電石渣庫頂超重力場除塵技術(shù)應用

李毅，陳明功，李榮軍，黃賢嬌，魏昭輝，孫逸玫

(1.安徽華塑股份有限公司，安徽 滁州 233290；2.安徽理工大學化學工程學院，安徽 淮南 232001)

1 項目的提出及背景

目前，我國PVC生產(chǎn)工藝主要有乙烯法和電石法，由于我國“多煤、貧油、少氣”的資源和能源結(jié)構(gòu)，使得電石法PVC成為國內(nèi)PVC工業(yè)發(fā)展的主流工藝，但在電石法工藝生產(chǎn)中會產(chǎn)生大量電石渣，這些電石渣主要用于生產(chǎn)水泥。在電石渣輸送和儲存過程中會產(chǎn)生含塵氣體，在當前環(huán)保壓力下，要求含塵氣體超低排放，因此除塵技術(shù)應用尤為重要。電石渣粉塵主要成分為氫氧化鈣，并且濕度較大，在空氣中與CO2反應可生成易結(jié)塊的碳酸鈣，因此傳統(tǒng)除塵設(shè)備應用于高濕度、高黏度、易結(jié)塊氣體的除塵過程易發(fā)生堵塞現(xiàn)象。

目前常用除塵設(shè)備有旋風除塵器、袋式除塵器、靜電除塵器、電袋復合除塵器及填料水洗塔等[1-4]。含塵氣體在旋風除塵器內(nèi)一般旋轉(zhuǎn)3～5圈，除塵效率低，高濕度含塵氣體在除塵器內(nèi)壁易結(jié)塊，阻力損失增大。袋式除塵器凈化高濕度易結(jié)塊超細粉塵時存在易堵塞布袋增加阻力、高濕高溫易損壞濾袋等問題。靜電除塵器在凈化高濕度含塵氣體時易發(fā)生電暈放電產(chǎn)生火花，對含有微量乙炔氣體成分的電石渣除塵還存在爆炸危險因素；同時，高黏度粉塵富集在集塵電極上不容易被震打脫落。傳統(tǒng)水洗塔是將液體霧化成小液滴，與含塵氣體進行逆向或同向流動，用液滴捕捉含塵氣流中的顆粒物，而將其分離。傳統(tǒng)的水洗塔等濕法除塵設(shè)備雖然能夠滿足高溫、高濕廢氣環(huán)境條件要求，但存在持液量大、氣液接觸面積小、除塵效率不高的缺點，達不到超低排放要求。

綜上所述，針對黏度高、濕度大、易結(jié)塊的電石渣粉塵，傳統(tǒng)工業(yè)除塵凈化技術(shù)都有其各自的局限性。為此開發(fā)出一種適合電石渣庫頂粉塵凈化的新型旋轉(zhuǎn)超重力場高效除塵技術(shù)，并進行了工業(yè)化應用，其具有體積小、重量輕、運行穩(wěn)定、安裝維修方便的特點，克服了在凈化過程中粉塵結(jié)塊堵塞問題。

2 工作原理及技術(shù)特點

旋轉(zhuǎn)超重力場高效除塵器由轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸、液體分布器、氣體分布器和外機殼組成[5-8]。轉(zhuǎn)子上布置填料，由電動機和轉(zhuǎn)軸帶動高速旋轉(zhuǎn)，利用旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力產(chǎn)生穩(wěn)定可調(diào)的超重力場，強化傳質(zhì)和混合過程。含塵氣體和液體分別通過氣體分布器和液體分布器切向進入。含塵氣體進入超重力場后，其運動方向改變?yōu)樾D(zhuǎn)方向和徑向方向，一部分顆粒物在巨大的離心力作用下，向機殼內(nèi)壁運動，被機殼內(nèi)壁上的液膜捕集，從氣相脫除；另一部分顆粒物會隨氣流穿越高速旋轉(zhuǎn)的填料轉(zhuǎn)子，同時液體被噴灑在轉(zhuǎn)子上，在巨大剪切力的作用下，被切割成液滴、液絲、液膜等微元，這些微元存在極大的氣液接觸面積，能有效捕捉穿過的氣流中含有的粉塵顆粒，達到除塵的目的。所以，旋轉(zhuǎn)超重力場高效除塵器是一種集慣性碰撞、正面攔截、離心沉降、機械旋轉(zhuǎn)碰撞和水膜捕集機制于一體的新型除塵技術(shù)。

該裝置還具有結(jié)塊堵塞自清除功能，當轉(zhuǎn)子上粉塵結(jié)塊受到的離心力大于其黏附力時，粉塵結(jié)塊將被甩脫分離；同時，在過濾轉(zhuǎn)子上設(shè)置有噴水清洗裝置，也可起到較好的輔助清洗功能。為了獲得超重力場中粉塵黏附、團聚、結(jié)塊和自清除規(guī)律，采用正交法研究了噴水流量、噴水方位、粉塵濃度、粉塵粒度、粉塵性質(zhì)，以及廢氣流量、濃度、轉(zhuǎn)速、互動裝置等對除塵率的影響[9-11]。

3 工藝流程及技術(shù)特點

工藝流程如圖1所示，設(shè)備及安裝如圖2所示。對于20 000 m3/h 電石渣庫頂廢氣流量采用Scrubber-2.0型超重力場洗滌機(以下簡稱超重機)，單臺機組轉(zhuǎn)子動力消耗為15 kW。設(shè)備外型尺寸為2 910 mm×2 197 mm×2 754 mm (長×寬×高)；其轉(zhuǎn)子直徑約為1 100 mm，長度在1 200 mm左右。

圖1 工藝流程示意圖

圖2 設(shè)備及現(xiàn)場安裝照片

廢氣中含有細微粉塵，有微量異味，其中異味成分主要為乙炔、硫化氫等。在超重機內(nèi)噴入的洗滌水經(jīng)沉淀分離后，其上清液經(jīng)管道輸送系統(tǒng)循環(huán)使用,單臺設(shè)備每天(24 h)蒸發(fā)消耗水量小于1 m3。超重機安裝在電石渣庫頂部平臺位置(或適當位置，現(xiàn)場設(shè)計)，可減少通風系統(tǒng)阻力。

本技術(shù)可代替?zhèn)鹘y(tǒng)濕法除塵水洗塔，縮小其體積，顯著提高除塵效率；適用于高溫、高濕、高含塵、易結(jié)塊含塵廢氣凈化處理；可適用于振動較大的環(huán)境。本技術(shù)可完全滿足電石渣生產(chǎn)、輸送、儲存過程中廢氣的凈化處理。其關(guān)鍵技術(shù)的突破和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)對高濕度、易結(jié)塊粉塵廢氣的凈化不僅提供一種新的工藝方法，而且也提供配套的設(shè)備；對難治理含塵廢氣的凈化不僅是一種技術(shù)革新，而是一種技術(shù)革命。

以電石渣庫頂20 000 m3/h風量除塵為例：除塵效率≥99%，設(shè)備阻力為300～800 Pa，不存在設(shè)備結(jié)垢堵塞現(xiàn)象。超重機轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)情況下，強大離心力將循環(huán)液甩向殼體表面，形成強大沖刷力，因此設(shè)備內(nèi)部始終無結(jié)垢現(xiàn)象，可實現(xiàn)自清理。轉(zhuǎn)子、殼體等主要部件采用不銹鋼材質(zhì)，不存在腐蝕問題；該設(shè)備采用特殊設(shè)計噴嘴，不存在噴嘴堵塞問題；該設(shè)備轉(zhuǎn)動部件均做動平衡，不存在振動和噪聲問題。

采用超重機代替水洗塔去除電石渣粉塵可極大提高凈化效率，因為超重機是外力強制氣、液兩相接觸；而水洗塔在直徑超過1 m后，氣、液兩相分別走不同路線。同時，在相同處理風量和凈化效率條件下，超重機的體積遠小于水洗塔體積，便于安裝和維修，占地面積小，特別適合舊車間改造。超重機重量(包括動載荷)遠低于水洗塔重量，可安裝在庫頂，并保證電石渣庫的安全性能。

4 項目實施過程的關(guān)鍵問題

(1)防止系統(tǒng)管道堵塞。

為減小氣體輸送管道長度，防止粉塵堵塞，該設(shè)備安裝在庫頂，凈化后的氣體直接排放。在氣體管道每個彎頭處都設(shè)置手孔，可即時清除堵塞在彎頭處的粉塵結(jié)垢。

洗滌水從零平面用泵輸送至庫頂超重機中，上水管道直徑為80 mm，洗滌后的水出超重機后直接下排，下水管道直徑為120 mm。為防止下水管道堵塞，應盡量少用彎頭，并且與上水管道在頂部旁路連接，達到及時沖洗目的。

(2)防止電石渣庫頂滲漏。

由于電石渣庫頂嚴禁滲水，為防止少量滴漏水滲入庫內(nèi)，在超重機安裝基礎(chǔ)部位采用厚度為2 mm的PVC板平鋪，以達到防水目的。為有效防止噴入超重機內(nèi)的水分倒流至進氣口，設(shè)備進氣口采用微傾斜式進氣方法，同時在進氣口內(nèi)設(shè)置擋水堰。為減少庫頂震動和增大支撐強度，在庫頂采用20號工字鋼加固。

(3)保證電石渣庫內(nèi)微負壓。

采用軸流風機使整個除塵系統(tǒng)在微負壓下操作，可有效防止通風管道系統(tǒng)氣體外漏；同時，一定的抽吸可有效防止倉內(nèi)“死區(qū)”，避免局部氣體“死循環(huán)”。采用軸流風機代替離心風機是為了減輕電石渣庫頂機械震動，同時也滿足風量和風壓要求。

(4)防止設(shè)備腐蝕。

該系統(tǒng)的主要設(shè)備及連接管道全部采用不銹鋼材質(zhì)，可有效防止腐蝕現(xiàn)象，提高設(shè)備使用壽命。

(5)采用遠程可視化操作控制系統(tǒng)，減少操作人員上下庫頂工作強度，同時也保證了安全生產(chǎn)。

5 結(jié)語

電石渣庫工業(yè)現(xiàn)場應用證明，旋轉(zhuǎn)超重力場除塵技術(shù)和設(shè)備可滿足濕度高、黏度大、易結(jié)塊電石渣粉塵氣體凈化要求，可長期穩(wěn)定運行而不發(fā)生結(jié)塊堵塞現(xiàn)象。在設(shè)計和安裝過程中，應注意防止氣體和洗滌水輸送管道發(fā)生堵塞現(xiàn)象，因此在彎頭等管件部位應設(shè)置檢修手孔；在電石渣庫頂安裝超重力除塵設(shè)備時，其基礎(chǔ)部位應做防水處理和加固，防止洗滌水因檢修等因素滲入庫內(nèi)；應安裝配套的軸流風機，使電石渣庫內(nèi)始終處于微負壓狀態(tài)；主要設(shè)備采用不銹鋼制作，各類管道必須做防腐處理，以延長除塵設(shè)備使用壽命；采用變頻器控制旋轉(zhuǎn)超重力場除塵器轉(zhuǎn)速，以及電壓、電流、阻力等檢測儀表，達到遠程監(jiān)控目的，可有效降低工作強度，減少操作人員庫頂工作時間，也有利于保證安全生產(chǎn)。