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威美电除雾技术:电除雾器在硫酸生产尾气中的应用分析及实例

[2018-8-29] 点击:

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硫酸生产企业所排放的尾气是环境治理的重点,因此在生产硫酸的过程中应并重经济效益与环保效益。在处理硫酸生产中的尾气时面临着许多难题,其中酸雾处理问题亟待解决。在硫酸生产过程中应用电除雾器是解决酸雾问题的有效途径,因此必须重视在硫酸生产线中装设电除雾器。本文分析了硫酸生产尾气中除雾的意义,同时探讨了电除雾器在硫酸生产尾气中的应用方法,包括结构与工作原理,质量控制方法及应用实例。此外,还简单阐述了应用电除雾器时需要注意的问题。

威美宁夏锌冶炼项目针对硫酸尾气中湿电除雾器运行前后对比

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硫酸是一种较为常见的工业生产原料,主要被用于蓄电池、洗涤剂、颜料、药物及肥料等工业产品的制造当中,在染料生产、金属冶炼及石油净化过程中也需要使用到硫酸。在硫酸生产中排放的尾气可对环境造成污染,因此必须采用科学合理的技术对硫酸生产尾气进行处理。本文结合实践工作经验对硫酸生产尾气处理中应用电除雾器的相关问题进行了探讨,旨在有效提高硫酸生产企业的经济效益及促进硫酸生产工业的发展。

1.硫酸生产尾气中的除雾问题

为了生产出纯度及浓度较高的硫酸,在实际工作中通常需要采用转换率较高的工艺技术,目前我国所采用的硫酸生产工艺转换率基本可以达到95%以上,在转换率较高的同时,尾气处理工作还有待完善,尤其是硫酸雾的清除问题。

(1)在生产硫酸时,气量、气浓会出现大幅度波动现象,在这样的条件下极易导致酸温及酸浓得不到有效控制,进而造成硫酸蒸汽超过吸收临界值或饱和值。上述情况发生后,蒸汽冷凝时就会形成大量酸雾,如无法有效除去尾气中的酸雾,将会导致脱硫装置的运行受到影响。目前硫酸生产中多使用填料塔、空塔等核心脱硫设备,脱硫设备除雾能力有限,即使在脱硫中应用碱性吸收剂也难以获得理想的除雾效果。

(2)冷凝器及净化工段是硫酸雾形成的主要区域,生成的酸雾粒子较小,一般<5um,因此机械过滤或机械拦截除雾效率相对较低。当酸雾颗粒进入脱硫塔后如采用湿法脱硫工艺,则将会增大烟气含湿值,如此一来,不但无法将尾气中的酸雾去除,同时还会导致酸雾增加。酸雾粒径一般在0.1um~0.8um之间,与可见光波长相接近,因此酸雾能够高效散射可见光;当尾气被排出时就会出现排烟尾羽现象。排烟尾羽一般为白色,在受到烟气温度、环境相对湿度及温度等影响下,白烟会发生变化,环境相对湿度越大时,白烟就会越长,甚至可达到1000m左右。如烟气中存在粉尘、溶胶物质及氮氧化物等,还会对烟气透明度造成影响并导致烟气变成红棕色,如此一来就可能使硫酸生产企业尾气排放黑度超出相关标准。通过上述分析可知,硫酸雾可对硫酸生产过程产生不利影响,所以必须应用电除雾器将尾气中的硫酸雾清除。

2.电除雾器在硫酸生产尾气中的应用分析

2.1结构与工作原理

电除雾器的结构与工作原理如下:

(1)结构形式。在硫酸生产中所采用的电除雾器由以下几个部分构成,即供电系统、上下气室、阳极管、电晕极。如将电除雾器的外形特征作为分类标准,则可以分为室外电除雾器与室内电除雾器;如按照沉淀极形状对电除雾器进行划分,则可以分为管式与板式电除雾器。如进一步细分,则可以将管式电除雾器分为圆管式除雾器与蜂窝式除雾器,而板式电除雾器则分为同心圆式除雾器与平板式除雾器。

(2)工作原理。电除雾器实现酸雾消除的工作原理为,在电除雾器的电晕极接通高压直流电源,接通后检查电晕极当中所释放的静电场能否使气体发生电离现象,以便保证硫酸雾气可在电离子的作用下分解为负离子与正离子。由于电晕极为阴极,在接通电源后变成负高压极,发生电子雪崩后,小颗粒如尘及酸雾等就会被异性电荷所吸引,并在电场作用力下逐渐移动到沉淀极,当沉淀极当中的尘粉及雾粒厚度达到一定程度时,就会在重力作用下流向电除雾器的底部。由于尘粉及雾粒被吸附于除雾器当中,气体则可以自由通过,因此可以实现有效消除酸雾及净化尾气的作用。经过电除雾器的尾气可直接输送到脱硫装置当中,并在脱硫阶段完成干吸处理,如此一来就能够有效控制尾气中酸雾的含量及预防出现排烟尾羽。

2.2质量控制

为了保证电除雾器能够在硫酸生产的尾气处理中发挥应有的作用,则应注重提高电除雾器运行的可靠性。要确保电除雾器能够处于安全、可靠的运行状态,并在此基础上延长电除雾器的使用寿命及提高除酸雾的效率,则必须在应用之前做好相应的质量控制工作。

(1)在采购原材料时应对材料供应方所提供的材料进行严格检测,在检测的过程中应按照ISO9001标准,确保物资质量与相关规定相符。

(2)必须重视控制电除雾器安装质量。在安装电除雾器之前要对安装人员进行相应的技能培训,并安排质保人员负责监控电除雾器安装的全过程[4]。(3)在硫酸生产线当中安装好电除雾器之后应按照JB/T8535-2007标准及安装图纸要求对安装质量进行检查,同时按照HGJ299-2008、GB50205及HG20640标准对电除雾器的安装质量进行验收,验收合格之后才能投入使用。

2.3应用实例

2.3.1除雾装置中存在的问题

某硫酸生产企业当中的工艺生产线始建于2005年,到目前为止已经投产运营了10年。硫酸生产线当中的除雾装置为管式电除雾器,电除雾器当中共有205根PVC管,PVC管的直径为300mm。在开始投入使用至投入使用的第4年,生产线当中的电除雾器运行指标均符合标准,且除雾效果良好。2010年后电除雾器的部分性能指标出现了下降趋势,在生产硫酸的过程中无法有效调节指标电流,电除雾器当中通过的电流仅为40mA左右,无法有效满足除雾需求。如此一来,后段设备生产状况也受到影响。为了改善除雾效果,该厂在了解硫酸生产现状后决定对除雾装置进行系统性的改造,改造方法为增加一台新型FRPP(增强聚丙烯)除雾器,并在此基础上对原除雾器当中的PVC管进行处理。

2.3.2电除雾器的应用

电除雾器的应用情况如下:

(1)FRPP除雾器结构如下:使用具有阻燃作用的FRPP材料制作除雾器外壳,以提高除雾器的气密性、刚度及强度,并改善除雾器外壳的耐腐蚀性。电除雾器的外型为方形,阳极管采用导电性较强、耐氧化、耐腐蚀及耐高温的FRPP材质制作而成,电除雾器整体具有质轻及强度高的特点。阳极管为六角形,沉淀极由方形管束组成,因此可增加气流的截面积及改善除雾、吸尘效果。除雾器当中的放电电极由功率大、电极强且防尘性能良好的高效极线组成。此外,阴极管的长度为5.0m,阳极管的内径为305mm~350mm,因此可以使处理的尾气量得以增加。

(2)FRPP除雾器工艺参数。恒流电源为85kV,除雾效率≥99%,沉淀极的有效面积为3.5m2~35m2,冲洗水压≤0.25MPa,气体流速为0.9m/s~1.6m/s,工作气量为0.3×104m3/h~18.5×104m3/h,工作压力≤-9kPa,工作温度≤90℃,工作介质为含有SO2的酸性气体。

(3)原除雾器当中PVC管的处理。将电除雾器的入孔拆开,随后进入到除雾器塔内对PVC管进行检查,在检查中发现部分PVC管已经被损坏,损坏的PVC管共为15条,表现为穿孔或破裂。对于已经损坏的PVC管,则在原PVC管套上新PVC管,套上新PVC管后焊接好套合部位。检测焊接质量符合要求后利用高压水冲洗PVC管上的积尘,冲洗后立即调整管内极线,以免对电除雾器的除雾作用造成影响。完成以上改造工作后开始送电进行试运行。

2.3.3应用效果

对原有的除雾装置进行改造后投送全部电场进行试运行,在试运行期间发现电除雾器当中绝缘箱的内部温度过低,且将硫酸生产的尾气通入后,发现除雾器的二次电流及二次电压均低于正常水平。对这一异常现象进行分析后发现保温材料当中的含水量过高是引起绝缘温度低于正常值的主要因素,因此在FRPP除雾器中采用矿渣棉代替原有保温材料。对保温材料进行更换后,绝缘温度明显上升,且达到了正常标准;在实际绝缘温度与设计温度相符后,除雾器的二次电流及二次电压均有了明显提高,同时也减少了鼓风机出口部位存在的酸雾。通过试运行发现,相对于普通型电除雾器,FRPP除雾器具有以下优点:制作及安装便利,对于硫酸生产过程中尾气浓度波动大、流量变化大的特点具有较强的适应性,同时二次电压及电流较高。另一方面,在对原电除雾器当中的部分PVC管进行改造前后获得了以下指标数据:改造前电除雾器的电压为40kv~43kv,改造后为55kv;改造前电流为40mA,改造后为150mA。在硫酸生产线当中正式投入使用电除雾器后,硫酸生产中的尾气质量有了明显改观,含硫量显著降低,当地环保局对该企业排放的尾气进行在线监测后发现SO2为90mg/m3,与国家制定的强制性排放标准相符。此外,在正式投入使用后,电除雾器的除雾效率达到了99。4%,除雾效率得到了有效提高,同时在烟囱中排放尾气的视觉效果良好,排放黑度达到标准,且无白烟及排烟尾羽现象出现。因此,同时收获了环保效益与经济效益。

3.应用电除雾器时需要注意的问题

电除雾器一般被应用在硫酸生产的净化工序当中,为了保证电除雾器能够有效运行,则应注意以下事项:

(1)由于电除雾器属于脱硫系统当中的一部分,而尾气在经过脱硫处理之后仍具有一定的腐蚀性,所以在硫酸生产的尾气处理中应尽量选择抗酸腐蚀能力较强的电除雾器。

(2)如将脱硫系统直接增设于原建设完成的制酸系统中,则可能会遇到场地受限的问题,难以将电除雾器独立支撑平台建设在净化工段中。针对以上问题,则可以在除沫器的出口处直接安装电除雾器,以便可以使流通面积得到有效利用。需要注意的是安装于除沫装置出口部位的电除雾器应具有相对较强的可塑性,以避免其除雾性能受到不良影响。

(3)如将电除雾器布设于WSA工艺生产线的冷凝器后,则应确保电除雾器具有相对较高的操作气速及尾气捕集效率。在设计除雾器支撑平台时,应充分考虑脱硫塔与支撑平台是否相配套,并在此基础上对电除雾器支撑平台进行优化设计,以保证除雾效率及脱硫能力能够达到相关标准。

(4)为了有效优化电除雾器运行性能,则在实际生产中可以优先选用PVC材质制作的除雾器,同时将沉淀极设计为六边形的蜂窝状。实践证明PVC材质的可塑性较高,且具有较强的抗腐蚀能力,能够在酸性气体及湿性气体中维持稳定运行。下图为脱硫装置中所采用的电除雾器横截面图。

综上所述,在硫酸生产过程中产生的尾气需要经过特殊处理后才能排放到大气中,以免对大气质量造成不良影响。电除雾器能够在尾气处理中发挥非常重要的作用,因此要在硫酸生产及脱硫系统当中安装电除雾器。为了有效提高电除雾器的除雾效率,并同时确保硫酸生产企业排放的尾气与环保要求相符,则应注重改善电除雾器的性能。此外,由于电除雾器的除雾效率可受到多种因素的影响,所以在应用电除雾器时应综合考虑硫酸生产的各方面情况,对电除雾器的安装质量进行有效控制,同时还要在试运行中找出电除雾器存在的不足,以便为除雾效率的提高奠定基础。

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