影响垃圾焚烧烟气半干法脱硫效率的主要因素研究

一.概述

　　目前，几乎所有的垃圾焚烧发电项目都在使用半干法脱硫技术。干法烟气脱硫工艺简单、无污水、污酸处理问题，能耗低、腐蚀性小，但脱硫效率不稳定、达不到设计效率、操作不稳定、容易贴壁堵塞、技术要求高等。

　　半干法脱硫技术的优点：因为最终的产物是干粉状的，因此不存在废水处理的问题；其次，增湿水或喷入的水雾是利用进入脱硫塔的烟气显热蒸发的，所以不需要加热；由于加入的脱硫剂都是碱性的，所以可以同时去除烟气中的其他酸性气体。半干法烟气脱硫工艺的工艺特点是三相反应（即气、液、固三相），最终产物为干粉状，吸收剂中的水分使利用烟气的显热最终蒸发掉。

　　二、半干法烟气脱硫技术由来和使用中存在的问题

　　2.1旋转喷雾干燥法脱硫（SDA）

　　旋转喷雾干燥脱硫技术（SDA）最早由美国和丹麦的两家公司于20世纪70年代联合研制的。其工艺原理是石灰浆液通过高速旋转的雾化装置，雾化成细小雾滴，喷入吸收塔后，一方面与烟气中的SO2发生化学反应生成固体灰渣，另一方面烟气又将热量传递给石灰浆使之不断干燥，所以反应后的灰渣将以干态形式排出。此法的脱硫效率可达80%～85%，被誉为20世纪80年代的FGD技术。

　　2.2半干法烟气脱硫在实际运行中易出现的问题

　　2.2.1贴壁板结

　　脱硫剂以溶液的形式喷入烟气中，与SO2发生化学反应的同时，溶液水分全部蒸发。要想同时满足高的脱硫效率和获得干燥的产物，在实际操作中存在一定的困难。因为影响半干法烟气脱硫效率的因素很多，而且彼此之间还相互影响，因此无法保证各操作参数稳定在一定的范围内。这就势必造成两种不利影响，一是烟气进入过多，脱硫效率降低；其次，脱硫剂喷入较多，就会产生贴壁板结，严重时，即会出现结块，从而导致系统因堵塞而停运。

　　造成贴壁板结的非塔结构原因，主要有：进料速率、料液及气体粘度、密度和料液的表面张力、雾化盘的叶片数、叶片高度等。但影响最大的还是雾化器转速和浆液量。

　　2.2..2精准控制问题

　　半干法烟气脱硫技术最大的特点是，脱硫反应是发生在雾状液态中，而最终的产物却是干燥的固态粉末状，因此半干法脱硫技术对反应条件的控制水平要求较高。控制的最终要求是脱硫塔的出口产物是固态的，即要保证喷入反应塔内的石灰浆液中的水分在达到脱硫塔出口之前完全蒸发掉。而且整个脱硫过程的温度条件是在接近绝热饱和温度进行的，高于或低于绝热饱和温度都会对脱硫效率产生很大的影响。这样的要求，需要大量经验的积累和不断的摸索。

　　2.2.3影响因素众多，操作复杂

　　半干法烟气脱硫技术的影响因素较多，主要包括：停留时间、Ca/S摩尔比、近绝热饱和温度和温度差、雾滴粒径等。近年来，对半干法烟气脱硫技术的研究多是集中在脱硫剂的选择、设备的改造、石灰浆浓度、雾化器转速等影响因素。

　　三、运行问题的集中研究与改造效果

　　雾化器是半干法烟气净化的关键设备，雾化效果直接影响脱酸剂的利用率及脱硫的效率。主要影响因素是石灰浆与烟气接触时的反应速度、时间和接触面积，而影响雾化器产生液滴大小的因素有很多，如：雾化盘直径、进料速率、料液及气体粘度、密度和料液的表面张力、雾化盘的叶片数、叶片高度等。

　　为此，我们对雾化器进行了深入研究和试验。经查阅有关资料，雾化器脱硫效率与液滴直径有非常紧密的关系。其关系式可用公式表示：

　　Ƞ=（1-ek/D3m)

　　式中：K为由其他条件决定的常数

　　从中可以看出，当其他条件一定的情况下，液滴直径是影响脱硫效率的关键因素。因此，在实际生产中适当调整雾化器运行状态，使之产生大小合适的液滴，从而实现最经济的脱硫效果，此时对应的雾化盘转速就是最佳转速，实际中也存在这样一个最佳转速。

　　实验表明，转速与液滴直径有直接关联，其粒径影响反应比表面积和传质过程。粒径越小，比表面积就越大，有利于反应的充分进行，而粒径大，吸收剂干燥慢，气液反应时间就会相应延长，也有利于反应的进行。因此，粒径对脱酸的传质和化学反应的影响是相反的，存在一个合理的粒径，使脱硫效率最高！

　　雾化器可以通过调节转速而改变液滴直径分布，粒径受流量影响很小，与烟气量无关，最佳转速可通过实验来确定。下图是西格斯提供的雾化颗粒直径与转速的关系曲线：

　　以此为指导，我们在保证烟气达标排放的基础上，对不同转速进行了实验，最终确定了效率最高的雾化盘转速。在此基础上，针对运行过程中，经常出现的雾化盘顶部喷浆，喷嘴开裂、偶尔因结垢产生震动等问题，进行了研究，确定对原配的雾化盘进行了改进，将原直管更换为陶瓷材质，形状改为喇叭管，表面喷涂了防粘灰涂层、浆液流动部位喷涂了耐磨层等。

　　西格斯雾化盘形式见下图：

　　KS雾化盘改进型见下图：

　　改进后，脱硫效率大幅度提升，到达了95%以上，石灰单耗明显下降，比以前下降了50-60%。根据不同烟气量和脱酸塔直径重新优化设计的双层喷嘴专利雾化盘，脱硫效率更是达到了98%。

　　四、反应塔灰的循环利用

　　由于众多原因，目前运行的脱酸反应塔吨垃圾石灰均偏高约40%以上，飞灰中含有不低于30%的未反应Ca（OH）2，脱硫灰的循环利用可以提高脱硫剂的利用率，降低运行成本，同时还可以保证脱硫装置以较低的钙硫比，取得较高的脱硫效率。

　　飞灰循环利用工艺图：

　　经实际运行测算，使用飞灰循环利用技术，可降低飞灰中Ca（OH）2含量30-50%，节约生产耗材效果明显。

　　五、结论

　　（1）研究和生产实践证明，半干法脱酸工艺技术，通过相关影响要素的整合优化，使运行工况达到设计技术条件，可以达到设计效率甚至高于设计的保证效率，实现极低排放和脱酸剂的消耗最省。

　　（2）影响脱酸效率的关键因素，应根据各自的生产情况，烟气参数、石灰浆品质，选择不同结构的雾化盘、雾化转速、石灰浆供浆调节范围及精度调整装置，使运行工况接近设计条件，从而达到节省、高效。

　　（3）当半干法脱酸剂单耗远高于设计值时，应及时分析其中的原因，通过调整恢复合理值。飞灰循环利用技术作为一项补救技术措施，可以充分利用未反应的石灰，实现生产耗材的充分利用，节约生产成本。

　　（4）目前，我国城市生活垃圾焚烧厂已达300多家，年焚烧处理能力达到7000万吨，烟气脱酸基本全部是半干法技术工艺，如果通过优化和改进，每吨垃圾降低1Kg脱酸剂，全国每年可节约7万吨脱酸剂，经济效益和社会效益显著。

　　作者单位：中国光大国际环保能源潍坊有限公司