冷凝協(xié)同去除煙氣中顆粒物及可溶性鹽的研究

文_劉鐵軍 湖南中冶長(zhǎng)天節(jié)能環(huán)保技術(shù)有限公司

石灰石-石膏濕法脫硫工藝脫硫成本低、脫硫效率高、且效果穩(wěn)定。廣泛應(yīng)用于熱電、鋼鐵、焦化、玻璃、水泥等行業(yè)的鍋爐和工業(yè)窯爐煙氣脫硫。但脫硫前的煙氣經(jīng)過除塵器，再經(jīng)過濕法脫硫裝置，顆粒物經(jīng)過漿液洗滌會(huì)去除一部分顆粒物，但是高溫?zé)煔庥謺?huì)蒸發(fā)一部分脫硫漿液形成新的顆粒物，且濕法脫硫后的煙氣相對(duì)濕度處于飽和狀態(tài)，煙氣含有較多的霧滴和水蒸氣，而可溶性鹽也存在于煙氣帶走的霧滴中。據(jù)研究，通過霧滴排放的可溶性鹽顆粒物占總顆粒物的為60%。對(duì)脫硫后煙氣中的可溶性鹽的去除還有待進(jìn)一步研究，本文主要通過試驗(yàn)研究在脫硫塔內(nèi)增加冷凝相變裝置對(duì)顆粒物及可溶性鹽的去除效果。

1 研究方法

1.1 試驗(yàn)系統(tǒng)

選取某800t/d 玻璃窯爐，試驗(yàn)系統(tǒng)如圖1 所示。由煙氣管道、靜電除塵器、變頻引風(fēng)機(jī)、脫硫塔（含漿液池、攪拌器、噴淋裝置、托盤、除霧器、冷凝相變裝置），噴淋泵、冷卻水泵（變頻控制）、冷卻塔、地坑、攪拌器、地坑泵等組成。

玻璃窯爐出口煙氣經(jīng)靜電除塵器除去大部分顆粒物，含硫含塵煙氣經(jīng)風(fēng)機(jī)加壓后引入脫硫塔內(nèi)，煙氣由下往上一次經(jīng)過一層托盤、四層噴淋層洗滌，再經(jīng)過除霧器，然后經(jīng)過冷凝相變裝置，最后通過煙囪排放。托盤由多孔板組成；噴淋裝置由管道和噴嘴組成，噴嘴均勻覆蓋整個(gè)塔截面；冷凝裝置由列管組成，管內(nèi)走冷卻水，管外走煙氣，換熱后的高溫冷卻水被送到冷卻塔進(jìn)行冷卻降溫，降溫后的水又被冷卻水泵送到冷凝裝置循環(huán)使用。在脫硫塔進(jìn)口、除霧器后、冷凝相變裝置后設(shè)有檢測(cè)孔。

脫硫塔直徑5.2m，整體塔高30m；噴淋泵流量800m3/h，冷卻水泵流量400m3/h，水溫約28℃。

圖1 試驗(yàn)系統(tǒng)裝置

1.2 檢測(cè)方法

顆粒物測(cè)試方法：《固定污染源排氣中顆粒物測(cè)定與氣態(tài)污染物采樣方法》（GB/T16157）和《固定污染源廢氣低濃度顆粒物的測(cè)定重量法》（HJ836-2017）。

顆粒物手動(dòng)監(jiān)測(cè)采用嶗應(yīng)3012H 型微電腦煙塵平行采樣儀，在檢測(cè)孔采樣并稱重，根據(jù)采集的煙氣量及采樣時(shí)的煙氣溫度、含氧量、含濕量等參數(shù)，換算得出顆粒物質(zhì)量濃度。可溶性鹽的測(cè)量，用與脫硫塔出口溫度相同的工藝水溶解搜集下來的顆粒物，然后測(cè)量剩下無法溶解的顆粒物質(zhì)量。

2 顆粒物及可溶性鹽去除機(jī)理

含塵高溫?zé)煔膺M(jìn)入脫硫塔，由下到上依次經(jīng)過托盤、噴淋裝置、除霧器、冷凝相變裝置，最后排入煙囪。煙氣和漿液在托盤層表面產(chǎn)生一定厚度的液泡層，一部分顆粒物通過漿液洗滌、氣液傳質(zhì)，達(dá)到一定除塵效果。在噴淋層，漿液被噴嘴霧化層液滴，與顆粒物產(chǎn)生慣性碰撞、攔截、布朗擴(kuò)散等作用，達(dá)到一定除塵的目的，同時(shí)由于高溫?zé)煔庹舭l(fā)了一部分漿液，并帶走了一部分液滴，從而產(chǎn)生新的細(xì)顆粒物及霧滴，霧滴中含有可溶性鹽。除霧器通過折流使煙氣產(chǎn)生離心力與壁面碰撞，而將大部分霧滴截留下來。飽和濕煙氣流過冷凝裝置低溫壁面，溫度降低，煙氣中的水蒸氣在壁面冷凝產(chǎn)生液膜，大大提高了煙氣中的細(xì)霧滴與顆粒物同液膜進(jìn)行慣性碰撞、凝聚的效果，見圖2。

圖2 冷凝相變除塵、除霧滴機(jī)理

3 結(jié)果及討論

3.1 冷卻水流量

試驗(yàn)窯爐滿負(fù)荷生產(chǎn)，噴淋分為4 層，靜電除塵器電場(chǎng)全部投入，調(diào)整冷卻水泵流量，觀察冷凝前后顆粒物總排放濃度及可溶性鹽濃度變化情況如圖3 所示，隨著冷卻水量增加，顆粒物總排放濃度及可溶性鹽濃度顯著減少，而后趨于緩慢。因?yàn)槔鋮s水量的增加，使壁面液膜增加，提高了霧滴與顆粒物的碰撞概率，當(dāng)濃度降低到一定程度，碰撞的概率又減小了，所以又會(huì)趨于緩慢。根據(jù)試驗(yàn)可以得出，增加冷凝相變裝置后，可溶性鹽占顆粒物總排放量由63%降至42.8%，顆粒物總?cè)コ视?0% 提高到84%，對(duì)可溶性鹽的去除效果達(dá)74.5%。

圖3 冷卻水量的影響

3.2 進(jìn)口煙氣顆粒物濃度

試驗(yàn)窯爐滿負(fù)荷生產(chǎn)，噴淋分為4 層，冷卻水泵全流量運(yùn)行，通過調(diào)節(jié)靜電除塵器電場(chǎng)，觀察冷凝前后顆粒物總排放濃度及可溶性鹽濃度變化情況如圖4 所示。脫硫塔進(jìn)口煙氣顆粒物濃度越高，冷凝前后顆粒物總排放濃度越高，冷凝前后可溶性鹽濃度基本保持穩(wěn)定。由此可以看出，進(jìn)口煙氣顆粒物濃度的增加對(duì)冷凝裝置除顆粒物及可溶性鹽的效率沒有影響，但排放總量增加了。

圖4 進(jìn)口煙氣顆粒物濃度的影響

4 結(jié)語(yǔ)

在脫硫塔除霧器后面增加冷凝相變裝置，飽和濕煙氣流過冷凝裝置低溫壁面，煙氣中的水蒸氣在壁面冷凝產(chǎn)生液膜，大大提高了煙氣中的顆粒物及霧滴同液膜進(jìn)行慣性碰撞、凝聚的效果，從而達(dá)到去除顆粒物及可溶性鹽的目的。

增加冷凝相變裝置后，可溶性鹽占顆粒物總排放量由63%降至42.8%，顆粒物總?cè)コ视?0%提高到84%，對(duì)可溶性鹽的去除效果達(dá)74.5%。隨著冷卻水量增加，顆粒物總排放濃度及可溶性鹽濃度顯著減少，而后趨于緩慢。

脫硫塔進(jìn)口煙氣顆粒物濃度的增加對(duì)冷凝裝置除顆粒物及可溶性鹽的效率沒有影響，但排放總量增加了。