垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣干法脫酸系統(tǒng)溫度的控制

穆璐瑩，王偉權(quán)，張沁慧

（合肥水泥研究設(shè)計(jì)院，合肥 230051）

垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣干法脫酸系統(tǒng)溫度的控制

穆璐瑩，王偉權(quán)，張沁慧

（合肥水泥研究設(shè)計(jì)院，合肥 230051）

通過對垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣露點(diǎn)和近絕熱飽和溫度的研究，計(jì)算出脫酸反應(yīng)的最佳溫度。同時(shí)，在垃圾焚燒發(fā)電廠的實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行操作溫度對脫酸效率的影響實(shí)驗(yàn)，要在保證脫酸效率的同時(shí)，避免設(shè)備的結(jié)露腐蝕。

垃圾焚燒煙氣；干法脫酸；操作溫度；脫酸效率

1 引言

垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣脫酸工藝的主要目的是去除煙氣中的HCl和SO2等酸性氣體。目前煙氣脫酸工藝形式較多，按其系統(tǒng)中是否有廢水排出，可分為濕法、半干法和干法三種。干法脫酸系統(tǒng)由急冷塔、袋式除塵器和堿性脫酸劑系統(tǒng)構(gòu)成，工藝流程為：來自垃圾焚燒爐鍋出口煙道的煙氣由急冷塔上部進(jìn)氣口進(jìn)入塔內(nèi)，經(jīng)過噴水霧化降溫，使煙氣溫度快速下降，再由急冷塔下部側(cè)面排氣口，通過煙道進(jìn)入袋式除塵器。堿性脫酸劑通過羅茨風(fēng)機(jī)送至煙管內(nèi)，煙氣中含有的酸性物質(zhì)在煙道和除塵器內(nèi)與脫酸劑發(fā)生脫酸反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物被除塵器過濾捕集。干法脫酸工藝中的脫酸效率與鈣硫比、鈣氯比、煙氣溫度和濕度等因素有關(guān)。本文對影響脫酸效率的煙氣溫度這一因素進(jìn)行簡要分析。

2 煙氣溫度的理論分析

煙氣溫度對整個(gè)煙氣凈化系統(tǒng)非常重要。在干法脫酸工藝中，主要通過調(diào)節(jié)急冷塔內(nèi)的噴水量控制煙氣溫度。僅考慮脫酸效果的話，噴水量越大，煙氣溫度越低越好。但是噴水量大，脫酸系統(tǒng)的急冷塔、除塵器、管道以及輸送等設(shè)備容易發(fā)生濕壁和結(jié)垢，除塵器內(nèi)的布袋容易發(fā)生結(jié)露，影響系統(tǒng)正常運(yùn)行和設(shè)備的使用壽命。

2.1 近絕熱飽和溫度

煙氣中的酸性氣體與Ca(OH)2的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，因此煙氣溫度越低越有利于脫酸反應(yīng)的發(fā)生。其理想值為絕熱飽和溫度，即濕空氣絕熱降溫增濕至飽和時(shí)的溫度。但同時(shí)煙氣溫度又要保證高于露點(diǎn)，以防止設(shè)備和煙道發(fā)生腐蝕與濕壁。露點(diǎn)溫度是濕空氣等冷卻至飽和時(shí)的溫度。絕熱飽和溫度高于露點(diǎn)溫度，兩者間的溫度差即為近絕熱飽和溫度AAST。在運(yùn)行的過程中AAST的選取直接影響脫酸效率和裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性。有研究表明，絕熱飽和溫度溫差越小，相對濕度越大，水分吸附平衡量越大，由單分子層吸附量換算成的分子層數(shù)就越多，脫酸率就越大。脫酸率隨水分子層數(shù)的增加近似呈線性增長的關(guān)系[1]。當(dāng)溫差從18K降到11K，脫酸效率增加30%，溫差越低，脫酸效率越高[2]。 當(dāng)AAST很小時(shí)，脫酸效率增幅變大，脫酸效率與AAST呈指數(shù)關(guān)系[3]。因此，AAST低，意味著塔內(nèi)噴水量大，煙氣溫度低，脫酸效率高。

2.2 煙氣露點(diǎn)溫度

荷蘭學(xué)者A.G.Okkes 根據(jù)Muller 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[4]，提出的露點(diǎn)計(jì)算公式為：

式中：PH2o為煙氣中的水蒸氣分壓，Pa；PSO3為煙氣中的SO3氣體分壓，Pa。

上述公式計(jì)算精度比較高，適用范圍廣。其中：由于煙氣檢測中沒有SO3的濃度監(jiān)測，一般計(jì)算按SO2轉(zhuǎn)化為SO3的比率在0.1%～3%。為了考慮焚燒煙氣凈化系統(tǒng)處理設(shè)備的安全，計(jì)算焚燒煙氣酸露點(diǎn)溫度時(shí)，建議采用3%的轉(zhuǎn)化率[5]。

計(jì)算出煙氣露點(diǎn)溫度，選擇合理的近絕熱飽和溫度AAST，就可以得出工程實(shí)際運(yùn)用中最佳脫酸溫度。

3 煙氣溫度對脫酸效率影響的實(shí)驗(yàn)

通過在某垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣脫酸工藝的現(xiàn)場研究，進(jìn)行了煙氣反應(yīng)溫度對脫酸效率的影響試驗(yàn)。該電廠的煙氣露點(diǎn)溫度約為129℃，波動(dòng)不大。選擇近絕熱飽和溫度AAST為11K，則最佳脫酸溫度為140℃。從工程控制角度來說，以急冷塔出口煙氣溫度為控制參數(shù)。煙氣從急冷塔出口經(jīng)過一段風(fēng)管后再與脫酸劑發(fā)生反應(yīng)，此過程中管道散熱，因此急冷塔出口溫度需略高于發(fā)生脫酸反應(yīng)溫度，取值145℃。

實(shí)驗(yàn)方案：以急冷塔出口煙氣溫度為變動(dòng)量，采用TESTO煙氣分析儀在脫酸系統(tǒng)入口和出口對HCl和SO2濃度進(jìn)行采樣，分析溫度的變化對HCl和SO2去除率的影響。急冷塔出口煙氣溫度通過噴水量進(jìn)行調(diào)節(jié)，脫酸劑的投入量保持不變。在采樣過程中，盡量保證急冷塔入口煙氣中的HCL和SO2含量大致相同，以減少其他因素對試驗(yàn)結(jié)果的影響。具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見下表；急冷塔出口的溫度對脫酸效率的影響見下圖。

溫度對脫酸效率的影響

溫度對脫酸效率的影響曲線圖

由圖中可以看出，急冷塔出口的溫度越低，脫酸效率越高。通過降溫措施，SO2去除率最高只能達(dá)到85%左右，溫度達(dá)到150℃后，再進(jìn)行降溫，對SO2去除率的影響不大。而對HCl言，隨著溫度的降低，其去除率可以不斷提高。根據(jù)排放濃度來看，溫度控制在160℃以下，HCl和SO2的排放指標(biāo)可以達(dá)到歐盟2000標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，除塵器和管道會(huì)造成15℃左右的溫降，為防止煙氣到達(dá)除塵器及除塵器后的風(fēng)機(jī)時(shí)，煙氣溫度已降至露點(diǎn)溫度以下而導(dǎo)致設(shè)備腐蝕問題，因此急冷塔出口的煙氣溫度最好控制在150℃～160℃。

4 結(jié)論

垃圾焚燒發(fā)電廠由于垃圾成分、鍋爐類型、脫酸工藝的不同，其脫酸工藝中溫度的控制也不盡相同，因此對于各個(gè)垃圾焚燒發(fā)電廠的脫酸溫度必須進(jìn)行單獨(dú)研究。通過理論計(jì)算以及現(xiàn)場的調(diào)試，使急冷塔出口煙氣溫度能夠保證煙氣排放指標(biāo)，也能夠避免后續(xù)設(shè)備的結(jié)露腐蝕，保證系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。

[1] 陸永琪，姚小紅，等.飛灰漿液脫硫特性的初步研究[J].環(huán)境科學(xué)，1999.

[2] 錢楓，鄭躍紅，等.潮濕氣氛下Ca(OH)2與SO2反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究[J].環(huán)境化學(xué)，1999.

[3] 李玉忠，馬春元，董勇. 半干法煙氣脫硫工藝中的近絕熱飽和溫度[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2003.

[4] A.G.Okkes，Badger B.V.Get Acid Dew Point of Flue Gas[J].Hydrocarbon Processing.July 1987.

[5] 胡滿銀，高香林，胡志光，劉忠.除塵系統(tǒng)中煙氣露點(diǎn)的計(jì)算與分析[J].水利電力勞動(dòng)保護(hù)，1996.

Temperature Control of Flue Gas Dry Process of De-acidification System in Power Generating Plants of Refuse Incineration

MU Lu-ying, WANG Wei-quan, ZHANG Qin-hui

X701

A

1006-5377（2014）12-0054-02