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黑烟除尘脱硫——FSRJTL在高温低比电阻含油烟尘上的应用
佛山市人居环保工程有限公司 黄清豹 赖利剑
摘要 本文围绕高温低比电阻含油烟尘（GWDZHY）这一传统除尘技术工艺难以解决的问题，介绍了我公司自主开发研制的FSRJTL（即TL水喷淋-静电除尘脱硫一体化设备）。该设备通过水介质的作用，很好地解决了GWDZHY的降温、油水相融、改变微细粉尘电性能特性、电场清灰、水循环使用等技术，并巧妙地将脱硫技术工艺和除尘技术工艺融为一体合二为一，从而达到GWDZHY高效除尘脱硫的目的和减少设备投资简化设备运行过程的经济目的。
关键词 除尘脱硫 高温低比电阻含油烟尘（GWDZHY） TL水喷淋-静电除尘脱硫一体化设备（FSRJTL）
水喷淋装置 油水相融装置
1. GWDZHY产生的原因和特征
1.1. GWDZHY产生的原因：据研究，碳氢化合物燃烧时，由于在脱氢、裂化等过程的同时，叠合和芳香族环的生成等作用而产生含碳量多的物质（即烟黑或烟炱），这种现象叫做凝缩。脱氢和凝缩是产生烟黑（烟炱）的原因。
1.1.1. 柴油和重油燃烧不完全产生的黑烟，如柴油和重油厨房炉灶、供热锅炉、小型发电机组等设施，由于设备自身或柴油和重油质量等问题造成燃烧不完全而产生黑烟。
1.1.2. 橡胶、沥青、塑料等材料燃烧时产生的黑烟。
1.1.3. 木头、木屑、木糠等燃烧时产生的黑烟。
1.1.4. 布匹、绵丝等有机织物燃烧时产生的黑烟，如火葬场为纪念逝者，将逝者的衣物用品扥焚烧时产生的黑烟。
1.1.5. 工业上特殊工段产生的黑烟，如以油为介质的淬火工艺产生大量的油烟和黑烟；模具浇铸时模具油燃烧产生的黑烟；模具清渣燃烧时产生的黑烟；过滤网残留物燃烧处理时产生的黑烟等等。
1.1.6. 碳烧烤炉烧烤时产生大量的油烟和黑烟。
1.2. GWDZHY的特征
1.2.1. 烟尘温度高，一般223-300℃，有时高达500℃以上。
1.2.2. 含SO2等腐蚀性气体。
1.2.3. 粉尘颗粒微细，一般在0.01-0.1μm之间。
1.2.4. 粉尘成分以烟炱、碳黑为主，比电阻小，一般≤103欧姆·厘米。（电除尘器高效捕集粉尘的比电阻范围：104—5×1010欧姆·厘米）
1.2.5. 粉尘一般残留较多的油的成分，甚至以油的成分为主，具有含油特性和憎水性。
2. 传统粉尘技术工艺在GWDZHY上的应用
2.1. 水喷淋除尘技术工艺：由于GWDZHY具有憎水性和颗粒微细特性，因此传统的水喷淋除尘技术工艺效果差，早期环保要求不高的情况有见使用，目前基本上属于淘汰产品。
2.2. 布袋除尘技术工艺：除尘效果理想，但由于烟气温度高、含油特性、含SO2等腐蚀性气体等因素，迫使布袋除尘器造价高昂，尤其对于一些含油性高、温度高的GWDZHY布袋除尘器根本无法使用。另方面布袋除尘器无法同步脱硫。因此目前布袋除尘技术在GWDZHY方面尚难推广使用。
2.3. 传统的静电除尘技术工艺：由于粉尘的低比电阻和颗粒微细特性，使粉尘在静电除尘器中二次扬尘和紊流重返现象严重，造成收尘效率低，因此传统静电除尘器基本上不能有效捕集GWDZHY烟尘。
3. FSRJTL原理和技术特点：
采用水喷淋和静电二级组合的工艺流程，但不是简单的重复和迭加，而是充分利用水介质这一廉价的材料，通过水喷淋装置及其中的油水相融装置，很好地解决了燃油黑烟的降温、油水相融、改变微细粉尘电性能特性、电场自动清灰、水循环使用等技术。并巧妙地将脱硫技术工艺和除尘技术工艺融为一体合二为一，从而达到高效除尘脱硫的目的。
3.1. GWDZHY首先进入第一级水喷淋装置及其中的油水相融装置：
3.1.1. 黑烟中的粗大颗粒被有效清除下来。
3.1.2. 由于GWDZHY的温度通常很高，当与水介质充分接触时，水能够吸收GWDZHY的热量，从而使GWDZHY的温度有效降低，并控制在≤100℃范围，为后面的静电除尘创造条件。
3.1.3. 在水喷淋装置中安装有特殊的油水相融装置，强制GWDZHY的粉尘颗粒与水粘合或被水雾包围，从根本上改变GWDZHY粉尘的电性能特性，即此时的电性能由其表面的水汽来决定。也就是说，将电除尘器低捕集率的GWDZHY粉尘改变成电除尘器高效捕集的粉尘+表面水汽，为下一步静电高效除尘做好准备。
3.1.4. WDZHY中的SO2可通过加入烧碱（NaOH），NaOH溶液在水喷淋装置及其中的油水相融装置中与GWDZHY充分接触，可高效去除GWDZHY中的SO2，其化学反应式如下：
SO 2+2NaOH=Na2SO3+H2O 2Na2SO3+ O 2=2 Na2SO4
3.2. GWDZHY经过第一级水喷淋装置及其中的油水相融装置，其烟气特点已发生了显著变化，这时进入第二级静电除尘本体：
3.2.1. 在水的强制“相融”作用下，使GWDZHY粉尘到达收尘极板时粉尘重返气流现象显著减少或不再发生，从而使GWDZHY粉尘进入静电除尘高效除尘范围，使静电除尘效率极大提高。
3.2.2. 在水的强制“相融”作用下，使GWDZHY粉尘到达收尘极板时，由于水的表面张力作用，微细粉尘之间通过水的粘结作用变粗变大，且相互粘结，使微细粉尘常见的紊流返混现象显著减少或消失，从而使静电除尘效率显著提高。
3.2.3. 在静电除尘本体中产生大量臭氧（O3），臭氧是一种强氧化剂，在水喷淋装置中未被清除的残余SO 2或SO32-在臭氧的催化作用下，能够迅速结合转化为SO42-或与潮湿空气中的粉尘碱性物质作用生成硫酸盐。达到较彻底的脱硫效果。
3.3. 综上所述，FSRJTL能够高效清除GWDZHY中的粉尘及SO 2，其除尘和脱硫效率：除尘效率≥99%，脱硫效率≥90%。
3.4. 由于FSRJTL是一种二级立式结构，吸附于阳极板和阴极上的粉尘通过其顶部的电控水喷淋装置，能够及时自动清除，具备全自动电场清灰功能，并且不存在电场清灰二次扬尘问题。
3.5. 通过碱（NaOH）的中和和过滤网的设置，FSRJTL中水可以不断地循环使用，在水的循环使用过程中由于挥发而损失的水由自动给水装置补充。因此FSR静电除尘JTL不会因为水的使用造成二次污染。
4. FSRJTL应用实例：
4.1. 实例1 XX厂1300人职工饭堂柴油炉灶除黑烟设备，参见图1、2。
          
图1 XX厂1300职工饭堂除燃油黑烟设备开机使用前情景   图2 XX厂1300职工饭堂除燃油黑烟设备开机使用后情景
3.1. GWDZHY首先进入第一级水喷淋装置及其中的油水相融装置：
3.1.1. 黑烟中的粗大颗粒被有效清除下来。
3.1.2. 由于GWDZHY的温度通常很高，当与水介质充分接触时，水能够吸收GWDZHY的热量，从而使GWDZHY的温度有效降低，并控制在≤100℃范围，为后面的创造条件。
3.1.3. 在水喷淋装置中安装有特殊的油水相融装置，强制GWDZHY的粉尘颗粒与水粘合或被水雾包围，从根本上改变GWDZHY粉尘的电性能特性，即此时的粉尘电性能由其表面的水汽来决定。也就是说，将电除尘器低捕集率的GWDZHY粉尘改变成电除尘器高效捕集的粉尘+表面水汽，为下一步静电高效除尘做好准备。
3.1.4. WDZHY中的SO2可通过加入烧碱（NaOH），NaOH溶液在水喷淋装置及其中的油水相融装置中与GWDZHY充分接触，可高效去除GWDZHY中的SO2，其化学反应式如下：
SO 2+2NaOH=Na2SO3+H2O 2Na2SO3+ O 2=2 Na2SO4
3.2. GWDZHY经过第一级水喷淋装置及其中的油水相融装置，其烟气特点已发生了显著变化，这时进入第二级静电除尘本体：
3.2.1. 在水的强制“相融”作用下，使GWDZHY粉尘到达收尘极板时粉尘重返气流现象显著减少或不再发生，从而使GWDZHY粉尘进入静电除尘高效除尘范围，使静电除尘效率极大提高。
3.2.2. 在水的强制“相融”作用下，使GWDZHY粉尘到达收尘极板时，由于水的表面张力作用，微细粉尘之间通过水的粘结作用变粗变大，且相互粘结，使微细粉尘常见的紊流返混现象显著减少或消失，从而使静电除尘效率显著提高。
3.2.3. 在静电除尘本体中产生大量臭氧（O3），臭氧是一种强氧化剂，在水喷淋装置中未被清除的残余SO 2或SO32-在臭氧的催化作用下，能够迅速结合转化为SO42-或与潮湿空气中的碱性物质作用生成硫酸盐。达到较彻底的脱硫效果。
3.3. 综上所述，FSRJTL能够高效清除GWDZHY中的粉尘及SO 2，其除尘和脱硫效率：除尘效率≥99%，脱硫效率≥90%。
3.4. 由于FSRJTL是一种二级立式结构，吸附于阳极板和阴极上的粉尘通过其顶部的电控水喷淋装置，能够及时自动清除，具备全自动电场清灰功能，并且不存在电场清灰二次扬尘问题。
3.5. 通过碱（NaOH）的中和和过滤网的设置，FSRJTL中水可以不断地循环使用，在水的循环使用过程中由于挥发而损失的水由自动给水装置补充。因此FSRJTL不会因为水的使用造成二次污染。
4. FSRJTL应用实例：
4.1. 实例1 XX厂1300人职工饭堂柴油炉灶除黑烟设备，参见图2。
图2 XX厂1300职工饭堂除燃油黑烟设备开机使用前情景
图2 XX厂1300职工饭堂除燃油黑烟设备开机使用后情景
该设备于2003年6月20日安装完毕，投入使用已有4个多月。该柴油炉灶为阶段性工该设备于2003年6月20日安装完毕，并立即投入使用至今，由于不要求脱硫，因此脱硫功能作为备用功能。该柴油炉灶为阶段性工作，日工作累计时间12小时。日燃烧柴油约100 kg 。在炉灶工作时烟囱黑烟浓度大，基本上是一条“黑龙”，严重影响周围环境。尾气温度平均约为200℃。设备设计处理废气能力为3600m3/h，实际处理废气量为1800 m3/h。日收集黑烟（烟炱，碳黑）8—15kg（潮湿状态），刚好装满一个大的黑色垃圾袋。经设备处理后的废气肉眼已无法观察到任何黑烟,用白色毛巾或纸巾放置于尾气中，未见任何黑色尘点，用户十分满意。
该设备于2003年10月23日经东莞市环境保护监测站监测，其处理后废气完全达到国家排放标准，并且大大低于国家排放标准，其烟黑含量仅7.2mg/Nm3，是国家排放标准（120 mg/Nm3）的1/16.67，SO 2含量仅30 mg/Nm3，是国家排放标准（550 mg/Nm3）的1/18.33。废气除尘脱硫前后对比，FSLJTL其除尘 效率达95.5%，脱硫效率达97.7%，参见表1。
表1 东莞市环境保护监测站监测报告[东环监 委 字（031023）第1号]
单位：毫克/立方米（注明除外）
监测点名称
燃料种类
烟囱高度
监 测 项 目
颗粒物
二氧化硫
氮氧化物
烟气黑度
厨房火烟处理前
柴油
19米
160
1310
未检出
─
厨房火烟处理后
柴油
19米
7.20
30
未检出
0.5级
参考标准：《大气污染物排放限值》（DB44/27-2001）第一时段二类排放限值。
120
550
240
1级
监测时间：2003年10月23日
4.2 实例2 XX梦幻酒吧碳烧烤炉除油烟黑烟设备，参见图3、4。
        
图3XX梦幻酒吧碳烧烤炉除油烟黑烟设备开机使用前情景 图4XX梦幻酒吧碳烧烤炉除油烟黑烟设备开机使用后情景
该设备于2003年7月6日安装完毕，并立即投入使用至今。碳烧烤炉长2.7米，宽0.6米，摆放于大街的一旁，使用时间在晚上的8：00到凌晨的2：00。当碳烧烤炉使用时产生大量的高浓度油烟和黑烟（碳灰），严重影响周围环境，被周围居民所投诉。该设备设计处理废气能力为2000 m3/h，实际处理废气量为1000 m3/h。经设备处理后的废气用肉眼观察已无任何烟尘，且将大部分烧烤味清除，离出风口1米左右已闻不到任何异味。使用该设备后再也没有住户投诉了。
4.3. 通过上述二个应用实例，笔者认为FSRJTL在GWDZHY上的治理应用是十分有成效的，前途十分广大的。
5. FSRJTL的意义：
5.1. 解决了GWDZHY收尘难的技术问题。
5.2. 为电除尘高效收集碳黑、烟炱等低比电阻微细粉尘提供一种有效的技术方法。
5.3. 将脱硫技术工艺和除尘技术工艺巧妙地结合在一起，使二者合二为一，从而大大节省设备的投资及减少设备的运行管理难度。
笔者致谢：在研制FSRJTL过程中，得到陈国榘老师、陈学琛老师的大力支持和帮助，在此表示深深的感谢。在FSRJTL实施应用过程中得到东莞市环保局监理所任永康所长和韶关市环保局监理所肖健雄所长的大力支持，在此表示深深的感谢。在本文撰写过程中得到林尤文老师的指导帮助，在此表示深深的感谢。对使用的用户一并致谢。
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