徐爾琨

(上海康恒環(huán)境股份有限公司，上海 201703)

引 言

隨著《鍋爐大氣污染物排放標準》(GB13271-2014)和《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223-2011的實施，我國大部分制糖企業(yè)煙塵排放濃度均不達標(一般地區(qū)小于30 mg/m3,重點地區(qū)小于20 mg/m3)，為了滿足最新的排放要求，在糖廠現(xiàn)有的煙氣處理的設(shè)備基礎(chǔ)上增設(shè)濕式電除塵。濕式靜電除塵器的基本原理主要分為荷電、收集和清灰三個階段。在高壓靜電作用下，電暈陰極線不斷放射出電子，使電極間氣體被電離成正負離子。粉塵、酸霧等與電子碰撞而發(fā)生荷電。按照同性相斥、異性相吸的原理，荷電后粉塵、酸霧會向與電極極性相反的電極移動。顆粒物、酸霧就會吸附到陽極壁上，通過陽極板沖洗水系統(tǒng)將吸附在陽極壁上的粉塵、酸霧沖洗至設(shè)備底部而得以去除。本文主要研究了濕式靜電除塵器的高壓電源系統(tǒng)、水系統(tǒng)等在生物質(zhì)電廠余熱鍋爐除塵系統(tǒng)中的應(yīng)用及除塵效果。

1 工程概況

云南某生物質(zhì)電廠(糖廠) 75t/h余熱鍋爐燃燒的介質(zhì)為壓榨車間提取蔗汁之后的甘蔗渣，其含水率為49%左右。鍋爐燃燒蔗渣產(chǎn)生蒸汽為全廠需汽、熱水部門提供蒸汽、熱水。

目前，該糖廠有1臺75t/h鍋爐，配套兩套水膜除塵器(一座主塔配一座副塔)，一套200m3/h的動力沉灰系統(tǒng)。排放的煙氣采用“水膜除塵主塔+水膜除塵副塔”濕法除塵技術(shù)進行治理，排放的煙氣經(jīng)云南某市環(huán)境監(jiān)測站監(jiān)測，粉塵濃度為110～130 mg/m3，不能滿足≤80mg/m3當?shù)丨h(huán)保局的排放要求，因此對除塵系統(tǒng)進行改造勢在必行。

原電廠除塵過程如下：煙氣經(jīng)鍋爐出口切向進入水膜除塵主塔，在水膜除塵主塔中煙氣與除塵循環(huán)水充分接觸、混合均勻。煙氣中蔗渣粉塵被轉(zhuǎn)移到循環(huán)水中，實現(xiàn)粉塵與煙氣的分離，灰水混合物由除塵塔下部的通道經(jīng)溝渠進入動力沉灰池沉降分離。未去除的少量粉塵和煙氣經(jīng)水膜除塵副塔、煙囪排放。含塵循環(huán)水經(jīng)多級澄清分離后再由循環(huán)水泵供水膜除塵系統(tǒng)循環(huán)使用。沉淀下來的粉塵由行車抓斗撈出干燥后作為有機肥生產(chǎn)原料[1]。

本工程在水磨除塵塔之后增設(shè)金屬板式濕式靜電除塵器以達到粉塵濃度≤30mg/m3企業(yè)的排放要求，改造后的工藝流程圖見圖1，本文主要介紹濕式靜電除塵器在糖廠中設(shè)計及運行情況。

圖1 改造后的工藝流程圖

2 設(shè)計原始資料及條件

2.1 鍋爐資料

鍋爐主要參數(shù)見表1。

表1 鍋爐參數(shù)表

2.2 設(shè)計條件

2.2.1 本工程濕式除塵器布置在爐后區(qū)域，上游為水膜除塵系統(tǒng)，經(jīng)濕式靜電除塵器后通過煙囪直接排放。

2.2.2 單臺濕式靜電除塵器煙氣設(shè)計輸入條件

除塵器入口煙氣溫度：≦90 ℃

除塵器入口煙氣量： 240 000m3/h

除塵器入口粉塵濃度(干基)：≦150 mg/Nm3

2.2.3 單臺濕式靜電除塵器煙氣設(shè)計輸出條件

除塵器出口粉塵濃度(干基)：<30 mg/Nm3

3 金屬板式濕式靜電除塵器設(shè)計

3.1 系統(tǒng)簡介

鑒于煙氣溫度高(可達90℃以上)以及煙氣的性質(zhì)，充分考慮其經(jīng)濟性，本工程濕式除塵器陰極線、陽極板以及內(nèi)部噴嘴采用316L不銹鋼。殼體鋼板以及內(nèi)部大梁采用316L不銹鋼，外部加強筋及支撐框架采用碳鋼。濕式除塵器與煙囪之間的采用鋼煙道結(jié)構(gòu)，煙道直徑為2 500mm。

陽極板采用新型結(jié)構(gòu)(見圖2)，該陽極板具有足夠的剛度和平面度，利于水膜均布，能形成均勻連續(xù)完整的水膜，不存在沖洗死角，保證收塵效果[2]。

圖2 新型陽極板斷面圖(460mm×50mm×1mm)

陰極線采用針刺線，針刺線陰極線放電效果好、穩(wěn)定，可克服因煙氣中大量亞微米級微細顆粒物存在而發(fā)生電暈抑制。

濕式靜電除塵器水系統(tǒng)，由于該工程粉塵的特性，采用精細化噴淋沖洗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，陰極和陽極分別設(shè)置沖洗(見圖3)，陰極采用不斷電間歇沖洗，每天3次,每次5～10 min，陰極間歇沖洗方式不影響排放指標，陽極板沖洗采用連續(xù)方式，一個噴嘴對應(yīng)一個極板。所采用的噴嘴噴出水霧的形狀呈角度為95°的平板狀，并按照設(shè)定的角度噴向陽極板，保證水膜連續(xù)覆蓋，不存在死角，不會發(fā)生飛沾，水霧不會噴到陰極線上，避免了火花的產(chǎn)生及電暈抑制，不會影響顆粒物的荷電[3]。

圖3 精細化噴淋沖洗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本工程濕式靜電除塵器采用的水為原糖廠多級澄清之后的循環(huán)水， 同時在進口管道中增設(shè)自清洗過濾器，使水源達到使用要求。廢水直接排入糖廠原水循環(huán)系統(tǒng)中動力沉灰池。

3.2 高壓系統(tǒng)設(shè)計

本工程采用上海激光電源設(shè)備有限責任公司提供的恒頻直流電源(72kV/1.1A)，共一個電場，12個通道，工作電壓>4kV。通過隔離開關(guān)柜及穿墻套管與陰極系統(tǒng)連接。陰極系統(tǒng)通過絕緣子與陽極系統(tǒng)分開，同時配備電加熱器和風機系統(tǒng)，保證絕緣子表面干燥和不積灰。在濕式電除塵頂部設(shè)有起吊裝置，方便檢修[4]。

3.3 主要設(shè)備參數(shù)表(見表2)

表2 主要設(shè)備參數(shù)

4 金屬板式濕式靜電除塵器在糖廠中運行情況

4.1 高壓電源設(shè)備運行情況

本工程在調(diào)試初期發(fā)現(xiàn)高壓電源設(shè)備無法正常運行。按常規(guī)操作無法顯示電流和電壓，高壓電源顯示設(shè)備處于短路狀態(tài)?，F(xiàn)場廠家人員按要求做了空開實驗，排除了高壓電源設(shè)備有問題。調(diào)試人員從糖廠借來搖表斷開高壓線路檢測發(fā)現(xiàn)陰極系統(tǒng)接地電阻不符合設(shè)計要求。由此得出結(jié)論，陰極系統(tǒng)的絕緣系統(tǒng)出現(xiàn)問題。在分析出問題之后，調(diào)試組安排工人將密封的人孔門關(guān)閉，同時打開絕緣子加熱器和密封風機。在經(jīng)過了四個小時之后，現(xiàn)場工作人員再次運行高壓系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)高壓電源的電壓為40kV，無法再提高。與設(shè)計值最低45kV有點差距。

經(jīng)過現(xiàn)場進一步的檢查發(fā)現(xiàn)，由于前幾天下雨，安裝人員沒有將密封箱的人孔門關(guān)閉，導致密封箱里干燥度不夠。同時絕緣子周邊有少量的安裝剩下的零碎廢料，影響了絕緣系統(tǒng)的絕緣效果?，F(xiàn)場工人清理完絕緣子周邊的廢料，同時也清理了絕緣子的內(nèi)外表面，在又經(jīng)過兩個小時加熱器和密封風機的運行之后升壓至50kV(圖4)，達到了設(shè)計要求。在后來糖廠正式運行之后，由于煙氣的溫度比較高，從而使密封箱的溫度也升高，現(xiàn)場電壓可升至60kV[5]。

圖4 現(xiàn)場調(diào)試電壓

在現(xiàn)場CEMS(煙氣在線檢測)發(fā)現(xiàn)，電壓升至50kV時，現(xiàn)場在線監(jiān)測顯示出口粉塵排放為17mg/m3，電壓為40kV時，出口粉塵排放為28mg/m3?？紤]到經(jīng)濟性和除塵效率，現(xiàn)場運行電壓使用45kV。此時出口粉塵排放在20mg/m3左右。很好地解決了原糖廠水磨除塵效率差，粉塵排放達不到國家和地方排放標準的問題。

由上可以得出：

(1)高壓電源運行前必須先運行密封風機和加熱器4個小時以上。如果鍋爐先運行，濕式電除塵尚未運行的時候也必須把密封風機和加熱器打開。

(2)在本項目中該濕式電除塵運行電壓在45kV時最經(jīng)濟。

4.2 水系統(tǒng)的運行情況

設(shè)計之初采用單臺水箱設(shè)備，水箱中間采用隔板將內(nèi)部空間一分為二。其中一部分放入凈水，另一部分用于收集廢水，廢水經(jīng)過一段時間的沉淀之后，經(jīng)水箱下部排污口或者排渣泵將廢水排入水膜除塵的廢水池。原設(shè)想廢水經(jīng)過一段時間的沉淀，其中清澈的部分會溢過隔板進入凈水端，形成循環(huán)用水從而達到節(jié)約用水的目的。

但是由于糖廠焚燒的甘蔗渣是種含水份高、發(fā)熱值低、含氮量不高與含硫量低的生物燃料。甘蔗渣的燃燒方式是既有懸浮燃燒又有層燃形式，供風量大，故煙氣產(chǎn)生量達到204 000m3/h，煙氣含氧量高達10%～12%、濕度大?，F(xiàn)場煙氣中含有大量未充分燃燒的甘蔗渣，經(jīng)過濕式電除塵的收集后到達廢水箱。這種物質(zhì)往往懸浮在水上從而溢過隔板進入凈水端。導致凈水端的雜質(zhì)變多，雜質(zhì)變多會導致以下幾個問題的產(chǎn)生：

(1)加快水泵的磨損。

(2)管道中雜質(zhì)超過原過濾器的設(shè)計值，如果管道中雜質(zhì)太多，輕者會影響使用水不能完全過濾。重者會導致過濾器的電機損壞。

(3)凈水端雜質(zhì)太多會導致噴嘴的堵塞，噴嘴堵塞會使陽極板上粉塵不能及時收集。由于糖廠燃燒物的特性，如果陽極板的粉塵不能及時收集，在陽極板上會形成一層油狀物，不易清理。所以原設(shè)計水系統(tǒng)方案不能滿足現(xiàn)場實際的使用要求。

在現(xiàn)場調(diào)試發(fā)現(xiàn)這些問題之后，經(jīng)過討論決定將凈水端與廢水端隔開，廢水端直接排放至原水膜除塵的水處理處。這樣雖然減少凈水端的雜質(zhì)，但是沒有了水循環(huán)，濕式電除塵使用的凈水大量的增加，超出了糖廠的承受能力，同時廢水大量的排放也超出原糖廠廢水處理能力。 經(jīng)過現(xiàn)場與糖廠技術(shù)人員的討論，提出凈水端采用原糖廠水膜除塵使用的三級過濾處理后的水，這樣可以保證糖廠的整個水平衡不受影響。在勘察了糖廠水處理后的水質(zhì)發(fā)現(xiàn)，處理后的水并不能滿足濕式電除塵的用水。于是現(xiàn)場又經(jīng)過增設(shè)雙層目數(shù)分別為50、100的濾網(wǎng)，此濾網(wǎng)需經(jīng)常清理。又經(jīng)過管道上的自清洗過濾器，現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，噴嘴堵塞情況大為改善?；緷M足了設(shè)計要求。

解決完水系統(tǒng)問題之后，在打開噴淋系統(tǒng)的情況下升壓發(fā)現(xiàn)濕式電除塵內(nèi)部有放電聲，同時電壓十分的不穩(wěn)定。經(jīng)過檢查，發(fā)現(xiàn)由于安裝工人對此類設(shè)備不熟悉，導致部分噴嘴的方向未正對著陽極板的方向，有的甚至對著陰極線噴。綜合濕式電除塵在其他電廠中的一些運行情況，現(xiàn)場指導了工人正確的安裝方式，同時進一步的控制了水管中的壓力使其保證在0.3MPa(設(shè)計值)左右。重新調(diào)試之后，現(xiàn)場放電聲音消失，電壓穩(wěn)定。

由以上可以得出：水系統(tǒng)是濕式電除塵當中最重要的一個系統(tǒng)，它不僅影響著電壓是否穩(wěn)定，同時也是整個系統(tǒng)的正常運行重要因素。如何進一步的徹底解決糖廠使用濕式電除塵的水系統(tǒng)問題將是下一步在全國糖廠推進金屬板式濕式電除塵普及的一個重要研究方向。

4.3 陽極板材質(zhì)選擇

在之前的火力發(fā)電廠中金屬板式濕式電除塵的陽極板使用的材質(zhì)一般為2205不銹鋼。因為電廠燃燒的煤中含有大量的硫化物，出來的煙氣呈酸性，有很強的腐蝕性，而2205不銹鋼抗腐蝕性較強。但在糖廠中的煙氣是呈堿性的。故原設(shè)計時考慮采用304不銹鋼即可。但是在同行業(yè)中其他的糖廠濕式電除塵項目中發(fā)現(xiàn)304不銹鋼在糖廠中不適用，因為糖廠中的煙氣溫度較高，同時承載著幾萬伏的高壓，304不銹鋼很容易發(fā)生晶體間腐蝕，現(xiàn)場表現(xiàn)為特別脆，易斷。所以本項目中采用的是316L不銹鋼。此不銹鋼與304相比有更好的耐腐蝕性，擁有更長的壽命。在糖廠使用了兩個榨季尚未出現(xiàn)問題。關(guān)于采用316L材質(zhì)的濕式電除塵在糖廠中使用年限究竟多長，目前還不得而知，在此提出只是給同行參考。

在解決上述問題之后，現(xiàn)場運行平穩(wěn)。在2017年5月15日通過了云南某縣國土資源和環(huán)境保護局的最終驗收[鎮(zhèn)國環(huán)驗(2007)06號]。表3為當?shù)氐丶壥协h(huán)保局指定的第三方云南鑫田環(huán)境分析測試有限公司出具的現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)表。由數(shù)據(jù)表可知，現(xiàn)場顆粒物排放在22mg/m3左右，達到了設(shè)計小于30mg/m3的要求。

表3 驗收檢測數(shù)據(jù)

5 結(jié) 語

本文主要從高壓電源設(shè)備運行、水系統(tǒng)運行、陽極板材質(zhì)三方面改善了濕式靜電除塵器在生物質(zhì)電廠除塵系統(tǒng)中脫顆粒物效果，主要結(jié)果如下：(1)高壓電源運行時并不是參數(shù)越高越好，在滿足國家標準或地方要求的前提下、可以通過調(diào)節(jié)電流值從而帶來最大的經(jīng)濟價值。(2)水系統(tǒng)運行在整個濕式電除塵的系統(tǒng)中占據(jù)極其重要的地位，不僅影響高壓系統(tǒng)放電使系統(tǒng)對粉塵的荷電能力下降，也會導致陽極板上的粉塵收集不及時，粉塵長時間附著在陽極板上對陽極板慢慢產(chǎn)生腐蝕。(3)陽極板材質(zhì)的選擇直接關(guān)系到設(shè)備的正常運行及使用壽命，所以即使在堿性氣體環(huán)境中，由于有高壓電場的存在，陽極板的選擇至少是316L或以上材質(zhì)。(4)濕式靜電除塵器能適用于生物質(zhì)鍋爐產(chǎn)生量大、濕度大的煙塵治理，不僅可以繼續(xù)利用原有水膜除塵系統(tǒng)等設(shè)施，而且運行阻力小，原有風機能滿足運行需求，具有投資小、除塵效率高、對煙囪無腐蝕性等優(yōu)點。