高温超净电袋复合除尘器在废液焚烧炉的应用

卢敏荣

（福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000）

焚烧技术作为一种能最大程度实现无害化、减量化和资源化的处理技术[1]，被广泛应用于废液处理中。山东某化工股份有限公司一条己二酸生产线，在生产过程中产生大量的皂化废碱液。为减少环境污染，采用焚烧法对皂化废碱液进行处理。皂化液在焚烧炉内悬浮燃烧，生成固碱（主要成分为纯碱）随烟气带出[2]，经除尘器处理，不但可以回收化工原料纯碱（Na2CO3）和副产品蒸汽，而且还可以消除二次污染，具有良好的经济效益和社会效益[3]。焚烧炉尾部采用静电除尘器在对烟气进行处理的同时可回收Na2CO3。近年来随着环保要求的提高，原有的静电除尘器性能已不能满足排放要求，本项目经过多方比较，最终采用高温超净电袋复合除尘器进行提效改造。

1 高温超净电袋复合除尘技术

1.1 技术原理

高温超净电袋复合除尘器是在一个箱体内紧凑安装电场区和滤袋区，有机结合静电除尘和过滤除尘两种原理的一种除尘器[4]，其结构见图1。高温含尘烟气经进口烟道流入，在进口喇叭内部得到缓冲、扩散、均衡后低速进入电场区，粉尘在电场区荷电且80%以上的荷电粉尘被收集，被收集的粉尘直接沉降至灰斗，未被电区捕集的少量荷电粉尘在合金纤维滤袋区被过滤拦截，粉尘被截留在滤袋外表面，纯净的气体从滤袋内腔流入上部的净气室，最后从出口烟道排出，实现了烟尘净化目标。

图1 高温超净电袋复合除尘器结构示意图

1.2 技术特点

（1）除尘效率长期高效稳定。高温超净电袋复合除尘器的除尘效率不受煤种变化的影响，滤袋采用高精度过滤滤料，增强对可吸入颗粒物（PM10）和细颗粒物（PM2.5）等微细粉尘的捕集，降低排放浓度，可实现排放浓度长期稳定<10mg/Nm3，甚至<5mg/Nm3。

（2）采用耐高温合金纤维滤袋。合金纤维滤袋是高温超净电袋复合除尘器的核心部件之一，由合金纤维经过无纺铺制后烧结而成，具有良好的焊接性能、加工性能、导热性和高韧性，并且耐高温（使用温度最高可达800℃）、过滤精度高、孔隙率大、透气性好、过滤阻力低，能有效阻挡细粉尘的渗透，提高除尘器的过滤效率，降低运行阻力。

（3）滤袋寿命长，无二次污染。合金纤维滤袋的使用寿命一般比常规化纤滤袋长2—3 年，并且废旧合金纤维滤袋回收利用简单、价值高、无二次污染。

（4）阻力低，清灰效果好。前级电场区发挥了高效除尘与荷电作用，滤袋区粉尘浓度低，滤袋堆积粉尘厚度相对速度降低。荷电粉尘形成的蓬松粉饼层加大了孔隙率、提高了透气性、降低了滤袋阻力。由于合金纤维滤袋具有透气性好、机械性能好等特点，因此在清灰过程中变形小、振动频率高。喷吹时造成的高振荡频率有利于清灰。

（5）结构紧凑。在同一箱体内紧凑安装了电场区和滤袋区，有机结合了两种除尘器的结构特点，占地面积小。

（6）节能效果显著。由于采用高效能高压电源，清灰周期长、压缩空气消耗量小、运行阻力低，因此高温超净电袋复合除尘器的综合能耗更优。

2 工程应用

2.1 工程概况

本项目原配套一台单列四电场高压静电除尘器，一电场采用高频电源，其余三电场采用工频电源。因环保要求的不断提高，需要进行改造，改造部分是除尘及其配套的电气、电控和分散控制系统（DCS）部分。原静电除尘器技术参数见表1。

表1 原静电除尘器技术参数

2.2 提效改造方案

本次改造在原静电除尘器基础上，保留第一、二电场，并更换原第一、二电场的阳极板、阴极框架，以保证电场的除尘效率，同时拆除第三、四电场的阴阳极及高低压设备，腾出来的空间用来布置滤袋，在整体上形成“两电场+两袋区”的电袋复合结构。电袋复合除尘器的改造方案见图2，设计参数见表2。

图2 电袋复合除尘器改造方案图

表2 电袋复合除尘器设计基本参数(单台除尘器的数据)

2.3 技术措施

皂化废碱液采用焚烧法处理后，产生的尾气具有高黏结性，其烟尘颗粒细、轻，易回潮、易结晶，除尘难度较大，鉴于此烟气工况特性，本项目采用计算流体力学（CFD）模拟技术、高温高精度合金滤袋、优化预涂灰配置、压缩空气预热、增设振动设备等措施，保障出口粉尘浓度实现超低排放。

2.3.1 CFD 模拟技术

CFD 模拟是一种模拟计算除尘器内部气流流场，流量分配非常先进、有效的技术手段，利用CFD 模拟技术对除尘器内部结构设计进行指导，以确保内部气流流场合理、流量分配均匀。CFD 模拟见图3、图4。

图3 CFD 模拟迹线图

图4 CFD 模拟速度云图

2.3.2 高温高精度合金滤袋

合金纤维滤料由微米级丝径的合金纤维经过无纺铺制后烧结而成，相对传统滤料具有耐高温、耐腐蚀、耐磨、耐热冲击高、机械强度高、无二次污染等诸多优点，适用于本项目烟气工况。在虚拟设备接口（VDI）上进行滤料过滤性能测试，得出以下结果：

（1）合金纤维滤料的除尘效率、出口粉尘排放浓度与覆膜化纤滤料基本相当，优于化纤梯度滤料。

（2）合金纤维滤料老化后的残余压降与化纤滤料基本相当。

因此，合金纤维滤料是本项目理想的高温烟气过滤材料。

2.3.3 预涂灰

皂化液是一种棕黑色黏稠液体，而且其热值较低，焚烧时需要浓缩并辅助投油助燃。在焚烧炉点炉初期，未完全燃烧的皂化液和油滴进入除尘器袋区并附着在滤袋表面，影响滤袋清灰效果，同时减少了滤袋过滤面积，对电袋复合除尘器性能有着极大影响。因此，在点炉前，为保护金属滤袋，保证电袋复合除尘器正常运行，确保除尘器性能，需要对电袋复合除尘器进行预涂灰。

一般电袋复合除尘器预涂灰的材料为Ⅰ级粉煤灰，但本项目烟气的粉尘主要成分为Na2CO3，具有较高的回收价值。为不影响收集下来的Na2CO3品质，预涂灰的材料选用原除尘器收集下来的碱灰。

2.3.4 压缩空气预热

袋区的清灰方式是行脉冲喷吹，即在滤袋上方设置喷吹管，喷吹管连接气箱，气箱上装有脉冲阀，气源为压缩空气。当脉冲阀对滤袋进行清灰时，由脉冲阀喷射出来的高速气流使滤袋内部压力急剧上升，滤袋迅速膨胀。当滤袋膨胀到极限时，由于滤袋张力的作用产生振动，并开始收缩，此时附着在滤袋表面的粉尘层在惯性力的作用下从滤袋上脱落。

皂化液经过焚烧后产生的烟气中含有大量的水汽。当进入到除尘器内部的气体温度较低（如冬季）时，可能会造成局部水汽凝结，碱灰具有吸湿性，易凝结在滤袋表面，影响清灰效果。因此，本项目在气源管道上设置空气电加热器设备，对脉冲喷吹气源进行预加热，大大降低了碱灰凝结的可能性。

2.3.5 增设振动设备

在重力的作用下，少部分烟尘经过自然沉降，沉积到进口喇叭底板处。由于皂化液焚烧产生的烟尘颗粒细、轻，易回潮及结晶，如不能及时将其从底板处清除，极易因吸收烟气中的水汽而结晶。随着烟尘的堆积，结晶越来越厚，直接影响进口喇叭的气流分布，严重时会造成阳极板与阴极线之间的搭桥短路。

由于除尘器采用刮板机进行输灰，连接处容易有冷风进入灰斗。若灰斗壁板上的碱灰不能及时掉落至刮板机内，会在灰斗壁板处回潮结晶，造成灰斗积灰，使除尘器产生严重的安全运行隐患。

通过在进口喇叭底板、灰斗壁板处增加相应数量的振动设备，设置相应的运行程序，可以较好地解决此类问题。

2.4 工程运行效果

本项目于2020 年9 月改造完成并投入运行，投运以来各设备运行稳定可靠，性能指标优良。对高温电袋复合除尘器的性能测试表明，除尘器出口颗粒物排放浓度为2.5mg/Nm3、阻力为466.7Pa，优于设计要求，实现了超低排放。

3 结语

采用高温超净电袋复合除尘技术对原静电除尘器进行提效改造后，不仅可以实现长期稳定可靠的超低排放，同时可降低电耗、减少排污费，具有良好的经济性。高温超净电袋复合除尘器的成功应用，为皂化废碱液焚烧炉实现超低排放提供了全新的技术路线，也为该技术在有色、钢铁、水泥、化工等非电领域的推广奠定了基础。