特種PVC樹脂干燥尾氣除塵技術改造及運行總結

萬 波，陳禮道，孫熊杰，郭世杰

（杭州電化集團有限公司，浙江 杭州311228）

杭州電化集團有限公司特種聚氯乙烯樹脂裝置主要生產高聚合度樹脂和消光樹脂，其中干燥工序采用氣流干燥管、旋風干燥床加旋風分離器的干燥工藝，具體工藝路線為干燥漿料高位槽內的漿料用漿料泵送至離心機離心脫水，脫水后的濕料經過螺旋輸送器送入氣流干燥管內，與來自鼓風機經過空氣加熱器加熱后的高溫空氣相遇，在高速的氣流作用下，樹脂顆粒表面水分急速氣化，其顆粒隨著濕熱氣流以較高的速度，沿切線方向進入旋風干燥床，經過一級、二級旋風分離器進行氣、固分離，樹脂被分離出來經過布袋閥進入振動篩，篩分后的樹脂進入包裝工序，濕熱空氣夾帶粉塵從二級旋風分離器頂部由引風機排入大氣。干燥工藝流程簡圖見圖1。

圖1 干燥工藝流程簡圖

與通用型PVC樹脂相比，高聚合度特種樹脂由于反應溫度低、分散劑用量大導致樹脂粒徑分布寬，細料多，生產高聚合度特種樹脂時引風機出口夾帶較多粉塵，嚴重污染環境，故高聚合度特種樹脂的干燥尾氣必須進行深度處理，通過改造優化除塵系統，以確保合格排放。高聚合度特種樹脂（以DH2500和DH3000為例）和通用型樹脂（以SG5為例）100 g分級過篩數據對比見表1。

表1 高聚合度特種樹脂和通用型樹脂顆粒分級過篩對比

1 幾種除塵方式的比較

目前，國內PVC樹脂生產企業常用的除塵方式主要有干法和濕法2種。干法除塵包括旋風除塵、過濾式除塵和電除塵等。濕法除塵是使含塵氣體與水接觸，利用水滴和塵粒的慣性碰撞及其他作用把塵粒從氣流中分離出來的一種方法[1]，包括洗滌塔除塵、水浴除塵和文氏管除塵等。

1.1 旋風除塵器

旋風除塵器是利用旋轉的含塵氣體所產生的離心力，將粉塵從氣流中分離出來的一種干式氣-固分離裝置。

旋風分離器對于捕集、分離5～10μm以上的粉塵效率較高。該除塵方式具有以下幾個特點：（1）結構簡單，無轉動部件，不需特殊的附屬設備，占地面積小，制造安裝投資較少；（2）操作維護簡便，壓力損失中等，動力消耗不大，運行維護費用低；（3）操作彈性較大，性能穩定，不受含塵氣體的濃度、溫度限制。

1.2 過濾式除塵

過濾式除塵是以一定的過濾材料，使含塵氣體通過過濾材料來達到分離氣體中固體粉塵的一種高效除塵設備，目前行業上普遍采用的都是脈沖袋式除塵器。

脈沖袋式除塵器具有除塵效率高，占地面積小等特點，但需定期更換濾袋，增加運行和維護成本，如果出現布袋破損，還會導致大量粉塵排入大氣，必須及時停車處理；另外，冬季生產時干燥尾氣易返潮結露，影響布袋的正常運行。

1.3 電除塵器

電除塵器是使含塵氣體在通過高壓電場進行電離的過程中，使塵粒荷電，并在電場力的作用下，使塵粒沉積于電極上，將塵粒從含塵氣體中分離出來的一種除塵設備，它能有效地回收氣體中的粉塵，在合適的條件下，其除塵效率可達99%或更高。但電除塵器存在制造、安裝要求高，操作維護困難，運行成本高的問題。

1.4 洗滌塔除塵

洗滌塔最早的型式是在一空塔內噴水使其逆向與上升的含塵氣體相接觸，利用塵粒與水滴接觸碰撞而相互凝集或塵粒間相互團聚，使其重量大大增加，靠重力作用而沉降下來，常在塔內裝填料或塔板，增加水與含塵氣體的接觸，提高效率和減小除塵器體積。洗滌塔結構簡單、制造安裝投入少、操作維護簡單，但該除塵方式除塵效率偏低，塔內若裝填料或塔板容易結垢，清理困難。

1.5 水浴除塵

水浴除塵器是一種使含塵氣體在水中進行充分水浴作用的除塵器，主要由水箱、進氣管、排氣管和噴頭組成，見圖2。該除塵方式結構簡單、投資費用低，但除塵效率偏低，不能完全滿足干燥尾氣除塵要求。

圖2 水浴除塵器

1.6 文氏管除塵

文氏管除塵器由文氏管和除沫器組成，除沫器一般均采用旋風分離器，文氏管由3個異形管（收縮管、喉管和擴散管形成一根長管）及噴水裝置所組成，見圖3。

圖3 文氏管除塵器

該除塵方式的優點是除塵效率高，可達99%，還能消除1μm以下的細塵粒，結構簡單，造價低廉，維護運行簡單，但是壓力損失較大，用水量也大。

2 干燥尾氣除塵技術改進

干燥工序生產高聚合度特種樹脂時引風機出口放空粉塵含量經常超標，達到了180 mg/m3左右。由此可見，二級旋風分離器的除塵效率不足，導致干燥尾氣粉塵超標，影響環境，必須改造除塵系統，以確保合格排放。

2.1 除塵技術選擇

考慮到袋式除塵器的濾袋受到使用溫度和操作壓力的影響，需定期更換濾袋，運行維護成本較高；電除塵器設備制作、安裝要求高，操作維護困難，運行成本高；濕法除塵不受使用溫度和操作壓力限制，操作方便，運行維護簡單，定期回收含塵母液沉降池中的細料即可。

根據公司廠房和設備布置現狀，采用濕法除塵技術對特種樹脂干燥尾氣進行處理。通過技術改造，在現有裝置的基礎上再增加1套干燥尾氣除塵裝置，采用水浴除塵器+尾氣洗滌塔的兩級串聯處理工藝。水浴除塵器安裝在引風機出口，尾氣洗滌塔串聯在水浴除塵器之后提高除塵效率，改造后的裝置示意圖見圖4。來自干燥工序引風機出口的含塵氣體首先進入水浴除塵器，經過水浴池預除塵后，含塵氣體通過兩道水幕裝置，利用水幕使塵粒與水滴充分接觸，同向切線方式進入尾氣洗滌塔，被水幕捕集的塵粒受離心力影響被甩到筒壁上進行分離除塵，凈化氣通過洗滌塔頂部排空，螺旋噴頭間歇沖洗筒壁，含塵液體通過水浴除塵器和尾氣洗滌塔的溢流口進入母液沉降池沉降回收。水浴除塵器、螺旋噴頭和水幕用水均來自于二級母液沉降池的澄清母液水，不需額外補充新鮮水。

圖4 干燥尾氣除塵裝置改造示意圖

2.2 尾氣洗滌塔系統的設計

尾氣洗滌塔系統主要包括水幕布水器和尾氣洗滌塔。

2.2.1 水幕布水器的設計

水幕布水器是濕法除塵器的重要組成部分，直接關系到除塵效果的好壞，將水幕布水器的噴嘴噴射面與水平方向向上成5°～15°夾角設計時，有利于粉塵顆粒和水霧液滴兩者的碰撞，同時也增加了兩者的混合時間，而且兩者相撞時，水霧液滴容易再次破損，變成更小的水霧液滴，這會使水霧液滴對更小粒徑的粉塵顆粒捕集效果更好，另外根據能量守恒定律，不論粉塵顆粒速度的大小是高于還是低于水霧液滴的速度，碰撞之后，水霧液滴的能量一定會傳給粉塵顆粒，增加粉塵顆粒的速度，這也會使除塵的效果更好[2]。為保證水幕布水器的水霧效果，對布水器的孔徑、數量及其排布方式進行了特殊設計。

2.2.2 尾氣洗滌塔設計

特種樹脂干燥尾氣溫度：35℃，35℃空氣密度p：1.146 kg/m3，35℃空氣黏度μ：0.018 84 mPa·s；干燥尾氣顆粒平均粒徑d。：30μm；干燥尾氣顆粒經洗滌后的平均粒徑d：50μm；干燥尾氣顆粒密度ρs：1 300 kg/m3；除塵風量VS：15 500 m3/h。

（1）尾氣洗滌塔直徑設計

根據PVC樹脂顆粒的流動特性可知，PVC樹脂顆粒的沸騰起始氣速為1.5 m/s，在設計除塵設備時，應使含塵氣體的流速低于1.5 m/s，以利于PVC樹脂顆粒沉降。因此，在尾氣洗滌塔直徑計算時，取含塵氣體在塔內的流速為u=1.2 m/s。

則尾氣洗滌塔的直徑D=（4VS/（3 600·π·u））-1/2=2.138（m），取整為D=2.2 m。

此時實際的u=4Vs/（3 600·π·D2）=1.13 m/s＜u=1.5（m/s），故計算流速選擇較合適。

（2）尾氣洗滌塔高度設計

重力沉降速度u

核算此時的雷諾數Re=ρdu。/μ=1.146×50×10-6×0.094÷（0.018 84×10-3）=0.29＜2，故特種樹脂干燥尾氣顆粒運動處于斯托克斯定律區的假設成立，上述計算公式選用較合適[3]。

為提高樹脂顆粒在尾氣洗滌塔內的沉降效果，需保證顆粒在塔內有足夠的停留時間進行沉降。現取樹脂顆粒在塔內的停留時間t為100 s，此時所需的尾氣洗滌塔高度H為：

H=u。·t=0.094×100=9.4（m），取整為10 m。

3 改進后運行情況

干燥尾氣除塵系統改造投用后，運行情況達到預期目標，除塵設備穩定性高，運行至今未出現過故障問題，公司每年在檢修期間檢查水浴除塵池和尾氣洗滌塔內部情況，未發現明顯積料。回收后的塵粒在母液沉降池沉降后，只在年度系統檢修時清理回收，不影響正常生產。

除塵系統改造后，干燥尾氣排放的粉塵量大大降低，公司在生產高聚合度樹脂 （DH2500和DH3000）期間定期進行檢測，對尾氣系統各環節的顆粒物排放濃度進行了詳細的檢測對比，數據分別見表2和表3。

表2 生產DH2500時除塵效果對比mg/m3

表3 生產DH3000時除塵效果對比mg/m3

從表2和表3可以看出，干燥工序引風機出口增加水浴除塵器和尾氣洗滌塔后，生產細料較多的高聚合度樹脂時，外排的粉塵顆粒物質量濃度已降為20 mg/m3左右，低于GB 31572-2015《合成樹脂工業污染物排放標準》大氣污染物排放限值中顆粒物30 mg/m3的排放標準。

4 結語

通過比較不同除塵方式的優缺點，結合特種PVC樹脂的物料特性和原有工藝裝置的生產特點，本次改造項目選擇了水浴除塵器加尾氣洗滌塔串聯的雙除塵工藝，改造后干燥尾氣中顆粒物減排效果明顯，顆粒物排放指標達到環保要求，為企業綠色生產和可持續發展作出了貢獻。