反應塔噴淋系統(tǒng)在煙氣凈化系統(tǒng)中的研究應用

文_周建富 羅小棟 劉兆峰 光大環(huán)保能源（蘇州）有限公司

1 現(xiàn)狀調(diào)研

1.1 研究目的

某焚燒項目反應塔處理煙氣能力57649m3/h（標況）規(guī)格型號：D=7500，H=8500。設計之初未設計反應塔噴淋系統(tǒng)，而在當前環(huán)保形式下，在霧化器發(fā)生故障或沖洗時，減溫水中斷，反應塔出口煙溫迅速升高，達到180℃以上，干法系統(tǒng)在高溫下因無與之配合的減溫水，脫酸效果差，二氧化硫和氯化氫指標會大幅波動，無法實現(xiàn)達標排放，鍋爐需大幅度降低負荷運行，嚴重影響鍋爐設備的穩(wěn)定運行及環(huán)保指標的控制。在霧化器設備發(fā)生故障的情況下，如何快速采取措施使煙氣排放不超標且鍋爐負荷不受影響，是此次研究的目的。

1.2 實施的必要性

鍋爐額定負荷27t/h，當霧化器故障時，需立即降低負荷至20t/h，繼續(xù)降低將無法保證爐溫達到《生活垃圾焚燒污染物控制標準》規(guī)定的850℃以上。此時煙溫在干法投入情況下，煙溫由150℃快速升至170℃，15min就達到200℃。此時SO2超標。

該項目二期工程于2019年技改增加了噴淋水系統(tǒng)，經(jīng)過試驗效果良好，5～8月期間，一臺爐霧化器5次故障跳機，另一臺爐4次故障跳機，通過投加反應塔噴淋，實現(xiàn)了鍋爐能夠在降低部分負荷的情況下，短時間內(nèi)維持國標排放。因此急需對一期增加反應塔噴淋系統(tǒng)，同時在二期系統(tǒng)的基礎上，進一步改進，增加具備噴射堿液NaOH的能力。目的是實現(xiàn)既不降低負荷，又能達到公司的內(nèi)控歐標水平排放，同時又能實現(xiàn)配合干法實現(xiàn)霧化器故障下的長時間穩(wěn)定運行。

2 研究并制定對策

2.1 理論研究

本次研究是要實現(xiàn)在已經(jīng)有成功經(jīng)驗的噴淋水系統(tǒng)的基礎上，通過增加部分設備，進一步完善系統(tǒng)，達到同時能噴淋堿液的目的，具有雙重作用。首先要計算需要堿液的總量及噴嘴數(shù)量、噴嘴噴射能力。

隨機抽取三臺爐某一時間的運行數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 某一時間三臺爐的工況運行數(shù)據(jù)

三臺爐工況來看，1#爐工況最差，同樣負荷下，消耗的石灰漿和減溫水最多，此設計以1#爐用量作為計算依據(jù)，設備選型以滿足1#爐所需為基準。

煙氣中的HCl、SO2成分與Ca（OH）2、NaOH發(fā)生如下化學反應：

由以上四個化學反應過程可知，同樣的煙氣量，處理同樣酸性污染物，需要1體積的Ca（OH）2和2體積的NaOH，兩種介質(zhì)的分子量分別為74g/mol和40g/mol，那么兩種介質(zhì)所需的質(zhì)量比為74：80。

系統(tǒng)現(xiàn)用Ca（OH）2常用流量2817kg/h，濃度均值為9.5%，以1h計算Ca（OH）2質(zhì)量為：

2817×0.095=267.6kg。

那么同等煙氣量情況下，計算需要的NaOH質(zhì)量為：

267.6 ÷74×80=289.3kg。

當前采購NaOH原液濃度為30%，則需原液的質(zhì)量為：

289.3 ÷0.3=964.3kg。

為了達到相同的排煙溫度，霧化器投入狀態(tài)下，需要的減溫水量是：

2817×（1－0.095） ＋1500=4049kg。

為達到相同的排煙溫度，在投噴淋堿液狀態(tài)下，需增加稀釋水量是：

4049－964.3×（1－0.3）=3373kg。

為達到相同排煙溫度，投入堿液需按照964.3與3373的比例混合，約1：3.5的比例進行稀釋。最終噴淋單臺爐需要的噴堿液的總量為：

964.3 ＋3373=4337.3kg。

通過理論計算，設計單臺爐最低噴淋量能達到4337kg/h的出力，實際選型可以適當放大參數(shù)。

2.2 設計思路

總體思路：新增一個氫氧化鈉溶液罐，容積為20m3，并增加一臺化工專用離心泵，將氫氧化鈉溶液輸送至三臺爐反應塔上，通過氣液霧化噴槍噴入反應塔，從而達到降溫及酸堿中和的目的。噴槍霧氣壓為3～5barg，直接采購30%的氫氧化鈉溶液稀釋后進行噴射，卸車用的氫氧化鈉溶液泵流量為6～8t/h。

本項目的噴淋系統(tǒng)安裝就地控制柜及遠方硬接線接口，反應塔溫度通過出口測點反饋，通過電動調(diào)閥控制氫氧化鈉噴淋流量。

2.3 具體施工方案及技術要求

增加一個氫氧化鈉溶液罐，在一側(cè)挖排污坑，安裝排污泵，在四周做圍堰，并做防滲防漏處理，圍堰高度應滿足國家對危險化學品的相關要求，溶液罐采用玻璃鋼材質(zhì)，頂部安裝攪拌器、人孔門、靜壓式液位計（遠傳）、底部排污閥等。

安裝氫氧化鈉溶液添加口，安裝一臺氟塑料耐腐蝕泵，用于將氫氧化鈉打入溶液罐內(nèi)，并在溶液罐頂裝排氣管道引致進口旁，添加口至溶液罐用不銹鋼管制作。

引一路生產(chǎn)水至氫氧化鈉溶液罐，并安裝不銹鋼手動球閥，自現(xiàn)有煙溫水泵出口引一路水至氫氧化鈉供液管道，并裝不銹鋼氣動球閥，做為管路沖洗水，以防止結(jié)晶。

在堿液罐旁增加一臺化工用離心泵，將氫氧化鈉溶液輸送至鍋爐反應塔頂部，氫氧化鈉溶液泵出口需安裝不銹鋼氣動球閥（與沖洗氣動球閥形成開關連鎖），并裝再循環(huán)旁路，旁路管道上安裝電動調(diào)節(jié)閥一臺，通過母管壓力傳感器實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，來保證母管壓力恒定。

各離心泵至開關室鋪設動力電纜，離心泵的啟停控制需接至DCS，同時具備就地操作柜，氟塑料卸車泵就地控制。

在氫氧化鈉溶液母管上裝一臺電磁流量計、壓力變送器（遠傳），并在反應塔上安裝一臺電動調(diào)節(jié)閥（遠控），調(diào)節(jié)閥后遠控分別輸送至三臺爐，氣動球閥用以各臺爐切換。

各個噴淋槍管用不銹鋼制作，通過壓縮空氣對氫氧化鈉溶液進行霧化，槍管與母管之間用高壓混編鋼絲管連接，噴淋槍噴射管需帶自動伸縮功能，投用時槍頭投入反應塔內(nèi)，停用時縮回，各噴淋槍前需安裝手動球閥，做為單獨隔離用。

噴淋裝置用氣自廠用壓縮空氣就近引出，儀用壓縮空氣就近引出，霧化壓縮空氣母管需安裝不銹鋼氣動球閥、濾網(wǎng)和電動（氣動）調(diào)節(jié)閥，各噴槍霧化壓縮空氣安裝不銹鋼球閥。

就地安裝控制柜，部分需遠控的設備將控制線拉至電子間，氫氧化鈉溶液流量、壓力，壓縮空氣調(diào)門開度、壓力、化工泵的啟停均需遠傳至DCS。

霧化用壓縮空氣電動調(diào)節(jié)閥應能跟隨氫氧化鈉溶液電動調(diào)節(jié)閥自動調(diào)節(jié)，以確保在不同用量情況下噴淋槍霧化效果。

3 對策實施

3.1 設計參數(shù)

根據(jù)鍋爐的設計煙氣參數(shù)，匯總需滿足的鍋爐運行工況參數(shù)如表2所示。

表2 鍋爐設計輸入?yún)?shù)

3.2 選擇噴槍參數(shù)

根據(jù)理論計算及與實際情況對比，需要將煙氣從平均255℃降至150℃以下。具體方案設計參數(shù)如表3所示。

表3 噴槍設計選型參數(shù)

3.3 布置系統(tǒng)圖設置

根據(jù)設計方案，繪制施工示意圖。

3.4 噴槍布置圖

采用4支噴槍布置，布置在半干法塔頂，環(huán)形布置，噴槍與水平噴射夾角為60°（根據(jù)現(xiàn)場情況可增加為70°）。

3.5 實施后的現(xiàn)場情況

該項目自2020年初立項，并于2020年9月完成施工，經(jīng)過實際調(diào)試，最終噴嘴噴射霧化效果達到設計工況，噴嘴出口霧化液體角度達到了近60°，且無肉眼可見水珠狀態(tài)。

4 效果驗證

4.1 只投稀釋水，不投堿液情況下測試運行工況

2020年10月13日，對1#爐噴淋水投用1h調(diào)試，基本達到了噴淋改造效果預期，在模擬霧化器故障情況下，投用噴淋煙氣指標國標標準下可控。 將1#爐石灰漿減至零，投入噴淋運行，在環(huán)保參數(shù)先超標而逐步穩(wěn)定運行的情況下試運1h數(shù)據(jù)對比如表4所示。

表4 #1爐只投噴淋水不投堿液情況下工況

4.2 堿液與稀釋水按1:3比例稀釋后測試運行工況

2020年12月17日在鍋爐相同負荷工況下，通過2h投液堿觀察2#爐酸性氣體變化，相比正常投石灰漿酸性氣體指標穩(wěn)定，無大幅波動，反應塔溫度可控，干法停用，運行數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 #2爐投堿液并且停運干法系統(tǒng)下工況

4.3 成本測算

投入石灰情況下，按石灰流量2.8t/h，濃度9.5%噸石灰采購成本約700元，小時成本為：

2.8 ×0.095×700=186元。

投入堿液情況下，按堿液流量2.6t/h，稀釋比1：3，噸原液成本1500元計算，小時成本為：

2.6 ×0.25×1500=975元。

投堿液運行成本約是用石灰成本的5倍。

4.4 小結(jié)

通過研究實驗，確定噴堿液在霧化器故障工況下可以實現(xiàn)穩(wěn)定運行，但成本較石灰比起來相對太高，本項目經(jīng)濟效益不高，但是環(huán)境效益顯著。

4.5 本項目的創(chuàng)新點

反應塔噴淋技術，在近些年已經(jīng)是各個項目的標準配置，但是總體設計原則都是噴水系統(tǒng)配合后期的干法系統(tǒng)進行脫酸反應。本項目創(chuàng)新點在于，突破了傳統(tǒng)意義上的噴淋水設計，通過對投加堿液的可行性進行分析，經(jīng)過實踐檢驗達到了預期的設計效果，后期會繼續(xù)對數(shù)據(jù)進行探索，嘗試用1：3/1：3.5/1：4三種不同濃度的堿液稀釋用于系統(tǒng)，檢驗選擇最合理工況，以最小的投資滿足正常生產(chǎn)需求。

5 結(jié)語

本項目從前期的計算到后續(xù)的設計、施工、調(diào)試，最終達到了預想的效果，實現(xiàn)了在霧化器故障狀態(tài)下，通過投入堿液來保證鍋爐負荷不波動，煙氣指標排放穩(wěn)定，且滿足公司內(nèi)控歐標標準，效果理想。短時間內(nèi)經(jīng)濟投入也不高，環(huán)境效益更明顯。具有推廣價值。后續(xù)繼續(xù)總結(jié)運行經(jīng)驗，為其他煙氣凈化項目提供依據(jù)。