崔理章

（成都市興蓉萬(wàn)興環(huán)保發(fā)電有限公司，四川成都 610000）

1 引言

當(dāng)前，我國(guó)垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，采用焚燒發(fā)電的方式已成為我國(guó)許多大城市解決城市生活垃圾問題的首選途徑。然而，垃圾焚燒過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣中含HCl，SOX等酸性氣體污染物，會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。國(guó)內(nèi)許多垃圾焚燒發(fā)電廠排放煙氣中污染物濃度限值執(zhí)行嚴(yán)于國(guó)標(biāo)的歐盟2000（EU2000/76/EC）標(biāo)準(zhǔn)限值。隨著垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，尤其是2017年業(yè)內(nèi)全面推行“裝、樹、聯(lián)”后，政府對(duì)垃圾焚燒發(fā)電運(yùn)營(yíng)企業(yè)的環(huán)保監(jiān)管日益趨嚴(yán)［1］。垃圾焚燒發(fā)電廠不僅要著力于提高煙氣凈化系統(tǒng)的運(yùn)行效果，還要在運(yùn)行實(shí)踐中探索提高煙氣凈化系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

2 煙氣脫酸系統(tǒng)工藝分析

業(yè)內(nèi)很多垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣污染物排放執(zhí)行EU2000/76/EC污染物控制標(biāo)準(zhǔn)，主流的煙氣凈化系統(tǒng)采用“SNCR＋半干法＋干法＋活性炭吸附＋布袋＋SCR”工藝，工藝流程見圖1。

圖1 煙氣凈化系統(tǒng)工藝流程

在半干法脫酸反應(yīng)塔內(nèi)，旋轉(zhuǎn)霧化器為反應(yīng)塔內(nèi)核心設(shè)備，采用消石灰作為反應(yīng)劑。將配制成一定濃度的消石灰漿液，通過(guò)消石灰漿泵輸送到反應(yīng)塔頂部的旋轉(zhuǎn)霧化器，經(jīng)高速旋轉(zhuǎn)的霧化器霧化后，將消石灰漿液霧化成很小的微粒與煙氣中的HCl，SOX等酸性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以達(dá)到脫酸的目的。由于反應(yīng)過(guò)程中水分蒸發(fā)從而降低煙氣的溫度并提高煙氣濕度，酸性氣體與消石灰漿反應(yīng)生成固態(tài)鹽類顆粒，沉降到反應(yīng)塔底部灰斗排出。而生成的細(xì)微顆粒、粉塵等與煙氣一起進(jìn)入布袋除塵器，顆粒物被吸咐到除塵器濾袋外表面，煙氣透過(guò)布袋后，經(jīng)煙道進(jìn)入SCR系統(tǒng)進(jìn)一步脫氮處理。當(dāng)布袋前后壓差達(dá)到設(shè)定值后，頂部壓縮空氣噴吹電磁閥自動(dòng)打開，與煙氣形成逆向噴吹，將布袋外表面吸咐的粉塵快速吹掉，掉落的粉塵被收集到下部的灰斗內(nèi)，經(jīng)底部的刮板輸送機(jī)輸送到飛灰儲(chǔ)倉(cāng)集中處理。

3 半干法煙氣脫酸系統(tǒng)脫酸效果的影響因素

要探索降低入爐噸垃圾消石灰單耗的運(yùn)行優(yōu)化控制措施，需分析半干法煙氣脫酸系統(tǒng)脫酸效果的影響因素。在保證煙氣污染物排放達(dá)標(biāo)的前提下，半干法脫酸效率的主要影響因素有：半干法反應(yīng)塔的設(shè)計(jì)參數(shù)和旋轉(zhuǎn)霧化器的性能參數(shù)關(guān)系到脫酸效率，反應(yīng)塔的設(shè)計(jì)高度、煙氣停留時(shí)間、設(shè)計(jì)流場(chǎng)分布對(duì)脫酸效率有直接影響［2］。某垃圾焚燒發(fā)電廠半干法脫酸反應(yīng)塔設(shè)計(jì)已定，且旋轉(zhuǎn)霧化器采用的是原裝進(jìn)口西格斯旋轉(zhuǎn)霧化器，轉(zhuǎn)速可高達(dá)12 000 r/min。因此，需從運(yùn)行工況方面分析脫酸效果的影響因素，煙氣脫酸用消石灰品質(zhì)、實(shí)際運(yùn)行時(shí)消石灰漿的配制濃度、旋轉(zhuǎn)霧化器轉(zhuǎn)速、煙氣發(fā)生脫酸反應(yīng)的溫度等運(yùn)行工況都會(huì)影響煙氣脫酸反應(yīng)效果。

4 煙氣凈化系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化措施

某垃圾焚燒發(fā)電運(yùn)營(yíng)企業(yè)結(jié)合垃圾焚燒發(fā)電廠的實(shí)際情況，分析了半干法煙氣脫酸系統(tǒng)脫酸效果的影響因素，在煙氣中酸性氣體排放全面達(dá)到EU2000/76/EC標(biāo)準(zhǔn)的前提下，采取了一系列運(yùn)行優(yōu)化控制措施進(jìn)行探索實(shí)踐，降低了消石灰單耗，逐步改善運(yùn)行工況。

4.1 采用品質(zhì)更優(yōu)的消石灰

消石灰純度、細(xì)度會(huì)影響其利用率［3］。消石灰的主要成分為呈堿性的氫氧化鈣，噴入反應(yīng)塔內(nèi)作為吸收劑與煙氣中的HCl，SOX等酸性氣體發(fā)生中和反應(yīng)。由于單位質(zhì)量的氫氧化鈣吸收劑吸收酸性氣體能力有限，且消石灰的細(xì)度不同，煙氣與氫氧化鈣吸收劑的接觸面積就不同，因此，采用純度和細(xì)度較高的消石灰，會(huì)提高單位質(zhì)量消石灰的利用率。之前，某垃圾焚燒發(fā)電廠由于其所屬地區(qū)周邊較高品質(zhì)的工業(yè)級(jí)消石灰生產(chǎn)廠家由于其供應(yīng)量有限，因此使用的工業(yè)級(jí)消石灰品質(zhì)略次于較高品質(zhì)的工業(yè)級(jí)消石灰。供應(yīng)渠道暢通后，該廠使用了品質(zhì)較優(yōu)的消石灰替代了過(guò)去使用的消石灰。目前該廠所使用的消石灰品質(zhì)見表1。

表1 某廠采用的消石灰品質(zhì)

該廠使用的消石灰，10%濃度漿液p H值可接近14，可見消石灰中氫氧化鈣有效成分較高，可提高單位質(zhì)量消石灰的利用率，對(duì)降低消石灰單耗有一定促進(jìn)作用。

4.2 逐步降低消石灰漿濃度

消石灰漿濃度對(duì)脫酸效率的影響主要是基于濃度對(duì)霧化粒徑的影響和Ca/S摩爾比的影響。如消石灰漿濃度過(guò)高，會(huì)造成霧化粒徑大，氣液相接觸面積變小，酸性氣體和水膜的傳質(zhì)面積就減??；且高濃度的消石灰漿含水率相對(duì)較低，會(huì)使消石灰漿中的水相物質(zhì)汽化過(guò)快而影響氣-液傳質(zhì)/傳熱。以上兩個(gè)因素會(huì)造成煙氣脫酸效率降低［4］。如消石灰漿濃度過(guò)低，會(huì)使酸堿中和反應(yīng)所需的堿性物質(zhì)化學(xué)計(jì)量不足，導(dǎo)致脫酸效率降低。因此噴入半干法脫酸反應(yīng)塔的消石灰漿濃度需在一個(gè)適當(dāng)范圍，才能在提高煙氣脫酸效率的基礎(chǔ)上降低消石灰單耗。這個(gè)適當(dāng)?shù)臐舛确秶柙谶\(yùn)行實(shí)踐中探索。

實(shí)際運(yùn)行中需采取逐步降低進(jìn)入半干法脫酸反應(yīng)塔的消石灰漿濃度的措施。按月統(tǒng)計(jì)入廠垃圾量、入爐垃圾量、入廠消石灰耗用量、各臺(tái)爐消石灰漿耗用量、各臺(tái)爐煙囪CRMS在線酸性物質(zhì)（S OX，HCl）的排放量等，將入廠垃圾量、入爐垃圾量、處理單位煙氣量所消耗的消石灰單耗與投運(yùn)初期工況進(jìn)行比較。將消石灰漿濃度依次調(diào)整試驗(yàn)11.0%，10.5%，10.0%，9.5%，9.0%，8.5%，8.0%，7.5%，7.0%，盡可能控制焚燒爐負(fù)荷在額定的56.0±3 t/h范圍內(nèi)，控制爐膛負(fù)壓在-10～-50 Pa，控制反應(yīng)塔內(nèi)煙溫為150～160℃。試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 不同消石灰漿濃度試驗(yàn)情況

由圖2可見，進(jìn)入半干法脫酸反應(yīng)塔的消石灰漿濃度在11.0%～8.0%之間，HCl去除率可維持在99%以上，SOX去除率可維持在93.8%以上。當(dāng)消石灰漿濃度降至8.0%以下，HCl和SOX的去除率呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。由此可見，脫除垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣中的酸性物質(zhì)，采用半干法脫酸反應(yīng)塔消石灰漿濃度應(yīng)≥8.0%，可取得較佳的反應(yīng)效率。雖消石灰漿濃度為11.0%時(shí)，對(duì)煙氣中酸性物質(zhì)的去除效率最高，但相對(duì)于消石灰漿濃度為8.0%時(shí)的煙氣工況，去除率提高程度不大，且進(jìn)入半干法脫酸反應(yīng)塔的消石灰漿濃度調(diào)整至8.0%～9.0%運(yùn)行，即可保證煙氣中酸性物質(zhì)濃度滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求。綜合考慮運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，將進(jìn)入半干法脫酸反應(yīng)塔的消石灰漿濃度按8.0%～9.0%運(yùn)行，可基本實(shí)現(xiàn)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保達(dá)標(biāo)性之間的平衡。

4.3 提高旋轉(zhuǎn)霧化器轉(zhuǎn)速

霧化器轉(zhuǎn)速越快，霧化消石灰漿液滴粒徑越小。消石灰漿霧化粒徑越小，消石灰漿液滴與酸性煙氣接觸的比表面積越大，有利于脫酸反應(yīng)的進(jìn)行［5］。為了獲得細(xì)小且均勻的霧滴，可采用增加霧化器轉(zhuǎn)速的方法來(lái)提高消石灰漿的霧化質(zhì)量。

垃圾焚燒發(fā)電廠運(yùn)行中設(shè)定旋轉(zhuǎn)霧化器轉(zhuǎn)速為7 000～8 000 r/min，因消石灰品質(zhì)不佳，消石灰漿內(nèi)顆粒狀雜物會(huì)對(duì)霧化盤造成磨損，積垢很快，致使霧化盤平均2 d要清洗1次，平均2個(gè)月就要更換1次。由于提高消石灰品質(zhì)和降低消石灰漿濃度后，消石灰漿內(nèi)顆粒狀雜物減少，對(duì)霧化盤磨損、積垢現(xiàn)象均有所緩解，霧化盤清洗/更換頻率相應(yīng)下降。試驗(yàn)逐漸提高旋轉(zhuǎn)霧化器轉(zhuǎn)速至8 500～9 500 r/min，不同霧化器轉(zhuǎn)速下的酸性物質(zhì)去除率見圖3。

圖3 不同霧化器轉(zhuǎn)速下試驗(yàn)情況

由圖3可見，適當(dāng)提高旋轉(zhuǎn)霧化器轉(zhuǎn)速，可以進(jìn)一步減小消石灰漿霧化粒徑，增大漿液微滴與酸性煙氣比表面積接觸，提高消石灰反應(yīng)效率。實(shí)踐表明，旋轉(zhuǎn)霧化器轉(zhuǎn)速≥8 500 r/min，可使噴入半干法脫酸反應(yīng)塔的消石灰漿得到較高的反應(yīng)效率。但霧化器以超過(guò)10 000 r/min的轉(zhuǎn)速長(zhǎng)期運(yùn)行，會(huì)造成霧化器磨損并增加運(yùn)行維護(hù)成本。綜合以上因素分析，實(shí)際長(zhǎng)期運(yùn)行中霧化器轉(zhuǎn)速以8 500～9 500 r/min為宜。

4.4 合理控制反應(yīng)溫度

反應(yīng)溫度即在半干法脫酸反應(yīng)塔內(nèi)發(fā)生中和反應(yīng)過(guò)程時(shí)的溫度。反應(yīng)溫度越接近煙氣露點(diǎn)溫度脫酸效率越高，在此溫度下酸性組分與液滴的傳質(zhì)效果最好，一般認(rèn)為煙氣酸露點(diǎn)在140℃左右，因而控制反應(yīng)塔出口溫度高于露點(diǎn)15～25℃較為合理［4］。如反應(yīng)溫度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)塔壁粘結(jié)、腐蝕和威脅后續(xù)布袋除塵器的正常運(yùn)行。

垃圾焚燒發(fā)電廠控制脫酸塔反應(yīng)溫度基本在160～185℃間長(zhǎng)期運(yùn)行。經(jīng)多次探索，逐漸將半干法脫酸反應(yīng)塔溫度控制在140～180℃間進(jìn)行試驗(yàn)，按月統(tǒng)計(jì)入廠垃圾量、入爐垃圾量、入廠消石灰耗用量、各臺(tái)爐消石灰漿耗用量、各臺(tái)爐煙囪CRMS在線酸性物質(zhì)（SOX，HCl）的排放量等，將入廠垃圾量、入爐垃圾量、處理單位煙氣量所消耗的消石灰單耗與投運(yùn)初期的工況進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)溫度越低，脫酸效率越高。不同反應(yīng)溫度下的脫酸效果情況見圖4。但是，實(shí)踐發(fā)現(xiàn)如果半干法脫酸反應(yīng)塔溫度長(zhǎng)期控制在150℃以下時(shí)，脫酸塔和布袋除塵器收集下來(lái)的飛灰流動(dòng)性會(huì)變差，飛灰固化處理時(shí)間加長(zhǎng)，影響后續(xù)的處理工藝。如果將半干法脫酸反應(yīng)塔溫度控制在155～165℃之間，飛灰固化處理工藝正常，不會(huì)影響飛灰的流動(dòng)性。因此，建議將半干法脫酸反應(yīng)塔溫度控制在155～165℃之間長(zhǎng)期運(yùn)行。

圖4 不同反應(yīng)溫度下試驗(yàn)情況

5 煙氣凈化系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化后的經(jīng)濟(jì)效益分析

在保證全廠煙氣中酸性氣體排放濃度優(yōu)于EU2000/76/EC標(biāo)準(zhǔn)前提前下，通過(guò)試驗(yàn)優(yōu)化調(diào)整消石灰漿濃度、旋轉(zhuǎn)霧化器轉(zhuǎn)速、反應(yīng)溫度等多種工況，噴入半干法脫酸塔的消石灰漿濃度控制在8.0%～9.0%范圍內(nèi)，相對(duì)于11.0%消石灰漿濃度工況，噸入廠垃圾消石灰平均單耗下降了約5.06 k g/t，下降幅度達(dá)30.69%。以一座日處理規(guī)模2 000 t的垃圾焚燒發(fā)電廠為例，估計(jì)全年可以節(jié)約消石灰3 172 t，如消石灰市場(chǎng)價(jià)按622元/t計(jì)算，預(yù)計(jì)全年可以節(jié)約消石灰197.3萬(wàn)元，并且全年可減少飛灰產(chǎn)量3172 t，預(yù)計(jì)全年可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益344.5萬(wàn)元。

6 結(jié)論

通過(guò)采用品質(zhì)較好的消石灰，采取適當(dāng)降低進(jìn)入半干法脫酸反應(yīng)塔的消石灰漿濃度，合理控制旋轉(zhuǎn)霧化器轉(zhuǎn)速和反應(yīng)塔內(nèi)溫度等運(yùn)行優(yōu)化控制措施，可使消石灰消耗量與脫酸效果達(dá)到最佳配比，從而降低噸垃圾消石灰單耗，實(shí)現(xiàn)某垃圾焚燒發(fā)電廠的節(jié)能降耗，創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益，并為其他垃圾焚燒發(fā)電廠提供借鑒。