shí)水膜塔筒體內(nèi)，氣體流速快，煙氣呈旋流狀，且煙氣中含顆粒物較大，常規(guī)噴淋設(shè)施易被磨損，且容易積累顆粒物，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行噴淋設(shè)施將會(huì)積垢，影響除塵效果，為此，綜合考慮，選用博林公司的噴嘴，材料選用120°，316 L 不銹鋼螺旋噴嘴，該噴嘴有散水均勻，散水角度大，耐膜、耐腐蝕，方便清理等特點(diǎn)。

5.2 噴嘴布局設(shè)計(jì)

車(chē)間水膜除塵塔內(nèi)經(jīng)2.6 m，單層高4 m，總高15.2 m，根據(jù)噴嘴理論數(shù)據(jù)結(jié)合實(shí)際情況，選用120°噴嘴，理論計(jì)算最大覆蓋范圍，在噴嘴下方70 cm 處，覆蓋范圍為243 cm，在噴嘴下方60 cm 處，覆蓋范圍為208 cm，考慮到水膜塔內(nèi)部煙氣流動(dòng)迅速，為避免因煙氣的快速流動(dòng)，以及流體自身重力，對(duì)噴嘴形成的水膜的完整性造成影響，故選擇在噴嘴下方60 cm 處，確保噴嘴能形成完整的水膜。從理論上講，120°廣角噴嘴在噴嘴下方60 cm 處的覆蓋范圍為208 cm，小于塔內(nèi)徑2.6 m。故采用十字交叉型，安裝4 個(gè)噴嘴，根據(jù)實(shí)際安裝位置，可計(jì)算出，此時(shí)4 個(gè)噴嘴只需191.8 cm 的圓形區(qū)域即可覆蓋整個(gè)主筒。而本次制定的方案在噴嘴下方約60 cm 處，噴嘴覆蓋范圍為208 cm，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。水膜塔噴嘴水膜覆蓋如圖5 所示，其中，4 個(gè)小圓為噴嘴水膜覆蓋區(qū)域，4 個(gè)方格點(diǎn)為噴嘴安裝位置。

水膜塔噴嘴布局如圖6 所示，為保證能充分吸附粉塵顆粒物，在矮塔安裝一層噴嘴噴淋系統(tǒng)，使粉塵顆粒物進(jìn)行第一步吸附。其次在文丘里處安裝一個(gè)噴嘴，此處氣體流速較快，但空間狹小，安裝一個(gè)單獨(dú)的噴嘴，即可覆蓋整個(gè)文丘里管。在高塔中安裝兩層，顆粒物經(jīng)過(guò)四層過(guò)濾后，粉塵顆粒物基本全部被吸附。

圖5 水膜塔噴嘴水膜覆蓋圖

圖6 重新設(shè)計(jì)后的噴淋結(jié)構(gòu)方式

6 后期改進(jìn)

本次改進(jìn)，經(jīng)前期的探究實(shí)驗(yàn)得知，在采用新噴嘴后，噴嘴形成的水膜分布均勻，但在循環(huán)泵的加壓下，噴嘴噴出來(lái)的水基本為水霧狀態(tài)，若在水膜除塵塔最高層安裝噴淋設(shè)施，易被引風(fēng)機(jī)拉入主塔旁邊的方形塔（沉降室），甚至把水霧大量的抽進(jìn)引風(fēng)機(jī)，易對(duì)引風(fēng)機(jī)造成腐蝕。故降低噴嘴安裝位置降低，一方面確保形成水膜的完整性，另一方面避免水霧進(jìn)入方塔和引風(fēng)機(jī)。

7 檢測(cè)結(jié)果

由表2 分析，不合格有4 次，分別是11 月7 日、9日和10 日，監(jiān)測(cè)位置不同（表3），開(kāi)啟鍋爐數(shù)不同（表4），煙氣顆粒物均超標(biāo)。第二次在11 月10 日，開(kāi)啟單臺(tái)鍋爐，監(jiān)測(cè)位置相同，開(kāi)啟循環(huán)水泵2 臺(tái)，煙氣顆粒物含量均超標(biāo)。綜合上述原因分析，煙氣粉塵顆粒物超標(biāo)和監(jiān)測(cè)位置、鍋爐負(fù)荷均有一定的影響，但影響不大，但當(dāng)開(kāi)啟3 臺(tái)循環(huán)水泵，循環(huán)水量保證在單臺(tái)130 m3/h左右，可以滿(mǎn)足鍋爐在任何負(fù)荷區(qū)間的平穩(wěn)運(yùn)行。

表2 運(yùn)行監(jiān)測(cè)結(jié)果

表3 不同監(jiān)測(cè)位置除塵效果對(duì)比

表4 不同負(fù)荷監(jiān)測(cè)位置除塵效果對(duì)比

8 后期工藝優(yōu)化調(diào)整

經(jīng)改造過(guò)后的水膜除塵塔，尾氣顆粒物含量能滿(mǎn)足地方30 mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn)，但顆粒物指標(biāo)有一定波動(dòng)。為此繼續(xù)在原有工藝基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探究實(shí)驗(yàn)，調(diào)節(jié)循環(huán)水pH 值，保證循環(huán)水pH 值在7 附近，以及制定嚴(yán)格的清理周期，通過(guò)兩個(gè)方面結(jié)合，使得現(xiàn)煙塵顆粒物在（4～10）mg/m3。循環(huán)水pH 對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)，見(jiàn)上傳數(shù)采儀數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。經(jīng)過(guò)多次調(diào)整試驗(yàn)后，尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)趨于穩(wěn)定，滿(mǎn)足國(guó)家及地方排放標(biāo)準(zhǔn)。主要數(shù)據(jù)見(jiàn)表6（時(shí)間：2018-07-11-10:10:27）。

表5 循環(huán)水pH 值除塵對(duì)比試驗(yàn)

表6 尾氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

9 項(xiàng)目推廣應(yīng)用情況

該項(xiàng)目經(jīng)車(chē)間試驗(yàn)成功后，立即投入到生產(chǎn)使用中，使用效果良好，達(dá)到改造目的。排出的鍋爐尾氣煙塵顆粒物在（4～15）mg/m3，遠(yuǎn)低于國(guó)家80 mg/m3和地方30 mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)該項(xiàng)技術(shù)已推廣至公司總部其他單位。

10 效益

（1）經(jīng)濟(jì)效益。本次改造的除塵設(shè)備在生產(chǎn)中不產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益。主要是節(jié)省環(huán)保設(shè)備資金投入。

節(jié)省的設(shè)備資金投入?yún)⒄仗夭墓荆偛肯略O(shè)二級(jí)公司）流化床鍋爐除塵改造項(xiàng)目計(jì)算：特材公司流化床鍋爐單臺(tái)改造費(fèi)用約20 萬(wàn)元，3 臺(tái)鍋爐合計(jì)60 萬(wàn)元，車(chē)間3 臺(tái)改造共投入3 萬(wàn)元，對(duì)比計(jì)算可節(jié)省57 萬(wàn)元。

（2）社會(huì)效益。尾氣顆粒物達(dá)標(biāo)排放，現(xiàn)煙塵顆粒物含量在（4～10）mg/m3，遠(yuǎn)低于國(guó)家80mg/m3及地方30mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn)。