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湿法静电除尘器是一项有效的技术
发布时间:2015-07-17     作者:Ronald F. Virale
摘要:在人们努力减少各种工业所产生的排放物时,工厂设计者们开启了一个气体清洁设备和技术的“武器库“,其中包括湿法和干法烟气除尘器、文丘里除尘器、旋风分离器以及织物过滤器。这些系统在控制大尺寸颗粒、硫氧化物、氮氧化物和其他有害污染气体方面是经济有效的。

 在人们努力减少各种工业所产生的排放物时,工厂设计者们开启了一个气体清洁设备和技术的“武器库“,其中包括湿法和干法烟气除尘器、文丘里除尘器、旋风分离器以及织物过滤器。这些系统在控制大尺寸颗粒、硫氧化物、氮氧化物和其他有害污染气体方面是经济有效的。然而,他们对于处理一些产生问题的污染物效率低或者没有效果,这些污染物包括细小颗粒、酸雾、含油残留物以及细小浓缩的有机化合物。
  因此,工厂运行人员转而将现代的湿法静电除尘器(WESP)作为他们新的兴趣点。得益于创新技术的促进,WESP能够以最高99.9%的效率清除带有颗粒的复杂的气态排放物和超微米大小(PM2.5)的烟雾。
  如今,一些更加先进的WESP设计已经问世,用于具有星形排放点的多阶段电离棒系统。这些排放点被方形或六角形的管子包围其中,这些排列在一起的管子具有接地的回收表面。独特的电极几何形状所产生的电晕场比传统湿法或干法ESP所产生的电晕场强四到五倍。
  烟气在管道阵列中穿梭的过程中,强烈的电晕引起强大的负电荷,推动甚至包括超微米大小的颗粒和硫酸飞沫到回收表面上并使其附着在表面上,而清洁的烟气会透过该表面。回收表面会通过循环水冲刷方式定期清除上面的残留物。
  WESP内部低温饱和的环境使该系统对于可压缩的或油质复合物非常有效,由于连续冲水工艺会防止粉尘颗粒二次扬尘,会堆积起粘稠的残留物并导致由于颗粒物的阻挡而影响系统的性能。由于没有使用机械式或声波式敲击器,清洗工艺将能源和维护费用降到最低。
  由于实际上在烟气排放的通路上没有机械阻挡,烟气在通过WESP时的压降非常小,烟气的速度可以极快。这样工厂的工程师们对特定体积的烟气使用更小尺寸的、更经济的设备,且同样可以获得99.9%的回收效率。
  得益于湿法静电除尘器在各种运行条件下都可以对广泛的产生问题的排放成分发挥其多功能性和高效率,它在众多工业行业和应用中扮演着烟气清洁方面至关重要的角色。即使在那些主要依赖各种除尘器技术控制气态污染物的工厂里,WESP也经常作为关键附属设备被安装在下游用于捕捉其他除尘器漏掉的污染物,尤其是当烟气冷却到各种有害化学成分的凝结点时。
  冶金行业的获益
  在世界主要的重工业当中,采矿行业和冶金行业涵盖了从开采到提炼,面临着一些空气污染控制方面最复杂和最麻烦的挑战,以及一些最严格的环境保护规定。矿石集中器、熔炉、焙烧炉、转换器以及其他精炼阶段都可以向大气中释放出大量的污染物。
  特别是焙烧炉和熔炉里面释放出来的高浓度的细小颗粒物(PM2.5)和硫氧化物会给人体健康和生态系统带来严重的影响,因此得到最多的关注。悬浮微粒本身可以成为有毒金属氧化物或硫化物的空气传播载体。其他一些可能的污染物包括硫酸酸雾、重金属、氯化氢、氟化氢、二恶英、呋喃以及温室气体。
  由于传统的容易开采的矿区的高品位矿床越来越稀少,随着跨国冶金和采矿公司在全球更加偏僻的角落进行开采,上述这些环境方面的关注变得越来越重要。其结果是,很多世界上新的勘探与开发都发生在发展中国家里,并且集中在对已探明的矿产储量或很有前景的新勘探进行的大规模开采。
  与此同时,这些国家开始向国外采矿和加工公司提出更多要求,特别强调严格的污染控制、社会责任以及可持续发展。从新兴市场的新的风险与回报方程式来看,这些公司必须投入更多资源用于排放物控制,包括认真的投资于固定资产或承担严重破坏、拖延、甚至是封锁主要项目的风险。
  对于冶金行业,来自于满足规定要求、提高性能以及控制成本的竞争性动力,已经激发了处理排放物和工业废气清洁技术的重要革新。
  一种很常见但是很关键的策略是建设下游硫酸设备,用来将SO3和SO2转化为世界上最广泛使用的并且很容易获得市场接受的工业化学品:净化过的硫酸。事实上,绝大多数市场上销售的硫酸都是铁矿石或非铁矿石熔炼过程产生的副产品。
  为了保持价格和质量方面的竞争力,硫酸生产厂需要最大可能的从进口气流中去除细小颗粒、酸雾和其他杂质。这个清除操作步骤有助于保护催化剂床和其他部件免遭腐蚀、污染、堵塞以及防止产生”黑色”或被污染的硫酸。并且也可以保证最终烟囱里排放的烟气里包括很少的H2SO4以及其他污染物。


了满足规定要求以及控制成本,冶金行业必须改进处理排放物和工业废气的清洁技术。图片来源:Beltran

 赞比亚的成功
  在采矿和冶金行业成功使用WESP的最好例子是在位于赞比亚丰富铜矿带区域的穆富利拉城的莫帕尼铜矿有限公司。在2010年,铜矿出口占到赞比亚商品出口总额的78%,使其成为世界上最大的产地之一。莫帕尼工厂采用的高温冶炼方法会产生大量的二氧化硫、硫酸雾、颗粒物以及由冶金浓缩工艺释放的排放物。
  在2007年,迫于赞比亚监管部门的压力,铜矿的所有者嘉能可国际股份公司为了对其硫酸工厂进行扩建和现代化改造,兼并了孟山都公司之前的工程子公司。莫帕尼已经使用除灰吹管除尘器来清洁冶炼废气,但是仅靠这个不能有效清洁酸雾和烟气。酸厂的扩建包括了一对由来自纽约布鲁克林的Beltran科技公司设计和建造的WESP装置。新的烟气清洁设备帮助减少了94%的酸雾以及99.5%的颗粒物,每小时处理11公斤的硫酸酸雾,每天生产244公吨的清洁硫酸产品。
  由于莫帕尼熔炉排放物的腐蚀特性,建设除尘器所使用的材料需要特殊的考虑。因此,Beltran的WESP是采用玻璃钢强化塑料(FRP)和高强度镍铬合金定制建造的。尽管历史上人们使用铅来建造处理酸雾的除尘器,但是工程师们发现FRP部件更经济、更易于建造和维护、并且超级抗腐蚀。WESP中的导电部分由一种特殊设计的导电FRP材料保护起来。净化空气系统持续保持高压绝缘体的清洁,进一步降低了维护成本。
  为了满足世界范围内稳步增长的铜的需求,莫帕尼铜矿在2014年进一步扩大了其冶炼业务。为了处理莫帕尼新增硫酸工厂显著增加的气体排放量,Beltran又安装了6套WESP。今天,莫帕尼铜矿有限公司再次满足了赞比亚政府规定的排放物控制要求。
  莫帕尼铜矿为全球工业企业提供了一个很好的例子,不管他们的生产在什么地方,都可以依赖新一代的WESP来满足最复杂的、严格的排放控制要求,同时保证实现优秀的业绩、产量和利润。