盧建湘 丘佳銳

1.龍巖學(xué)院 2.福建龍?zhí)m環(huán)保科技有限公司

中國(guó)竹資源豐富，是世界上產(chǎn)竹量最多的國(guó)家之一，竹產(chǎn)業(yè)是林業(yè)重點(diǎn)發(fā)展的十大綠色富民產(chǎn)業(yè)之一。竹材因低水分、低灰分、高揮發(fā)份、高半纖維素、纖維素含量，以及低木質(zhì)素含量而被認(rèn)為是制備生物質(zhì)炭的最適合的原料之一。工廠機(jī)器批量生產(chǎn)竹炭逐步取代傳統(tǒng)木炭生產(chǎn)。在生產(chǎn)竹炭過(guò)程中，因?qū)χ穹墼闲柽M(jìn)行烘干，成型后的炭棒需進(jìn)行碳化處理，生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生大量含塵含竹焦油廢氣。原來(lái)廢氣治理采用水膜除塵設(shè)備，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，國(guó)家對(duì)環(huán)保排放限值的不斷提高，水膜除塵對(duì)廢氣中的顆粒物無(wú)法達(dá)標(biāo)處理。需采取新的環(huán)保治理設(shè)施。

某機(jī)制竹炭廠竹炭制備廢氣選用濕式靜電除塵器進(jìn)行凈化，通過(guò)合理設(shè)計(jì)靜電除塵器各系統(tǒng)，除塵器投運(yùn)后，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，使污染物達(dá)標(biāo)穩(wěn)定排放，達(dá)到良好的社會(huì)效益和環(huán)境效益。

1 機(jī)制竹炭制備生產(chǎn)工藝及廢氣來(lái)源

1.1 機(jī)制竹炭制備的生產(chǎn)工藝

機(jī)制竹炭生產(chǎn)過(guò)程中主要有原材料的固化成型和成型棒的炭化兩個(gè)流程。

固化成型：竹粉經(jīng)過(guò)粉碎、烘干、分選，然后使用固化成型機(jī)械通過(guò)加壓方式擠壓成中空棒狀半成品。

炭化過(guò)程：在600℃左右的溫度下，成型棒中的竹纖維素和竹焦油被分解，并蒸發(fā)棒中水分，使炭固定下來(lái)。炭化一般有慢速熱解、中速熱解、和快速熱解等方式，其中因慢速熱解因產(chǎn)率高、產(chǎn)品理化性質(zhì)更理想等優(yōu)點(diǎn)成為生物質(zhì)炭的主要制備工藝。

1.2 機(jī)制竹炭制備廢氣來(lái)源

竹炭一般含有C、H、O、S、N等主要元素以及K、S、Cl、Mg、P、Al、Na等微量元素，具體種類和數(shù)量與竹材的產(chǎn)地和品種等有關(guān)。在機(jī)制竹炭制備過(guò)程中其主要廢氣由兩個(gè)方面產(chǎn)生：①在烘干分選環(huán)節(jié)產(chǎn)生竹屑粉塵，擠壓成型環(huán)節(jié)由于機(jī)械壓力作用產(chǎn)生煙塵；②在炭化環(huán)節(jié)來(lái)自高分子有機(jī)化合物的熱解過(guò)程，原料中的竹纖維素和半纖維素等受熱分解為小分子化合物。炭化過(guò)程產(chǎn)生的煙氣主要是CO2、CO、CH4、C2H4、水蒸氣及少量揮發(fā)出的未分解竹焦油和煙塵；以蒸汽存在的物質(zhì)主要有水汽、竹醋酸、甲醇、竹焦油。竹焦油成份很復(fù)雜，主要化合物有竹醋酸、甲醇為主的醇類、醋酸甲酯為主的酯類、丙酮為主的酮類，另外竹焦油還含有一定量的單元酚、二元酚及三元酚。

2 旋風(fēng)、布袋、水膜、濕電除塵方式性能比較

旋風(fēng)除塵：靠粉塵的慣性分離，采用多管旋風(fēng)由于粉塵輕無(wú)法被旋風(fēng)慣性拋離，除塵效率較低，平均80%左右，只能作為初級(jí)除塵使用。本項(xiàng)目煙氣含竹焦油不適合采用。

布袋除塵：適合干煙氣工況，除塵效率高，可以達(dá)到99.99%，但是煙氣濕度大時(shí)容易糊袋。

水膜除塵：水膜除塵可以洗滌煙塵有害物質(zhì)，除塵效率80%～90%。優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)低；缺點(diǎn)為針對(duì)顆粒細(xì)、重量輕的粉塵去除率低，只能作為初級(jí)除塵設(shè)施使用。

濕式靜電除塵：利用靜電原理，用噴水等方式使集塵極表面形成一層流動(dòng)水膜，將吸附在集塵極上的粉塵沖走的電除塵裝置。主要優(yōu)點(diǎn)：除塵效率高，甚至對(duì)亞微米的粉塵都有較高的去除率；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小，操作維護(hù)方便；能有效處理高溫、高濕的含塵氣體；廢氣中的氣態(tài)污染物可同時(shí)去除。

3 機(jī)制竹炭制備廢氣治理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 機(jī)制竹炭制備廢氣治理工藝選擇

機(jī)制炭制備廢氣濕度大、煙塵含竹焦油、竹醋液及顆粒物，旋風(fēng)除塵由于除塵效率低，不適合使用。生產(chǎn)過(guò)程煙氣濕度大，烘干環(huán)節(jié)控制不好時(shí)火星會(huì)帶入后面管道，因此采用布袋除塵容易糊袋及燒袋，也無(wú)法使用。水膜除塵只能洗滌粗顆粒粉塵，微細(xì)粉塵無(wú)法去除，環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)比較低時(shí)大部分工廠采用水膜除塵可以滿足環(huán)保要求，但是新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)后由于水膜除塵無(wú)法去除微細(xì)顆粒物，粉塵會(huì)超標(biāo)排放。而濕式靜電除塵攻克了許多技術(shù)難題，通過(guò)蒸汽相變促進(jìn)實(shí)現(xiàn)PM2.5高效脫除，對(duì)PM2.5的去除效率高達(dá)93%以上，結(jié)合以上分析，在本項(xiàng)目治理工藝采用水膜除塵+濕法靜電除塵治理方式。在濕式電除塵前面增加一級(jí)水膜除塵，用于洗滌去除大部分竹焦油和粗顆粒粉塵，減輕后級(jí)濕電除塵的負(fù)荷。采用此工藝可以實(shí)現(xiàn)機(jī)制炭制備廢氣煙塵的達(dá)標(biāo)排放，工藝流程見圖1。

圖1 機(jī)制竹炭制備廢氣治理工藝

3.2 濕式靜電除塵器設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)廢氣工況，本項(xiàng)目濕式靜電除塵器設(shè)計(jì)參數(shù)如表1。

表1 濕式靜電除塵器設(shè)計(jì)參數(shù)

3.3 本體材料的選則

由于機(jī)制竹炭制備廢氣含大量的竹醋液，煙氣呈酸性，腐蝕性大，殼體選用316L材料，保證外殼長(zhǎng)期不腐蝕。

3.4 放電極及收塵極的選擇

內(nèi)部電場(chǎng)是濕式靜電除塵器的關(guān)鍵系統(tǒng)，正確選擇放電極系統(tǒng)和收塵極系統(tǒng)是使用好濕式靜電除塵器的主要因素。由于機(jī)制竹炭制備廢氣濕度高，含有竹醋的煙氣具有較強(qiáng)的腐蝕性，極板選擇316L材質(zhì)。大多數(shù)傳統(tǒng)的濕式靜電除塵器使用魚骨針作為放電極，此種電暈線由于只有針尖放電，初始電暈電壓相對(duì)比較低，放電性能較弱。鑒于煙氣濕度大需要電流大的特性，本項(xiàng)目采用整體管狀三角型大芒刺線，由于此種電暈線針尖及兩端棱角都能放電，具有低起暈電壓和強(qiáng)放電性能的特點(diǎn)。

3.5 噴淋方式的確定

噴霧效果的好壞直接決定了濕式靜電除塵器的清灰效果及保證電場(chǎng)能否長(zhǎng)期高效、穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)粉塵特性，極板清灰采用性能優(yōu)良的霧化噴嘴，保證水膜的均勻連續(xù)性。

3.6 控制系統(tǒng)

濕式靜電除塵控制系統(tǒng)由兩部分組成：中頻脈沖高壓電源和噴霧、加熱組成的低壓控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)功能描述如下：

3.6.1 低壓控制系統(tǒng)見

低壓控制系統(tǒng)由噴霧、加熱模塊組成（見圖2）。系統(tǒng)采用西門子1500 PLC作為控制系統(tǒng)，西門子PLC作為工業(yè)控制系統(tǒng)，高可靠性高，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)；強(qiáng)大的控制功能和豐富的通訊協(xié)議滿足不同控制要求；系統(tǒng)快速的運(yùn)算速度，保證了對(duì)復(fù)雜程序的快速處理；模塊功能豐富，可處理各種模擬信號(hào)。

圖2 低壓控制系統(tǒng)

低壓噴霧、加熱系統(tǒng)可通過(guò)觸摸屏進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，噴霧、加熱的時(shí)間和溫度參數(shù)可以根據(jù)不同煙氣工作情況進(jìn)行修改，以滿足現(xiàn)場(chǎng)控制要求。噴霧系統(tǒng)可以設(shè)置噴霧運(yùn)行時(shí)間、噴霧間隔時(shí)間、噴霧循環(huán)周期時(shí)間、定時(shí)打開和關(guān)閉時(shí)間。加熱系統(tǒng)通過(guò)風(fēng)機(jī)的熱風(fēng)吹掃絕緣瓷瓶，確保絕緣瓷瓶干燥，避免絕緣子高壓爬電問(wèn)題。加熱器工作狀態(tài)通過(guò)溫度傳感器反饋給PLC，通過(guò)PLC控制使得保溫箱溫度恒定在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)通過(guò)PLC反饋給觸摸屏。通過(guò)觸摸屏顯示的系統(tǒng)狀態(tài)可以清楚的知道各個(gè)單元的工作狀態(tài)。

3.6.2 高壓控制系統(tǒng)

高壓控制系統(tǒng)采用三相中頻脈沖調(diào)制電源，此電源作為一種先進(jìn)的新一代電除塵器高壓電源，通過(guò)交-直-交工作模式以IGBT 功率管作為逆變控制器件，采用 SPWM 調(diào)制原理，可以調(diào)制出從幾十到幾千赫茲的脈沖電流，載波頻率可高達(dá)3.2kHz。通過(guò)調(diào)整中頻脈沖電源系統(tǒng)工作頻率可以為不同工況下的電場(chǎng)提供最高的電暈功率，能夠最大限度地激發(fā)電場(chǎng)的收塵潛能，與傳統(tǒng)的可控硅調(diào)壓控制的電源相比是最先進(jìn)、可靠的電源，適用于同電除塵器本體及其它特殊用途的電極結(jié)構(gòu)配套，可為除塵、除霧、除焦油、脫水和回收物料等各種應(yīng)用中提供高壓直流電源。

4 效果評(píng)價(jià)

該系統(tǒng)于2021年12月施工完成并負(fù)載運(yùn)行，經(jīng)過(guò)168負(fù)載調(diào)試，除塵器各控制系統(tǒng)穩(wěn)定正常運(yùn)行，設(shè)備運(yùn)行良好，尾氣顆粒物達(dá)標(biāo)排放。

5 結(jié)語(yǔ)

機(jī)制竹炭是將竹材加工廢棄物轉(zhuǎn)變?yōu)樯镔|(zhì)燃料的可再生能源，不僅可以改善農(nóng)村環(huán)境，而且可增加農(nóng)民收入，在處理生產(chǎn)制備過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣時(shí)，只要選擇合適的環(huán)保處理設(shè)施，能夠使污染物穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，即減排節(jié)能，對(duì)周圍環(huán)境造成的影響也大幅減少，具有極高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

表2 煙塵排放檢測(cè)結(jié)果