胡满深，李宇翔，郭彪，潘柏盛，冯剑峰，林荣灼

（江门市同力环保科技有限公司，广东 江门 529100）

1 引言

据相关资料预测，至2024年，明胶行业在国内的市场规模将达36.43亿元。良好的市场前景使得行业竞争日益增加，明胶生产企业面对价格竞争的压力也越来越大。骨制磷酸氢钙是明胶产业的重要副产物，并为明胶产业带来巨大收益。但磷酸氢钙在生产过程中会产生大量废水、废气和固体废物。在竞争日益激烈以及环保标准不断趋严的行业大环境下，对磷酸氢钙生产进行优化改造将是行业发展的必然趋势。磷酸氢钙生产优化最关键、最迫切需要解决的治理对象是生产废气中的粉尘[1、2]。

目前，烟气除尘工艺的技术路线普遍采用除尘设备进行处理，根据除尘机理，可分为重力除尘器、旋风除尘器、袋式除尘器和电除尘器等几大类。根据干湿分类，则可分为干式除尘和湿式除尘两大类。

重力除尘器和旋风除尘器的维护、操作简单，压损小（100～1000Pa），但除尘率较低，特别是对细微尘粒（粒度＜5μm）的分离效率很低，无法达标排放；袋式除尘器的除尘率高，一般达98%以上，可捕获0.1μm粒度的细微尘粒，但运行条件苛刻，除尘效率往往受滤袋性能的约束，在烟温过高（＞300℃）、烟气含油、带腐蚀性或含湿量过高（＞20%）等情况下，会造成滤袋损坏或出现糊袋现象，影响设备寿命和运作性能；电除尘器的除尘率高达98%以上，可实现自动化控制，但对粉尘比电阻（适用于104～1011Ω·cm）有一定要求，具有选择性[3]。

粉尘的湿润性是选择除尘方式的重要依据。润湿性较好的亲水性粉尘宜选用湿式除尘，而憎水性粉尘，则不宜选用湿法除尘方式。磷酸氢钙的湿润性较差，在普通湿法喷淋系统中的除尘效率较低。

明胶企业的骨制磷酸氢钙生产烟气中往往含有一定量的氯化钙，其中氯离子属于卤素离子，在一定的条件下（浓度、温度和湿度），会与大部分金属材质发生电化学腐蚀作用，选用设备材质时须全面考虑[4]。

为解决磷酸氢钙生产车间颗粒物减排问题，国内企业创新性地设计出一条“粉尘预荷电+三相紊流筒高效洗涤组合技术”烟气除尘工艺路线[5～8]。本文以某明胶企业的9万Nm3/h风量磷酸氢钙车间烟气除尘改造工程为例，为实现磷酸氢钙生产优化及环保减排提供技术借鉴和工业参考。

2 项目概况

某明胶企业磷酸氢钙生产车间，原配备有骨制磷酸氢钙脱水生产线3条，采用一级真空吸滤机+二级热风烘干组合工艺进行脱水处理。其中，一级真空吸滤机脱水效率为70%，二级热风烘干脱水效率为25%，排放出口原配备有水雾除尘器及一个冷却塔等收尘装置。根据现场数据检测分析，出口颗粒物不能满足环保排放指标。

原生产工艺及烟气处理流程见图1，原始烟气参数见表1。

图1 原生产工艺及烟气处理流程图

表1 原始烟气参数

3 工艺流程设计

“粉尘预荷电+三相紊流筒高效洗涤组合技术”除尘减排工艺路线主要由：调质荷电器、WLT三相紊流筒高效洗涤塔、循环供辅系统三大部分组成。车间排出的含尘废气首先经过汇总烟道，自上而下通过荷电器，进行粒子调质。含尘粒子在荷电器内受电场力作用而迅速荷电，增大被水雾捕获的几率[9]。烟气在荷电器内流速最高为12m/s，而停留时间仅为1.3～1.4s，荷电粒子未黏附在阳极筒壁放电前即被迅速带走，随烟气从下部进入三相紊流筒高效洗涤塔。被调质的废气在三相紊流筒高效洗涤塔内经集能加速器及多级喷淋层处理，最终达标排放[10]。循环泵从循环池内抽取循环液，经洗涤塔喷淋捕尘后，由回流管引回沉淀池，经多级沉降，上清液回流循环池，如此往复。沉渣或带水渣浆进行利旧处理。磷酸氢钙车间粉尘处理工艺流程见图2。

图2 磷酸氢钙车间粉尘处理工艺流程图

4 关键技术、设备原理、特征及设计参数

4.1 “粉尘预荷电技术”原理

粉尘预荷电技术，是指在粉尘进入三相紊流筒高效洗涤塔之前通过预加电场使粉尘颗粒带上电荷，当荷电粉尘颗粒进入洗涤塔与喷淋液相混合接触时，水分子作为极性分子正负电中心会受到库仑力作用，与荷电粉尘相互吸引，从而有效增加憎水性磷酸氢钙粉尘被水雾捕获的概率。同时预荷电还会使粉尘颗粒发生碰撞、接触而黏附并聚合成较大颗粒的粒子，从而进一步增加粒子的荷电量及被水雾捕获的概率，特别适用于粒度0.01～50μm微小粉尘捕集，更利于三相紊流筒高效洗涤塔除尘效率的提高[11、12]。

4.2 “粉尘预荷电技术”特征

（1）设备阻力小、总能耗低。荷电器的总能耗由设备阻力、供电装置、热风吹扫装置、控制设备的能耗组成。荷电器的阻力损失一般为150～300Pa，在总能耗中所占的份额较低。一般处理1000Nm3/h的烟气量需消耗电能0.2～0.8kW/h。

（2）处理能力强。荷电器结构易于模块化，可根据工况所需选择电场设计数量，因而可以实现装置大型化，大幅提高烟气的处理量。

（3）耐腐蚀。烟气中含有一定量的氯化钙，其中氯离子属于卤素离子，在一定条件下（浓度、温度和湿度）与大部分金属材质发生电化学腐蚀作用。因此，荷电器设备主体材质采用耐卤素离子电化学腐蚀的2205材质。

4.3 “三相紊流筒高效洗涤净化技术”原理

三相紊流筒高效洗涤技术，是一种高效气体净化技术，具有降温、除尘等作用。其工作过程为：在圆形筒状容器中，需净化的烟气经均气加速装置加速并均匀分散，形成多条高速旋转上升的紊流气流。第一喷淋层对其进行降温和初步洗涤后，高速的紊流烟气经过紊流液膜发生装置时，与二层喷淋装置喷出的吸收剂相碰，烟气高速旋切自由落下的吸收剂，气液两相持续碰撞旋切而互相粉碎，进而充分混合，在紊流液膜发生装置上的表面形成一层充满极细气泡的紊流液膜。由于含尘废气以极细气泡形式在吸收剂中高速运动而被挤压切割，气液界面不断更新，令气膜不断被打破的含尘分子浓度与液膜不断被打破的吸收剂浓度接近气液主体浓度，传质阻力变小，气液固三相以巨大的表面积和极小的界面阻力进行接触传质，从而将废气中的含尘分子充分捕获，进入循环池进行多级沉降处理。

4.4 “三相紊流筒高效洗涤净化技术”特征

（1）净化效率高。在空化液层中，微小气泡在洗涤液内处于高速运动状态，在吸收区停留时间较长，气液固三相有极高的传质效率。

（2）传质效果好，使用率高。三相紊流筒高效洗涤塔的塔体和所有塔内部件均采用耐磨蚀材料制造，无活动部件，烟气流道及吸收液喷淋就能稳定运行，故障率极低。洗涤塔内的旋流除雾器无复杂构件，并具有防堵塞、高效率、易脱落、不凝结等特点。

（3）运行成本低。三相紊流筒高效洗涤塔通过其液膜发生装置令烟气与喷淋液充分而高效混合，大幅降低运行所需的液气比，进而降低运行能耗，缩小设备占地面积，减少投资成本。

（4）特种材质。洗涤塔塔体、喷淋管件及液膜发生装置均采用特种玻璃钢材质，该材质具备多项优异属性：1）质轻质强，相对密度在1.5～2.0之间，只有碳钢的1/5～1/4，而拉伸强度则接近甚至超过碳钢，且强度与高级合金钢相近，而拉伸、弯曲和压缩强度均能达到400MPa以上；2）耐腐蚀，FRP是良好的耐腐材料，对一般浓度的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂都有较好的抵抗能力，在采用金属材料时，可避免材料与卤素离子发生电化学反应影响结构强度；3）可设计性好，可根据需要，灵活设计出各种产品结构，从而满足使用要求，且工艺简单，可一次成型，使产品有很好的整体性，缩减加工工序，经济效果突出[13]。

4.5 主体设备参数

（1）荷电器：设备尺寸Φ2.5m×3.2m；设备运行参数40kV、100mA，约等于5kW；设备材质为不锈钢2205；配套功能为阳极管反冲洗。

（2）高效洗涤除尘设备：设备尺寸Φ3.4m×15m；设备技术参数为处理风量9万m3/h，出口粉尘浓度小于等于120mg/m3；设备材质为耐磨耐温特种玻璃钢；配套功能为除雾器反冲洗。

设备的主要参数见表2。

表2 磷酸氢钙车间烟气除尘设备主要参数表

5 效益分析

骨制磷酸氢钙车间的废气排放根据《广东省大气污染物排放限值》（DB44/T 27—2001）中“位于二类控制区的污染源执行二级标准”，以及“2002年1月1日起建设项目第二时间段限值；第二时间段建设项目的工艺废气执行表2规定的限值”，原则上，处理后颗粒物的排放指标需达到排放浓度≤120mg/Nm3，排放速率≤4.8kg/h。“粉尘预荷电+三相紊流筒高效洗涤组合技术”的工艺技术应用后的颗粒物排放指标远低于目前广东省内执行的排放限值。工艺技术应用后的烟气参数见表3。

表3 洗涤塔排气筒烟气参数

6 结语

（1）“粉尘预荷电+三相紊流筒高效洗涤组合技术”烟气除尘工艺路线高效可靠。以某明胶企业的9万Nm3/h风量磷酸氢钙车间改造工程为例，该工程项目实现了排放烟气颗粒物浓度≤80mg/Nm3，颗粒物排放速率＜1kg/h除尘效果，优于省内排放限值。联合设备除尘率达98%以上，可消除排放筒大量扬尘现象，改善生产环境。

（2）经济效益显著。配套设备简单有效，吸收液为清水，同时配合液膜发生器进行气液混合，喷淋覆盖率高达300%，液气比低至6L/Nm3，具备布置灵活、操作简单、能耗低和占地面积小等特点。

（3）配套设备使用寿命长。荷电器的主体材质采用2205两相不锈钢，可有效对抗烟气中氯化钙卤素离子导致的电化学反应腐蚀，整机使用寿命达20年，极板极线寿命根据现场实际工况而定。三相紊流筒高效洗涤塔主体材质采用特种玻璃钢，耐磨蚀、耐腐蚀且结构、管路简单流畅，可有效避免堵塞现象，在＜100℃工况条件下，整机使用寿命达25年。

综上，通过结合分析烟尘性质和行业特点，采用“粉尘预荷电+三相紊流筒高效洗涤组合技术”烟气除尘工艺路线，具备显著的环保减排效益和降低能耗的经济效益，并能长期保证设备的高效稳定。该工艺可为广东省乃至全国的明胶企业骨制磷酸氢钙生产实现减排优化提供一种可行可靠的技术参考和工艺借鉴。