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刨花板加工废气处理中烟气沉降室结合湿静电除尘系统的设计

2025-07-12 52 上传者：管理员

摘要：通过利用烟气沉降室联合新型高效的湿静电除尘系统来控制锅炉烟气排放，使得处理后的烟气达到国家排放标准，并达到超低标准排放。有效解决现有技术中机械除尘效率低、湿静电除尘能耗高、运行费用高、设备投资费用大等问题。为刨花板加工行业及大型能耗工业企业作为环保技术提供可行的技术方案。

关键词：
机械除尘
污染物排放
湿静电除尘系统
烟气沉降
超低排放
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1、引言

刨花板生产企业燃料为生产过程中的木质废料及外购成型生物质颗粒｡燃烧烟气成分比较复杂,主要包括颗粒物､二氧化硫､氮氧化物､一氧化碳､氯化氢､碳氢化合物和大量水蒸气等｡传统烟气处理技术如机械除尘和湿法脱硫等,虽在一定程度上能降低污染物排放,但存在诸多局限性｡机械除尘对细小颗粒捕集效果不佳,难以满足超低排放需求｡烟气沉降室结合湿静电除尘系统的技术方案融合两种技术优势,展开深入的设计探讨[1]｡

2、锅炉大气污染物排放标准对比

《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)及《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2014)中均对燃气锅炉的颗粒物浓度､二氧化硫和氮氧化物排放限值做了规定,国家标准和各地方标准要求不尽相同,总体来看颗粒物排放限值范围为5~20mg/m3,二氧化硫为10~100mg/m3,氮氧化物为30~200mg/m3｡各层级和各部门对锅炉主要大气污染物排放限值(颗粒物､二氧化硫､氮氧化物)的要求如表1所示[2]｡

表1各级别环保控制标准对比

3、烟气沉降室结合湿静电除尘系统工艺流程

刨花板加工过程中产生的废气进入三串联沉降室进行预处理｡沉降室内部设计合理的气流通道,使废气在其中缓慢流动,利用重力沉降作用,初步分离出较大颗粒的粉尘｡经过沉降室预处理后的废气进入多管旋风除尘器,通过高速旋转的气流产生的离心力,进一步分离细微粉尘,提高除尘效率｡净化后的废气被引入干燥机,用于干燥刨花,实现了废气余热的回收利用,降低了干燥过程的能耗｡干燥机产生的废气再次进入多管旋风除尘器,去除干燥过程中产生的新增粉尘,随后进入湿静电除尘系统｡湿静电除尘系统通过高压电场使粉尘颗粒带电,并在电场力作用下吸附到极板上,同时利用喷水装置冲洗极板,将收集的粉尘带走,有效去除废气中的细微颗粒物和部分有机污染物,最终经35米排气筒(H1)排放到大气中｡

4、烟气沉降室结合湿静电除尘系统设计

4.1技术原理

沉降室是使含尘气流中的尘粒借助重力作用自然沉降,来达到净化气体的装置｡这种沉降室具有结构简单､造价低､施工容易(用砖砌和钢板焊制而成)､维护管理方便､阻力小(一般为50~150Pa)等优点,但其除尘效率低(一般只有40%~50%),仅适于捕集大于10μm的粉尘粒子,故一般只用于多级除尘系统中的第一级除尘｡细小颗粒由于沉降速度小,在沉降室内一般很难收下来的｡为了提高沉降室的效率,沉降室设计为3个串联式多段沉降室,并在沉降室内安装上下交替的垂直挡板,利用惯性作用来提高收尘效率｡三串联式多段沉降室的设计,这样相对地降低了尘粒的沉降高度｡一个目的是为了改变气流的运动方向,由于粉尘颗粒惯性较大,不能随同气体一起改变方向,撞到挡板上,失去继续飞扬的动能,沉降到下面的集灰中;另外一个目的是延长粉尘的通行路程,使它在重力的作用下逐渐沉降下来,使气体产生一些小股涡旋,尘粒受到离心力作用,与气体分开,并碰到室壁上和挡板上,使之沉降下来｡

4.2结构设计

如图1所示,沉降室设计为3个串联式多段沉降室,利用多管旋风除尘器对锅炉烟气中的杂质做预处理,使含尘气流按一定方向旋转,并通过离心力将尘粒从气流中沉降分离出来｡当粉尘由离心风机抽入旋风除尘器内,粉尘颗粒也因此受离心力的作用从气流中分离出来,再受重力作用沿壁落入灰斗,而气体会沿排出管旋转向上从排出管排出｡

4.3流速与温度控制

经实验表明:沉降室内被处理气体速度(基本流速)越低,越有利于捕集细小的尘粒,但装置相对庞大;基本流速一定时,沉降室的纵深越长,则除尘效率也就越高,但不宜延长至10m以上;在气体入口处装设整流板,在沉降室内装设挡板,使沉降室内气流均匀化,增加惯性碰撞效应,有利于提高除尘效率｡根据实验数据,制定控制流速范围,使得压力损失最小,控制气流温度和气体在沉降室入口和出口处的流速｡最终控制三串联式多段沉降室满足≥10μm的大颗粒尘粒除尘效率达到80%以上,达到烟尘预处理效果｡

图1三串联式多段沉降室设计图

5、湿静电除尘系统设计

5.1技术原理

静电除尘技术是在电晕极和收尘极之间通上高压直流电,所产生的强电场使气体电离､粉尘荷电,带有正､负离子的粉尘颗粒分别向电晕极和收尘极运动而沉积在极板上,使积灰通过振打装置落进灰斗｡适用于除去烟气中0.01~50μm的粉尘,而且可用于烟气温度高､压力大的场合｡但由于静电除尘器基于荷电收尘机理,静电除尘器对飞灰性质(如成分､粒径､密度､比电阻､黏附性等)较为敏感,特别对高比电阻粉尘､细微烟尘捕集困难,运行工况变化对除尘效率也有较大影响[3]｡

5.2除尘系统分层处理设计

湿静电除尘系统设计为循环喷淋段､气液分离段､湿式静电段､收水段､相变消雾段､机械混流段､顶部烟囱､cems监测平台几个层｡按照烟气流向上游至下游按照分割粒径从大到小的顺序组合各项处理工艺;利用各处理工艺段对烟气流量的互补性,在烟气量和烟气温度波动时,系统综合处理效率较为稳定｡采用CFD模拟流场均匀性情况,通过气流均布持液层托盘､高效除雾器等多孔介质体系优化塔内流场,断面流速不均匀系数小于0.15｡采用通径圆柱形塔体设计,在相同截面情况下,湿周小于方塔,系统阻力小于方塔结构,与具有中心筒的圆塔结构相比,塔内流场更加均匀,局部阻力更小;顶部烟囱变径段的变径角度>60°,无断面突变,确保静电除尘区域无偏流,确保塔内阻力<300Pa,使设备电耗损失较少｡

5.3高强度循环喷淋系统设计

研究循环喷淋的覆盖率,喷淋液气比,喷淋压力等参数,确保烟气达到过饱和状态,使荷电粉尘达到最高趋近速度;足量的喷淋强度和覆盖率确保气液充分接触,液膜表面不断更新,避免烟气短路,确保洗涤除尘效率,减低下游处理负荷;循环喷淋层采用交错布置,确保覆盖无死角｡确保烟气达到过饱和状态,使荷电粉尘达到最高趋近速度,确保洗涤除尘效率,减低下游处理负荷｡

5.4分质用水设计

电场冲洗采用洁净工艺水,循环喷淋采用循环浆液,避免循环浆液处理不及时导致的尾气中的粉尘夹带｡将循环浆液直接用作冲洗水可能会因浆液杂质过多或者高温结垢导致喷嘴堵塞,采用工艺水冲洗可以确保冲洗效果,避免因喷嘴堵塞导致的阳极管内积料､电压降低､除尘效率下降等｡

5.5烟气流速和集尘面积设定设计空塔流速控制在1.8m/s以下,比集尘面积大于22㎡/m3/s｡阳极管采用4.5m短极管,确保阴阳极冲洗效果和变形可控,保证长期运行后有效集尘面积比例>98%｡

5.6废渣脱水处理工艺

烟道预喷淋除渣系统利用烟道底部的自洁式除渣机,对烟气中的大颗粒悬浮物及漂浮物予以去除,以降低污染物含量,避免大颗粒杂质对设备的不良影响;循环浆液全流量过滤系统借助自清洗过滤器,持续过滤全部循环浆液,确保浆液中的颗粒杂质得以有效拦截,维持循环浆液的洁净度,防止杂质累积影响设备性能｡循环浆液体外处理系统采用气浮浓缩方式,精准去除微米级悬浮物,通过微小气泡使悬浮物附着上浮,进一步提高浆液纯度｡循环水池底部的倾斜板沉淀脱渣环节,利用重力作用使固体颗粒沿倾斜板下沉,降低浆液中固体杂质含量｡无阀过滤器深度过滤净化环节,对浆液进行精细过滤,去除微小悬浮物与部分溶解性杂质｡污泥先在污泥浓缩池中进行一级浓缩,通过自然沉降分离间隙水,初步降低含水率并减小体积｡设置板框压滤机脱水压榨环节施加高压,促使污泥中的水分透过滤布排出｡在进行高压二次压榨进一步挤出滤饼残留水分,使污泥达到更低含水率水平,便于后续处理处置｡采用这样的多级浓缩二次压榨工艺,污泥含水率将控制在65%以下｡

6、结束语

本研究成功开发了烟气沉降室结合湿静电除尘系统用于超低排放烟气处理的技术方案｡通过深入的技术原理分析､合理的方案设计和创新点阐述,表明该技术在污染物减排方面优势显著,有效解决了传统技术的问题｡其创新设计提升了系统性能和经济性,为环保和企业可持续发展提供了有力支持｡未来研究可围绕系统优化升级展开,如提高自动化程度､降低成本､拓展应用范围等,以适应更严格的环保要求和市场需求｡该技术的应用为相关行业提供了借鉴,有望推动烟气处理技术的进步,为环境保护和可持续发展贡献更多力量｡

参考文献:

[1]张列峰.生物质锅炉废气检测状况探讨与分析[J].山西化工,2024,44(06):92~94

[2]王钊,常勇强,刘超等.燃气锅炉大气污染物初始排放测试方法对比分析[J].中国特种设备安全,2022,38(09):31~34+45

[3]张永忠,甘露,吴其荣.燃煤锅炉超低排放技术探讨[J].能源与环境,2016,(06):78~79

文章来源:廖兵余,黄正规,韦亚健,等.刨花板加工废气处理中烟气沉降室结合湿静电除尘系统的设计[J].模具制造,2025,25(07):156-158.