李伟江，何建林

（1.佛山华清智业环保科技有限公司，广东 佛山 528200； 2.广东环境保护工程职业学院 机电工程系，广东 佛山 528216）

陶瓷行业的窑炉所排放出来的烟气，温度可达600～1400 ℃，烟气中含有大量的粉尘及粉尘颗粒，粒径为5～10 μm，甚至在亚微米级。高温烟气中粉尘的粘滞力是动态变化的，分离难度大。烟气中包含有害物质、氯化物和硫化物等酸性气体，具有较强的腐蚀性，一旦这些高温烟气随意排放，将会对环境造成极大污染。

目前，应用于陶瓷行业中烟气脱硫除雾的常规除雾器有平板除尘雾和屋脊式除尘雾等，但上述两种除雾器难以达到10 mg/m³的标准。若要实现“超净排放”标准（颗粒物质量浓度小于5 mg/m3），则需加装湿式静电除雾器，但是湿式静电存在投资大、运行费用高等问题[1-4]。鉴于此，设计出了管束除雾器，已在煤炭发电厂脱硫除雾除尘中广泛应用，技术较成熟。管束除雾器首次引用到陶瓷行业中，对陶瓷行业的烟气脱硫除雾除尘能够实现超净排放具有重大意义。与湿电除雾除尘技术相比，其更节省能耗，能大幅降低一次性投资成本，但是管束除雾器在使用中容易出现因喷雾塔开停导致工况烟气量波动而影响除雾除尘效率。

1 结构及工作原理

管束式除尘除雾器是一种具有凝聚、捕悉、湮灭作用的除雾装置，它由管束筒体和多级增速器、分离器、汇流环及导流环组成。通常布置在吸收塔内顶部，除维持吸收塔正常运行水位外，其最大功能是去除含硫烟气经过反应区时与石灰石浆液进行反应后形成的雾滴[5-8]。管束除雾器正常工作需有足够的工况烟气量，以确保烟气经过管束除雾器时有较快的流速，单筒管束除雾器的筒内设计流速须在5～7 m/s。气流在内筒壁螺旋上升，产生较强的离心力，与烟气中的雾滴在筒壁耦合凝并，形成大颗粒雾滴，得以去除。

2 使用现状及策略研究

陶瓷行业原料车间喷雾塔制粉需要根据窑炉烧成砖胚的产量进行调节开启喷雾塔的数量，每座喷雾塔开塔、停塔和转产的时候，脱硫除雾除尘的总烟气量会产生较大的波动，工况负荷波动范围在50%～110%，易造成管束除雾器流速不能达到设计范围值，进而严重影响除雾除尘效率，限制了管束除雾器在陶瓷行业的推广应用。为解决上述问题，现设计一种应用于陶瓷行业脱硫塔管束除雾器的流速调控装置。

3 管束除雾器流速调控装置的创新设计

3.1 流速计算

项目烟气处理量为1.02×106m³/h，塔直径为9.8 m，总安装管束数量为301套，管束设计流速为5.5 m/s。实际工况烟气量为7.5×105m³/h，管束运行流速为3.6 m/s。均匀设置6列，共86套流速调节装置控制烟气量通过管束除雾器的截面积。当烟气量工况仅有70%负荷时，通过控制塔外调节杆关闭86套风量调节装置，管束运行流速可达5.4 m/s，确保流速在设计的5～7 m/s范围。

3.2 创新设计

烟气流经叶片的流速、离心力、分离效果以及液滴捕获量和管束壁液膜形成的厚度均取决于入口导流叶片角度的设计。如图1所示，分离叶片采用多级、多角度设计，可实现多级组合和角度调整。在流速不均的条件下，雾滴和粉尘脱除效果也能得到保证，同时能有效避免二次雾滴的出现。叶片在管束中主要起导流的作用，设计的参数主要是依据烟气量和动力场数值，烟气量是随着机组负荷动态变化的，借助专用软件进行模拟计算，得出结果[9-11]。

管束除雾器的单个调控阀门设计结构如图2所示，由阀体、阀板、连接杆套管和固定件组成。阀门材质均为轻便和环保型的PP耐酸耐腐材料，耐温小于80 ℃。每个调节阀门的启闭均从顺时针方向水平 旋转0°～90°，阀板中心的连接杆套管可通过调节杆将多个调控阀串联成列。工作时，整列实现启闭，单列调控可控制最大烟气量达5.7×104m3/h。当脱硫塔控制进口颗粒物质量浓度小于50 mg/m³时，管束除雾器内筒烟气流速小于 5 m/s，颗粒物质量浓度为13～15 mg/m³。当内筒烟气流速处于5～7 m/s时，颗粒物质量浓度为7～10 mg/m³。这种阀门的调控方案设计能有效地应对烟气工况量变化时对烟气流速的控制。

图1 管束除雾器及叶片结构 Fig.1 Tube bundle demister and blade structure

图2 管束除雾器单个调控阀结构 Fig.2 Single control valve structure for tube bundle demister

图3 管束除雾器整体结构 Fig.3 Overall structure of tube bundle demister

3.3 管束除雾器安装与性能测试

管束除雾器安装在脱硫塔喷淋层上部，距顶端喷淋层3.5 m的位置，如图3所示。管束高度为3 m，调控装置安装在管束除雾器顶部。依据单筒管束的排列顺序选择调控装置的分列布局。通过调控装置，稳定管束除雾器流速，能够完全适应烟气工况波动问题，保证除雾器出口的颗粒物小于10 mg/m³。经实验测试，安装管束除雾器后，能确保排放口颗粒物浓度时刻达到超净排放标准，能很好地解决陶瓷行业烟气脱硫除雾除尘能耗高、投资运行成本高等问题。管束除雾器流速调控装置布置如图4、图5所示。

图4 流速调控装置布置平面图 Fig.4 Flow rate control device layout plan

图5 流速调控装置布置立面图 Fig.5 Elevation plan of flow rate control device

3.4 与其他除雾器的对比研究

结构和控制方式改进后的管束除雾器和传统管束除尘器相比，能有效应对烟气量变化导致管束除雾器筒内流速达不到设计值而影响除雾脱尘效率的问题，也能代替平板除尘雾和屋脊式除尘雾器，实现它们难以达到的“超净排放”标准（颗粒物浓度小于5 mg/m3）。相对初期投资大、运行费用高[1-4]的湿式静电除雾尘器，有极大的成本优势。

3.5 运行维护要求

管束除雾器运行时要保证良好的除雾除尘效果，需注意以下几点：加长管束筒体的高度，确保过滤的烟气在筒体内流经的时间足够长，才能保证达到较好的脱除效果；对微细粒径的颗粒物和雾滴要达到好的脱除效果，必需选用高效的增速器和分离器；为有效的解决高速气流引起的二次夹带现象，合理选用导流环非常关键。

4 结语

管束除雾器流速调控装置结构经过创新设计后，在陶瓷行业的烟气脱硫除雾除尘中的应用，能有效解决由于烟气工况波动引起管束除雾器内部流速降低进而影响除雾效率的问题。实验结果验证了该流速调控装置的设计改进能确保管束除雾器单筒内的流速不低于设计值，可避免因喷雾塔开停导致工况烟气量波动而影响除雾器的效率。能够实现陶瓷企业颗粒物超净排放标准，同时降低企业在环保治理方面的一次性投资和运行费用，达到提高经济效益与保护环境的双赢局面。