生石灰與熟石灰在生活垃圾焚燒發電廠的應用研究

吳鵬輝

（廣州環投云山環保能源有限公司，廣州 510000）

我國城市生活垃圾的處理主要有衛生填埋、焚燒發電和堆肥等方式，其中，焚燒發電可以高水平實現生活垃圾的減量化、資源化、無害化，逐漸成為國內城市處理生活垃圾的主流工藝[1]。以廣州市為例，隨著一座座垃圾焚燒電廠陸續建成投產，廣州市將徹底破解超大型城市的“垃圾圍城”困局，實現原生生活垃圾的零填埋。然而，垃圾中的含氯化合物和含硫化合物在高溫焚燒過程中會形成HCl和SOx等酸性氣體污染物[2]。若不妥善處置，則會對環境造成二次污染。在環保監管日益嚴格的趨勢下，特別是在2017年全國垃圾焚燒行業全面實行“裝、樹、聯”（企業依法安裝自動監控設備，廠區門口樹立電子顯示屏，企業自動監控系統與生態環境部門聯網）要求后[3]，在保證煙氣污染物達標排放的前提下，促進煙氣凈化系統的經濟運行，實現節能降耗的目的，是垃圾焚燒電廠經營企業精細化管理的努力方向。針對垃圾焚燒電廠酸性氣體的治理，目前國內外常見的煙氣脫酸工藝主要有半干法、干法和濕法三種[4]，而半干法一般采用物美價廉的生石灰或熟石灰作為脫酸藥劑。某生活垃圾焚燒發電廠分別使用生石灰和熟石灰作為半干法脫酸藥劑，本文結合工程實例，分析系統運行效果，對比兩者的優劣性，為電廠環保與經濟運行提供借鑒。

1 試驗內容

本項目配備3臺設計處理規模750 t/d的垃圾焚燒爐，煙氣處理采用“選擇性非催化還原（SNCR）脫硝+半干法脫酸+干法脫酸+活性炭噴射+布袋除塵器”工藝。其中，半干法脫酸系統主要由兩部分組成：一是制漿系統，采用生石灰制漿；二是石灰漿噴射系統，利用高速旋轉的霧化器，霧化石灰漿液，在脫酸塔中與煙氣中的酸性氣體進行充分反應，達到去除酸性氣體的目的。干法脫酸系統作為備用系統，采用熟石灰作為脫酸劑，以粉末形式噴入布袋除塵器前的煙道。

朱勇[5]研究表明，脫酸塔的設計參數和霧化器的設備性能直接影響半干法脫酸效率，如脫酸塔高度、煙氣停留時間和流場分布等。因此，設計階段的參數選擇決定了工藝的脫酸效率。在不對設備進行大型技術改造的情況下，電廠在運營期一般通過精細化管理來節能降耗。

本項目同時使用生石灰和熟石灰作為不同系統的脫酸劑，兩者具有較強的替代性，且市場價格差異不大。在現有系統下，1—4月使用生石灰制漿，5—8月直接改用熟石灰制漿，二者應用效果存在一定差異。生石灰和熟石灰的品質要求分別如表1、表2所示。

表1 生石灰品質要求

表2 熟石灰品質要求

2 試驗結果與數據分析

2.1 脫酸效果與物耗分析

噸垃圾石灰耗量是垃圾焚燒發電廠重要的生產經營指標之一，指的是每處理1 t垃圾需要消耗的石灰量。在保證煙氣指標達標排放的前提下，降低噸垃圾石灰耗量是電廠精細化管理的重要組成部分。在實際運行工況下，氣體污染物排放指標與噸垃圾石灰耗量的數據關系如表3所示。

表3 氣體污染物排放指標與噸垃圾石灰耗量的監測結果

經計算，1—4月使用生石灰制漿的噸垃圾石灰耗量平均值為19.48 kg，而5—8月使用熟石灰制漿的噸垃圾石灰耗量平均值僅為11.35 kg。經分析，主要原因有3點。

2.1.1 熟石灰制漿的設備故障率更低

90%純度的生石灰與95%純度的熟石灰相比，前者雜質含量更高，較多的雜質更容易致使罐體、管道和霧化器堵塞。實際運行期間采用漿液從制漿罐頂部溢流至儲漿罐的連續制漿模式，故制漿罐須定期排污，減少底部結垢。使用熟石灰制漿后，制漿罐排污頻率大幅下降，減少了石灰浪費，而且霧化器運行更加穩定，故障率明顯降低。

2.1.2 熟石灰制漿的漿液濃度更穩定

生石灰制漿是物理化學反應，生石灰溶解的同時發生熟化反應，釋放出大量熱量，導致漿液溫度升高，會降低氫氧化鈣的溶解度。而熟石灰制漿僅是一個簡單的物理溶解過程，反應平穩溫和。從物料品質來看，熟石灰的目數更大，粒度更細，比表面積也更大，更有利于溶解。經實際檢驗可知，生石灰制漿的漿液濃度較為不穩定，會在5%～15%波動，而熟石灰制漿的漿液濃度可穩定控制在7%～9%。漿液濃度的穩定有利于漿液閥門自動跟蹤酸性氣體排放指標波動并加以調整，減少運行操作人員手動干預，從而減少漿液用量。

2.1.3 布袋除塵器性能的影響

石灰漿液與煙氣在脫酸塔進行反應后，部分干燥后的未完全反應的熟石灰顆粒隨煙氣方向附著在布袋除塵器的濾袋表面，進行二次反應，進一步減少酸性氣體排放。當布袋除塵器壓差較大時，為保證除塵器正常運作，降低引風機出力，運行操作人員會頻繁啟動布袋噴吹系統，以清除濾袋上的粉塵，包括附著的熟石灰顆粒，使得脫酸效果間接降低，石灰物耗增大。該廠于5月對3#布袋除塵器進行大修，更換箱體、灰斗和濾袋等部件，有效減少腐蝕漏風現象。檢修完成后，布袋除塵器壓差從均值2 000 Pa下降至1 100 Pa，對于降低石灰物耗起到積極作用。

2.2 直接成本分析

價格因素是早期垃圾焚燒發電廠廣泛選用石灰系物料作為脫酸劑的主要原因。根據現有市場行情價，生石灰的單價約為1 000元/t，熟石灰的單價約為900元/t。在不計生石灰熟化用水、電耗等其他成本的前提下，噸垃圾生石灰成本為19.48元，而噸垃圾熟石灰成本為10.22元，僅為生石灰的0.52倍。

2.3 設備構成與運行監控分析

生石灰制漿有溫升過程，故須在制漿罐中裝設溫度測量元件，保證制漿安全，同時運行人員也可通過溫度的變化間接判斷石灰漿濃度。制漿罐必須裝設噴淋裝置，以防揚塵和制漿罐過熱現象。熟石灰制漿則因溫度無變化，在連續制漿模式僅能通過密度計判斷石灰漿濃度，故對石灰漿密度計的要求較高，以保證石灰漿濃度在合理范圍。但是，熟石灰制漿能減少揚塵，環境更友好，符合現代電廠精細化管理要求。

2.4 藥劑有效利用率與飛灰影響分析

為充分了解脫酸劑的有效利用率，同時考慮對飛灰的影響，在埋刮板輸灰機位置進行飛灰取樣，檢測飛灰中的氫氧化鈣含量。結果表明，使用熟石灰制漿后，飛灰中的氫氧化鈣含量平均約為10.25%，較之前生石灰制漿時的18.88%下降8.63個百分點。這主要得益于熟石灰有更好的溶解度，可以與煙氣更充分地接觸，達到更高的反應效率，故殘留在飛灰中的氫氧化鈣含量就更低。同時，對飛灰的pH進行檢測，飛灰中的鈣含量減少導致pH從11～12降至7～8，其甚至偶然呈酸性。因此，在進行飛灰螯合時，須提前測定飛灰pH，調整飛灰酸堿度，從而滿足螯合后填埋要求。

3 結論

生石灰與熟石灰均是生活垃圾焚燒發電廠常用的脫酸劑，本文結合工程實例，分析二者在脫酸效果與物耗、直接成本、設備構成與運行監控、藥劑有效利用率與飛灰等方面的區別。經分析，熟石灰作為半干法脫酸藥劑，可以大幅度降低物耗，成本更低，設備組成更簡單，環境也更友好，在提高藥劑有效利用率的同時，須及時調整飛灰酸堿度。因此，熟石灰代替生石灰用于制漿更有利于電廠降耗。