影響垃圾焚燒煙氣半干法脫硫效率的主要因素研究

一.概述

　　目前，幾乎所有的垃圾焚燒發(fā)電項目都在使用半干法脫硫技術(shù)。干法煙氣脫硫工藝簡單、無污水、污酸處理問題，能耗低、腐蝕性小，但脫硫效率不穩(wěn)定、達不到設(shè)計效率、操作不穩(wěn)定、容易貼壁堵塞、技術(shù)要求高等。

　　半干法脫硫技術(shù)的優(yōu)點：因為最終的產(chǎn)物是干粉狀的，因此不存在廢水處理的問題；其次，增濕水或噴入的水霧是利用進入脫硫塔的煙氣顯熱蒸發(fā)的，所以不需要加熱；由于加入的脫硫劑都是堿性的，所以可以同時去除煙氣中的其他酸性氣體。半干法煙氣脫硫工藝的工藝特點是三相反應(yīng)（即氣、液、固三相），最終產(chǎn)物為干粉狀，吸收劑中的水分使利用煙氣的顯熱最終蒸發(fā)掉。

　　二、半干法煙氣脫硫技術(shù)由來和使用中存在的問題

　　2.1旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法脫硫（SDA）

　　旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫硫技術(shù)（SDA）最早由美國和丹麥的兩家公司于20世紀70年代聯(lián)合研制的。其工藝原理是石灰漿液通過高速旋轉(zhuǎn)的霧化裝置，霧化成細小霧滴，噴入吸收塔后，一方面與煙氣中的SO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成固體灰渣，另一方面煙氣又將熱量傳遞給石灰漿使之不斷干燥，所以反應(yīng)后的灰渣將以干態(tài)形式排出。此法的脫硫效率可達80%～85%，被譽為20世紀80年代的FGD技術(shù)。

　　2.2半干法煙氣脫硫在實際運行中易出現(xiàn)的問題

　　2.2.1貼壁板結(jié)

　　脫硫劑以溶液的形式噴入煙氣中，與SO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的同時，溶液水分全部蒸發(fā)。要想同時滿足高的脫硫效率和獲得干燥的產(chǎn)物，在實際操作中存在一定的困難。因為影響半干法煙氣脫硫效率的因素很多，而且彼此之間還相互影響，因此無法保證各操作參數(shù)穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。這就勢必造成兩種不利影響，一是煙氣進入過多，脫硫效率降低；其次，脫硫劑噴入較多，就會產(chǎn)生貼壁板結(jié)，嚴重時，即會出現(xiàn)結(jié)塊，從而導(dǎo)致系統(tǒng)因堵塞而停運。

　　造成貼壁板結(jié)的非塔結(jié)構(gòu)原因，主要有：進料速率、料液及氣體粘度、密度和料液的表面張力、霧化盤的葉片數(shù)、葉片高度等。但影響最大的還是霧化器轉(zhuǎn)速和漿液量。

　　2.2..2精準控制問題

　　半干法煙氣脫硫技術(shù)最大的特點是，脫硫反應(yīng)是發(fā)生在霧狀液態(tài)中，而最終的產(chǎn)物卻是干燥的固態(tài)粉末狀，因此半干法脫硫技術(shù)對反應(yīng)條件的控制水平要求較高。控制的最終要求是脫硫塔的出口產(chǎn)物是固態(tài)的，即要保證噴入反應(yīng)塔內(nèi)的石灰漿液中的水分在達到脫硫塔出口之前完全蒸發(fā)掉。而且整個脫硫過程的溫度條件是在接近絕熱飽和溫度進行的，高于或低于絕熱飽和溫度都會對脫硫效率產(chǎn)生很大的影響。這樣的要求，需要大量經(jīng)驗的積累和不斷的摸索。

　　2.2.3影響因素眾多，操作復(fù)雜

　　半干法煙氣脫硫技術(shù)的影響因素較多，主要包括：停留時間、Ca/S摩爾比、近絕熱飽和溫度和溫度差、霧滴粒徑等。近年來，對半干法煙氣脫硫技術(shù)的研究多是集中在脫硫劑的選擇、設(shè)備的改造、石灰漿濃度、霧化器轉(zhuǎn)速等影響因素。

　　三、運行問題的集中研究與改造效果

　　霧化器是半干法煙氣凈化的關(guān)鍵設(shè)備，霧化效果直接影響脫酸劑的利用率及脫硫的效率。主要影響因素是石灰漿與煙氣接觸時的反應(yīng)速度、時間和接觸面積，而影響霧化器產(chǎn)生液滴大小的因素有很多，如：霧化盤直徑、進料速率、料液及氣體粘度、密度和料液的表面張力、霧化盤的葉片數(shù)、葉片高度等。

　　為此，我們對霧化器進行了深入研究和試驗。經(jīng)查閱有關(guān)資料，霧化器脫硫效率與液滴直徑有非常緊密的關(guān)系。其關(guān)系式可用公式表示：

　　?=（1-ek/D3m)

　　式中：K為由其他條件決定的常數(shù)

　　從中可以看出，當(dāng)其他條件一定的情況下，液滴直徑是影響脫硫效率的關(guān)鍵因素。因此，在實際生產(chǎn)中適當(dāng)調(diào)整霧化器運行狀態(tài)，使之產(chǎn)生大小合適的液滴，從而實現(xiàn)最經(jīng)濟的脫硫效果，此時對應(yīng)的霧化盤轉(zhuǎn)速就是最佳轉(zhuǎn)速，實際中也存在這樣一個最佳轉(zhuǎn)速。

　　實驗表明，轉(zhuǎn)速與液滴直徑有直接關(guān)聯(lián)，其粒徑影響反應(yīng)比表面積和傳質(zhì)過程。粒徑越小，比表面積就越大，有利于反應(yīng)的充分進行，而粒徑大，吸收劑干燥慢，氣液反應(yīng)時間就會相應(yīng)延長，也有利于反應(yīng)的進行。因此，粒徑對脫酸的傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)的影響是相反的，存在一個合理的粒徑，使脫硫效率最高！

　　霧化器可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速而改變液滴直徑分布，粒徑受流量影響很小，與煙氣量無關(guān)，最佳轉(zhuǎn)速可通過實驗來確定。下圖是西格斯提供的霧化顆粒直徑與轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線：

　　以此為指導(dǎo)，我們在保證煙氣達標排放的基礎(chǔ)上，對不同轉(zhuǎn)速進行了實驗，最終確定了效率最高的霧化盤轉(zhuǎn)速。在此基礎(chǔ)上，針對運行過程中，經(jīng)常出現(xiàn)的霧化盤頂部噴漿，噴嘴開裂、偶爾因結(jié)垢產(chǎn)生震動等問題，進行了研究，確定對原配的霧化盤進行了改進，將原直管更換為陶瓷材質(zhì)，形狀改為喇叭管，表面噴涂了防粘灰涂層、漿液流動部位噴涂了耐磨層等。

　　西格斯霧化盤形式見下圖：

　　KS霧化盤改進型見下圖：

　　改進后，脫硫效率大幅度提升，到達了95%以上，石灰單耗明顯下降，比以前下降了50-60%。根據(jù)不同煙氣量和脫酸塔直徑重新優(yōu)化設(shè)計的雙層噴嘴專利霧化盤，脫硫效率更是達到了98%。

　　四、反應(yīng)塔灰的循環(huán)利用

　　由于眾多原因，目前運行的脫酸反應(yīng)塔噸垃圾石灰均偏高約40%以上，飛灰中含有不低于30%的未反應(yīng)Ca（OH）2，脫硫灰的循環(huán)利用可以提高脫硫劑的利用率，降低運行成本，同時還可以保證脫硫裝置以較低的鈣硫比，取得較高的脫硫效率。

　　飛灰循環(huán)利用工藝圖：

　　經(jīng)實際運行測算，使用飛灰循環(huán)利用技術(shù)，可降低飛灰中Ca（OH）2含量30-50%，節(jié)約生產(chǎn)耗材效果明顯。

　　五、結(jié)論

　　（1）研究和生產(chǎn)實踐證明，半干法脫酸工藝技術(shù)，通過相關(guān)影響要素的整合優(yōu)化，使運行工況達到設(shè)計技術(shù)條件，可以達到設(shè)計效率甚至高于設(shè)計的保證效率，實現(xiàn)極低排放和脫酸劑的消耗最省。

　　（2）影響脫酸效率的關(guān)鍵因素，應(yīng)根據(jù)各自的生產(chǎn)情況，煙氣參數(shù)、石灰漿品質(zhì)，選擇不同結(jié)構(gòu)的霧化盤、霧化轉(zhuǎn)速、石灰漿供漿調(diào)節(jié)范圍及精度調(diào)整裝置，使運行工況接近設(shè)計條件，從而達到節(jié)省、高效。

　　（3）當(dāng)半干法脫酸劑單耗遠高于設(shè)計值時，應(yīng)及時分析其中的原因，通過調(diào)整恢復(fù)合理值。飛灰循環(huán)利用技術(shù)作為一項補救技術(shù)措施，可以充分利用未反應(yīng)的石灰，實現(xiàn)生產(chǎn)耗材的充分利用，節(jié)約生產(chǎn)成本。

　　（4）目前，我國城市生活垃圾焚燒廠已達300多家，年焚燒處理能力達到7000萬噸，煙氣脫酸基本全部是半干法技術(shù)工藝，如果通過優(yōu)化和改進，每噸垃圾降低1Kg脫酸劑，全國每年可節(jié)約7萬噸脫酸劑，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。

　　作者單位：中國光大國際環(huán)保能源濰坊有限公司