摘要：著重對(duì)垃圾焚燒發(fā)電廠半干式反應(yīng)塔脫酸系統(tǒng)中掛壁現(xiàn)象的產(chǎn)生原因展開(kāi)深入且全面的剖析。通過(guò)綜合考量系統(tǒng)的工藝特性、運(yùn)行機(jī)制、物質(zhì)特性等多方面因素，結(jié)合實(shí)踐數(shù)據(jù)與具體案例，系統(tǒng)性地梳理和明確了導(dǎo)致掛壁的關(guān)鍵成因。同時(shí)，針對(duì)這些原因進(jìn)行了細(xì)致探討，并提出了一系列切實(shí)可行的應(yīng)對(duì)策略和改進(jìn)建議，旨在為優(yōu)化半干式反應(yīng)塔脫酸系統(tǒng)的性能、提高其運(yùn)行穩(wěn)定性與可靠性提供堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：半干式反應(yīng)塔;脫酸系統(tǒng);掛壁;垃圾焚燒發(fā)電廠

中圖分類號(hào)：X705" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1671-0797（2024）24-0056-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.24.014

0" " 引言

在當(dāng)今的垃圾焚燒發(fā)電工業(yè)生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，半干式反應(yīng)塔脫酸系統(tǒng)因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和重要的作用而備受關(guān)注。然而，掛壁這一現(xiàn)象的不時(shí)出現(xiàn)，成為影響該系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行的一個(gè)不可忽視的問(wèn)題。深入探究掛壁產(chǎn)生的根源，對(duì)于保障系統(tǒng)的順暢運(yùn)行以及充分發(fā)揮其效能具有至關(guān)重要的意義。

1" " 半干式反應(yīng)塔脫酸系統(tǒng)的原理與應(yīng)用[1]

半干式反應(yīng)塔脫酸系統(tǒng)的原理是利用氧化鈣（CaO）粉劑或氫氧化鈣（Ca（OH）2）粉劑作為吸收劑，制備成石灰漿后噴入反應(yīng)塔，使吸收劑與煙氣中的酸性物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，從而達(dá)到脫酸的目的。

在垃圾焚燒過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生多種酸性氣體，如HCl、HF、SOx、NOx和CO等。其中，HCl、HF等酸性氣體更易于與Ca（OH）2反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間保持在1 s左右?guī)缀蹙投寄鼙挥行コ＞唧w的化學(xué)反應(yīng)[1]如下：

霧滴吸收SO2：

SO2+Ca（OH）2=CaSO3+H2O

部分SO2還會(huì)進(jìn)行如下反應(yīng)：

SO2+1/2O2+Ca（OH）2=CaSO4+H2O

其他酸性物質(zhì)（如HCl、HF、SO3）的反應(yīng)：

2HCl+Ca（OH）2=CaCl2+2H2O

2HF+Ca（OH）2=CaF2+2H2O

SO3+Ca（OH）2=CaSO4+H2O

半干式反應(yīng)塔脫酸系統(tǒng)的應(yīng)用較多，尤其是在生活垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣處理凈化系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。其優(yōu)點(diǎn)包括運(yùn)行操作簡(jiǎn)單、占地面積小、投資成本低，并且產(chǎn)物為干態(tài)，系統(tǒng)不需設(shè)置廢水處理裝置。

目前，半干式反應(yīng)塔脫酸工藝主要采用旋轉(zhuǎn)霧化半干法，即高速旋轉(zhuǎn)霧化器將漿液高速噴出形成20～50 μm粒徑的液滴[2]。液滴具有較大的表面積和較強(qiáng)的吸附能力，能與煙氣充分接觸并進(jìn)行熱交換，在碰到吸收塔壁前被干燥，在此過(guò)程中與煙氣進(jìn)行脫酸反應(yīng)，脫除效率較高。

2" " 掛壁現(xiàn)象的特征與影響

2.1" " 掛壁現(xiàn)象的特征

1）一般掛壁情況是沿反應(yīng)塔四周形成一層大約20 cm均勻厚度的掛壁。

2）嚴(yán)重的掛壁會(huì)使反應(yīng)塔煙氣分布器出風(fēng)口堵塞，在堵塞方向，該側(cè)反應(yīng)塔壁掛壁慢慢變厚，并向反應(yīng)塔中間延伸搭起板結(jié)舞臺(tái)。舞臺(tái)呈現(xiàn)灰白色結(jié)塊狀，倒梯形狀態(tài)，由下往上逐漸變厚，舞臺(tái)高度與煙氣分布器出口平齊，水平方向煙氣分布器堵塞位置最厚，逐漸向兩側(cè)變薄。

2.2" " 掛壁現(xiàn)象的影響[3]

2.2.1" " 降低脫酸系統(tǒng)處理效率

1）反應(yīng)塔煙氣分布器側(cè)出風(fēng)口堵塞，造成煙氣流場(chǎng)混亂不均，在此側(cè)無(wú)煙氣高速噴出形成的“風(fēng)簾”，高速旋轉(zhuǎn)的霧化盤噴出的石灰漿液無(wú)煙氣混合反應(yīng)下沉，導(dǎo)致此側(cè)霧化盤噴出的石灰漿噴到反應(yīng)塔內(nèi)壁側(cè)。

2）反應(yīng)空間減小，煙氣流速加快，減少了煙氣與石灰漿反應(yīng)時(shí)間，影響脫酸反應(yīng)停留時(shí)間及效率。

3）加大半干式反應(yīng)塔進(jìn)出口差壓，影響引風(fēng)機(jī)等其他設(shè)備系統(tǒng)效率。

2.2.2" " 影響工藝連續(xù)性

1）煙氣流場(chǎng)混亂不均，反應(yīng)塔旋轉(zhuǎn)霧化器基座振動(dòng)偏高，造成高速旋轉(zhuǎn)的霧化器振動(dòng)報(bào)警跳閘，影響霧化器及整個(gè)脫酸系統(tǒng)投運(yùn)。

2）反應(yīng)塔掛壁變厚，經(jīng)常掉落較大灰塊，造成反應(yīng)塔下方輸灰系統(tǒng)堵塞，大件破碎機(jī)及卸灰閥堵灰卡死跳閘，需要停運(yùn)設(shè)備，清理掉落的灰塊，影響輸灰系統(tǒng)正常運(yùn)行，增加檢修風(fēng)險(xiǎn)。

3）反應(yīng)塔掛壁若無(wú)法掉落，則其厚度將不斷增加，延伸至煙氣分布器出風(fēng)口，會(huì)造成嚴(yán)重堵塞，導(dǎo)致半干式反應(yīng)塔脫酸系統(tǒng)無(wú)法正常投運(yùn);且掛壁嚴(yán)重分布不均勻，增加了反應(yīng)塔重量，將造成反應(yīng)塔結(jié)構(gòu)變形風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.3" " 增加設(shè)備維護(hù)成本

1）霧化器系統(tǒng)：

（1）煙氣流場(chǎng)混亂導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)霧化器高速主軸振動(dòng)偏高，易造成旋轉(zhuǎn)霧化器振動(dòng)高報(bào)警跳閘，損壞霧化器高速主軸導(dǎo)向軸承，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成高速主軸燒軸，導(dǎo)致高速主軸彎曲，無(wú)法使用。

（2）旋轉(zhuǎn)霧化器運(yùn)行長(zhǎng)期振動(dòng)偏高，易造成其高速主軸、霧化盤等部件磨損嚴(yán)重，金屬疲勞加劇，縮短設(shè)備使用壽命，增加霧化器系統(tǒng)維護(hù)成本。

2）輸灰系統(tǒng)：大灰塊掉落會(huì)造成破碎機(jī)、卸灰閥卡死跳閘，導(dǎo)致設(shè)備變形及備件損壞，增加輸灰系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)成本。

3）反應(yīng)塔本體：反應(yīng)塔掛壁若無(wú)法掉落，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致煙氣分布器堵塞，需停爐檢修，人工清理掛壁;但大塊掛壁掉落又會(huì)造成反應(yīng)塔本體變形，增加停爐維護(hù)、反應(yīng)塔本體維護(hù)成本。

3" " 掛壁產(chǎn)生的原因剖析

3.1" " 物料特性因素

1）吸收劑、氫氧化鈣（Ca（OH）2）、制漿水源等的物理化學(xué)性質(zhì)，如粒度分布、粘性、表面張力等對(duì)掛壁的潛在影響。若物料黏性較大，容易附著在設(shè)備內(nèi)壁，形成掛壁。

2）廢氣中所含的復(fù)雜成分，包括高黏性物質(zhì)、易結(jié)晶物質(zhì)等對(duì)掛壁的誘發(fā)作用。這些物質(zhì)與吸收劑或系統(tǒng)內(nèi)其他物質(zhì)相互作用，會(huì)加劇掛壁現(xiàn)象。

3.2" " 工藝條件因素

1）溫度與濕度的不合理設(shè)置，過(guò)高或過(guò)低的溫度以及不適當(dāng)?shù)臐穸拳h(huán)境對(duì)掛壁形成的推動(dòng)。不合適的溫濕度條件可能導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)物的形態(tài)和性質(zhì)發(fā)生變化，增加掛壁的可能性。

2）氣液接觸方式與流速的影響，不恰當(dāng)?shù)臍庖夯旌铣潭群蜌饬魉俣葘?duì)物料沉積的促進(jìn)。不合理的氣液接觸和流速會(huì)使物料分布不均，容易在局部堆積形成掛壁。

3）吸收劑噴出量的波動(dòng)影響，調(diào)節(jié)時(shí)速度快慢的影響，易造成煙氣分布器出風(fēng)口堵塞，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的煙氣流場(chǎng)穩(wěn)定，加劇掛壁現(xiàn)象。

3.3" " 設(shè)備結(jié)構(gòu)與運(yùn)行因素

1）反應(yīng)塔、煙氣分布器等設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷、安裝角度和安裝工藝質(zhì)量的影響，如存在死角、狹窄通道等導(dǎo)致物料容易積聚。這些積聚的物料逐漸形成掛壁，影響系統(tǒng)內(nèi)的氣流和物質(zhì)傳輸，進(jìn)而降低系統(tǒng)的處理效率和反應(yīng)效果。掛壁的存在會(huì)減小有效反應(yīng)空間，阻礙氣液充分接觸，使脫酸反應(yīng)不充分，導(dǎo)致系統(tǒng)的脫酸效果下降。同時(shí)，掛壁物可能不定期脫落，進(jìn)入后續(xù)環(huán)節(jié)，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

2）霧化盤、噴嘴等部件的工作狀態(tài)和布置方式不合理，影響了吸收劑的均勻分布和有效利用。這不僅會(huì)直接影響系統(tǒng)性能，還會(huì)間接導(dǎo)致掛壁問(wèn)題的加重。

3.4" " 運(yùn)行時(shí)間與維護(hù)因素

1）系統(tǒng)長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行而缺乏及時(shí)有效的維護(hù)和清理，導(dǎo)致掛壁逐漸累積。長(zhǎng)時(shí)間的積累會(huì)使掛壁層越來(lái)越厚，對(duì)系統(tǒng)的影響也會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重。

2）不規(guī)范的啟停操作和不定期的檢修對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，進(jìn)而引發(fā)掛壁問(wèn)題。

4" " 應(yīng)對(duì)掛壁問(wèn)題的策略與方法[4]

4.1" " 優(yōu)化物料管理

1）嚴(yán)格篩選和控制吸收劑的質(zhì)量、使用優(yōu)質(zhì)合格水源，確保其符合特定的工藝要求，減少掛壁傾向。

2）增加對(duì)廢氣的預(yù)處理，去除其中易導(dǎo)致掛壁的有害成分或?qū)ζ溥M(jìn)行改性。

4.2" " 合理調(diào)整工藝參數(shù)

1）通過(guò)精確的監(jiān)測(cè)和調(diào)控，維持適宜的溫度和濕度條件，減少掛壁發(fā)生的概率。

2）優(yōu)化氣液接觸和流速控制，實(shí)現(xiàn)最佳的反應(yīng)效果和物料傳輸狀態(tài)。

4.3" " 改進(jìn)設(shè)備設(shè)計(jì)與運(yùn)行

1）對(duì)反應(yīng)塔、煙氣分布器等關(guān)鍵設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，消除容易產(chǎn)生掛壁的隱患。

2）合理調(diào)整霧化器、霧化盤、噴嘴等設(shè)備的布置和工作參數(shù)，確保吸收劑的均勻分布和高效利用。

3）增加自動(dòng)清理掛壁設(shè)備的設(shè)計(jì)，減少掛壁現(xiàn)象的產(chǎn)生及惡化。

4.4" " 強(qiáng)化維護(hù)與管理

1）建立定期清理和維護(hù)制度，及時(shí)清除已經(jīng)形成的掛壁附著物，防止其進(jìn)一步惡化。

2）加強(qiáng)操作人員的培訓(xùn)和管理，確保操作規(guī)范、設(shè)備維護(hù)及時(shí)到位。

5" " 實(shí)際案例分析與經(jīng)驗(yàn)分享

下面對(duì)深圳市東部環(huán)保電廠#1爐半干法反應(yīng)塔脫酸系統(tǒng)掛壁案例的原因分析、應(yīng)對(duì)措施以及取得的效果進(jìn)行分享，進(jìn)一步驗(yàn)證和深化對(duì)掛壁原因及解決方法的理解和認(rèn)識(shí);同時(shí)，總結(jié)和提煉在實(shí)際應(yīng)用中積累的成功經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，為其他類似情況提供有益的參考和借鑒。

5.1" " 具體情況

#1爐反應(yīng)塔C級(jí)檢修檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)#1爐反應(yīng)塔有嚴(yán)重掛壁情況。同時(shí)，#1爐反應(yīng)塔煙氣分布器出風(fēng)口掛壁嚴(yán)重，分布器的一側(cè)出風(fēng)口完全堵塞，塔壁掛壁嚴(yán)重處與煙氣分布器出風(fēng)口堵塞處方向一致，如圖1、圖2所示。

此側(cè)反應(yīng)塔壁掛壁慢慢變厚，并向反應(yīng)塔中間延伸，垂直方向呈倒梯形狀態(tài)，由下往上逐漸變厚，高度與煙氣分布器出口平齊，水平方向煙氣分布器堵塞位置最厚，逐漸向兩側(cè)變薄。

5.2" " 原因分析

1）#1爐反應(yīng)塔煙氣分布器南側(cè)出口堵塞，造成煙氣流場(chǎng)混亂不均，在此側(cè)無(wú)煙氣高速噴出形成的“風(fēng)簾”，導(dǎo)致高速旋轉(zhuǎn)霧化器霧化噴出的石灰漿液無(wú)煙氣混合反應(yīng)下沉，使此側(cè)霧化噴出的石灰漿一直噴至反應(yīng)塔內(nèi)壁側(cè)，長(zhǎng)此以往導(dǎo)致此側(cè)反應(yīng)塔掛壁慢慢變厚并向反應(yīng)塔中間延伸，搭起約3 m厚的板結(jié)舞臺(tái)。

2）#1反應(yīng)塔未能及時(shí)停爐檢查檢修，設(shè)備超長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，距離上次停爐間隔15個(gè)月，造成掛壁嚴(yán)重;而在掛壁不嚴(yán)重時(shí)，啟、停爐過(guò)程中隨著反應(yīng)塔溫度的變化，掛壁的灰塊發(fā)生熱脹冷縮，掛壁會(huì)自動(dòng)脫落，不會(huì)造成嚴(yán)重的掛壁現(xiàn)象。

3）反應(yīng)塔煙氣分布器出風(fēng)口掛壁及堵塞原因分析：

（1）霧化盤噴嘴長(zhǎng)期使用，被石灰漿沖刷磨損后未能及時(shí)更換，導(dǎo)致霧化效果變差，霧化后石灰漿液滴較正常液滴大，不易被高溫?zé)煔饪焖偌訜?，容易隨煙氣附著在出風(fēng)口形成堆積掛壁。

（2）霧化器運(yùn)行時(shí)石灰漿流量調(diào)節(jié)波動(dòng)較大，在流量突然變大時(shí)，石灰漿不能完全通過(guò)霧化盤噴嘴噴出，而是從霧化盤上方涌出，被煙氣攜帶附著在分布器出風(fēng)口堆積。

（3）石灰漿的品質(zhì)（涉及制漿水源、石灰品質(zhì)、制漿濃度等）導(dǎo)致霧化器分配盤可能存在局部堆積或板結(jié)，造成石灰漿無(wú)法在分配盤及霧化盤中均勻流動(dòng)及噴出，從而被煙氣攜帶著在分布器出風(fēng)口堆積。

5.3" " 清理方案

反應(yīng)塔掛壁清理采用在頂部開(kāi)天窗往下搭懸空架的方式，因?yàn)閺南虏客洗钣薪Y(jié)焦掉落砸人風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)安規(guī)懸空架只能續(xù)接一次管，所以只能清理反應(yīng)塔頂往下約8 m位置的掛壁，如圖3、圖4所示。綜合考慮安全風(fēng)險(xiǎn)及檢修時(shí)間，8 m以下掛壁厚度完全不影響反應(yīng)塔正常投用，故等待投運(yùn)后熱脹冷縮掛壁垮塌后在反應(yīng)塔下方破碎機(jī)處清理。

5.4" " 檢修后效果

1）反應(yīng)塔煙氣分布器出口錐殼清理前后對(duì)比如圖5、圖6所示。

2）恢復(fù)正常運(yùn)行，反應(yīng)塔運(yùn)行時(shí)進(jìn)出口差壓值從原來(lái)的800～1 400 kPa降低至400～500 kPa（圖7），煙氣凈化系統(tǒng)的整體差壓降低，減小了引風(fēng)機(jī)出力，霧化器運(yùn)行時(shí)較平穩(wěn)，振動(dòng)較小。

6" " 結(jié)論與展望

通過(guò)深入研究和分析，可以明確半干式反應(yīng)塔脫酸系統(tǒng)掛壁問(wèn)題的產(chǎn)生是多種因素綜合作用的結(jié)果。從物料特性到工藝條件，從設(shè)備設(shè)計(jì)到運(yùn)行管理，每個(gè)環(huán)節(jié)都對(duì)掛壁的形成有著重要的影響。通過(guò)采取針對(duì)性措施，包括優(yōu)化物料、精確調(diào)整工藝參數(shù)、改進(jìn)設(shè)備設(shè)計(jì)以及強(qiáng)化維護(hù)管理等，可以有效降低掛壁的發(fā)生概率和嚴(yán)重程度，提高系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和效率。

展望未來(lái)，隨著對(duì)半干式反應(yīng)塔脫酸系統(tǒng)研究的不斷深入和技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)于掛壁問(wèn)題的認(rèn)識(shí)將更加全面和深入，新的材料、工藝和技術(shù)的應(yīng)用將為解決掛壁問(wèn)題提供更多的可能性和途徑。同時(shí)，隨著環(huán)保要求的不斷提高和工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，對(duì)半干式反應(yīng)塔脫酸系統(tǒng)的性能和可靠性也將提出更高的要求。因此，持續(xù)深入地研究和解決掛壁問(wèn)題，不斷優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行，將成為未來(lái)半干式反應(yīng)塔脫酸系統(tǒng)發(fā)展的重要方向和任務(wù)。通過(guò)不懈的努力和創(chuàng)新，相信半干式反應(yīng)塔脫酸系統(tǒng)將在未來(lái)發(fā)揮更加重要的作用，為環(huán)境保護(hù)和工業(yè)可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 趙偉東.半干式煙氣脫硫在垃圾發(fā)電廠的應(yīng)用[J].今日科苑，2009（7）：148.

[2] 朱勇.垃圾發(fā)電廠半干式反應(yīng)塔脫酸效率影響因素分析[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2014（20）：70-72.

[3] 生活垃圾焚燒處理工程技術(shù)規(guī)范：CJJ 90—2002[S].

[4] 孫克勤.電廠煙氣脫硫設(shè)備及運(yùn)行[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.