楊榮清

（光大環(huán)境科技（中國(guó)）有限公司，江蘇 南京 211106）

城鎮(zhèn)化快速發(fā)展中的“垃圾圍城”，令“減量化、資源化、無(wú)害化”作用明顯的生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)漸受垂青。2019年我國(guó)城市生活垃圾無(wú)害化處理能力869875噸/日，其中焚燒處理能力456499噸/日，占比近52.5%。垃圾焚燒煙氣凈化系統(tǒng)普遍采用噴霧干燥反應(yīng)器脫除煙氣中的SO2、HCl和HF等酸性氣體，一旦其出現(xiàn)異常，輕則影響性能指標(biāo)，重則中斷生產(chǎn)甚至誘發(fā)安全事故，在設(shè)計(jì)、制造、安裝和運(yùn)行時(shí)須重視并妥善處理。安徽某生活垃圾焚燒發(fā)電廠某型噴霧干燥反應(yīng)器出口頻繁堵塞，短期內(nèi)反復(fù)停爐、人工清堵和啟爐，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大、崗位環(huán)境惡劣，設(shè)備可靠性和可用率也低。所以，分析其堵塞原因并制定解決方案迫在眉睫。

1 噴霧干燥工藝及反應(yīng)器概述

1.1 噴霧干燥工藝流程

安徽省某生活垃圾發(fā)電廠一期規(guī)模為2×400tMSW/d，爐后焚燒煙氣主要采用噴霧干燥工藝脫酸，工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 噴霧干燥工藝流程圖

原煙氣（190～220℃）從反應(yīng)器頂部進(jìn)入，與石灰漿（質(zhì)量濃度8%～12%）霧化后的細(xì)小霧滴混合，煙氣中大部分酸性氣體在反應(yīng)器內(nèi)被脫除；表面干燥但未完全反應(yīng)的顆粒物，除少量黏附在器壁和沉積在灰斗中并被轉(zhuǎn)移到灰倉(cāng)以外，大部分跟隨煙氣（宜≥145℃）經(jīng)反應(yīng)器出口煙道流向袋式除塵器，并在濾袋表面進(jìn)一步脫酸。

1.2 反應(yīng)器及其運(yùn)行概況

（1）反應(yīng)器外形及規(guī)格：設(shè)備外形如圖2所示，直筒段高度11m，直徑9m，灰斗高度7.7m，灰斗壁傾角61.5°，煙氣出口煙道直徑1.86m，存在S彎，起始端位于灰斗中間高度位置，且端口與灰斗壁齊平并坡口朝上。

圖2 現(xiàn)有噴霧干燥反應(yīng)器立面圖

（2）反應(yīng)器出口煙道嚴(yán)重堵塞，煙氣有效流通面積僅為橫截面積的30%左右（見(jiàn)圖3）。

（3）反應(yīng)器出口濕煙氣部分運(yùn)行參數(shù)10日均值等如表1所示（期間出口煙溫主要運(yùn)行區(qū)間為133～145℃）。

（4）噴霧干燥反應(yīng)器其余機(jī)電設(shè)備均完好無(wú)損且運(yùn)轉(zhuǎn)正常；單臺(tái)引風(fēng)機(jī)日均電耗4500kWh。

2 現(xiàn)有噴霧干燥反應(yīng)器的特點(diǎn)分析

現(xiàn)場(chǎng)的反應(yīng)器采用當(dāng)前較為常見(jiàn)的離心式噴霧干燥反應(yīng)器，雖主要設(shè)備和設(shè)施狀況良好，但仍頻繁發(fā)生出口堵塞現(xiàn)象，以致設(shè)備可用率過(guò)低，其主要技術(shù)缺陷可以歸為以下幾個(gè)方面：

（1）煙氣出口開(kāi)孔位置偏低。如圖2所示，現(xiàn)有煙氣出口位置略低于灰斗中間高度，因?yàn)樵酵禄叶纺苋菁{的飛灰越少，所以煙氣出口越低越容易積灰堵塞。

圖3 現(xiàn)有反應(yīng)器出口堵塞現(xiàn)場(chǎng)與示意

（2）出口煙氣流速過(guò)低。結(jié)合運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，現(xiàn)有反應(yīng)器出口煙道內(nèi)煙氣的實(shí)際流速7.7～10.2m/s（見(jiàn)表1），遠(yuǎn)低于業(yè)內(nèi)常規(guī)值，而流速過(guò)低會(huì)導(dǎo)致煙氣中的粉塵更容易沉積。因此，反應(yīng)器出口堵塞具備流速條件。

（3）煙氣出口型式不合理?，F(xiàn)有反應(yīng)器煙氣出口型式的技術(shù)缺點(diǎn)，主要在于兩個(gè)方面：①煙氣出口起始端口緊貼灰斗壁面（見(jiàn)如圖2）。該型式降低了整體呈軸對(duì)稱(chēng)的設(shè)備空腔的對(duì)稱(chēng)性，容易引起偏流現(xiàn)象，引起出口附近氣流短路和飛灰慣性力的增加，進(jìn)一步加劇煙氣出口內(nèi)積灰和堵塞現(xiàn)象；②煙氣出口起始端的坡口向上（見(jiàn)圖2）。這種設(shè)計(jì)不僅導(dǎo)致更多飛灰在重力和慣性力作用下直接在端部開(kāi)始沉積，更為嚴(yán)重的是，一旦反應(yīng)器上方黏壁灰塊大面積剝落墜下，可能直接將出口堵死，造成停爐損失。

表1 反應(yīng)器出口濕煙氣運(yùn)行參數(shù)

（4）煙氣出口煙道的布置不順直。原先設(shè)計(jì)時(shí)或因相鄰設(shè)備進(jìn)出口高差大，在反應(yīng)器和袋式除塵器之間的煙道設(shè)有S彎，使得煙氣流經(jīng)兩彎頭時(shí)可能分別出現(xiàn)兩個(gè)旋渦區(qū)，并分別產(chǎn)生二次流現(xiàn)象，氣流螺旋運(yùn)動(dòng)加大壓力損失；同時(shí)，由于對(duì)管路壓力損失影響較大的是尾渦和二次流，而兩處尾渦和二次流的旋向恰好兩兩相反，進(jìn)一步加大局部壓力損失和渦流的影響長(zhǎng)度。因此，反應(yīng)器出口煙道堵塞具備流場(chǎng)分布條件。

（5）反應(yīng)器操作溫度過(guò)低。現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行記錄顯示，反應(yīng)器出口煙溫（133～145℃）未高出煙氣露點(diǎn)20℃，明顯低于行業(yè)要求，非常容易結(jié)露，致使反應(yīng)器出口煙道內(nèi)飛灰積灰和堵塞現(xiàn)象進(jìn)一步惡化。因此，現(xiàn)有反應(yīng)器出口煙道堵塞具備溫度條件。

3 改進(jìn)方案研究及其可行性分析

針對(duì)現(xiàn)有噴霧干燥反應(yīng)器的上述不足，可從破壞其堵塞形成的型式、流速、流場(chǎng)分布及溫度等條件著手，分別制定改進(jìn)措施。

（1）提高煙氣出口位置。將煙氣出口開(kāi)孔位置提高至0.6倍灰斗高度以上，減少存灰對(duì)煙氣出口的影響，能在一定程度上緩解堵塞。

（2）為破壞堵塞的流速條件，應(yīng)提高出口煙氣流速至合理區(qū)間（12～16m/s）。由于引風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速且余量充足，可減小出口煙道直徑以提高相同鍋爐負(fù)荷下的煙氣流速。根據(jù)表2中的平均煙氣量，出口直徑宜設(shè)為1.45m。

（3）煙氣出口起始端延伸至反應(yīng)器中心軸位置，且45°坡口向下。將煙氣出口改為自反應(yīng)器軸心處取氣，盡量減少因結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)引起的偏流和局部積灰現(xiàn)象；將坡口向下，減少直接進(jìn)入煙氣出口內(nèi)的大粒徑飛灰量，減少大幅降低極端情況下停爐的風(fēng)險(xiǎn)。此外，灰斗內(nèi)的煙道頂部應(yīng)設(shè)人字坡，降低直筒段黏壁大面積剝落后煙氣出口的沖擊。

（4）將S彎替換為直煙道，打破飛灰沉積的流場(chǎng)分布條件。采用直管，減少煙氣渦流和二次流，從而降低出口煙道內(nèi)的積灰?guī)茁剩p小管路壓力損失。

（5）提高噴霧干燥反應(yīng)器運(yùn)行溫度，破壞結(jié)露、堵塞和低溫腐蝕的溫度條件。為滿足前文所述的反應(yīng)器出口煙溫，當(dāng)煙氣量和入口煙溫一定時(shí)，噴霧干燥所需總水量就已確定；噴霧干燥總水量可由石灰漿或減溫水提供，運(yùn)行中可結(jié)合原煙氣溫度、污染物原始和排放濃度等參數(shù)適度調(diào)整。實(shí)踐中時(shí)常會(huì)遇到極端情形，即酸性氣態(tài)污染物濃度過(guò)高、反應(yīng)器入口煙溫過(guò)低，以致即便停供減溫水，僅憑石灰漿中的水就可將出口煙溫降至控制溫度下限，而吸收劑仍不滿足煙氣脫酸需求。此時(shí)切忌立即加大漿液流量，否則容易出現(xiàn)反應(yīng)器出口煙溫過(guò)低導(dǎo)致煙氣結(jié)露現(xiàn)象，引發(fā)板結(jié)、堵塞、設(shè)備和管路腐蝕等連串問(wèn)題。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，通過(guò)（在8%～13%范圍內(nèi)）適當(dāng)提高漿液質(zhì)量濃度、啟動(dòng)干法進(jìn)行調(diào)峰、提高消石灰品質(zhì)以及調(diào)節(jié)余熱鍋爐前的三通閥等方式適當(dāng)提高原煙氣溫度等措施，合理提高反應(yīng)器操作溫度，其收效遠(yuǎn)比單純加大漿液流量理想。

圖4 改進(jìn)后噴霧干燥反應(yīng)器立面圖

以上措施中，（2）（3）和（4）可同步實(shí)施并提前完成制作；（1）可待停爐檢修時(shí)實(shí)施，在做好替換現(xiàn)有煙道的同時(shí)，還要做好新開(kāi)孔及其與新煙道連接處的局部補(bǔ)強(qiáng)工作，以及原煙道開(kāi)孔的封堵工作；焊接完成后，應(yīng)對(duì)焊縫進(jìn)行煤油查漏，漏點(diǎn)要補(bǔ)焊；最后還應(yīng)做好煙道保溫工作。（5）需要結(jié)合電廠實(shí)際和運(yùn)行工況，在運(yùn)行時(shí)靈活處理并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。改進(jìn)后，噴霧干燥反應(yīng)器出口煙道的布置更順直，起始端型式更合理（見(jiàn)圖4）。

4 實(shí)施效果及分析

按照上述措施對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行改造，同時(shí)對(duì)運(yùn)行中的控制參數(shù)等作出調(diào)整后，經(jīng)過(guò)近三年的實(shí)踐檢驗(yàn)，達(dá)到了預(yù)期效果，并同步實(shí)現(xiàn)了節(jié)能和降耗：

（1）噴霧干燥反應(yīng)器出口堵塞現(xiàn)象已經(jīng)徹底好轉(zhuǎn)，清灰頻次和單次清灰量均顯著降低，既減少了勞動(dòng)量，又提高了反應(yīng)器的可用率。

（2）因改造后設(shè)備阻力降低，鍋爐額定負(fù)荷下單臺(tái)引風(fēng)機(jī)的日平均電耗從原先4500kWh降至1500kWh，若年運(yùn)行時(shí)間按8000h計(jì)，則兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)每年大約可節(jié)約用電200萬(wàn)kWh，節(jié)能效果顯著。

（3）堵塞物減少也從側(cè)面表明反映出吸收劑利用率的提高。改造前曾出現(xiàn)煙氣出口堵塞致堆積物前移至反應(yīng)器內(nèi)，以致人工清灰時(shí)單臺(tái)反應(yīng)器單次清理出約150噸飛灰的情況，而其中大部分原本可在袋式除塵器濾袋表面被進(jìn)一步用于脫酸。所以，改造有利于提高吸收劑的利用率，降低石灰消耗和飛灰產(chǎn)量。

5 結(jié)語(yǔ)

垃圾焚燒煙氣噴霧干燥反應(yīng)器積灰現(xiàn)象無(wú)法完全避免，但設(shè)備設(shè)計(jì)和運(yùn)行操作過(guò)程中的部分不合理因素是完全有條件提前消除的，否則可能會(huì)嚴(yán)重影響垃圾焚燒處理。本次研究對(duì)某型噴霧干燥反應(yīng)器出口堵塞原因進(jìn)行理論分析，并據(jù)此制定防治措施、論證其可行性，在此基礎(chǔ)上對(duì)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和運(yùn)行進(jìn)行局部改進(jìn)和調(diào)整，有效地解決了反應(yīng)器煙氣出口堵塞過(guò)頻的問(wèn)題，不僅達(dá)到了預(yù)期效果，還具有顯著的節(jié)能和降耗作用。