華陽一礦選煤廠煤泥烘干尾氣凈化改造工程

郭小林

（山西華陽集團新能股份有限公司 一礦，山西 陽泉 045000）

1 概 況

山西華陽集團新能股份有限公司一礦選煤廠是一座大型現代化礦井型選煤廠，選煤廠洗選系統產生的煤泥經壓濾機脫水后進入煤泥干燥車間干燥，主要設備為1臺WJG-15000型旋翼式流態化干燥機，現有煤泥干燥后尾氣主要通過旋風除塵器+噴淋塔除塵后排放大氣中，尾氣中固體顆粒物含量≥80 mg/m3，無法滿足國家和山西省地方環保要求，只能通過采取降低烘干設備小時處理量的方式來達到相關規范的要求，嚴重影響正常生產效率。為解決這一問題，決定對華陽一礦選煤廠原有煤泥烘干尾氣排放系統進行改造。

2 改造的思路及方式

根據華陽一礦選煤廠現有情況和生產條件，若要達到≤20 mg/m3顆粒物排放標準的要求，只有布袋除塵器和濕式電除塵器的除塵效率可以達到。由于煤泥烘干系統的廢氣具有風量大、溫度較高和濕度高的特點，如選擇布袋除塵器進行改造，需要增加廢氣除濕系統，并拆除已有的第二級噴淋塔除塵器，改造工程量較大，成本較高，工期較長，而且布袋除塵器的卸灰需要再增加濕式卸灰或密閉干式卸灰，又增加了改造成本和二次污染的風險。因此，按照控制改造成本和運行費用、綜合考慮運行的穩定性，操作簡便等因素，采取保留原除塵設施，在噴淋塔出口處增加濕電除塵器的方式進行改造。

3 系統改造

華陽一礦選煤廠烘干車間的煙氣特點是煙塵初始濃度高（2 g/m3），含濕量高（23.4%），煙氣溫度低（60～80℃），煙塵極易結露。由于煤泥烘干系統的廢氣具有風量大和濕度高的特點，以控制改造成本和運行費用為原則，綜合考慮運行的穩定性和操作簡便等因素，采取保留原除塵設施不變，在噴淋塔出口處增加濕電除塵器的方式進行改造，形成三級串聯的除塵工藝，即煤泥烘干爐煙氣—旋風除塵器—噴淋塔—濕式電除塵器—煙筒達標直排。此改造方案對原有系統不作任何拆改，新增的濕式電除塵器系統作為原有的第三級除塵串聯使用，改造過程無需停產。

3.1 改造方案的特點及優點

以降低改造和維運成本、運行可靠穩定、操作自動化為標準，綜合現有系統實際情況，改造方案具備以下優點。

（1）改造成本低，對原有系統不作任何拆改，新系統作為第三級除塵，在增加除塵效率的情況下，降低一次性投入。

（2）經過現場踏勘，改造可在原有場地上直接進行，通過科學合理的改造工程流程優化設計，可以讓改造過程中無需停產，保障了正常的生產效率。

（3）系統運行可靠穩定，排放達標，無二次污染，后期維護簡便，并且可有效降低運行成本，經濟效益顯著。

3.2 濕電除塵器技術特點和要求

3.2.1 濕電除塵器技術特點

濕式靜電除塵器簡稱WESP，主要用來處理少量粉塵和微顆粒，是治理煙氣中粉塵污染的先進設備。該設備利用靜電場使煙氣電離，在強電場中空氣分子被電離為正離子和電子，電子奔向正極過程中遇到顆粒物，使顆粒物帶負電被吸附到正極，即被收集到集塵管上。集塵管捕集到的顆粒物后，采用定時沖洗的方式，通過水將沉集在極板上的粉塵沖洗下來。濕式電除塵器結構如圖1所示，工作原理如圖2所示。

圖1 除塵器結構Fig.1 Dust collector structure

圖2 濕式電除塵器工作原理Fig.2 Working principle of wet electrostatic precipitator

因此，濕式靜電除塵器基本無二次污染，耗水量需求也很少，并且具有除塵效率高、壓力損失小、操作簡單、能耗小、無運動部件、維護費用低、檢修停工期短、可工作于煙氣露點溫度下等優點，而且由于結構緊湊，可與其它煙氣治理設備相互組合，設計形式靈活。

3.2.2 濕電除塵器技術要求

（1）此次加裝的除塵器須采用露天布置，因此按7度地震烈度設防，并考慮防雨、防凍、防風等氣象因素。

（2）因為煤泥本身的性質，除塵器核心部件和內襯考慮耐久性、耐腐蝕性等因素。

（3）采用PLC自動控制，與原除塵系統聯動控制。

（4）按照相關要求，處理后的顆粒物含量（實測值）不超過20 mg/m3。

3.3 設計方案

華陽一礦選煤廠煤泥烘干車間引風機最大風量為80 000 m3/h，因此加裝的濕式電除塵器的最大進風量需要匹配80 000 m3/h。引風機風量通過調節風速實現，風速分為三檔，第一檔風速為0.9 m/min，第二檔風速為1.4 m/min，第三檔風速為2.3 m/min，第三檔時達到最大風量。濕式電除塵器設計風量=總積塵面積×風速，因此當風速為2.3 m/min時，可計算出需要的總積塵面積約為580 m2，據此設計濕式電除塵器加裝方案。

（1）濕式電除塵器主體設備規格4 m×4 m×13 m，陽極管數量為85支，每管集塵面積為6.86 m2，即總面積為583.1 m2，根據上式計算設計風量為80 467 m3/h，滿足華陽一礦選煤廠煤泥烘干車間引風機最大風量要求。

（2）陽極管數量85支，長度6 m，由于設備采用露天放置，煙氣中含腐蝕性物質和含塵煙氣量較大，傳統的玻璃鋼陽極管在此條件下壽命較短，后期維護成本高，維修更換工作量大。因此陽極管采用有機硅樹脂KR-311，KR-311樹脂具有硬度高、耐氣候性、電氣絕緣性、耐磨性、耐酸堿性、疏水性等多種特性，杜絕了惡劣工況環境下陽極管的老化、粉化和絕緣性衰減現象，可滿足30 a使用壽命。

（3）陰極桿數量85支，長度6 m，陰極桿采用耐磨耐腐蝕2205不銹鋼材質，其強度能承受含塵煙氣的磨損和沖洗時高速水流的沖刷，便于清洗油性物質，同時使用壽命長，減少后期維護成本和維修更換的工作量。

（4）此次設計濕式電除塵器配置的電氣系統包括供配電系統、高壓恒流變壓器、電氣控制與保護、照明及檢修系統、電氣設備等。

（5）噴淋塔結構。噴淋塔是濕法工藝的主流塔型，噴淋塔多采用逆流方式布置，煙氣從噴淋區下部進入吸收塔，煙氣流速為3 m/s左右，噴淋塔優點是塔內構件少，壓力損失也小。噴淋塔結構如圖3所示。

圖3 噴淋塔結構Fig.3 Structure of spray tower

4 改造后效果和效益

重新改造后華陽一礦選煤廠煤泥烘干尾氣凈化裝置安裝在干燥車間北側，于2021年11月安裝完成并試運行。試運行情況一切正常，達到了煙氣凈化和達標排放的目的，如圖4所示。

圖4 改造后效果Fig.4 Effect after transformation

改造前，華陽一礦選煤廠烘干車間顆粒物實測濃度平均值為≥80 mg/m3，為了保證達標排放，只能通過人為降低烘干煤泥量至30 t/h才能滿足，預計每年約有12萬t煤泥無法正常烘干。改造后，通過第三方機構對烘干車間排放尾氣中固體顆粒物含量進行檢測，濃度平均值為8.3 mg/m3，滿足污染物排放限值固體顆粒物≤20 mg/m3的要求，達到了國家標準《工業爐窯大氣污染物排放標準》（GB9078-1996）的規定和山西省地方標準《煤炭洗選行業污染物排放標準》（DB14/2270-2021）要求。

改造后，華陽一礦選煤廠烘干車間運行不再受排放尾氣中固體顆粒物濃度的限制，可以全天候正常運行，烘干煤泥量與生產煤泥量相匹配，增加了烘干煤泥量，按烘干煤泥摻入末煤中售價和直接當濕煤泥銷售售價的差價，拋除烘干的運行費用、水分降低對重量的影響以及摻入末煤對末煤質量降低的影響因素，按每噸烘干煤泥增加銷售80元計，每年可以多烘干煤泥12萬t，增加經濟效益約960萬元。

5 結 語

針對華陽一礦選煤廠煤泥干燥后尾氣中固體顆粒物含量≥80 mg/m3，不滿足相關規范要求，影響正常生產等問題，對該選煤廠原有尾氣凈化系統進行改造。對比分析了布袋除塵器和濕式電除塵器的優缺點，綜合考慮改造成本、運行費用和穩定性等因素，采取保留原除塵設施，在噴淋塔出口處增加濕電除塵器的方式進行改造，形成三級串聯的除塵工藝。對濕電除塵器原理和特點進行了介紹，設計了改造方案并在華陽一礦選煤廠試運行。改造后烘干車間排放尾氣中固體顆粒物含量平均值降為8.3 mg/m3，滿足相關環保要求，并且每年可以增加煤炭銷售收入960萬元以上，社會效益和經濟效益顯著。