曲文龍

（威海環(huán)境再生能源有限公司，山東威海 264200）

0 引言

近年來，隨著城市的建設(shè)加快，市民的生活水平及人口數(shù)量不斷增加，生活垃圾產(chǎn)生量越來越多。以前采用垃圾填埋的處置方式不僅占用大量土地，而且容易造成大氣、水源以及土壤的二次污染。目前大多城市主要采用垃圾焚燒的模式處理垃圾。垃圾在焚燒過程中產(chǎn)生的煙氣，若不經(jīng)過有效處理同樣具有較大污染，因此國家環(huán)保相關(guān)部門對(duì)垃圾焚燒的煙氣處理提出了高標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范要求。

酸性氣體是環(huán)保排放重點(diǎn)監(jiān)督的污染物之一，去除酸性氣體主要的工藝有濕法、半干法、干法，垃圾發(fā)電行業(yè)多采用半干法工藝。半干法工藝的脫酸劑通常采用消石灰或者氫氧化鈉溶液，經(jīng)過霧化器噴射與反應(yīng)塔內(nèi)的酸性氣體產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成產(chǎn)物排出，從而去除煙氣中的酸性氣體。霧化器是半干法工藝的關(guān)鍵設(shè)備，目前多使用旋轉(zhuǎn)霧化器和雙流體固定噴嘴。旋轉(zhuǎn)霧化器霧化效果較好，但投入成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是當(dāng)前垃圾焚燒主流的脫酸工藝設(shè)備；缺點(diǎn)是容易堵塞和磨損，維護(hù)成本偏高。雙流體固定噴嘴相比旋轉(zhuǎn)霧化噴嘴，霧化顆粒偏大，霧化效果略差，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便。

1 案例背景

威海環(huán)境再生能源有限公司（以下簡稱“公司”）煙氣處理工藝：SNCR+半干法+干法+活性炭噴射+布袋除塵。半干法設(shè)計(jì)為石灰漿噴射系統(tǒng)，漿液霧化采用雙流體固定噴嘴。煙氣凈化半干法工藝描述：脫酸劑（消石灰）從消石灰貯倉輸送到石灰漿制備槽，制備濃度約10%的石灰漿液，進(jìn)入石灰漿給料槽。由石灰漿噴射泵送到反應(yīng)塔頂部，與壓縮空氣在雙流體固定噴嘴內(nèi)混合，石灰漿液霧化成霧滴，再與鍋爐出口含酸性成份的煙氣（溫度約190～240 ℃）充分接觸混合。煙氣的溫度降低到約160 ℃，同時(shí)煙氣中的酸性氣體（SO2、HCL、HF）與石灰霧滴發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成固體反應(yīng)物顆粒排出。冷卻后的煙氣從反應(yīng)塔進(jìn)入布袋除塵器。未反應(yīng)的Ca（OH）2粉末進(jìn)入布袋除塵器后，吸附在布袋表面，可繼續(xù)與煙氣中的酸性氣體（SO2、HCL、HF）反應(yīng)，從而提高脫酸效率。

公司垃圾焚燒半干法工藝由于在前期設(shè)計(jì)上存在較大的缺陷，運(yùn)行期間石灰漿系統(tǒng)始終處于失效狀態(tài)，多次投運(yùn)試驗(yàn)，系統(tǒng)始終無法穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重影響煙氣的正常環(huán)保排放。原設(shè)計(jì)選用的雙流體固定噴嘴由于材料、結(jié)構(gòu)的原因只適用于噴射工藝水，不能長時(shí)間噴射石灰漿液，實(shí)際運(yùn)行中去除煙氣中酸性氣體主要依靠干法噴射石灰粉，脫酸效率低。隨著國家環(huán)保形勢日益嚴(yán)峻，環(huán)境影響評(píng)價(jià)報(bào)告書中有關(guān)煙氣凈化的半干法工藝必須切實(shí)投入使用，為此，公司對(duì)整套石灰漿液噴霧系統(tǒng)進(jìn)行一系列優(yōu)化改進(jìn)。

2 存在問題及原因

原雙流體固定噴嘴采用美國某公司生產(chǎn)的FM10 系列，實(shí)際運(yùn)行中主要存在以下問題。

（1）噴嘴沖刷磨損嚴(yán)重（圖1 和圖2），更換頻繁，使用周期3～5 d，最長為7 d。

圖1 噴嘴噴孔磨損嚴(yán)重

圖2 噴嘴內(nèi)部沖刷嚴(yán)重

（2）噴嘴霧化顆粒大，霧化效果差，易導(dǎo)致飛灰潮濕，板結(jié)掛壁。

（3）潮濕的飛灰導(dǎo)致飛灰倉下灰不暢，飛灰穩(wěn)定化整套系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定。

（4）噴嘴故障率高，易堵塞、破裂，檢修工作量大。

（5）漿液系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)大。

3 改進(jìn)方案

從成本經(jīng)濟(jì)的角度，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，綜合分析考慮，漿液霧化不更換為旋轉(zhuǎn)霧化器，仍選用雙流體固定噴嘴。但是這種型式的雙流體噴嘴必須要經(jīng)過優(yōu)化改進(jìn)后才能滿足生產(chǎn)實(shí)際要求。因此本改進(jìn)方案著重從噴嘴材料和霧滴顆粒、霧滴速度、漿液噴入量、霧化角度和噴孔孔徑等多方面研究分析，并配合工藝系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)整，從而滿足生產(chǎn)需要。優(yōu)化改進(jìn)方案如下：

（1）優(yōu)化噴嘴內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高耐磨性能和霧化性能?，F(xiàn)場通過射流靶板試驗(yàn)得出，在保證足夠的漿液噴入量情況下，噴嘴孔徑由6 mm 改進(jìn)為5 mm 時(shí)，霧化效果更好。為有效延長噴嘴使用壽命，提高耐磨性能，采用鈦合金、316L、碳化硅和哈氏合金等各種材料反復(fù)試驗(yàn)。本著低成本、高效能的改進(jìn)目標(biāo)，噴嘴主體材料最終確定為316L。噴嘴孔處及噴嘴混合沖擊區(qū)域內(nèi)鑲襯耐磨、耐酸性腐蝕且可更換的哈氏合金襯套；槍桿部分增加不銹鋼保護(hù)套管，從整體上提高噴槍的使用壽命。

（2）雙流體固定噴嘴的霧化角度非常關(guān)鍵，角度過大，石灰漿液會(huì)穿過煙氣直接噴射到反應(yīng)塔的四壁，造成積灰板結(jié)，甚至濕灰；霧化角度過小，則漿液不足以與煙氣充分接觸反應(yīng)，不能有效去除煙氣中酸性氣體，煙氣排放不達(dá)標(biāo)。改進(jìn)后調(diào)整噴嘴噴霧角度，擴(kuò)大角度到55～60°，噴霧覆蓋直徑達(dá)到2.5 m 左右。在直徑7.5 m 的反應(yīng)塔內(nèi)，大大提高漿液與煙氣的接觸混合，更加充分進(jìn)行脫酸反應(yīng)，可以進(jìn)一步降低排放煙氣中的酸性氣體。

（3）工藝系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化調(diào)整，對(duì)于同一孔徑噴嘴，隨著工作壓力的增大，霧化粒徑減小，但過高壓力會(huì)造成噴霧流場的不穩(wěn)定，霧滴運(yùn)動(dòng)均勻性較差，不穩(wěn)定?，F(xiàn)場試驗(yàn)對(duì)比分析，將壓縮空氣壓力調(diào)整到0.4～0.45 MPa，最為合適（改進(jìn)前噴嘴壓縮空氣壓力為0.6 MPa 以上），同時(shí)滿足反應(yīng)塔不濕底的工藝要求。壓縮空氣壓力調(diào)整后，可以節(jié)約空氣消耗量。降低氣壓更便于調(diào)節(jié)漿液量，滿足煙氣工況變化，使出口煙氣酸性氣體含量穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。降低氣壓還可以在一定程度上減輕噴嘴的磨損，延長使用壽命。

4 經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益

（1）雙流體霧化噴嘴從結(jié)構(gòu)和材料上改進(jìn)后，結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性好。對(duì)于漿液濃度的高低都具有良好的霧化效果，并且可以在保證霧化效果的基礎(chǔ)上，通過調(diào)節(jié)壓縮空氣和漿液流量，控制噴射距離、噴射量等性能參數(shù)，更好滿足焚燒鍋爐各種工況下的煙氣脫酸要求。

（2）雙流體噴嘴改進(jìn)后，使用壽命在5～6 月，最長周期可達(dá)7 個(gè)月，節(jié)能效益顯著。雙流體固定噴嘴改進(jìn)前，一個(gè)月需要更換噴嘴16 套/2 臺(tái)爐，一年需要更換192 套/2 臺(tái)爐；雙流體固定噴嘴改進(jìn)后，6 個(gè)月需要更換噴嘴4 套/2 臺(tái)爐，一年需要更換8套/2 臺(tái)爐。原進(jìn)口美國噴霧公司生產(chǎn)的噴嘴為1.5 萬元/套，改進(jìn)后制作成本降到1 萬元/套。改進(jìn)后每年噴嘴用量減少184套，每年節(jié)約成本276 萬元。

（3）改進(jìn)前采用干法石灰單耗10.5 kg/t，改進(jìn)后采用半干法石灰單耗910.5 kg/t。按照年入爐垃圾24 萬噸計(jì)算，每年可節(jié)省生產(chǎn)耗材成本29 萬元。

（4）雙流體固定噴嘴的改進(jìn)，結(jié)合工藝系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了在較低氣壓條件下可以微細(xì)霧化，壓縮空氣消耗量明顯降低，風(fēng)機(jī)電耗相應(yīng)降低。霧化效果穩(wěn)定、耐磨，抗堵塞、檢修維護(hù)量減輕，能夠充分保證系統(tǒng)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，煙氣排放達(dá)標(biāo)，社會(huì)和環(huán)保效益明顯。

5 結(jié)論

經(jīng)過2 年多運(yùn)行實(shí)踐證明，雙流體固定噴嘴通過在材料、霧化角度、噴嘴孔徑，以及工藝壓力調(diào)整的改進(jìn)后，噴嘴損耗量減少184 套/a，節(jié)省石灰用量360 t/a，共計(jì)節(jié)約生產(chǎn)成本305 萬元/a，節(jié)能顯著。改進(jìn)后噴嘴霧化效果良好，煙氣與石灰漿液混合均勻，反應(yīng)更加充分，進(jìn)一步降低了煙氣中酸性氣體的含量，環(huán)保效益十分明顯。改進(jìn)后整套設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，檢修人工成本明顯降低，能夠達(dá)到降本增效，環(huán)保超低排放的目的。改進(jìn)取得了實(shí)質(zhì)性成功，值得在行業(yè)內(nèi)進(jìn)行推廣。