垃圾焚燒煙氣噴霧干燥反應器出口防堵措施研究與實踐

楊榮清

（光大環境科技（中國）有限公司，江蘇 南京 211106）

城鎮化快速發展中的“垃圾圍城”，令“減量化、資源化、無害化”作用明顯的生活垃圾焚燒發電技術漸受垂青。2019年我國城市生活垃圾無害化處理能力869875噸/日，其中焚燒處理能力456499噸/日，占比近52.5%。垃圾焚燒煙氣凈化系統普遍采用噴霧干燥反應器脫除煙氣中的SO2、HCl和HF等酸性氣體，一旦其出現異常，輕則影響性能指標，重則中斷生產甚至誘發安全事故，在設計、制造、安裝和運行時須重視并妥善處理。安徽某生活垃圾焚燒發電廠某型噴霧干燥反應器出口頻繁堵塞，短期內反復停爐、人工清堵和啟爐，不僅勞動強度大、崗位環境惡劣，設備可靠性和可用率也低。所以，分析其堵塞原因并制定解決方案迫在眉睫。

1 噴霧干燥工藝及反應器概述

1.1 噴霧干燥工藝流程

安徽省某生活垃圾發電廠一期規模為2×400tMSW/d，爐后焚燒煙氣主要采用噴霧干燥工藝脫酸，工藝流程見圖1。

圖1 噴霧干燥工藝流程圖

原煙氣（190～220℃）從反應器頂部進入，與石灰漿（質量濃度8%～12%）霧化后的細小霧滴混合，煙氣中大部分酸性氣體在反應器內被脫除；表面干燥但未完全反應的顆粒物，除少量黏附在器壁和沉積在灰斗中并被轉移到灰倉以外，大部分跟隨煙氣（宜≥145℃）經反應器出口煙道流向袋式除塵器，并在濾袋表面進一步脫酸。

1.2 反應器及其運行概況

（1）反應器外形及規格：設備外形如圖2所示，直筒段高度11m，直徑9m，灰斗高度7.7m，灰斗壁傾角61.5°，煙氣出口煙道直徑1.86m，存在S彎，起始端位于灰斗中間高度位置，且端口與灰斗壁齊平并坡口朝上。

圖2 現有噴霧干燥反應器立面圖

（2）反應器出口煙道嚴重堵塞，煙氣有效流通面積僅為橫截面積的30%左右（見圖3）。

（3）反應器出口濕煙氣部分運行參數10日均值等如表1所示（期間出口煙溫主要運行區間為133～145℃）。

（4）噴霧干燥反應器其余機電設備均完好無損且運轉正常；單臺引風機日均電耗4500kWh。

2 現有噴霧干燥反應器的特點分析

現場的反應器采用當前較為常見的離心式噴霧干燥反應器，雖主要設備和設施狀況良好，但仍頻繁發生出口堵塞現象，以致設備可用率過低，其主要技術缺陷可以歸為以下幾個方面：

（1）煙氣出口開孔位置偏低。如圖2所示，現有煙氣出口位置略低于灰斗中間高度，因為越往下灰斗能容納的飛灰越少，所以煙氣出口越低越容易積灰堵塞。

圖3 現有反應器出口堵塞現場與示意

（2）出口煙氣流速過低。結合運行數據計算，現有反應器出口煙道內煙氣的實際流速7.7～10.2m/s（見表1），遠低于業內常規值，而流速過低會導致煙氣中的粉塵更容易沉積。因此，反應器出口堵塞具備流速條件。

（3）煙氣出口型式不合理?，F有反應器煙氣出口型式的技術缺點，主要在于兩個方面：①煙氣出口起始端口緊貼灰斗壁面（見如圖2）。該型式降低了整體呈軸對稱的設備空腔的對稱性，容易引起偏流現象，引起出口附近氣流短路和飛灰慣性力的增加，進一步加劇煙氣出口內積灰和堵塞現象；②煙氣出口起始端的坡口向上（見圖2）。這種設計不僅導致更多飛灰在重力和慣性力作用下直接在端部開始沉積，更為嚴重的是，一旦反應器上方黏壁灰塊大面積剝落墜下，可能直接將出口堵死，造成停爐損失。

表1 反應器出口濕煙氣運行參數

（4）煙氣出口煙道的布置不順直。原先設計時或因相鄰設備進出口高差大，在反應器和袋式除塵器之間的煙道設有S彎，使得煙氣流經兩彎頭時可能分別出現兩個旋渦區，并分別產生二次流現象，氣流螺旋運動加大壓力損失；同時，由于對管路壓力損失影響較大的是尾渦和二次流，而兩處尾渦和二次流的旋向恰好兩兩相反，進一步加大局部壓力損失和渦流的影響長度。因此，反應器出口煙道堵塞具備流場分布條件。

（5）反應器操作溫度過低。現場運行記錄顯示，反應器出口煙溫（133～145℃）未高出煙氣露點20℃，明顯低于行業要求，非常容易結露，致使反應器出口煙道內飛灰積灰和堵塞現象進一步惡化。因此，現有反應器出口煙道堵塞具備溫度條件。

3 改進方案研究及其可行性分析

針對現有噴霧干燥反應器的上述不足，可從破壞其堵塞形成的型式、流速、流場分布及溫度等條件著手，分別制定改進措施。

（1）提高煙氣出口位置。將煙氣出口開孔位置提高至0.6倍灰斗高度以上，減少存灰對煙氣出口的影響，能在一定程度上緩解堵塞。

（2）為破壞堵塞的流速條件，應提高出口煙氣流速至合理區間（12～16m/s）。由于引風機采用變頻調速且余量充足，可減小出口煙道直徑以提高相同鍋爐負荷下的煙氣流速。根據表2中的平均煙氣量，出口直徑宜設為1.45m。

（3）煙氣出口起始端延伸至反應器中心軸位置，且45°坡口向下。將煙氣出口改為自反應器軸心處取氣，盡量減少因結構不對稱引起的偏流和局部積灰現象；將坡口向下，減少直接進入煙氣出口內的大粒徑飛灰量，減少大幅降低極端情況下停爐的風險。此外，灰斗內的煙道頂部應設人字坡，降低直筒段黏壁大面積剝落后煙氣出口的沖擊。

（4）將S彎替換為直煙道，打破飛灰沉積的流場分布條件。采用直管，減少煙氣渦流和二次流，從而降低出口煙道內的積灰幾率，并減小管路壓力損失。

（5）提高噴霧干燥反應器運行溫度，破壞結露、堵塞和低溫腐蝕的溫度條件。為滿足前文所述的反應器出口煙溫，當煙氣量和入口煙溫一定時，噴霧干燥所需總水量就已確定；噴霧干燥總水量可由石灰漿或減溫水提供，運行中可結合原煙氣溫度、污染物原始和排放濃度等參數適度調整。實踐中時常會遇到極端情形，即酸性氣態污染物濃度過高、反應器入口煙溫過低，以致即便停供減溫水，僅憑石灰漿中的水就可將出口煙溫降至控制溫度下限，而吸收劑仍不滿足煙氣脫酸需求。此時切忌立即加大漿液流量，否則容易出現反應器出口煙溫過低導致煙氣結露現象，引發板結、堵塞、設備和管路腐蝕等連串問題。從長遠看，通過（在8%～13%范圍內）適當提高漿液質量濃度、啟動干法進行調峰、提高消石灰品質以及調節余熱鍋爐前的三通閥等方式適當提高原煙氣溫度等措施，合理提高反應器操作溫度，其收效遠比單純加大漿液流量理想。

圖4 改進后噴霧干燥反應器立面圖

以上措施中，（2）（3）和（4）可同步實施并提前完成制作；（1）可待停爐檢修時實施，在做好替換現有煙道的同時，還要做好新開孔及其與新煙道連接處的局部補強工作，以及原煙道開孔的封堵工作；焊接完成后，應對焊縫進行煤油查漏，漏點要補焊；最后還應做好煙道保溫工作。（5）需要結合電廠實際和運行工況，在運行時靈活處理并總結經驗。改進后，噴霧干燥反應器出口煙道的布置更順直，起始端型式更合理（見圖4）。

4 實施效果及分析

按照上述措施對反應器進行改造，同時對運行中的控制參數等作出調整后，經過近三年的實踐檢驗，達到了預期效果，并同步實現了節能和降耗：

（1）噴霧干燥反應器出口堵塞現象已經徹底好轉，清灰頻次和單次清灰量均顯著降低，既減少了勞動量，又提高了反應器的可用率。

（2）因改造后設備阻力降低，鍋爐額定負荷下單臺引風機的日平均電耗從原先4500kWh降至1500kWh，若年運行時間按8000h計，則兩臺引風機每年大約可節約用電200萬kWh，節能效果顯著。

（3）堵塞物減少也從側面表明反映出吸收劑利用率的提高。改造前曾出現煙氣出口堵塞致堆積物前移至反應器內，以致人工清灰時單臺反應器單次清理出約150噸飛灰的情況，而其中大部分原本可在袋式除塵器濾袋表面被進一步用于脫酸。所以，改造有利于提高吸收劑的利用率，降低石灰消耗和飛灰產量。

5 結語

垃圾焚燒煙氣噴霧干燥反應器積灰現象無法完全避免，但設備設計和運行操作過程中的部分不合理因素是完全有條件提前消除的，否則可能會嚴重影響垃圾焚燒處理。本次研究對某型噴霧干燥反應器出口堵塞原因進行理論分析，并據此制定防治措施、論證其可行性，在此基礎上對反應器的設計和運行進行局部改進和調整，有效地解決了反應器煙氣出口堵塞過頻的問題，不僅達到了預期效果，還具有顯著的節能和降耗作用。