一種新型的CFB半干法煙氣處理技術(shù)在生活垃圾焚燒中的應(yīng)用

苗豪梅，曹作忠，何 亮，白 皓

（1.北京環(huán)衛(wèi)集團(tuán)環(huán)境研究發(fā)展有限公司，北京 100101；2.北京機(jī)電院高技術(shù)股份有限公司，北京100027）

1 CFB和NID半干法煙氣處理技術(shù)簡介

1.1 CFB煙氣處理技術(shù)

CFB（Circulating Fluidized Bed） 脫酸技術(shù)是以循環(huán)流化床原理為基礎(chǔ)的煙氣處理技術(shù)，最早是由德國的Lurgi公司將其應(yīng)用到煉鋁設(shè)備的尾氣上，后來又推廣到電站鍋爐煙氣。浙江大學(xué)研發(fā)推廣的系列產(chǎn)品在我國生活垃圾焚燒廠中得到了較多的應(yīng)用，其原理是通過溜槽以及流化風(fēng)機(jī)的作用，使布袋截留的飛灰重新回流至反應(yīng)塔，塔內(nèi)新加入的消石灰與回流的飛灰一起與煙氣發(fā)生反應(yīng)，CFB反應(yīng)塔內(nèi)設(shè)置雙流體噴嘴，由壓縮空氣噴入霧化水，在強(qiáng)烈的湍流環(huán)境中，傳質(zhì)、傳熱、吸附、磨擦等作用迅速完成，工藝流程見圖1。

CFB脫酸反應(yīng)塔下部設(shè)置文丘里結(jié)構(gòu)，喉口段使煙氣流速增加到40～50m/s，在擴(kuò)張段加入回流飛灰、消石灰和霧化水，通過強(qiáng)烈的湍流使反應(yīng)劑和煙氣均勻混合?？账魉僖话憔S持在1.8～6m/s，在反應(yīng)塔的上部煙氣混合物進(jìn)入后端的布袋除塵器［1］。

圖1 CFB半干法煙氣處理系統(tǒng)工藝流程

在實(shí)際應(yīng)用中，該技術(shù)設(shè)備簡單，脫酸、除塵效果穩(wěn)定，控制邏輯清晰，易于實(shí)現(xiàn)煙氣降溫和污染物濃度的分開控制。但是也存在脫酸塔內(nèi)反應(yīng)劑活性不足、噴嘴附近易于發(fā)生粘壁的問題。

1.2 NID半干法煙氣處理技術(shù)

NID（New Integrated Desulphurization System） 技術(shù)是ABB公司開發(fā)的，由浙江菲達(dá)公司從ALSTOM公司引進(jìn)中國并推廣的。它由脫酸反應(yīng)器、混合增濕器以及布袋除塵器等設(shè)備組成。石灰消化后與除塵器回流的混合灰在增濕器中加水增濕，再進(jìn)入脫酸反應(yīng)器，工藝流程見圖2。脫酸反應(yīng)器實(shí)質(zhì)是一段直煙道，相較于CFB脫酸反應(yīng)塔，空塔流速高，約10 m/s。增濕器是NID技術(shù)的專利產(chǎn)品，它將生石灰的消化和混合物的攪拌增濕結(jié)合在一起。

圖2 NID系統(tǒng)工藝流程

在實(shí)際應(yīng)用中，該技術(shù)的設(shè)備布置緊湊，占地面積小，對于改建工程具有明顯的優(yōu)勢。同時(shí)混合灰在增濕器中得到均勻的攪拌、增濕，具有極好的流動(dòng)性和反應(yīng)活性，避免了在反應(yīng)塔內(nèi)的粘壁現(xiàn)象［2］。但是由于煙道反應(yīng)器內(nèi)的氣體流速高，夾帶了更多的粉塵進(jìn)入布袋除塵器，布袋入口的粉塵可以高達(dá)1000g/m3，增大了系統(tǒng)的除塵負(fù)擔(dān)和運(yùn)行能耗。

2 塔外增濕式CFB半干法煙氣處理技術(shù)及應(yīng)用案例

2.1 技術(shù)特點(diǎn)

該技術(shù)是將NID的增濕器概念引入CFB反應(yīng)塔的設(shè)計(jì)中，改變原有通過溜槽和流化風(fēng)回流飛灰的做法，使飛灰、消石灰和水在塔外混合均勻，提高反應(yīng)劑的活性和混合物的均質(zhì)性，提高反應(yīng)效率，避免了塔內(nèi)噴水可能產(chǎn)生的粘壁現(xiàn)象。

該系統(tǒng)采用的塔外增濕器為犁式混合器形式，內(nèi)部葉片的運(yùn)動(dòng)可以使物料在局部形成無序運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，高剪切力的作用使物料迅速混合均勻，不結(jié)塊。設(shè)置3個(gè)進(jìn)料口，消石灰、飛灰和水分別加入，易于分開進(jìn)行控制?；旌虾蟮奈锪虾士刂圃?%～7%，具有極好的流動(dòng)性，出料由螺旋輸送至CFB反應(yīng)塔的擴(kuò)張段。

該系統(tǒng)在CFB反應(yīng)塔的中上部設(shè)置了1個(gè)噴水口，在正常工況下，噴嘴不啟動(dòng)。若布袋入口的溫度傳感器監(jiān)測到溫度超過設(shè)定上限，為了避免布袋的損壞，啟動(dòng)塔內(nèi)噴水。這樣的控制方式使煙氣溫度和污染物濃度的控制分開，避免了相互影響，增濕器內(nèi)混合灰可以在最佳工況下運(yùn)行，從而確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.2 應(yīng)用案例

我國南方某市的生活垃圾焚燒發(fā)電廠，處理規(guī)模為800 t/d，因?yàn)樯罾幚砹康牟粩嘣黾?，需要擴(kuò)建1條焚燒線，擴(kuò)建工程的煙氣處理系統(tǒng)采用的是塔外增濕式CFB半干法煙氣處理技術(shù)，煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行GB 18485—2014。工藝流程見圖3。

煙氣從CFB反應(yīng)塔的下部進(jìn)入，經(jīng)過文丘里管的喉口后煙氣流速增加，在擴(kuò)張段與塔外增濕器送入的混合灰相遇，在劇烈的傳質(zhì)、傳熱過程中，煙氣中的HCl、SO2等酸性氣體與消石灰發(fā)生中和反應(yīng)，在塔的中上部煙氣經(jīng)過雙流噴嘴的二次增濕，進(jìn)一步強(qiáng)化了氣液相的酸堿中和反應(yīng)，提高了塔內(nèi)脫酸效率。之后煙氣與活性炭粉末一起進(jìn)入布袋除塵器，在濾袋表面進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)，將煙氣中的粉塵、酸性氣體、重金屬、二惡英等污染物進(jìn)一步去除，最終排入煙囪。布袋除塵器所攔截的飛灰部分進(jìn)入塔外增濕器，另外的飛灰先排入中間灰倉，經(jīng)由倉泵及密閉管道送入灰?guī)?，由車輛定期外運(yùn)至危險(xiǎn)廢物處理廠。

目前該工程已建成，正在進(jìn)行環(huán)保試運(yùn)行，從目前檢測數(shù)據(jù)來看，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，煙氣脫酸、除塵效果可靠，完全達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.3 關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算

2.3.1 CFB脫酸塔的設(shè)計(jì)思路

首先根據(jù)煙氣的成分和MULLER曲線計(jì)算煙氣的酸露點(diǎn)［3］。MULLER曲線的回歸方程為T=116.551 5+16.063 29lgVSO3+1.053 77（lgVSO3）2。其中：VSO3是煙氣中SO3氣體的體積百萬分率；T是煙氣酸露點(diǎn)溫度。經(jīng)過計(jì)算，本次煙氣酸露點(diǎn)溫度為137.3℃。為了避免后續(xù)設(shè)備和管道的腐蝕，CFB脫酸塔出口的煙氣溫度設(shè)定為155℃。

設(shè)計(jì)煙氣處理量為40 000 m3/h，空塔流速設(shè)定為5 m/s，喉口流速設(shè)定為50 m/s，CFB塔內(nèi)煙氣停留時(shí)間設(shè)定為3 s，根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以確定CFB反應(yīng)塔的外形尺寸。經(jīng)過計(jì)算，本工程CFB塔筒體直徑為2.15 m，塔高為22.11 m（其中文丘里管長度為 7.86 m）。

2.3.2 塔外增濕器的設(shè)計(jì)思路

煙氣進(jìn)口溫度為200℃，根據(jù)進(jìn)、出口溫度計(jì)算增濕器內(nèi)的噴水量，根據(jù)煙氣中HCl和SO2氣體的濃度和相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算消石灰的用量。為了保證可靠的脫酸效率，在計(jì)算過程中Ca/S設(shè)定為1.3，Ca/Cl設(shè)定為0.6。經(jīng)過計(jì)算，消石灰的消耗量約為110 kg/h，增濕水量約為930 kg/h。

混合灰的含水率設(shè)定為5%，則從布袋除塵器回流的飛灰為17.5 t/h，據(jù)此進(jìn)行塔外增濕器的尺寸設(shè)計(jì)和選型，塔外增濕器實(shí)物如圖4所示。本次塔外增濕器全容積為4.75 m3，主軸功率55 kW，筒體直徑為1 m。

圖4 塔外增濕器

3 結(jié)束語

本研究的塔外增濕式CFB半干法煙氣處理技術(shù)是一種改良后的半干法煙氣處理技術(shù)，通過實(shí)際運(yùn)行情況表明，該技術(shù)的應(yīng)用既解決了原有脫酸塔內(nèi)易結(jié)垢的問題，同時(shí)也取得了很好的污染物去除效果，是一種值得推薦的煙氣處理技術(shù)。

［1］王慶東.循環(huán)懸浮式半干法煙氣脫硫技術(shù)的試驗(yàn)和機(jī)理研究［D］.杭州：浙江大學(xué)，2002.

［2］傅伯和.NID干法脫硫配套電除塵器技術(shù)簡介［C］.第9屆全國電除塵學(xué)術(shù)會議/第1屆全國脫硫?qū)W術(shù)會議論文集，2001.

［3］施勇，穆璐瑩，吳剛，等.生活垃圾焚燒煙氣酸露點(diǎn)的計(jì)算方法和分析［J］.中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2014(3):38-40.