郭小林

（山西华阳集团新能股份有限公司 一矿，山西 阳泉 045000）

1 概 况

山西华阳集团新能股份有限公司一矿选煤厂是一座大型现代化矿井型选煤厂，选煤厂洗选系统产生的煤泥经压滤机脱水后进入煤泥干燥车间干燥，主要设备为1台WJG-15000型旋翼式流态化干燥机，现有煤泥干燥后尾气主要通过旋风除尘器+喷淋塔除尘后排放大气中，尾气中固体颗粒物含量≥80 mg/m3，无法满足国家和山西省地方环保要求，只能通过采取降低烘干设备小时处理量的方式来达到相关规范的要求，严重影响正常生产效率。为解决这一问题，决定对华阳一矿选煤厂原有煤泥烘干尾气排放系统进行改造。

2 改造的思路及方式

根据华阳一矿选煤厂现有情况和生产条件，若要达到≤20 mg/m3颗粒物排放标准的要求，只有布袋除尘器和湿式电除尘器的除尘效率可以达到。由于煤泥烘干系统的废气具有风量大、温度较高和湿度高的特点，如选择布袋除尘器进行改造，需要增加废气除湿系统，并拆除已有的第二级喷淋塔除尘器，改造工程量较大，成本较高，工期较长，而且布袋除尘器的卸灰需要再增加湿式卸灰或密闭干式卸灰，又增加了改造成本和二次污染的风险。因此，按照控制改造成本和运行费用、综合考虑运行的稳定性，操作简便等因素，采取保留原除尘设施，在喷淋塔出口处增加湿电除尘器的方式进行改造。

3 系统改造

华阳一矿选煤厂烘干车间的烟气特点是烟尘初始浓度高（2 g/m3），含湿量高（23.4%），烟气温度低（60～80℃），烟尘极易结露。由于煤泥烘干系统的废气具有风量大和湿度高的特点，以控制改造成本和运行费用为原则，综合考虑运行的稳定性和操作简便等因素，采取保留原除尘设施不变，在喷淋塔出口处增加湿电除尘器的方式进行改造，形成三级串联的除尘工艺，即煤泥烘干炉烟气—旋风除尘器—喷淋塔—湿式电除尘器—烟筒达标直排。此改造方案对原有系统不作任何拆改，新增的湿式电除尘器系统作为原有的第三级除尘串联使用，改造过程无需停产。

3.1 改造方案的特点及优点

以降低改造和维运成本、运行可靠稳定、操作自动化为标准，综合现有系统实际情况，改造方案具备以下优点。

（1）改造成本低，对原有系统不作任何拆改，新系统作为第三级除尘，在增加除尘效率的情况下，降低一次性投入。

（2）经过现场踏勘，改造可在原有场地上直接进行，通过科学合理的改造工程流程优化设计，可以让改造过程中无需停产，保障了正常的生产效率。

（3）系统运行可靠稳定，排放达标，无二次污染，后期维护简便，并且可有效降低运行成本，经济效益显著。

3.2 湿电除尘器技术特点和要求

3.2.1 湿电除尘器技术特点

湿式静电除尘器简称WESP，主要用来处理少量粉尘和微颗粒，是治理烟气中粉尘污染的先进设备。该设备利用静电场使烟气电离，在强电场中空气分子被电离为正离子和电子，电子奔向正极过程中遇到颗粒物，使颗粒物带负电被吸附到正极，即被收集到集尘管上。集尘管捕集到的颗粒物后，采用定时冲洗的方式，通过水将沉集在极板上的粉尘冲洗下来。湿式电除尘器结构如图1所示，工作原理如图2所示。

图1 除尘器结构Fig.1 Dust collector structure

图2 湿式电除尘器工作原理Fig.2 Working principle of wet electrostatic precipitator

因此，湿式静电除尘器基本无二次污染，耗水量需求也很少，并且具有除尘效率高、压力损失小、操作简单、能耗小、无运动部件、维护费用低、检修停工期短、可工作于烟气露点温度下等优点，而且由于结构紧凑，可与其它烟气治理设备相互组合，设计形式灵活。

3.2.2 湿电除尘器技术要求

（1）此次加装的除尘器须采用露天布置，因此按7度地震烈度设防，并考虑防雨、防冻、防风等气象因素。

（2）因为煤泥本身的性质，除尘器核心部件和内衬考虑耐久性、耐腐蚀性等因素。

（3）采用PLC自动控制，与原除尘系统联动控制。

（4）按照相关要求，处理后的颗粒物含量（实测值）不超过20 mg/m3。

3.3 设计方案

华阳一矿选煤厂煤泥烘干车间引风机最大风量为80 000 m3/h，因此加装的湿式电除尘器的最大进风量需要匹配80 000 m3/h。引风机风量通过调节风速实现，风速分为三档，第一档风速为0.9 m/min，第二档风速为1.4 m/min，第三档风速为2.3 m/min，第三档时达到最大风量。湿式电除尘器设计风量=总积尘面积×风速，因此当风速为2.3 m/min时，可计算出需要的总积尘面积约为580 m2，据此设计湿式电除尘器加装方案。

（1）湿式电除尘器主体设备规格4 m×4 m×13 m，阳极管数量为85支，每管集尘面积为6.86 m2，即总面积为583.1 m2，根据上式计算设计风量为80 467 m3/h，满足华阳一矿选煤厂煤泥烘干车间引风机最大风量要求。

（2）阳极管数量85支，长度6 m，由于设备采用露天放置，烟气中含腐蚀性物质和含尘烟气量较大，传统的玻璃钢阳极管在此条件下寿命较短，后期维护成本高，维修更换工作量大。因此阳极管采用有机硅树脂KR-311，KR-311树脂具有硬度高、耐气候性、电气绝缘性、耐磨性、耐酸碱性、疏水性等多种特性，杜绝了恶劣工况环境下阳极管的老化、粉化和绝缘性衰减现象，可满足30 a使用寿命。

（3）阴极杆数量85支，长度6 m，阴极杆采用耐磨耐腐蚀2205不锈钢材质，其强度能承受含尘烟气的磨损和冲洗时高速水流的冲刷，便于清洗油性物质，同时使用寿命长，减少后期维护成本和维修更换的工作量。

（4）此次设计湿式电除尘器配置的电气系统包括供配电系统、高压恒流变压器、电气控制与保护、照明及检修系统、电气设备等。

（5）喷淋塔结构。喷淋塔是湿法工艺的主流塔型，喷淋塔多采用逆流方式布置，烟气从喷淋区下部进入吸收塔，烟气流速为3 m/s左右，喷淋塔优点是塔内构件少，压力损失也小。喷淋塔结构如图3所示。

图3 喷淋塔结构Fig.3 Structure of spray tower

4 改造后效果和效益

重新改造后华阳一矿选煤厂煤泥烘干尾气净化装置安装在干燥车间北侧，于2021年11月安装完成并试运行。试运行情况一切正常，达到了烟气净化和达标排放的目的，如图4所示。

图4 改造后效果Fig.4 Effect after transformation

改造前，华阳一矿选煤厂烘干车间颗粒物实测浓度平均值为≥80 mg/m3，为了保证达标排放，只能通过人为降低烘干煤泥量至30 t/h才能满足，预计每年约有12万t煤泥无法正常烘干。改造后，通过第三方机构对烘干车间排放尾气中固体颗粒物含量进行检测，浓度平均值为8.3 mg/m3，满足污染物排放限值固体颗粒物≤20 mg/m3的要求，达到了国家标准《工业炉窑大气污染物排放标准》（GB9078-1996）的规定和山西省地方标准《煤炭洗选行业污染物排放标准》（DB14/2270-2021）要求。

改造后，华阳一矿选煤厂烘干车间运行不再受排放尾气中固体颗粒物浓度的限制，可以全天候正常运行，烘干煤泥量与生产煤泥量相匹配，增加了烘干煤泥量，按烘干煤泥掺入末煤中售价和直接当湿煤泥销售售价的差价，抛除烘干的运行费用、水分降低对重量的影响以及掺入末煤对末煤质量降低的影响因素，按每吨烘干煤泥增加销售80元计，每年可以多烘干煤泥12万t，增加经济效益约960万元。

5 结 语

针对华阳一矿选煤厂煤泥干燥后尾气中固体颗粒物含量≥80 mg/m3，不满足相关规范要求，影响正常生产等问题，对该选煤厂原有尾气净化系统进行改造。对比分析了布袋除尘器和湿式电除尘器的优缺点，综合考虑改造成本、运行费用和稳定性等因素，采取保留原除尘设施，在喷淋塔出口处增加湿电除尘器的方式进行改造，形成三级串联的除尘工艺。对湿电除尘器原理和特点进行了介绍，设计了改造方案并在华阳一矿选煤厂试运行。改造后烘干车间排放尾气中固体颗粒物含量平均值降为8.3 mg/m3，满足相关环保要求，并且每年可以增加煤炭销售收入960万元以上，社会效益和经济效益显著。