碱回收炉颗粒物超低排放改造实践

文_汤建球 何志炜 刘嘉妮 航天凯天环保科技股份有限公司

我国造纸工业碱回收企业有近百家，碱回收炉烟气净化以电除尘技术为主，随着工业窑炉大气污染物排放标准越来越严格，电除尘器出口颗粒物排放无法满足超低排放要求。本文就碱回收炉烟气净化中电除尘技术应用存在的问题，结合脉冲袋式除尘技术在碱回收炉颗粒物超低排放改造工程中的设计要点，以及出现的问题进行分析和总结。

1 碱回收工艺流程和烟气特点

造纸行业对黑液中的碱进行回收，再供制浆蒸煮使用的循环生产过程称之为碱回收。不同的原料黑液燃烧的工艺不同，黑液的化学成分并不完全相同。

木浆黑液燃烧工艺流程见图1。

图1 木浆黒液燃烧工艺流程

麦草浆黑液燃烧工艺流程见图2。

图2麦草浆黑液燃烧工艺流程

碱回收锅炉的烟气，由于制浆及燃烧工艺不同而有差别。黑液在碱回收喷射炉中燃烧前都要经过浓缩，木浆浓缩时的黑液浓度为60%～75%，水分为25%～40%；草类浆黑液浓度只有45%～50%，水分为50%～55%。

1.1 粉尘成分

固体主要包括Na2CO3（Na2SO4）、Na2S、R2O3等（含量见表1）；气体包括CO2、O2、N2、SO2、H2S、有机酸等；还有大量的水汽等。

表1 粉尘中的固体成分含量

1.2 粉尘粒径

烟气中含有的烟尘浓度一般为20g/Nm3左右；粉尘粒径为0.1～1μm（烟尘中粒径0.1～1μm的约占85%，1～10μm的占5%～10%，＞10μm的约占5%）；真密度约3.1g/cm3，堆积密度为0.13g/cm3。

1.3 粉尘比电阻（见表2）

表2 粉尘比电阻

2 电除尘技术应用存在的问题

根据碱回收工艺流程可以看出，碱回收炉燃烧产生的粉尘具有3个特点：①烟气含湿量大，粉尘粘性大。②粉尘为碱性粉尘，腐蚀性较大，容易板结。③粉尘的粒径小，堆积蓬松，容易搭桥，流动性极差。以上特点给电除尘技术对碱炉烟尘净化带来极大的挑战，在工程应用中容易出现电晕封闭、二次扬尘、振打清灰不易、卸灰困难等一系列问题。随着工业窑炉大气污染物排放标准越来越严格，电除尘器出口颗粒物排放无法满足超低排放要求，其技术改造势在必行。

3 改造实例

湖南骏泰新材料科技有限责任公司2200t/d碱炉于2008年建成投产，烟尘处理配套三列三电场电除尘器，每列除尘器后配套1台引风机将处理后烟气送入烟囱排放，原设计粉尘排放120mg/Nm3（9%基准含氧量）。因环保排放提标需要，原有电除尘系统不能满足国家和地方相关超低排放限值的要求，需进行改造，最终将烟尘排放浓度控制至10mg/Nm3以下（6%基准含氧量）。

3.1 改造方案简述

本项目在原电除尘器与引风机之间增加一套布袋除尘系统，采用低压脉冲固定行喷吹袋式除尘技术，具备离线清灰，在线检修功能，布袋除尘器收集的碱灰以湿排灰的方案排放至污水处理系统。控制系统采用DCS集散控制，接入现有碱炉DCS控制系统。

3.2 主要技术参数（见表3）

表3

3.3 设计要点

3.3.1 滤料的选择

针对碱炉烟气工况，选用PTFE针刺毡覆膜滤料，100%PTFE基布+PTFE微孔膜，有效阻止水汽、油及细粉尘颗粒进入滤料内部，有利于清灰及延长滤袋正常使用寿命，防止布袋糊袋。

3.3.2 内置旁路系统

为保证碱炉开停机时的高油烟气、停机后的高湿烟气不进布袋除尘器，本项目设计内置旁路系统。

3.3.3 控制漏风率

现场所有焊接均为双面连续焊，并进行渗漏试验，保证除尘器的漏风率≤1%。

3.3.4 保温设计

除尘器本体保温采用200厚岩棉，顶部采用双层顶盖设计，确保保温效果。

3.3.5 灰斗设计

灰斗溜灰角大于65°，邻壁交角的内侧加装圆弧板，同时采用蒸汽伴热，保证壁板内部粉尘温度大于露点温度。

3.3.6 压缩空气管路伴热

压缩空气管路与蒸汽管网并排敷设于烟道表面，有效对压缩空气进行预热，进一步降低压缩空气湿度。

3.3.7 气流均布

为实现气流均布，采用CFD模拟软件，按照1：1的比例建立布袋除尘系统全尺度三维模型（见图3）。

图3 布袋除尘系统全尺度三维模型

3.4 改造效果

本项目于2021年8月30日投运，投运后系统阻力800～900Pa，烟囱颗粒物排放浓度＜5mg/Nm3（6%基准氧含量）。荣获2021年度湖南省环境治理优秀示范工程。

3.5 存在的问题及改进

3.5.1 存在的问题

本项目投运以后，粉尘堆积在卸灰口，星型卸灰阀空转，下灰不畅。

3.5.2 原因分析

本项目采用湿排灰，星型卸灰阀密封性差，排灰过程中湿气在卸灰阀叶轮处积聚，卸灰口粉尘吸湿板结，导致下灰不畅。

3.5.3 改进措施及效果

经过对现场排灰情况的深入了解，将星型卸灰阀更换为电动双层翻板卸灰阀，同时灰斗增加清堵空气炮，改进后下灰顺畅，运行稳定。改进前后对比见图4、图5。

图4改进前

图5改进后

4 结语

2200t/d碱炉颗粒物超低排放改造工程实践证明，脉冲袋式除尘技术运行稳定可靠，出口颗粒物排放浓度＜10mg/Nm3，为后续碱炉烟气净化脉冲袋式除尘技术的应用提供了良好的案例经验。

通过改造实践，总结如下：

①针对碱回收炉烟气工况，滤料推荐采用PTFE针刺毡覆膜滤料，100%PTFE基布+PTFE微孔膜。

②保温密封设计，将系统漏风率控制在1%以下，是系统稳定运行的关键。

③灰斗宜采用蒸汽伴热，保证溜灰角≥65°，设置清堵空气炮及电动双层密封翻板卸灰阀是解决系统排灰不畅的有效手段。

④压缩空气宜进行伴热处理。

⑤针对系统改造宜借助CFD模拟软件进行全系统流场分析，通过合理设置导流装置，降低系统阻力，节约能耗。