半干式反應塔脫酸系統掛壁產生原因分析與應對策略

摘要：著重對垃圾焚燒發電廠半干式反應塔脫酸系統中掛壁現象的產生原因展開深入且全面的剖析。通過綜合考量系統的工藝特性、運行機制、物質特性等多方面因素，結合實踐數據與具體案例，系統性地梳理和明確了導致掛壁的關鍵成因。同時，針對這些原因進行了細致探討，并提出了一系列切實可行的應對策略和改進建議，旨在為優化半干式反應塔脫酸系統的性能、提高其運行穩定性與可靠性提供堅實的理論依據和實踐指導。

關鍵詞：半干式反應塔;脫酸系統;掛壁;垃圾焚燒發電廠

中圖分類號：X705" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2024）24-0056-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.24.014

0" " 引言

在當今的垃圾焚燒發電工業生產與環境保護領域，半干式反應塔脫酸系統因其獨特的優勢和重要的作用而備受關注。然而，掛壁這一現象的不時出現，成為影響該系統高效穩定運行的一個不可忽視的問題。深入探究掛壁產生的根源，對于保障系統的順暢運行以及充分發揮其效能具有至關重要的意義。

1" " 半干式反應塔脫酸系統的原理與應用[1]

半干式反應塔脫酸系統的原理是利用氧化鈣（CaO）粉劑或氫氧化鈣（Ca（OH）2）粉劑作為吸收劑，制備成石灰漿后噴入反應塔，使吸收劑與煙氣中的酸性物質進行反應，從而達到脫酸的目的。

在垃圾焚燒過程中，會產生多種酸性氣體，如HCl、HF、SOx、NOx和CO等。其中，HCl、HF等酸性氣體更易于與Ca（OH）2反應，反應時間保持在1 s左右幾乎就都能被有效去除。具體的化學反應[1]如下：

霧滴吸收SO2：

SO2+Ca（OH）2=CaSO3+H2O

部分SO2還會進行如下反應：

SO2+1/2O2+Ca（OH）2=CaSO4+H2O

其他酸性物質（如HCl、HF、SO3）的反應：

2HCl+Ca（OH）2=CaCl2+2H2O

2HF+Ca（OH）2=CaF2+2H2O

SO3+Ca（OH）2=CaSO4+H2O

半干式反應塔脫酸系統的應用較多，尤其是在生活垃圾焚燒發電廠煙氣處理凈化系統中得到了廣泛應用。其優點包括運行操作簡單、占地面積小、投資成本低，并且產物為干態，系統不需設置廢水處理裝置。

目前，半干式反應塔脫酸工藝主要采用旋轉霧化半干法，即高速旋轉霧化器將漿液高速噴出形成20～50 μm粒徑的液滴[2]。液滴具有較大的表面積和較強的吸附能力，能與煙氣充分接觸并進行熱交換，在碰到吸收塔壁前被干燥，在此過程中與煙氣進行脫酸反應，脫除效率較高。

2" " 掛壁現象的特征與影響

2.1" " 掛壁現象的特征

1）一般掛壁情況是沿反應塔四周形成一層大約20 cm均勻厚度的掛壁。

2）嚴重的掛壁會使反應塔煙氣分布器出風口堵塞，在堵塞方向，該側反應塔壁掛壁慢慢變厚，并向反應塔中間延伸搭起板結舞臺。舞臺呈現灰白色結塊狀，倒梯形狀態，由下往上逐漸變厚，舞臺高度與煙氣分布器出口平齊，水平方向煙氣分布器堵塞位置最厚，逐漸向兩側變薄。

2.2" " 掛壁現象的影響[3]

2.2.1" " 降低脫酸系統處理效率

1）反應塔煙氣分布器側出風口堵塞，造成煙氣流場混亂不均，在此側無煙氣高速噴出形成的“風簾”，高速旋轉的霧化盤噴出的石灰漿液無煙氣混合反應下沉，導致此側霧化盤噴出的石灰漿噴到反應塔內壁側。

2）反應空間減小，煙氣流速加快，減少了煙氣與石灰漿反應時間，影響脫酸反應停留時間及效率。

3）加大半干式反應塔進出口差壓，影響引風機等其他設備系統效率。

2.2.2" " 影響工藝連續性

1）煙氣流場混亂不均，反應塔旋轉霧化器基座振動偏高，造成高速旋轉的霧化器振動報警跳閘，影響霧化器及整個脫酸系統投運。

2）反應塔掛壁變厚，經常掉落較大灰塊，造成反應塔下方輸灰系統堵塞，大件破碎機及卸灰閥堵灰卡死跳閘，需要停運設備，清理掉落的灰塊，影響輸灰系統正常運行，增加檢修風險。

3）反應塔掛壁若無法掉落，則其厚度將不斷增加，延伸至煙氣分布器出風口，會造成嚴重堵塞，導致半干式反應塔脫酸系統無法正常投運;且掛壁嚴重分布不均勻，增加了反應塔重量，將造成反應塔結構變形風險。

2.2.3" " 增加設備維護成本

1）霧化器系統：

（1）煙氣流場混亂導致旋轉霧化器高速主軸振動偏高，易造成旋轉霧化器振動高報警跳閘，損壞霧化器高速主軸導向軸承，嚴重時還會造成高速主軸燒軸，導致高速主軸彎曲，無法使用。

（2）旋轉霧化器運行長期振動偏高，易造成其高速主軸、霧化盤等部件磨損嚴重，金屬疲勞加劇，縮短設備使用壽命，增加霧化器系統維護成本。

2）輸灰系統：大灰塊掉落會造成破碎機、卸灰閥卡死跳閘，導致設備變形及備件損壞，增加輸灰系統設備維護成本。

3）反應塔本體：反應塔掛壁若無法掉落，嚴重時將導致煙氣分布器堵塞，需停爐檢修，人工清理掛壁;但大塊掛壁掉落又會造成反應塔本體變形，增加停爐維護、反應塔本體維護成本。

3" " 掛壁產生的原因剖析

3.1" " 物料特性因素

1）吸收劑、氫氧化鈣（Ca（OH）2）、制漿水源等的物理化學性質，如粒度分布、粘性、表面張力等對掛壁的潛在影響。若物料黏性較大，容易附著在設備內壁，形成掛壁。

2）廢氣中所含的復雜成分，包括高黏性物質、易結晶物質等對掛壁的誘發作用。這些物質與吸收劑或系統內其他物質相互作用，會加劇掛壁現象。

3.2" " 工藝條件因素

1）溫度與濕度的不合理設置，過高或過低的溫度以及不適當的濕度環境對掛壁形成的推動。不合適的溫濕度條件可能導致反應產物的形態和性質發生變化，增加掛壁的可能性。

2）氣液接觸方式與流速的影響，不恰當的氣液混合程度和氣流速度對物料沉積的促進。不合理的氣液接觸和流速會使物料分布不均，容易在局部堆積形成掛壁。

3）吸收劑噴出量的波動影響，調節時速度快慢的影響，易造成煙氣分布器出風口堵塞，從而影響整個系統的煙氣流場穩定，加劇掛壁現象。

3.3" " 設備結構與運行因素

1）反應塔、煙氣分布器等設備的內部結構設計缺陷、安裝角度和安裝工藝質量的影響，如存在死角、狹窄通道等導致物料容易積聚。這些積聚的物料逐漸形成掛壁，影響系統內的氣流和物質傳輸，進而降低系統的處理效率和反應效果。掛壁的存在會減小有效反應空間，阻礙氣液充分接觸，使脫酸反應不充分，導致系統的脫酸效果下降。同時，掛壁物可能不定期脫落，進入后續環節，影響系統的穩定性和可靠性。

2）霧化盤、噴嘴等部件的工作狀態和布置方式不合理，影響了吸收劑的均勻分布和有效利用。這不僅會直接影響系統性能，還會間接導致掛壁問題的加重。

3.4" " 運行時間與維護因素

1）系統長期連續運行而缺乏及時有效的維護和清理，導致掛壁逐漸累積。長時間的積累會使掛壁層越來越厚，對系統的影響也會越來越嚴重。

2）不規范的啟停操作和不定期的檢修對系統穩定性的影響，進而引發掛壁問題。

4" " 應對掛壁問題的策略與方法[4]

4.1" " 優化物料管理

1）嚴格篩選和控制吸收劑的質量、使用優質合格水源，確保其符合特定的工藝要求，減少掛壁傾向。

2）增加對廢氣的預處理，去除其中易導致掛壁的有害成分或對其進行改性。

4.2" " 合理調整工藝參數

1）通過精確的監測和調控，維持適宜的溫度和濕度條件，減少掛壁發生的概率。

2）優化氣液接觸和流速控制，實現最佳的反應效果和物料傳輸狀態。

4.3" " 改進設備設計與運行

1）對反應塔、煙氣分布器等關鍵設備的內部結構進行優化設計，消除容易產生掛壁的隱患。

2）合理調整霧化器、霧化盤、噴嘴等設備的布置和工作參數，確保吸收劑的均勻分布和高效利用。

3）增加自動清理掛壁設備的設計，減少掛壁現象的產生及惡化。

4.4" " 強化維護與管理

1）建立定期清理和維護制度，及時清除已經形成的掛壁附著物，防止其進一步惡化。

2）加強操作人員的培訓和管理，確保操作規范、設備維護及時到位。

5" " 實際案例分析與經驗分享

下面對深圳市東部環保電廠#1爐半干法反應塔脫酸系統掛壁案例的原因分析、應對措施以及取得的效果進行分享，進一步驗證和深化對掛壁原因及解決方法的理解和認識;同時，總結和提煉在實際應用中積累的成功經驗和教訓，為其他類似情況提供有益的參考和借鑒。

5.1" " 具體情況

#1爐反應塔C級檢修檢查時發現#1爐反應塔有嚴重掛壁情況。同時，#1爐反應塔煙氣分布器出風口掛壁嚴重，分布器的一側出風口完全堵塞，塔壁掛壁嚴重處與煙氣分布器出風口堵塞處方向一致，如圖1、圖2所示。

此側反應塔壁掛壁慢慢變厚，并向反應塔中間延伸，垂直方向呈倒梯形狀態，由下往上逐漸變厚，高度與煙氣分布器出口平齊，水平方向煙氣分布器堵塞位置最厚，逐漸向兩側變薄。

5.2" " 原因分析

1）#1爐反應塔煙氣分布器南側出口堵塞，造成煙氣流場混亂不均，在此側無煙氣高速噴出形成的“風簾”，導致高速旋轉霧化器霧化噴出的石灰漿液無煙氣混合反應下沉，使此側霧化噴出的石灰漿一直噴至反應塔內壁側，長此以往導致此側反應塔掛壁慢慢變厚并向反應塔中間延伸，搭起約3 m厚的板結舞臺。

2）#1反應塔未能及時停爐檢查檢修，設備超長時間運行，距離上次停爐間隔15個月，造成掛壁嚴重;而在掛壁不嚴重時，啟、停爐過程中隨著反應塔溫度的變化，掛壁的灰塊發生熱脹冷縮，掛壁會自動脫落，不會造成嚴重的掛壁現象。

3）反應塔煙氣分布器出風口掛壁及堵塞原因分析：

（1）霧化盤噴嘴長期使用，被石灰漿沖刷磨損后未能及時更換，導致霧化效果變差，霧化后石灰漿液滴較正常液滴大，不易被高溫煙氣快速加熱，容易隨煙氣附著在出風口形成堆積掛壁。

（2）霧化器運行時石灰漿流量調節波動較大，在流量突然變大時，石灰漿不能完全通過霧化盤噴嘴噴出，而是從霧化盤上方涌出，被煙氣攜帶附著在分布器出風口堆積。

（3）石灰漿的品質（涉及制漿水源、石灰品質、制漿濃度等）導致霧化器分配盤可能存在局部堆積或板結，造成石灰漿無法在分配盤及霧化盤中均勻流動及噴出，從而被煙氣攜帶著在分布器出風口堆積。

5.3" " 清理方案

反應塔掛壁清理采用在頂部開天窗往下搭懸空架的方式，因為從下部往上搭有結焦掉落砸人風險，根據安規懸空架只能續接一次管，所以只能清理反應塔頂往下約8 m位置的掛壁，如圖3、圖4所示。綜合考慮安全風險及檢修時間，8 m以下掛壁厚度完全不影響反應塔正常投用，故等待投運后熱脹冷縮掛壁垮塌后在反應塔下方破碎機處清理。

5.4" " 檢修后效果

1）反應塔煙氣分布器出口錐殼清理前后對比如圖5、圖6所示。

2）恢復正常運行，反應塔運行時進出口差壓值從原來的800～1 400 kPa降低至400～500 kPa（圖7），煙氣凈化系統的整體差壓降低，減小了引風機出力，霧化器運行時較平穩，振動較小。

6" " 結論與展望

通過深入研究和分析，可以明確半干式反應塔脫酸系統掛壁問題的產生是多種因素綜合作用的結果。從物料特性到工藝條件，從設備設計到運行管理，每個環節都對掛壁的形成有著重要的影響。通過采取針對性措施，包括優化物料、精確調整工藝參數、改進設備設計以及強化維護管理等，可以有效降低掛壁的發生概率和嚴重程度，提高系統的運行穩定性和效率。

展望未來，隨著對半干式反應塔脫酸系統研究的不斷深入和技術的不斷進步，對于掛壁問題的認識將更加全面和深入，新的材料、工藝和技術的應用將為解決掛壁問題提供更多的可能性和途徑。同時，隨著環保要求的不斷提高和工業生產的不斷發展，對半干式反應塔脫酸系統的性能和可靠性也將提出更高的要求。因此，持續深入地研究和解決掛壁問題，不斷優化系統的設計和運行，將成為未來半干式反應塔脫酸系統發展的重要方向和任務。通過不懈的努力和創新，相信半干式反應塔脫酸系統將在未來發揮更加重要的作用，為環境保護和工業可持續發展做出更大的貢獻。

[參考文獻]

[1] 趙偉東.半干式煙氣脫硫在垃圾發電廠的應用[J].今日科苑，2009（7）：148.

[2] 朱勇.垃圾發電廠半干式反應塔脫酸效率影響因素分析[J].中國高新技術企業，2014（20）：70-72.

[3] 生活垃圾焚燒處理工程技術規范：CJJ 90—2002[S].

[4] 孫克勤.電廠煙氣脫硫設備及運行[M].北京：中國電力出版社，2007.