陳凡

（中冶京誠工程技術有限公司，北京 100176）

0.引言

高爐煤氣噴堿除氯系統(tǒng)是我公司自主開發(fā)設計制造的核心產(chǎn)品，該產(chǎn)品針對高爐煤氣的特點，運用一套分體式噴堿塔和高效旋流脫水器組合，噴堿塔內(nèi)排布多組噴嘴并布置脫水填料，是目前國內(nèi)高爐煤氣噴堿除氯領域最成熟穩(wěn)定的產(chǎn)品。將我公司自主開發(fā)設計制造的高爐煤氣噴堿除氯系統(tǒng)引入到光纖行業(yè)某大型光纖預制棒工程廢氣處理系統(tǒng)中，取得了良好的應用效果。

1.項目概況

光纖行業(yè)生產(chǎn)光纖預制棒工藝要經(jīng)過沉積和燒結(jié)兩個主要過程，在整個生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢氣主要有以下特點：（1）產(chǎn)生的主要粉塵二氧化硅粉塵顆粒小，粉塵量大；（2）廢氣腐蝕性強，廢氣中含有大量氯化氫、氯氣；（3）設備排放的廢氣溫度比較高，最高的可達200℃以上。如果生產(chǎn)的廢氣直接排入大氣，廢氣中的粉塵和氯元素將給環(huán)境帶來巨大的負面影響。尤其是廢氣中大量的氯離子，如果隨煙氣排放至大氣中：進入氣流層的可反復破壞和減少臭氧分子形成“空洞”，而隨雨水沉降的酸性物質(zhì)，也會對周邊建筑和設施產(chǎn)生腐蝕作用。所以，必須對光纖預制棒生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢氣進行處理，保證達標排放。

2.工藝方案簡述

根據(jù)光纖預制棒生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢氣既含氯又含塵的特點，工藝方案主要為“噴堿洗氯塔+一級電除塵+二級電除塵+吸收塔”工藝，即：

噴堿洗氯塔對廢氣進行降溫、除氯、除塵；

一級電除塵對廢氣進行電除塵處理，二級電除塵對廢氣第二次進行電除塵處理；

吸收塔對廢氣進行最后一步除塵及脫水處理。工藝流程圖如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

3.高爐煤氣噴堿除氯系統(tǒng)跨行業(yè)的應用

3.1 對廢氣進行降溫、除氯和除塵處理

首先將廢氣的溫度降到后續(xù)處理除塵、除氯工藝設備可以承受的溫度范圍內(nèi)（≤60℃），同時也借助噴淋稀釋堿液除氯和除塵，結(jié)合高爐煤氣噴堿除氯技術[1]，本系統(tǒng)配置一套圓柱塔狀的多級噴堿除氯裝置。裝置內(nèi)噴水噴堿、堿液吸收與調(diào)節(jié)、脫水除氯、除塵等功能于一體。具體工作流程如下所述：

（1）廢氣從噴堿塔入口管進入塔內(nèi)，逆流而上，經(jīng)過第一層噴水設施將廢氣從～100℃降至廢氣濕球溫度以下，同時溶解廢氣中大量酸性可溶物并除塵。

（2）為迅速高效地脫除廢氣中的酸性介質(zhì)，在裝置中廢氣水分達到飽和狀態(tài)時，噴堿設施對廢氣進行噴堿處理，此時能達到最好的酸堿中和效果。同時為保證噴堿的效果，循環(huán)水和堿液之間需要進行混合配比。

（3）裝置內(nèi)每層噴槍采用均勻布置，不留死角，這樣能最大程度地保證每層噴槍的覆蓋面積和噴水效果。

（4）廢氣經(jīng)過各層噴嘴后，廢氣中機械水含量高達50g/Nm3，因此需要對廢氣進行脫水處理。廢氣從下往上，通過脫水裝置，廢氣中的小水滴經(jīng)過一級除霧器后，匯聚成大顆粒利用流體變向及重力原理進行脫水，使廢氣中機械水含量達到5g/Nm3以內(nèi)。

（5）脫水裝置上部設置噴槍為沖洗裝置，主要是考慮系統(tǒng)長時間運行，除霧器易結(jié)垢堵塞，造成系統(tǒng)壓力損失過大，需要定期用高壓水進行噴淋沖洗。

（6）在噴堿塔底部設置水封式自流排水裝置，可防止廢氣竄出，保證生產(chǎn)安全。

噴堿除氯裝置選擇確定過程中，主要采取了以下方法：

（1）模型計算與試驗結(jié)果相結(jié)合，見圖2。通過數(shù)學模型計算和流場模擬，合理確定設備規(guī)格、尺寸，同時優(yōu)化各級噴淋裝置位置，并降低系統(tǒng)阻損，見圖3。通過噴槍出口速度場分布，見圖4。采用合理的噴嘴布置，達到250%覆蓋率，提高氣液混合接觸效果，見圖5。

圖2 噴堿塔內(nèi)壓力場分布

圖3 噴堿塔內(nèi)速度場分布

圖4 噴槍出口速度場分布

圖5 噴槍噴水分布效果實驗圖

該數(shù)學模型在我公司很多項目上進行了成功開發(fā)與驗證，給整個項目的后續(xù)開展提供了有力的技術保障，確定了該系統(tǒng)耗堿量及系統(tǒng)壓力損失等數(shù)據(jù)，以及關鍵設備尺寸和系統(tǒng)水量等。同時也根據(jù)廢氣各類參數(shù)，相應計算噴堿除氯系統(tǒng)主要參數(shù)和設備規(guī)格、尺寸，使產(chǎn)品系列化。

（2）為實現(xiàn)堿液精準添加功能而引入了計量泵，通過配套開發(fā)的pH值智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了堿液的智能控制，流程圖見圖6。

圖6 pH值智能控制流程

本系統(tǒng)NaOH堿液通過和循環(huán)水混合后連續(xù)補給，實時觀測噴堿除氯回水的pH值，根據(jù)需要，通過堿液泵及時調(diào)節(jié)。同時，通過給水池的pH值反饋，及時向給水池補充堿液，及時控制循環(huán)給水的pH值，保證系統(tǒng)的安全以及穩(wěn)定。

（3）使用脫機械水效率更高的曲板式除霧器，從而降低處理后廢氣中所夾帶的機械水，并進一步脫除氯離子等酸性物質(zhì)。

3.2 電除塵對廢氣進行電除塵處理

3.2.1 濕式管式電除塵器的選擇

由于噴堿洗氯塔的除塵能力有限，廢氣中多數(shù)較大直徑的塵粒被水滴捕集較多，而通過噴堿洗氯塔的較小塵粒還比較多，所以說經(jīng)過噴堿洗氯塔的廢氣含塵量還比較高，遠沒有達到環(huán)保排放的要求，需要通過電除塵對廢氣進行進一步處理。

濕式電除塵器的工作原理為金屬放電線在直流高壓作用下，高壓電暈放電使水霧或者粉塵荷電，荷電粒子在電場力作用下向集塵極運動，并沉積在集塵極上，同時水流從上部將沉積在集塵極上的粉塵沖刷到灰塵收集器中隨水排出。

濕式電除塵技術目前主流分為金屬板式和玻璃鋼管式兩種[2-3]，區(qū)別在于集塵極的形式與材質(zhì)不同，因此導致結(jié)構(gòu)布置、系統(tǒng)組成等也有所不同。

考慮到此次所處理廢氣含酸性氣體比較多腐蝕性比較大，同時也必須考慮節(jié)水、節(jié)電的因素，本工程在噴堿洗氯塔后設計兩級管式濕式電除塵器。

3.2.2 本項目濕式電除塵器各部分的性能及特點

（1）陽極管束及模組的特點。濕式電除塵器電場捕捉區(qū)為蜂巢管式的結(jié)構(gòu)，多根并列的正四邊形導電玻璃鋼管為集塵極，放電極均布于陽極管之間，管狀濕式電除塵器大多用于處理垂直流煙氣。

本項目濕式電除塵器陽極管采用高檔耐腐蝕乙烯基樹脂和特殊處理的導電填料為基體，以玻璃纖維為增強材料，通過拉擠模壓復合成型。陽極管束按照模塊規(guī)劃設計圖布置，采用蜂窩管方式排列、拼裝、纏繞、加固、手糊成型等工藝制成。

陽極管采用導電玻璃鋼制成，具有非常好的耐腐蝕性能，并且具有極強的疏水性，能有效阻隔灰塵對陽極管壁的粘結(jié)。

（2）陰極線的特點。采用新型專利結(jié)構(gòu)的剛性極線，芒刺針成螺旋狀回旋符合流場規(guī)律，采用專用設備自控焊接牢固實用，能提供幾倍于干式電除塵器的電暈功率，適用于去除亞微米大小的顆粒能有效收集黏性大或高比電阻粉塵。

3.2.3 間斷上噴淋連續(xù)下噴霧雙層清灰設計的特點

（1）獨特的上部氣室間斷噴淋清灰工藝能有效控制二次揚塵發(fā)生，有效沖刷管內(nèi)集聚的粉塵酸霧和鹽分。

（2）利用下部氣室噴霧管連續(xù)噴出的小粒徑霧化水，加大隨煙氣進入陽極管內(nèi)煙氣的濕度，增強電暈撲捉水霧后形成水膜量，確保集塵極始終保持清潔，可以提高單位面積集塵效率，進而達到更低的排放濃度。

（3）采用螺旋噴嘴覆蓋面廣沖擊力大，無運動部件且可靠性較高，極大降低了運維工作。程序設計可手動可定時自動，方便操作運行。

（4）使煙氣中鹽類與煙氣中的荷電礦塵微粒一起成為霧滴的凝聚核心，而被溶解在酸霧中隨廢液一同排除，減少陽極管和極線表面的結(jié)晶體沉積。

（5）進一步降低煙氣溫度，提高煙氣水霧的回收率。

濕式電除塵器在下部進氣處，引入霧化噴淋措施，具有幾個方面的優(yōu)點：

1）通過霧化噴淋，煙氣和霧化水之間進行傳質(zhì)傳熱，進一步把過飽和煙氣溫度降低，使煙氣中殘存的氣溶膠顆粒物和水蒸汽在酸霧粒子上凝結(jié)，這樣使得霧粒能較快地長大，可進一步提高除霧效率。

2）通過霧化液滴作用，進一步增加霧粒間互相碰撞的頻率，霧間發(fā)生凝聚凝并現(xiàn)象，小顆粒變成較大顆粒，再不斷發(fā)生碰撞凝聚，細小顆粒逐漸變成大顆粒。

3）設備正常運行期間要求每天間隔24h進行一次噴淋操作，噴淋總的用水量約8t/d～10t/d。投運初期為強化操作人員習慣，要求每班約間隔8h進行一次噴淋操作，每次用水量不超過4t。噴淋污水沿排污管將排入脫硫塔側(cè)污水池。

噴霧系統(tǒng)連續(xù)噴出的霧化水隨煙氣上行進入極管內(nèi)電場，濕電系統(tǒng)運行期間自動撲捉水霧，會在陽極管束表面形成水膜，與被撲捉的粉塵酸液鹽分結(jié)晶等一起受重力作用自動落入濕式電除塵器底部的灰斗內(nèi)，隨排污管落入回水池。

3.2.4 模組本體材質(zhì)及陽極管束排列的特點

（1）強度高、重量輕，節(jié)省支撐平臺費用。陽極管束采用改進型機制拉擠成型工藝，具有結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸精確、規(guī)整的外觀成型和良好的強度性能，引起陽極管束及殼體較薄。處理同等煙氣量的新型管式電除塵器比老式重量輕50%以上，因此可大幅減少平臺、支撐等投資費用。

（2）采用符合流場均布特性的極管模組布置設計，減少了電場盲區(qū)和死角，最大限度利用空間提高了電場積塵面積。設備本體結(jié)構(gòu)小，設備布置緊湊，占地面積小。

3.2.5 配方選料的特點

采用高標號的樹脂材料和有特殊添加劑的配方。阻燃性能好，碳纖維玻璃鋼電除霧器，整體氧指數(shù)≥32，可在空氣中阻燃和耐電火花沖擊。

3.2.6 絕緣保護系統(tǒng)的改進

采用熱風正壓保護裝置，運行狀態(tài)下，熱風均勻吹向絕緣箱內(nèi)壁空間，因在絕緣箱內(nèi)壁形成了較為均勻的熱空氣絕緣層，從而阻止了細微粉塵、熱煙氣、霧滴進入，防止結(jié)露，保證箱體絕緣性更加可靠。

3.2.7 氣體分布系統(tǒng)的改進

首先在設計中配合進行流場分析，獲得具體濕電項目的煙氣流通特性。按照需求在氣體煙道進入灰斗處設計并安裝氣體分布裝置和氣體旋流裝置，保證氣流徑向分布均勻。同時，在除塵器下氣室，我們增加氣體分布板，適當增加電除塵器下氣室的阻力，避免出現(xiàn)煙氣短路現(xiàn)象，保證煙氣布氣均勻。

3.2.8 濕式電除塵器的外接入口煙道

進入濕式電除塵器的外接煙道采用斜型設計，具有對煙道和濕電系統(tǒng)氣室的煙氣阻尼小，煙道內(nèi)不易積塵等優(yōu)點，對現(xiàn)有生產(chǎn)工藝系統(tǒng)的各級參數(shù)無影響。

3.2.9 NWESP 結(jié)構(gòu)與布置型式

濕電除塵器設備本體結(jié)構(gòu)，主要由上下煙罩殼體、中部氣室殼體、陽極管束模組、上部陰極大小梁吊掛、極線系統(tǒng)、下部極線固定框架結(jié)構(gòu)、整流板、導流(風)板、噴淋沖洗系統(tǒng)、熱風絕緣系統(tǒng)、絕緣箱固定器等部件組成。

3.3 對廢氣進行最后一步除塵及脫水處理

經(jīng)過電除塵器處理的廢氣在氯元素含量和含塵量上已經(jīng)接近排放標準，為了進一步降低廢氣的氯元素含量和含塵量，在電除塵器后加最后一級具有除氯、除塵功能的噴堿吸收塔。為保證排放的最好效果，同時也是為了節(jié)水的考慮，需要在噴淋塔內(nèi)加脫水裝置。

塔內(nèi)集噴水吸收、堿液吸收與脫水除氯、除塵等功能于一體，集成裝置具體工作流程如下所述。

（1）廢氣從噴堿塔入口管進入塔內(nèi)，逆流而上，一層噴水設施將溶解廢氣中余量的酸性可溶物并除塵。

（2）為保證噴槍覆蓋面積及噴水效果，噴槍采用均勻覆蓋布置，保證覆蓋效果。

（3）因最后除氯、除塵后的廢氣含水量很高，需要對廢氣進行脫水處理。廢氣從下往上，通過脫水裝置，廢氣中的小水滴經(jīng)過兩級除霧器后，使廢氣中機械水含量達到3g/Nm3以內(nèi)。

（4）脫水裝置上部設置噴槍同樣為沖洗裝置，主要是考慮系統(tǒng)長時間運行，除霧器易結(jié)垢堵塞，造成系統(tǒng)壓力損失過大，需要定期用高壓水進行噴淋沖洗。

（5）在噴堿塔底部設置水封式自流排水裝置，可防止廢氣竄出，保證生產(chǎn)安全。

4.應用成果

4.1 噴堿洗氯塔

廢氣首先經(jīng)過噴堿洗氯塔降溫，同時除氯和初步除塵。噴堿洗氯塔直徑為DN3800，塔體主材質(zhì)CFRP。噴堿塔設計為側(cè)部進氣頂部出氣的形式，設備進出口管徑為DN1200，噴堿塔高14m，噴堿塔循環(huán)水量為100t/h。塔內(nèi)設置噴嘴，每層均噴稀釋堿液。廢氣從塔下部進入，以逆流方式經(jīng)噴淋降溫以及堿液中和噴淋，在保證后續(xù)電除塵器接收的處理廢煙氣溫度不超過60℃的同時，溶解去除廢氣中的氯、氯化氫及二氧化硅等物質(zhì)，再通過塔上部的脫水、除霧部分除去大多數(shù)機械水，之后廢氣從塔頂部出來，進入一級電除塵。

4.2 噴堿吸收塔

從兩級電除塵器出來的廢氣，最后進噴堿吸收塔，塔直徑為DN3800，塔體主材質(zhì)CFRP。噴堿吸收塔同樣設計為側(cè)部進氣頂部出氣的形式，設備進出口管徑為DN1200，噴堿塔高度～11.5m，噴堿吸收塔循環(huán)水量為60t/h。塔內(nèi)設置一層噴嘴。廢氣從塔下部進入，以逆流方式經(jīng)堿液噴淋，除去剩余部分含塵物質(zhì)，再通過塔上部的兩層除霧裝置除去大多數(shù)機械水，之后廢氣送至煙囪外排。塔出口機械水含量≤3g/Nm3，含塵量≤2mg/Nm3。

4.3 工藝噴淋水循環(huán)系統(tǒng)

噴堿洗氯塔、電除塵器、洗氯吸收塔噴淋回水先入回水池初步沉淀，經(jīng)過濾后再進入給水池，供噴堿洗氯塔、電除塵以及噴堿吸收塔做循環(huán)水使用，這樣可保證送至噴頭的循環(huán)水有足夠的潔凈度，減少噴頭堵塞的概率。取消過去在除塵器下設置的中間水箱，有效減少噴頭的堵塞和過濾器的檢修。

回水和給水池的設置，有利于循環(huán)水與環(huán)境交換熱量，這樣提供給噴堿洗氯塔的循環(huán)水有較理想的溫降，保證噴堿洗氯塔的降溫效果?；厮徒o水池儲水能力均為40m3，回水池做深度防腐。

5.結(jié)論

系統(tǒng)投運以來運行穩(wěn)定，各項運行指標均達到了設計值。整套系統(tǒng)的投入運行，減少了煙氣排入大氣中的酸性物質(zhì)和粉塵，減少了廢氣對大氣造成的污染，具有良好的社會和環(huán)境效益。高爐煤氣噴堿除氯系統(tǒng)在光纖行業(yè)的成功推廣使用，再一次證明了該套系統(tǒng)及核心裝置的科學性與合理性，該套系統(tǒng)必將被各行業(yè)認可并加以推廣使用。