垃圾焚燒尾氣處理急冷塔優化設計

胡少龍，黃培培，楊吉濤，蘇新星，易允燕

（安徽盛運環保工程有限公司，合肥 230041）

目前，垃圾的處理方法以垃圾焚燒的方式分類，可分為全量燃燒（即垃圾直接焚燒）和“燃料制備”后燃燒兩種。采用全量燃燒方法時，只要垃圾的熱值達到許可值以上，無須先將垃圾分揀。此法工藝成熟、運行可靠、爐溫較高、操作較簡易、燃燒較充分，爐渣的含碳量可達到小于3%，與燃煤鍋爐無異，且減容量可達80%～90%，是垃圾減容和資源回收的常用方法。目前西歐及美國、日本的大部分垃圾焚燒廠都采用此技術，但投資較高。另一種是對垃圾中的可燃組分焚燒處理，焚燒前需要進行“燃料制備”制成為二次燃料。其熱值高，一般要超過1萬kJ/kg，可替代部分常規燃料。因此，垃圾進爐前需要經過分揀，將不燃物或低熱值組分除去，有的還要求將垃圾破碎，使進爐垃圾的粒徑大致均勻。

為了解決生活垃圾對環境的影響，目前可行性方案中，垃圾焚燒是安全、環保且高效的解決方案。但是在無害化、減量化和資源化處理垃圾的同時，必須嚴格控制好各種有害氣體的排放。考慮到經濟效益，在控制有害物質排放的同時，系統也要便于操作及維護。本文就煙氣凈化處理系統中的重要設備“急冷塔”在實際運行中出現的問題進行具體分析并提出改進辦法，以達到環保和經濟雙贏的目的。

1 垃圾焚燒半干法急冷塔的應用及問題

按照國家有關垃圾焚燒排放標準的要求以及從垃圾焚燒發電廠的整體考慮，有效達到垃圾焚燒有害物的排放值是必須執行的。在某項目的一期設計中，針對性地采用了干法工藝處理煙氣，確保煙氣排放達到《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB/T18485-2014）。具體處理前后的對比見表1、表2。

表1 處理前的鍋爐出口煙氣參數

表2 處理后的污染物排放限值

該項目一期運行雖排放達標，但急冷塔出現了濕灰、濕壁、濕底及堵灰現象，影響項目正常運行及現場衛生。為解決項目中的問題并避免二期工程出現類似情況，對問題進行了分析及設計優化。

2 急冷塔濕灰、濕壁、濕底及堵灰的原因分析

該項目是以城市生活垃圾為燃料，通過采用垃圾焚燒技術及設備處理垃圾，實現城市生活垃圾的“無害化、減量化和資源化”。總規模500t/d，年處理垃圾18.25萬t，工程建設二條250t/d的垃圾焚燒線。1#線為一期工程，已配置一套煙氣凈化系統及其輔助公用設施。2016年初，該項目2#線正式啟動，設計充分吸收了一期項目出現的問題，做出相應的更改，其中優化最多的是極冷塔。

單條生產線煙氣處理量為5萬Nm3/h，省煤器出口煙氣溫度為190℃～220℃。煙氣從省煤器出來，經過塔體脫酸去除二英，同時將溫度降至150℃～160℃，再進入高效除塵器后二次脫酸并收塵，最終由風機抽送至煙囪排出。在這個過程中，極冷塔起到了降溫、脫酸、避免二英形成等重要作用。

設計之前，客戶對急冷塔提出如下技術要求：1）規格適當，與燃燒圖和煙氣成分變動的操作范圍相匹配；2）通過煙氣有足夠的滯留時間；3）噴霧裝置應磨損低，噴霧裝置的更換、拆卸及易損件的更換應便捷；4）噴霧時能量消耗最小；5）煙氣的壓降最小；6）足夠的抗腐蝕能力；7）灰渣排放順暢，無堵料的危險；8）在整個煙氣流量范圍，應滿足煙氣冷卻和固體物的排放和清除要求；9）與其他設施的精密配合運作；10）固體從減溫塔中的高分離度，減少下游設備的負荷；11）平臺和樓梯設計合理，應有系統安全疏散用和公用平臺及樓梯；12）足夠數量的檢查口和清掃口，并有平臺和樓梯等通道；13）錐體部分（灰斗）應有足夠的傾角（≥60°）以求得較好的流動性，設置人孔和料位控制。為了防止灰結塊，灰斗設置電伴熱，伴熱設施應能使錐體壁板溫度不低于135℃。灰斗應有溫度檢測裝置并能將信號輸出。殼體、灰斗、進出口處都采用不小于6mm剛性氣密鋼板制作，應考慮因溫度和真空引起的變形。

根據要求，首先對一期急冷塔進行分析。通過現場實際運行發現，急冷塔在運行中會出現濕灰、濕壁、濕底及堵灰的情況，主要原因有：1）煙氣在塔內停留時間較短，與水霧無法充分混合蒸發，這樣就會出現噴入的水量蒸發不全，形成水滴甚至水流；2）煙氣均布格柵與噴槍的噴頭位置距離設計不合理，噴頭噴出的水霧直接和格柵接觸，形成水滴；3）噴槍選型與布置沒有結合設備進行選型和分配。以上原因嚴重影響了整個項目的排放結果。

3 問題處理方案

（1）將直筒體直徑由Φ3800mm加大到Φ4400mm，使塔體風速由2.17m/s降至1.62m/s，從而增加了煙氣的停留時間，煙氣降溫更加均勻，這樣就不會出現濕灰、濕底的現象。

（2）塔頂增加變徑板，使噴槍布置在變徑板上，使相對不斷改變的風速與水霧充分混合，同時傾斜的噴槍增加了噴槍托架的抗磨能力，提高了水霧的降溫能力并增加了噴槍托架的使用壽命。

（3）格柵位置放在煙氣出口管道下，位置保持不變，這樣煙氣分流均勻。同時，格柵位置在噴槍之上，避免了以前噴槍與格柵位置太近，導致外格柵聚水，被飛灰堵住，出現底部濕灰等現象。

優化后的設備在2017年4月通過系統調試后，煙氣排放達到《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB/T 18485-2014），沒有發生一期運行時出現的類似狀況。右圖是該項目實際運行的檢測數據。

項目運行檢測數據圖

4 結語

通過對該廠2#線急冷塔的改進，此項目垃圾焚燒干法用急冷塔的濕壁、濕灰及濕底問題得到了有效解決，并解決了堵灰事故頻繁發生的情況。在該電廠的運營中，減少了檢修及清灰的人力，為電廠節約了成本，也為垃圾焚燒長期穩定運行奠定基礎。電廠將選擇合適時間對1#線進行改造，徹底解決濕灰、堵灰現象。這一改進，也為同行業類似問題的處理提供了借鑒。