反應(yīng)塔噴淋系統(tǒng)在煙氣凈化系統(tǒng)中的研究應(yīng)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(xiàng)目反應(yīng)塔處理煙氣能力57649m3/h（標(biāo)況）規(guī)格型號(hào)：D=7500，H=8500。設(shè)計(jì)之初未設(shè)計(jì)反應(yīng)塔噴淋系統(tǒng)，而在當(dāng)前環(huán)保形式下，在霧化器發(fā)生故障或沖洗時(shí)，減溫水中斷，反應(yīng)塔出口煙溫迅速升高，達(dá)到180℃以上，干法系統(tǒng)在高溫下因無(wú)與之配合的減溫水，脫酸效果差，二氧化硫和氯化氫指標(biāo)會(huì)大幅波動(dòng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，鍋爐需大幅度降低負(fù)荷運(yùn)行，嚴(yán)重影響鍋爐設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行及環(huán)保指標(biāo)的控制。在霧化器設(shè)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(biāo)且鍋爐負(fù)荷不受影響，是此次研究的目的。

1.2 實(shí)施的必要性

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

該項(xiàng)目二期工程于2019年技改增加了噴淋水系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)效果良好，5～8月期間，一臺(tái)爐霧化器5次故障跳機(jī)，另一臺(tái)爐4次故障跳機(jī)，通過(guò)投加反應(yīng)塔噴淋，實(shí)現(xiàn)了鍋爐能夠在降低部分負(fù)荷的情況下，短時(shí)間內(nèi)維持國(guó)標(biāo)排放。因此急需對(duì)一期增加反應(yīng)塔噴淋系統(tǒng)，同時(shí)在二期系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改進(jìn)，增加具備噴射堿液NaOH的能力。目的是實(shí)現(xiàn)既不降低負(fù)荷，又能達(dá)到公司的內(nèi)控歐標(biāo)水平排放，同時(shí)又能實(shí)現(xiàn)配合干法實(shí)現(xiàn)霧化器故障下的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。

2 研究并制定對(duì)策

2.1 理論研究

本次研究是要實(shí)現(xiàn)在已經(jīng)有成功經(jīng)驗(yàn)的噴淋水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加部分設(shè)備，進(jìn)一步完善系統(tǒng)，達(dá)到同時(shí)能噴淋堿液的目的，具有雙重作用。首先要計(jì)算需要堿液的總量及噴嘴數(shù)量、噴嘴噴射能力。

隨機(jī)抽取三臺(tái)爐某一時(shí)間的運(yùn)行數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 某一時(shí)間三臺(tái)爐的工況運(yùn)行數(shù)據(jù)

三臺(tái)爐工況來(lái)看，1#爐工況最差，同樣負(fù)荷下，消耗的石灰漿和減溫水最多，此設(shè)計(jì)以1#爐用量作為計(jì)算依據(jù)，設(shè)備選型以滿足1#爐所需為基準(zhǔn)。

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

由以上四個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)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(jì)算Ca（OH）2質(zhì)量為：

2817×0.095=267.6kg。

那么同等煙氣量情況下，計(jì)算需要的NaOH質(zhì)量為：

267.6 ÷74×80=289.3kg。

當(dāng)前采購(gòu)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(dá)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(dá)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(dá)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(jìn)行稀釋。最終噴淋單臺(tái)爐需要的噴堿液的總量為：

964.3 ＋3373=4337.3kg。

通過(guò)理論計(jì)算，設(shè)計(jì)單臺(tái)爐最低噴淋量能達(dá)到4337kg/h的出力，實(shí)際選型可以適當(dāng)放大參數(shù)。

2.2 設(shè)計(jì)思路

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

本項(xiàng)目的噴淋系統(tǒng)安裝就地控制柜及遠(yuǎn)方硬接線接口，反應(yīng)塔溫度通過(guò)出口測(cè)點(diǎn)反饋，通過(guò)電動(dòng)調(diào)閥控制氫氧化鈉噴淋流量。

2.3 具體施工方案及技術(shù)要求

增加一個(gè)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(yīng)滿足國(guó)家對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品的相關(guān)要求，溶液罐采用玻璃鋼材質(zhì)，頂部安裝攪拌器、人孔門(mén)、靜壓式液位計(jì)（遠(yuǎn)傳）、底部排污閥等。

安裝氫氧化鈉溶液添加口，安裝一臺(tái)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(jìn)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(dòng)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(dòng)球閥，做為管路沖洗水，以防止結(jié)晶。

在堿液罐旁增加一臺(tái)化工用離心泵，將氫氧化鈉溶液輸送至鍋爐反應(yīng)塔頂部，氫氧化鈉溶液泵出口需安裝不銹鋼氣動(dòng)球閥（與沖洗氣動(dòng)球閥形成開(kāi)關(guān)連鎖），并裝再循環(huán)旁路，旁路管道上安裝電動(dòng)調(diào)節(jié)閥一臺(tái)，通過(guò)母管壓力傳感器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，來(lái)保證母管壓力恒定。

各離心泵至開(kāi)關(guān)室鋪設(shè)動(dòng)力電纜，離心泵的啟停控制需接至DCS，同時(shí)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(tái)電磁流量計(jì)、壓力變送器（遠(yuǎn)傳），并在反應(yīng)塔上安裝一臺(tái)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥（遠(yuǎn)控），調(diào)節(jié)閥后遠(yuǎn)控分別輸送至三臺(tái)爐，氣動(dòng)球閥用以各臺(tái)爐切換。

各個(gè)噴淋槍管用不銹鋼制作，通過(guò)壓縮空氣對(duì)氫氧化鈉溶液進(jìn)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(dòng)伸縮功能，投用時(shí)槍頭投入反應(yīng)塔內(nèi)，停用時(shí)縮回，各噴淋槍前需安裝手動(dòng)球閥，做為單獨(dú)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(dòng)球閥、濾網(wǎng)和電動(dòng)（氣動(dòng)）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(yuǎn)控的設(shè)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(mén)開(kāi)度、壓力、化工泵的啟停均需遠(yuǎn)傳至DCS。

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

3 對(duì)策實(shí)施

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)鍋爐的設(shè)計(jì)煙氣參數(shù)，匯總需滿足的鍋爐運(yùn)行工況參數(shù)如表2所示。

表2 鍋爐設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)

3.2 選擇噴槍參數(shù)

根據(jù)理論計(jì)算及與實(shí)際情況對(duì)比，需要將煙氣從平均255℃降至150℃以下。具體方案設(shè)計(jì)參數(shù)如表3所示。

表3 噴槍設(shè)計(jì)選型參數(shù)

3.3 布置系統(tǒng)圖設(shè)置

根據(jù)設(shè)計(jì)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(chǎng)情況可增加為70°）。

3.5 實(shí)施后的現(xiàn)場(chǎng)情況

該項(xiàng)目自2020年初立項(xiàng)，并于2020年9月完成施工，經(jīng)過(guò)實(shí)際調(diào)試，最終噴嘴噴射霧化效果達(dá)到設(shè)計(jì)工況，噴嘴出口霧化液體角度達(dá)到了近60°，且無(wú)肉眼可見(jiàn)水珠狀態(tài)。

4 效果驗(yàn)證

4.1 只投稀釋水，不投堿液情況下測(cè)試運(yùn)行工況

2020年10月13日，對(duì)1#爐噴淋水投用1h調(diào)試，基本達(dá)到了噴淋改造效果預(yù)期，在模擬霧化器故障情況下，投用噴淋煙氣指標(biāo)國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)下可控。 將1#爐石灰漿減至零，投入噴淋運(yùn)行，在環(huán)保參數(shù)先超標(biāo)而逐步穩(wěn)定運(yùn)行的情況下試運(yùn)1h數(shù)據(jù)對(duì)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(cè)試運(yùn)行工況

2020年12月17日在鍋爐相同負(fù)荷工況下，通過(guò)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(biāo)穩(wěn)定，無(wú)大幅波動(dòng)，反應(yīng)塔溫度可控，干法停用，運(yùn)行數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 #2爐投堿液并且停運(yùn)干法系統(tǒng)下工況

4.3 成本測(cè)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(gòu)成本約700元，小時(shí)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(jì)算，小時(shí)成本為：

2.6 ×0.25×1500=975元。

投堿液運(yùn)行成本約是用石灰成本的5倍。

4.4 小結(jié)

通過(guò)研究實(shí)驗(yàn)，確定噴堿液在霧化器故障工況下可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，但成本較石灰比起來(lái)相對(duì)太高，本項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益不高，但是環(huán)境效益顯著。

4.5 本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)

反應(yīng)塔噴淋技術(shù)，在近些年已經(jīng)是各個(gè)項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)配置，但是總體設(shè)計(jì)原則都是噴水系統(tǒng)配合后期的干法系統(tǒng)進(jìn)行脫酸反應(yīng)。本項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)在于，突破了傳統(tǒng)意義上的噴淋水設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)投加堿液的可行性進(jìn)行分析，經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果，后期會(huì)繼續(xù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(yàn)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(yǔ)

本項(xiàng)目從前期的計(jì)算到后續(xù)的設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試，最終達(dá)到了預(yù)想的效果，實(shí)現(xiàn)了在霧化器故障狀態(tài)下，通過(guò)投入堿液來(lái)保證鍋爐負(fù)荷不波動(dòng)，煙氣指標(biāo)排放穩(wěn)定，且滿足公司內(nèi)控歐標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，效果理想。短時(shí)間內(nèi)經(jīng)濟(jì)投入也不高，環(huán)境效益更明顯。具有推廣價(jià)值。后續(xù)繼續(xù)總結(jié)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，為其他煙氣凈化項(xiàng)目提供依據(jù)。