郭小林

（山西華陽集團(tuán)新能股份有限公司 一礦，山西 陽泉 045000）

1 概 況

山西華陽集團(tuán)新能股份有限公司一礦選煤廠是一座大型現(xiàn)代化礦井型選煤廠，選煤廠洗選系統(tǒng)產(chǎn)生的煤泥經(jīng)壓濾機(jī)脫水后進(jìn)入煤泥干燥車間干燥，主要設(shè)備為1臺(tái)WJG-15000型旋翼式流態(tài)化干燥機(jī)，現(xiàn)有煤泥干燥后尾氣主要通過旋風(fēng)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(huán)保要求，只能通過采取降低烘干設(shè)備小時(shí)處理量的方式來達(dá)到相關(guān)規(guī)范的要求，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)效率。為解決這一問題，決定對(duì)華陽一礦選煤廠原有煤泥烘干尾氣排放系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2 改造的思路及方式

根據(jù)華陽一礦選煤廠現(xiàn)有情況和生產(chǎn)條件，若要達(dá)到≤20 mg/m3顆粒物排放標(biāo)準(zhǔn)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(dá)到。由于煤泥烘干系統(tǒng)的廢氣具有風(fēng)量大、溫度較高和濕度高的特點(diǎn)，如選擇布袋除塵器進(jìn)行改造，需要增加廢氣除濕系統(tǒng)，并拆除已有的第二級(jí)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(fēng)險(xiǎn)。因此，按照控制改造成本和運(yùn)行費(fèi)用、綜合考慮運(yùn)行的穩(wěn)定性，操作簡便等因素，采取保留原除塵設(shè)施，在噴淋塔出口處增加濕電除塵器的方式進(jìn)行改造。

3 系統(tǒng)改造

華陽一礦選煤廠烘干車間的煙氣特點(diǎn)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(jié)露。由于煤泥烘干系統(tǒng)的廢氣具有風(fēng)量大和濕度高的特點(diǎn)，以控制改造成本和運(yùn)行費(fèi)用為原則，綜合考慮運(yùn)行的穩(wěn)定性和操作簡便等因素，采取保留原除塵設(shè)施不變，在噴淋塔出口處增加濕電除塵器的方式進(jìn)行改造，形成三級(jí)串聯(lián)的除塵工藝，即煤泥烘干爐煙氣—旋風(fēng)除塵器—噴淋塔—濕式電除塵器—煙筒達(dá)標(biāo)直排。此改造方案對(duì)原有系統(tǒng)不作任何拆改，新增的濕式電除塵器系統(tǒng)作為原有的第三級(jí)除塵串聯(lián)使用，改造過程無需停產(chǎn)。

3.1 改造方案的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)

以降低改造和維運(yùn)成本、運(yùn)行可靠穩(wěn)定、操作自動(dòng)化為標(biāo)準(zhǔn)，綜合現(xiàn)有系統(tǒng)實(shí)際情況，改造方案具備以下優(yōu)點(diǎn)。

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

（2）經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)踏勘，改造可在原有場(chǎng)地上直接進(jìn)行，通過科學(xué)合理的改造工程流程優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以讓改造過程中無需停產(chǎn)，保障了正常的生產(chǎn)效率。

（3）系統(tǒng)運(yùn)行可靠穩(wěn)定，排放達(dá)標(biāo)，無二次污染，后期維護(hù)簡便，并且可有效降低運(yùn)行成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3.2 濕電除塵器技術(shù)特點(diǎn)和要求

3.2.1 濕電除塵器技術(shù)特點(diǎn)

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(jìn)設(shè)備。該設(shè)備利用靜電場(chǎng)使煙氣電離，在強(qiáng)電場(chǎng)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(fù)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(shí)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(jié)構(gòu)如圖1所示，工作原理如圖2所示。

圖1 除塵器結(jié)構(gòu)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(yùn)動(dòng)部件、維護(hù)費(fèi)用低、檢修停工期短、可工作于煙氣露點(diǎn)溫度下等優(yōu)點(diǎn)，而且由于結(jié)構(gòu)緊湊，可與其它煙氣治理設(shè)備相互組合，設(shè)計(jì)形式靈活。

3.2.2 濕電除塵器技術(shù)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(shè)防，并考慮防雨、防凍、防風(fēng)等氣象因素。

（2）因?yàn)槊耗啾旧淼男再|(zhì)，除塵器核心部件和內(nèi)襯考慮耐久性、耐腐蝕性等因素。

（3）采用PLC自動(dòng)控制，與原除塵系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制。

（4）按照相關(guān)要求，處理后的顆粒物含量（實(shí)測(cè)值）不超過20 mg/m3。

3.3 設(shè)計(jì)方案

華陽一礦選煤廠煤泥烘干車間引風(fēng)機(jī)最大風(fēng)量為80 000 m3/h，因此加裝的濕式電除塵器的最大進(jìn)風(fēng)量需要匹配80 000 m3/h。引風(fēng)機(jī)風(fēng)量通過調(diào)節(jié)風(fēng)速實(shí)現(xiàn)，風(fēng)速分為三檔，第一檔風(fēng)速為0.9 m/min，第二檔風(fēng)速為1.4 m/min，第三檔風(fēng)速為2.3 m/min，第三檔時(shí)達(dá)到最大風(fēng)量。濕式電除塵器設(shè)計(jì)風(fēng)量=總積塵面積×風(fēng)速，因此當(dāng)風(fēng)速為2.3 m/min時(shí)，可計(jì)算出需要的總積塵面積約為580 m2，據(jù)此設(shè)計(jì)濕式電除塵器加裝方案。

（1）濕式電除塵器主體設(shè)備規(guī)格4 m×4 m×13 m，陽極管數(shù)量為85支，每管集塵面積為6.86 m2，即總面積為583.1 m2，根據(jù)上式計(jì)算設(shè)計(jì)風(fēng)量為80 467 m3/h，滿足華陽一礦選煤廠煤泥烘干車間引風(fēng)機(jī)最大風(fēng)量要求。

（2）陽極管數(shù)量85支，長度6 m，由于設(shè)備采用露天放置，煙氣中含腐蝕性物質(zhì)和含塵煙氣量較大，傳統(tǒng)的玻璃鋼陽極管在此條件下壽命較短，后期維護(hù)成本高，維修更換工作量大。因此陽極管采用有機(jī)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(huán)境下陽極管的老化、粉化和絕緣性衰減現(xiàn)象，可滿足30 a使用壽命。

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

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

（5）噴淋塔結(jié)構(gòu)。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(qū)下部進(jìn)入吸收塔，煙氣流速為3 m/s左右，噴淋塔優(yōu)點(diǎn)是塔內(nèi)構(gòu)件少，壓力損失也小。噴淋塔結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 噴淋塔結(jié)構(gòu)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(cè)，于2021年11月安裝完成并試運(yùn)行。試運(yùn)行情況一切正常，達(dá)到了煙氣凈化和達(dá)標(biāo)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(shí)測(cè)濃度平均值為≥80 mg/m3，為了保證達(dá)標(biāo)排放，只能通過人為降低烘干煤泥量至30 t/h才能滿足，預(yù)計(jì)每年約有12萬t煤泥無法正常烘干。改造后，通過第三方機(jī)構(gòu)對(duì)烘干車間排放尾氣中固體顆粒物含量進(jìn)行檢測(cè)，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(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB9078-1996）的規(guī)定和山西省地方標(biāo)準(zhǔn)《煤炭洗選行業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB14/2270-2021）要求。

改造后，華陽一礦選煤廠烘干車間運(yùn)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(yùn)行，烘干煤泥量與生產(chǎn)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(jià)和直接當(dāng)濕煤泥銷售售價(jià)的差價(jià)，拋除烘干的運(yùn)行費(fèi)用、水分降低對(duì)重量的影響以及摻入末煤對(duì)末煤質(zhì)量降低的影響因素，按每噸烘干煤泥增加銷售80元計(jì)，每年可以多烘干煤泥12萬t，增加經(jīng)濟(jì)效益約960萬元。

5 結(jié) 語

針對(duì)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(guān)規(guī)范要求，影響正常生產(chǎn)等問題，對(duì)該選煤廠原有尾氣凈化系統(tǒng)進(jìn)行改造。對(duì)比分析了布袋除塵器和濕式電除塵器的優(yōu)缺點(diǎn)，綜合考慮改造成本、運(yùn)行費(fèi)用和穩(wěn)定性等因素，采取保留原除塵設(shè)施，在噴淋塔出口處增加濕電除塵器的方式進(jìn)行改造，形成三級(jí)串聯(lián)的除塵工藝。對(duì)濕電除塵器原理和特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，設(shè)計(jì)了改造方案并在華陽一礦選煤廠試運(yùn)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(guān)環(huán)保要求，并且每年可以增加煤炭銷售收入960萬元以上，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。