一种新型的CFB半干法烟气处理技术在生活垃圾焚烧中的应用

2015-03-18苗豪梅曹作忠

环境卫生工程 2015年2期

苗豪梅，曹作忠，何亮，白皓

（1.北京环卫集团环境研究发展有限公司，北京 100101；2.北京机电院高技术股份有限公司，北京100027）

1 CFB和NID半干法烟气处理技术简介

1.1 CFB烟气处理技术

CFB（Circulating Fluidized Bed）脱酸技术是以循环流化床原理为基础的烟气处理技术，最早是由德国的Lurgi公司将其应用到炼铝设备的尾气上，后来又推广到电站锅炉烟气。浙江大学研发推广的系列产品在我国生活垃圾焚烧厂中得到了较多的应用，其原理是通过溜槽以及流化风机的作用，使布袋截留的飞灰重新回流至反应塔，塔内新加入的消石灰与回流的飞灰一起与烟气发生反应，CFB反应塔内设置双流体喷嘴，由压缩空气喷入雾化水，在强烈的湍流环境中，传质、传热、吸附、磨擦等作用迅速完成，工艺流程见图1。

CFB脱酸反应塔下部设置文丘里结构，喉口段使烟气流速增加到40～50m/s，在扩张段加入回流飞灰、消石灰和雾化水，通过强烈的湍流使反应剂和烟气均匀混合。空塔流速一般维持在1.8～6m/s，在反应塔的上部烟气混合物进入后端的布袋除尘器［1］。

图1 CFB半干法烟气处理系统工艺流程

在实际应用中，该技术设备简单，脱酸、除尘效果稳定，控制逻辑清晰，易于实现烟气降温和污染物浓度的分开控制。但是也存在脱酸塔内反应剂活性不足、喷嘴附近易于发生粘壁的问题。

1.2 NID半干法烟气处理技术

NID（New Integrated Desulphurization System）技术是ABB公司开发的，由浙江菲达公司从ALSTOM公司引进中国并推广的。它由脱酸反应器、混合增湿器以及布袋除尘器等设备组成。石灰消化后与除尘器回流的混合灰在增湿器中加水增湿，再进入脱酸反应器，工艺流程见图2。脱酸反应器实质是一段直烟道，相较于CFB脱酸反应塔，空塔流速高，约10 m/s。增湿器是NID技术的专利产品，它将生石灰的消化和混合物的搅拌增湿结合在一起。

图2 NID系统工艺流程

在实际应用中，该技术的设备布置紧凑，占地面积小，对于改建工程具有明显的优势。同时混合灰在增湿器中得到均匀的搅拌、增湿，具有极好的流动性和反应活性，避免了在反应塔内的粘壁现象［2］。但是由于烟道反应器内的气体流速高，夹带了更多的粉尘进入布袋除尘器，布袋入口的粉尘可以高达1000g/m3，增大了系统的除尘负担和运行能耗。

2 塔外增湿式CFB半干法烟气处理技术及应用案例

2.1 技术特点

该技术是将NID的增湿器概念引入CFB反应塔的设计中，改变原有通过溜槽和流化风回流飞灰的做法，使飞灰、消石灰和水在塔外混合均匀，提高反应剂的活性和混合物的均质性，提高反应效率，避免了塔内喷水可能产生的粘壁现象。

该系统采用的塔外增湿器为犁式混合器形式，内部叶片的运动可以使物料在局部形成无序运动的状态，高剪切力的作用使物料迅速混合均匀，不结块。设置3个进料口，消石灰、飞灰和水分别加入，易于分开进行控制。混合后的物料含水率控制在5%～7%，具有极好的流动性，出料由螺旋输送至CFB反应塔的扩张段。

该系统在CFB反应塔的中上部设置了1个喷水口，在正常工况下，喷嘴不启动。若布袋入口的温度传感器监测到温度超过设定上限，为了避免布袋的损坏，启动塔内喷水。这样的控制方式使烟气温度和污染物浓度的控制分开，避免了相互影响，增湿器内混合灰可以在最佳工况下运行，从而确保了系统的稳定性。

2.2 应用案例

我国南方某市的生活垃圾焚烧发电厂，处理规模为800 t/d，因为生活垃圾处理量的不断增加，需要扩建1条焚烧线，扩建工程的烟气处理系统采用的是塔外增湿式CFB半干法烟气处理技术，烟气排放标准执行GB 18485—2014。工艺流程见图3。

烟气从CFB反应塔的下部进入，经过文丘里管的喉口后烟气流速增加，在扩张段与塔外增湿器送入的混合灰相遇，在剧烈的传质、传热过程中，烟气中的HCl、SO2等酸性气体与消石灰发生中和反应，在塔的中上部烟气经过双流喷嘴的二次增湿，进一步强化了气液相的酸碱中和反应，提高了塔内脱酸效率。之后烟气与活性炭粉末一起进入布袋除尘器，在滤袋表面进一步发生反应，将烟气中的粉尘、酸性气体、重金属、二恶英等污染物进一步去除，最终排入烟囱。布袋除尘器所拦截的飞灰部分进入塔外增湿器，另外的飞灰先排入中间灰仓，经由仓泵及密闭管道送入灰库，由车辆定期外运至危险废物处理厂。

目前该工程已建成，正在进行环保试运行，从目前检测数据来看，系统运行稳定，烟气脱酸、除尘效果可靠，完全达到设计标准的要求。

2.3 关键参数计算

2.3.1 CFB脱酸塔的设计思路

首先根据烟气的成分和MULLER曲线计算烟气的酸露点［3］。MULLER曲线的回归方程为T=116.551 5+16.063 29lgVSO3+1.053 77（lgVSO3）2。其中：VSO3是烟气中SO3气体的体积百万分率；T是烟气酸露点温度。经过计算，本次烟气酸露点温度为137.3℃。为了避免后续设备和管道的腐蚀，CFB脱酸塔出口的烟气温度设定为155℃。

设计烟气处理量为40 000 m3/h，空塔流速设定为5 m/s，喉口流速设定为50 m/s，CFB塔内烟气停留时间设定为3 s，根据以上数据可以确定CFB反应塔的外形尺寸。经过计算，本工程CFB塔筒体直径为2.15 m，塔高为22.11 m（其中文丘里管长度为 7.86 m）。

2.3.2 塔外增湿器的设计思路

烟气进口温度为200℃，根据进、出口温度计算增湿器内的喷水量，根据烟气中HCl和SO2气体的浓度和相应的排放标准，计算消石灰的用量。为了保证可靠的脱酸效率，在计算过程中Ca/S设定为1.3，Ca/Cl设定为0.6。经过计算，消石灰的消耗量约为110 kg/h，增湿水量约为930 kg/h。

混合灰的含水率设定为5%，则从布袋除尘器回流的飞灰为17.5 t/h，据此进行塔外增湿器的尺寸设计和选型，塔外增湿器实物如图4所示。本次塔外增湿器全容积为4.75 m3，主轴功率55 kW，筒体直径为1 m。