一種新型的CFB半干法煙氣處理技術在生活垃圾焚燒中的應用

苗豪梅，曹作忠，何 亮，白 皓

（1.北京環衛集團環境研究發展有限公司，北京 100101；2.北京機電院高技術股份有限公司，北京100027）

1 CFB和NID半干法煙氣處理技術簡介

1.1 CFB煙氣處理技術

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

CFB脫酸反應塔下部設置文丘里結構，喉口段使煙氣流速增加到40～50m/s，在擴張段加入回流飛灰、消石灰和霧化水，通過強烈的湍流使反應劑和煙氣均勻混合。空塔流速一般維持在1.8～6m/s，在反應塔的上部煙氣混合物進入后端的布袋除塵器［1］。

圖1 CFB半干法煙氣處理系統工藝流程

在實際應用中，該技術設備簡單，脫酸、除塵效果穩定，控制邏輯清晰，易于實現煙氣降溫和污染物濃度的分開控制。但是也存在脫酸塔內反應劑活性不足、噴嘴附近易于發生粘壁的問題。

1.2 NID半干法煙氣處理技術

NID（New Integrated Desulphurization System） 技術是ABB公司開發的，由浙江菲達公司從ALSTOM公司引進中國并推廣的。它由脫酸反應器、混合增濕器以及布袋除塵器等設備組成。石灰消化后與除塵器回流的混合灰在增濕器中加水增濕，再進入脫酸反應器，工藝流程見圖2。脫酸反應器實質是一段直煙道，相較于CFB脫酸反應塔，空塔流速高，約10 m/s。增濕器是NID技術的專利產品，它將生石灰的消化和混合物的攪拌增濕結合在一起。

圖2 NID系統工藝流程

在實際應用中，該技術的設備布置緊湊，占地面積小，對于改建工程具有明顯的優勢。同時混合灰在增濕器中得到均勻的攪拌、增濕，具有極好的流動性和反應活性，避免了在反應塔內的粘壁現象［2］。但是由于煙道反應器內的氣體流速高，夾帶了更多的粉塵進入布袋除塵器，布袋入口的粉塵可以高達1000g/m3，增大了系統的除塵負擔和運行能耗。

2 塔外增濕式CFB半干法煙氣處理技術及應用案例

2.1 技術特點

該技術是將NID的增濕器概念引入CFB反應塔的設計中，改變原有通過溜槽和流化風回流飛灰的做法，使飛灰、消石灰和水在塔外混合均勻，提高反應劑的活性和混合物的均質性，提高反應效率，避免了塔內噴水可能產生的粘壁現象。

該系統采用的塔外增濕器為犁式混合器形式，內部葉片的運動可以使物料在局部形成無序運動的狀態，高剪切力的作用使物料迅速混合均勻，不結塊。設置3個進料口，消石灰、飛灰和水分別加入，易于分開進行控制。混合后的物料含水率控制在5%～7%，具有極好的流動性，出料由螺旋輸送至CFB反應塔的擴張段。

該系統在CFB反應塔的中上部設置了1個噴水口，在正常工況下，噴嘴不啟動。若布袋入口的溫度傳感器監測到溫度超過設定上限，為了避免布袋的損壞，啟動塔內噴水。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，增濕器內混合灰可以在最佳工況下運行，從而確保了系統的穩定性。

2.2 應用案例

我國南方某市的生活垃圾焚燒發電廠，處理規模為800 t/d，因為生活垃圾處理量的不斷增加，需要擴建1條焚燒線，擴建工程的煙氣處理系統采用的是塔外增濕式CFB半干法煙氣處理技術，煙氣排放標準執行GB 18485—2014。工藝流程見圖3。

煙氣從CFB反應塔的下部進入，經過文丘里管的喉口后煙氣流速增加，在擴張段與塔外增濕器送入的混合灰相遇，在劇烈的傳質、傳熱過程中，煙氣中的HCl、SO2等酸性氣體與消石灰發生中和反應，在塔的中上部煙氣經過雙流噴嘴的二次增濕，進一步強化了氣液相的酸堿中和反應，提高了塔內脫酸效率。之后煙氣與活性炭粉末一起進入布袋除塵器，在濾袋表面進一步發生反應，將煙氣中的粉塵、酸性氣體、重金屬、二惡英等污染物進一步去除，最終排入煙囪。布袋除塵器所攔截的飛灰部分進入塔外增濕器，另外的飛灰先排入中間灰倉，經由倉泵及密閉管道送入灰庫，由車輛定期外運至危險廢物處理廠。

目前該工程已建成，正在進行環保試運行，從目前檢測數據來看，系統運行穩定，煙氣脫酸、除塵效果可靠，完全達到設計標準的要求。

2.3 關鍵參數計算

2.3.1 CFB脫酸塔的設計思路

首先根據煙氣的成分和MULLER曲線計算煙氣的酸露點［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是煙氣酸露點溫度。經過計算，本次煙氣酸露點溫度為137.3℃。為了避免后續設備和管道的腐蝕，CFB脫酸塔出口的煙氣溫度設定為155℃。

設計煙氣處理量為40 000 m3/h，空塔流速設定為5 m/s，喉口流速設定為50 m/s，CFB塔內煙氣停留時間設定為3 s，根據以上數據可以確定CFB反應塔的外形尺寸。經過計算，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 塔外增濕器的設計思路

煙氣進口溫度為200℃，根據進、出口溫度計算增濕器內的噴水量，根據煙氣中HCl和SO2氣體的濃度和相應的排放標準，計算消石灰的用量。為了保證可靠的脫酸效率，在計算過程中Ca/S設定為1.3，Ca/Cl設定為0.6。經過計算，消石灰的消耗量約為110 kg/h，增濕水量約為930 kg/h。

混合灰的含水率設定為5%，則從布袋除塵器回流的飛灰為17.5 t/h，據此進行塔外增濕器的尺寸設計和選型，塔外增濕器實物如圖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 結束語

本研究的塔外增濕式CFB半干法煙氣處理技術是一種改良后的半干法煙氣處理技術，通過實際運行情況表明，該技術的應用既解決了原有脫酸塔內易結垢的問題，同時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。

［1］王慶東.循環懸浮式半干法煙氣脫硫技術的試驗和機理研究［D］.杭州：浙江大學，2002.

［2］傅伯和.NID干法脫硫配套電除塵器技術簡介［C］.第9屆全國電除塵學術會議/第1屆全國脫硫學術會議論文集，2001.

［3］施勇，穆璐瑩，吳剛，等.生活垃圾焚燒煙氣酸露點的計算方法和分析［J］.中國環保產業，2014(3):38-40.