楊榮清

（光大環(huán)境科技（中國）有限公司，江蘇 南京 211106）

城鎮(zhèn)化建設快速發(fā)展，使部分城市陷于“垃圾圍城”的現(xiàn)實困境。2019 年，我國城市生活垃圾清運量突破2.42 億噸，而垃圾無害化處理能力869875 噸/日，其中焚燒處理能力456499 噸/日，占比近52.5%。生活垃圾焚燒發(fā)電技術因其“減量化、資源化、無害化”優(yōu)勢明顯，已成為不少地方破解難題的首選。

半干式脫酸塔是脫除垃圾焚燒煙氣中SO2、HCl 和HF 等酸性氣態(tài)污染物的重要設備，事關污染物達標排放、安全穩(wěn)定運行以及運行成本控制等，需要工程技術支撐。本文結合當前最流行的基于離心噴霧干燥技術的半干式脫酸塔在設計、制造、安裝和運行維護等工作中發(fā)現(xiàn)的問題，分析其形成的原因，并提出相應建議，供業(yè)內(nèi)參考。

1 垃圾焚燒煙氣半干式脫酸工藝

1.1 工藝流程

典型的生活垃圾焚燒煙氣半干式脫酸工藝流程見圖1。來自余熱鍋爐的原煙氣從脫酸塔頂部經(jīng)分配并起旋后，向下呈環(huán)狀進入塔內(nèi)；同時，制備好的石灰漿在過濾后也被泵送至反應塔頂部的離心式霧化器，被霧化成粒徑為30 ～50μm的霧滴后與煙氣劇烈混合，吸收煙氣中的HCl 和SO2等酸性氣態(tài)污染物。由于霧滴粒徑小、比表面積大且與煙氣的相對運動速度高，短時內(nèi)其表面干燥和煙氣降溫主要集中在霧化器周圍完成。隨后，未完全干燥或反應的顆粒和煙氣在塔內(nèi)下行過程中進一步反應，到達脫酸塔底部時，除部分顆粒物被灰斗收集外，其余顆粒物將跟隨煙氣經(jīng)出口煙道流向袋式除塵器，可進一步脫除煙氣中的酸性氣態(tài)污染物。工程中常將粉末活性炭在脫酸塔和除塵器之間的煙道處與煙氣充分混合，并在袋式除塵器濾袋表面停留足夠時間，實現(xiàn)煙氣中二噁英類和重金屬及其化合物的有效脫除，其后絕大部分飛灰墜入灰斗被收集；為便于半干法的調(diào)峰和霧化盤的更換維護，此處一般設置消石灰粉末噴射口。半干式脫酸塔和袋式除塵器灰斗收集的顆粒物經(jīng)由卸、輸灰設備集中到灰倉，飛灰應按規(guī)定處理處置。

1.2 半干式脫酸工藝控制原則

生活垃圾焚燒煙氣半干式脫酸工藝以“溫度”和“濃度”控制為主：脫酸塔出口煙氣溫度宜控制在酸露點以上不少于20℃，以防后續(xù)設備和管路低溫腐蝕；同時應根據(jù)酸性氣態(tài)污染物排放濃度反饋及時調(diào)整消石灰投加量，例如在合理的出口煙溫區(qū)間內(nèi)調(diào)整石灰漿流量/濃度，或按需在脫酸塔出口輔以消石灰粉等，在控制污染物達標排放的前提下兼顧經(jīng)濟性。

圖1 焚燒煙氣半干式脫酸系統(tǒng)典型工藝流程

2 常見問題及其原因分析與對策

2.1 飛灰粘壁問題

飛灰粘壁是半干式脫酸塔設計和運行維護必須考慮的問題，其主要原因在于：

（1）粘壁后的物料，尤其是灰斗內(nèi)和直筒段底部的物料，在不斷增厚的過程中將增加設備壓力損失和引風機電耗，同時提高消石灰耗量和飛灰產(chǎn)量，而增加的飛灰又會反過來進一步加劇粘壁現(xiàn)象。

（2）人工清除脫酸塔內(nèi)粘壁物料需要先冷卻、后清理的過程，通常需要5 天左右時間才能完成，因此每次停爐都會縮短全廠有效運行時間。生活垃圾焚燒發(fā)電廠都承擔著及時處理當?shù)厣罾纳鐣熑?，垃圾產(chǎn)量高峰期長時間停爐對垃圾電廠是個考驗，停爐同時還會導致經(jīng)濟損失。因此，一般電廠非不得已通常不愿為此停爐檢修。

（3）設計或運行不當導致的飛灰粘壁積累到一定程度后，在設備振動、熱應力和重力等因素作用下時常會整塊墜入塔底，有時不僅導致設備壓力損失驟增、增加運行成本和加劇飛灰粘壁，嚴重的還會損壞設備、被迫停產(chǎn)并帶來安全隱患。

半干式脫酸塔內(nèi)飛灰粘壁可分為干灰表面附著和半濕飛灰粘壁，前者通常不可避免，但其附著層薄而疏松，大多可在振動或氣流等作用下自行脫落，對正常生產(chǎn)影響甚微，因此本文聚焦工程中關注得更多的半濕飛灰粘壁問題。

2.2 半濕飛灰粘壁

半濕飛灰粘壁是由于漿液經(jīng)霧化后，在霧滴完成表面干燥前觸及設備壁面并附著而形成。霧滴的運動軌跡決定了粘壁位置，不同粘壁位置對生產(chǎn)的影響也不盡相同：脫酸塔直筒段底部和灰斗內(nèi)粘壁，對設備壓力損失增加、經(jīng)濟性降低的影響更大，且隨著附著層的增厚而越發(fā)明顯；脫酸塔上部、頂蓋的粘壁并成塊脫落墜入灰斗，除了帶來前述影響外，還會增加設備損壞和停爐風險，也是一大安全隱患，其危害不容忽視。

離心式半干脫酸塔內(nèi)半濕飛灰粘壁的主要影響因素有：脫酸塔結構型式、原煙氣溫度、塔內(nèi)煙氣流場、霧化器運行狀況（變頻器故障、振動高）等。各影響因素及相應的注意事項或解決措施分別如下：

（1）脫酸塔結構和型式。離心式霧化器的霧滴是近乎以切向離開霧化盤，如果脫酸塔直徑設計得過小，更容易在霧滴運動軌跡內(nèi)的塔壁上發(fā)生半濕飛灰粘壁現(xiàn)象，故半干式脫酸塔多呈矮胖型；但塔徑也不宜設計得過大，否則，會增加設備占地面積。脫酸塔的直徑選取需綜合霧化器理想轉速、霧炬和煙氣停留時間等因素，其高徑比宜在1.0 ～1.2。

（2）原煙氣溫度。當入口原煙氣溫度較低時，由于CEMS 系統(tǒng)和煙氣凈化控制系統(tǒng)等存在一定的滯后，石灰漿濃度無法瞬時調(diào)整；此時，若煙氣中酸性氣態(tài)污染物濃度較高，很多電廠為保證達標排放常在調(diào)整石灰漿濃度之前先保證石灰漿流量，以致出塔煙氣溫度偏低（出塔煙溫宜高于煙氣酸露點20℃以上，一般應≥145℃），導致很多霧滴得不到充分干燥，更易發(fā)生半濕飛灰粘壁現(xiàn)象。出塔煙溫過低，還會加劇下游煙氣凈化設備和管路的堵塞和低溫腐蝕，因此，應極力避免。

可以在脫酸塔出口煙道噴入消石灰粉輔助脫酸，或通過調(diào)節(jié)余熱鍋爐前的三通閥等方式適當提高原煙氣溫度。提高漿液質量濃度也有一定緩解作用，但濃度過高，會增加漿液輸送管路堵塞風險，因此，漿液質量濃度通常不高于13%。當然，余熱鍋爐換熱效率通常會隨著時間的推移而下降，此時，同等條件下，原煙氣溫度會逐漸高出設計值，因而汪所需的石灰漿濃度會降低、流量會增大。

（3）塔內(nèi)煙氣流場。脫酸塔內(nèi)的流場分布會直接影響霧滴運動軌跡，因此，對飛灰粘壁影響很大。

①如果飛灰粘壁位于脫酸塔頂蓋和直筒上部，表明煙氣流經(jīng)分配和起旋后的旋轉過于強烈或漿液霧化后的霧炬過小，氣流與霧滴碰撞后的擾動較大，從而在脫酸塔上部形成粘壁。造成此現(xiàn)象的最直接原因就是脫酸塔煙氣分配器下層旋流片出射角過大，可以采取措施調(diào)整出射角并適當降低霧化器轉速來解決，通常出射角在25°～30°區(qū)間較為適宜。需要特別注意的是，當黏附物積聚到足夠大時，在熱應力、機械振打力或重力等的作用下容易導致大塊黏結物脫落并墜入灰斗。當灰塊不足以導致停爐時，通常也會增加設備阻力，長期高阻力運行不僅會增加引風機電耗，還會增加消石灰消耗和飛灰產(chǎn)量，大大增加了運行成本；由于粘壁位置高，重力勢能相對較大，粘壁嚴重時可迫使停爐，帶來的不僅是經(jīng)濟損失，還有設備故障甚至安全隱患，應當引起足夠重視。

②如果出現(xiàn)脫酸塔直筒段下部和灰斗粘壁，通常是由于煙氣流旋轉強度偏弱或霧炬過大造成的，這時可以適當增大煙氣分配器旋流片出射角并提高霧化器轉速。

③個別電廠曾出現(xiàn)多臺設備同時出現(xiàn)霧化盤高度以下、脫酸塔直筒中段單側局部粘壁現(xiàn)象。調(diào)研和分析后發(fā)現(xiàn)，該項目由于場地不足，設計院在布置設備時將余熱鍋爐和脫酸塔入口煙道嚴重縮短，導致彎頭和煙氣分配器入口間的煙道直段長度不足1.3 倍管徑，同時，彎頭的彎曲半徑僅1 倍管徑，使得氣流未經(jīng)充分發(fā)展就進入煙氣分配器，造成分配器出口煙氣流場分布不均，進而導致脫酸塔局部粘壁。因此，如果場地條件允許，煙氣分配器入口前應盡量保證足夠長的直煙道（宜≥2.5 倍管徑），彎頭應有足夠大的彎曲半徑（宜≮2.5 倍管徑）；如果場地條件確實有限，可酌情在彎頭內(nèi)設置導流板，盡量不讓煙氣在進入分配器前出現(xiàn)嚴重偏流現(xiàn)象。

（4）霧化器運行狀況。霧化器運行維護得好與壞，直接關系到脫酸塔能否正常運行，必須引起重視。

①霧化器軸振動高。振動過高會破壞霧化器動平衡，導致霧滴均勻度下降，一旦大顆粒飛行時間小于其干燥所需時間就會出現(xiàn)半濕飛灰粘壁。如果焚燒煙氣脫酸系統(tǒng)運行時，出現(xiàn)霧化器軸持續(xù)振動高報警甚至跳閘的情況，應及時排查霧化盤安裝偏差、霧化器軸彎曲或斷裂、軸承損壞的可能，并酌情重新安裝、維修或更換。有的項目焚燒煙氣脫酸系統(tǒng)運行一段時間后，出現(xiàn)霧化器軸振動加劇、振動高報警甚至跳閘，降低霧化器轉速一定時間后偶爾會自行好轉，而后不斷反復前述過程的情形。這主要是由于霧化盤上的黏結物破壞霧化盤動平衡所致，程度較輕時，只需啟動在線清洗程序對霧化盤和漿液輸送管路進行短時沖洗，并在脫酸塔出口煙道處按需噴入消石灰粉輔助煙氣脫酸。如多次在線清洗后仍效果不佳，建議先切換至消石灰干法脫酸，霧化器斷電后應及時更換備用霧化盤，并將原霧化盤浸泡后徹底清洗。當漿液中固體雜質較多時，更容易在霧化盤表面產(chǎn)生黏結物并破壞動平衡，尤其是噴嘴型霧化盤。因此，如果在排除機械故障的基礎上更換備用霧化盤后，仍不能消除霧化器軸間歇性振動高的現(xiàn)象，則可考慮提高消石灰純度或優(yōu)化石灰漿過濾裝置延長霧化盤人工清洗周期；實踐中，曾用矩形通道型霧化盤替換噴嘴型霧化盤，并達到了預期效果。此外，工程中有時還會出現(xiàn)未按圖加工、安裝或調(diào)整霧化器安裝護筒，以致霧化盤安裝位置過高，使得運行時部分霧滴直接飛向霧化器安裝護筒并不斷積聚和增厚，在霧化盤和護筒底部形成嚴重結垢的情形，除了會破壞霧化器的動平衡外，還會導致煙氣脫酸效率下降、消石灰耗量和飛灰產(chǎn)量增加等不利影響。因此，制作和安裝時的質量控制十分重要，運行過程中，也可以通過調(diào)節(jié)霧化器護筒至最佳安裝高度來規(guī)避此類問題。除機械故障會引起霧化器軸振動高以外，霧化器漿液/冷卻水分配不均勻、霧化盤堵塞、霧化盤附著物不均勻脫落等都是霧化器軸振動高的誘因，因而優(yōu)化霧化器漿液/冷卻水分布器設計，適當提高消石灰品質（建議不低于GB/T29152-2012[2]附錄B 中的要求）、合理設置過濾裝置，及時在線清洗霧化盤等，均有改善作用。

②霧化器轉速過低。有的電廠反映脫酸塔直筒內(nèi)壁下部易粘壁且周向均勻、石灰耗量偏高。這主要是由于霧滴粒徑和噴霧距離均與霧化器轉速呈負相關，霧化器轉速較低時霧炬和霧滴粒徑較大，更容易發(fā)生霧滴干燥不透和粘壁的現(xiàn)象。通常，垃圾焚燒煙氣脫酸用離心霧化器的轉速宜≮8000rpm。

③調(diào)速變頻器故障。某垃圾電廠曾出現(xiàn)脫酸塔內(nèi)物料由灰斗底部中心位置向上堆積且形如石筍，嚴重時高度可以達到脫酸塔直筒中上部位置，同時，出現(xiàn)脫酸塔壓力損失和引風機電流劇增現(xiàn)象，并伴有漿液耗量增加的現(xiàn)象，但霧化器軸振動無異常。這主要是由于調(diào)速變頻器故障導致霧化器轉速過低、霧滴粒徑過大引起的：一方面，由于大液滴比表面積小，傳熱和傳質效率低，煙氣污染物達標排放所需的漿液量增大；另一方面，切向運動速度顯著降低的大液滴在氣流和重力為主的外力作用下順著脫酸塔軸心向下墜入灰斗底部并不斷沉積，大大減少了煙氣流通面積，因此，焚燒線在額定負荷運行時的設備壓力損失和引風機電流激增。此時，需及時維修或更換調(diào)速變頻器。

④霧化器軸斷裂。實踐中，有時會出現(xiàn)脫酸塔灰斗底部往外流液體、酸性氣態(tài)污染物控制困難的情況，這通常是由于霧化器軸斷裂所致，此時，應切換至干法脫酸，更換備用霧化器，并吊出原霧化器進行維修。

2.3 脫酸塔出口水平煙道容易積灰堵塞

有的垃圾焚燒發(fā)電廠非常容易出現(xiàn)脫酸塔出口煙道積灰堵塞的現(xiàn)象，其原因主要有：（1）出口煙道直徑偏大，管內(nèi)煙氣流速低于防止飛灰沉積的最小流速；（2）脫酸塔出口煙道的進氣口緊貼灰斗壁、坡口向上，粒徑較大的飛灰顆粒更容易流入水平的出口煙道內(nèi)并沉積；（3）出塔煙氣溫度低、設備和管路的密封和保溫性能差，煙氣在煙道內(nèi)結露，而飛灰中的脫酸產(chǎn)物CaCl2等加劇了粉塵的沉積和堵塞；（4）部分垃圾發(fā)電廠操作中取煙氣出口煙道三個溫度測點中的最高值作為溫度控制點，取值不具代表性，對防止出塔煙氣結露有不利影響。

針對上述原因，可采取的應對措施有：（1）結合出塔煙氣量（含半干法產(chǎn)生的水蒸氣）和防止飛灰在煙道內(nèi)沉積的最小煙氣流速（宜按12 ～16m/s 設計，水平煙道取高值），合理選取煙道直徑；（2）將脫酸塔出口煙道進氣口延伸至灰斗軸線處，且坡口（45°左右）向下；（3）采取措施嚴防出塔煙氣結露，例如適當提高漿液濃度，提高脫酸塔進氣溫度，以及可有效提高保溫和密封性能的其它措施等；（4）取煙氣出口煙道三個溫度測點中更具代表性的中間值作為溫度控制點。

2.4 霧化器潤滑油量高/低

潤滑油量過高或過低多為潤滑系統(tǒng)故障或報警器故障，應停車檢修潤滑系統(tǒng)或更換報警器。此外，潤滑系統(tǒng)泄漏或潤滑油變質時，也會導致油量指示低，也應停車檢修或更換潤滑油。

2.5 脫酸塔粘壁程度輕但飛灰潮濕

廣東某垃圾焚燒發(fā)電廠到了雨季會出現(xiàn)飛灰潮濕，嚴重到灰倉板結而無法卸灰，脫酸塔內(nèi)無明顯粘壁現(xiàn)象。調(diào)研后發(fā)現(xiàn)主要原因有：卸輸灰系統(tǒng)密封性能較差；未設置灰斗內(nèi)低料位監(jiān)測，卸灰系統(tǒng)連續(xù)運行，灰斗內(nèi)未形成有效灰封，導致由卸輸灰裝置漏進的含濕空氣混入使煙氣結露，加上飛灰內(nèi)本身含有極易吸濕的CaCl2，使得飛灰更加潮濕。

上述情況首先應增強卸相關輸灰設備和設施的密封和保溫性能，日常維護時檢修口應及時關閉；其次，可采用密封性更加的卸灰裝置，如雙層翻板閥等；如果收效不明顯，可在灰斗增設低料位監(jiān)測裝置并與卸灰裝置聯(lián)鎖，以形成有效灰封，進一步減少含濕空氣混入；通過灰斗伴熱來維持一定的飛灰溫度，有時也是一個不錯的解決方法。

2.6 脫酸塔底部滑動支座失效

江蘇某垃圾焚燒發(fā)電廠曾發(fā)生塔底4 個滑動支座全部失效導致塔身傾斜的事故，若得不到及時妥善處置，一旦脫酸塔傾覆其后果不堪設想。該事故的主要原因有：用于制作的滑動支座的結構用鋼管厚度遠小于設計厚度，導致承載能力下降；安裝時，未按圖紙要求保留膨脹間隙，運行過程中脫酸塔及其底部圓環(huán)受熱后開始膨脹，而滑動支座的限位螺桿和錯誤安裝的腰形孔則直接將其頂死導致應力無法釋放，使下方的結構用鋼管承受了巨大的剪應力。

后經(jīng)現(xiàn)場采取措施更換合格支座并正確安裝，上述事故得到了妥善處置。該事件也凸顯了工程中設備制作和安裝質量控制的重要性，而且環(huán)環(huán)相扣。

2.7 自控儀表系統(tǒng)失靈

自控儀表系統(tǒng)失靈的原因通常有儀表自身故障、執(zhí)行機構故障、氣源系統(tǒng)管路泄漏或管網(wǎng)壓力波動大，以及儀表線路接觸不良或老化等，可以結合實際問題進行分析和處理。

3 結語

半干式脫酸塔作為垃圾焚燒煙氣凈化系統(tǒng)的重要設備，其連續(xù)安全穩(wěn)定運行對于垃圾焚燒發(fā)電廠的安全生產(chǎn)、煙氣污染物達標排放以及經(jīng)濟運行均具有重要意義。在半干式脫酸塔設計、制造、安裝和運行維護過程中均應采取措施防止或減少相關問題的出現(xiàn)，提高垃圾焚燒發(fā)電廠的安全性、可用率和經(jīng)濟性，積極為企業(yè)踐行社會責任服務。