高溫超凈電袋復合除塵器在廢液焚燒爐的應用

盧敏榮

（福建龍凈環保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

焚燒技術作為一種能最大程度實現無害化、減量化和資源化的處理技術[1]，被廣泛應用于廢液處理中。山東某化工股份有限公司一條己二酸生產線，在生產過程中產生大量的皂化廢堿液。為減少環境污染，采用焚燒法對皂化廢堿液進行處理。皂化液在焚燒爐內懸浮燃燒，生成固堿（主要成分為純堿）隨煙氣帶出[2]，經除塵器處理，不但可以回收化工原料純堿（Na2CO3）和副產品蒸汽，而且還可以消除二次污染，具有良好的經濟效益和社會效益[3]。焚燒爐尾部采用靜電除塵器在對煙氣進行處理的同時可回收Na2CO3。近年來隨著環保要求的提高，原有的靜電除塵器性能已不能滿足排放要求，本項目經過多方比較，最終采用高溫超凈電袋復合除塵器進行提效改造。

1 高溫超凈電袋復合除塵技術

1.1 技術原理

高溫超凈電袋復合除塵器是在一個箱體內緊湊安裝電場區和濾袋區，有機結合靜電除塵和過濾除塵兩種原理的一種除塵器[4]，其結構見圖1。高溫含塵煙氣經進口煙道流入，在進口喇叭內部得到緩沖、擴散、均衡后低速進入電場區，粉塵在電場區荷電且80%以上的荷電粉塵被收集，被收集的粉塵直接沉降至灰斗，未被電區捕集的少量荷電粉塵在合金纖維濾袋區被過濾攔截，粉塵被截留在濾袋外表面，純凈的氣體從濾袋內腔流入上部的凈氣室，最后從出口煙道排出，實現了煙塵凈化目標。

圖1 高溫超凈電袋復合除塵器結構示意圖

1.2 技術特點

（1）除塵效率長期高效穩定。高溫超凈電袋復合除塵器的除塵效率不受煤種變化的影響，濾袋采用高精度過濾濾料，增強對可吸入顆粒物（PM10）和細顆粒物（PM2.5）等微細粉塵的捕集，降低排放濃度，可實現排放濃度長期穩定<10mg/Nm3，甚至<5mg/Nm3。

（2）采用耐高溫合金纖維濾袋。合金纖維濾袋是高溫超凈電袋復合除塵器的核心部件之一，由合金纖維經過無紡鋪制后燒結而成，具有良好的焊接性能、加工性能、導熱性和高韌性，并且耐高溫（使用溫度最高可達800℃）、過濾精度高、孔隙率大、透氣性好、過濾阻力低，能有效阻擋細粉塵的滲透，提高除塵器的過濾效率，降低運行阻力。

（3）濾袋壽命長，無二次污染。合金纖維濾袋的使用壽命一般比常規化纖濾袋長2—3 年，并且廢舊合金纖維濾袋回收利用簡單、價值高、無二次污染。

（4）阻力低，清灰效果好。前級電場區發揮了高效除塵與荷電作用，濾袋區粉塵濃度低，濾袋堆積粉塵厚度相對速度降低。荷電粉塵形成的蓬松粉餅層加大了孔隙率、提高了透氣性、降低了濾袋阻力。由于合金纖維濾袋具有透氣性好、機械性能好等特點，因此在清灰過程中變形小、振動頻率高。噴吹時造成的高振蕩頻率有利于清灰。

（5）結構緊湊。在同一箱體內緊湊安裝了電場區和濾袋區，有機結合了兩種除塵器的結構特點，占地面積小。

（6）節能效果顯著。由于采用高效能高壓電源，清灰周期長、壓縮空氣消耗量小、運行阻力低，因此高溫超凈電袋復合除塵器的綜合能耗更優。

2 工程應用

2.1 工程概況

本項目原配套一臺單列四電場高壓靜電除塵器，一電場采用高頻電源，其余三電場采用工頻電源。因環保要求的不斷提高，需要進行改造，改造部分是除塵及其配套的電氣、電控和分散控制系統（DCS）部分。原靜電除塵器技術參數見表1。

表1 原靜電除塵器技術參數

2.2 提效改造方案

本次改造在原靜電除塵器基礎上，保留第一、二電場，并更換原第一、二電場的陽極板、陰極框架，以保證電場的除塵效率，同時拆除第三、四電場的陰陽極及高低壓設備，騰出來的空間用來布置濾袋，在整體上形成“兩電場+兩袋區”的電袋復合結構。電袋復合除塵器的改造方案見圖2，設計參數見表2。

圖2 電袋復合除塵器改造方案圖

表2 電袋復合除塵器設計基本參數(單臺除塵器的數據)

2.3 技術措施

皂化廢堿液采用焚燒法處理后，產生的尾氣具有高黏結性，其煙塵顆粒細、輕，易回潮、易結晶，除塵難度較大，鑒于此煙氣工況特性，本項目采用計算流體力學（CFD）模擬技術、高溫高精度合金濾袋、優化預涂灰配置、壓縮空氣預熱、增設振動設備等措施，保障出口粉塵濃度實現超低排放。

2.3.1 CFD 模擬技術

CFD 模擬是一種模擬計算除塵器內部氣流流場，流量分配非常先進、有效的技術手段，利用CFD 模擬技術對除塵器內部結構設計進行指導，以確保內部氣流流場合理、流量分配均勻。CFD 模擬見圖3、圖4。

圖3 CFD 模擬跡線圖

圖4 CFD 模擬速度云圖

2.3.2 高溫高精度合金濾袋

合金纖維濾料由微米級絲徑的合金纖維經過無紡鋪制后燒結而成，相對傳統濾料具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨、耐熱沖擊高、機械強度高、無二次污染等諸多優點，適用于本項目煙氣工況。在虛擬設備接口（VDI）上進行濾料過濾性能測試，得出以下結果：

（1）合金纖維濾料的除塵效率、出口粉塵排放濃度與覆膜化纖濾料基本相當，優于化纖梯度濾料。

（2）合金纖維濾料老化后的殘余壓降與化纖濾料基本相當。

因此，合金纖維濾料是本項目理想的高溫煙氣過濾材料。

2.3.3 預涂灰

皂化液是一種棕黑色黏稠液體，而且其熱值較低，焚燒時需要濃縮并輔助投油助燃。在焚燒爐點爐初期，未完全燃燒的皂化液和油滴進入除塵器袋區并附著在濾袋表面，影響濾袋清灰效果，同時減少了濾袋過濾面積，對電袋復合除塵器性能有著極大影響。因此，在點爐前，為保護金屬濾袋，保證電袋復合除塵器正常運行，確保除塵器性能，需要對電袋復合除塵器進行預涂灰。

一般電袋復合除塵器預涂灰的材料為Ⅰ級粉煤灰，但本項目煙氣的粉塵主要成分為Na2CO3，具有較高的回收價值。為不影響收集下來的Na2CO3品質，預涂灰的材料選用原除塵器收集下來的堿灰。

2.3.4 壓縮空氣預熱

袋區的清灰方式是行脈沖噴吹，即在濾袋上方設置噴吹管，噴吹管連接氣箱，氣箱上裝有脈沖閥，氣源為壓縮空氣。當脈沖閥對濾袋進行清灰時，由脈沖閥噴射出來的高速氣流使濾袋內部壓力急劇上升，濾袋迅速膨脹。當濾袋膨脹到極限時，由于濾袋張力的作用產生振動，并開始收縮，此時附著在濾袋表面的粉塵層在慣性力的作用下從濾袋上脫落。

皂化液經過焚燒后產生的煙氣中含有大量的水汽。當進入到除塵器內部的氣體溫度較低（如冬季）時，可能會造成局部水汽凝結，堿灰具有吸濕性，易凝結在濾袋表面，影響清灰效果。因此，本項目在氣源管道上設置空氣電加熱器設備，對脈沖噴吹氣源進行預加熱，大大降低了堿灰凝結的可能性。

2.3.5 增設振動設備

在重力的作用下，少部分煙塵經過自然沉降，沉積到進口喇叭底板處。由于皂化液焚燒產生的煙塵顆粒細、輕，易回潮及結晶，如不能及時將其從底板處清除，極易因吸收煙氣中的水汽而結晶。隨著煙塵的堆積，結晶越來越厚，直接影響進口喇叭的氣流分布，嚴重時會造成陽極板與陰極線之間的搭橋短路。

由于除塵器采用刮板機進行輸灰，連接處容易有冷風進入灰斗。若灰斗壁板上的堿灰不能及時掉落至刮板機內，會在灰斗壁板處回潮結晶，造成灰斗積灰，使除塵器產生嚴重的安全運行隱患。

通過在進口喇叭底板、灰斗壁板處增加相應數量的振動設備，設置相應的運行程序，可以較好地解決此類問題。

2.4 工程運行效果

本項目于2020 年9 月改造完成并投入運行，投運以來各設備運行穩定可靠，性能指標優良。對高溫電袋復合除塵器的性能測試表明，除塵器出口顆粒物排放濃度為2.5mg/Nm3、阻力為466.7Pa，優于設計要求，實現了超低排放。

3 結語

采用高溫超凈電袋復合除塵技術對原靜電除塵器進行提效改造后，不僅可以實現長期穩定可靠的超低排放，同時可降低電耗、減少排污費，具有良好的經濟性。高溫超凈電袋復合除塵器的成功應用，為皂化廢堿液焚燒爐實現超低排放提供了全新的技術路線，也為該技術在有色、鋼鐵、水泥、化工等非電領域的推廣奠定了基礎。