半干式反应塔脱酸系统挂壁产生原因分析与应对策略

摘要：着重对垃圾焚烧发电厂半干式反应塔脱酸系统中挂壁现象的产生原因展开深入且全面的剖析。通过综合考量系统的工艺特性、运行机制、物质特性等多方面因素，结合实践数据与具体案例，系统性地梳理和明确了导致挂壁的关键成因。同时，针对这些原因进行了细致探讨，并提出了一系列切实可行的应对策略和改进建议，旨在为优化半干式反应塔脱酸系统的性能、提高其运行稳定性与可靠性提供坚实的理论依据和实践指导。

关键词：半干式反应塔;脱酸系统;挂壁;垃圾焚烧发电厂

中图分类号：X705" " 文献标志码：A" " 文章编号：1671-0797（2024）24-0056-05

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

0" " 引言

在当今的垃圾焚烧发电工业生产与环境保护领域，半干式反应塔脱酸系统因其独特的优势和重要的作用而备受关注。然而，挂壁这一现象的不时出现，成为影响该系统高效稳定运行的一个不可忽视的问题。深入探究挂壁产生的根源，对于保障系统的顺畅运行以及充分发挥其效能具有至关重要的意义。

1" " 半干式反应塔脱酸系统的原理与应用[1]

半干式反应塔脱酸系统的原理是利用氧化钙（CaO）粉剂或氢氧化钙（Ca（OH）2）粉剂作为吸收剂，制备成石灰浆后喷入反应塔，使吸收剂与烟气中的酸性物质进行反应，从而达到脱酸的目的。

在垃圾焚烧过程中，会产生多种酸性气体，如HCl、HF、SOx、NOx和CO等。其中，HCl、HF等酸性气体更易于与Ca（OH）2反应，反应时间保持在1 s左右几乎就都能被有效去除。具体的化学反应[1]如下：

雾滴吸收SO2：

SO2+Ca（OH）2=CaSO3+H2O

部分SO2还会进行如下反应：

SO2+1/2O2+Ca（OH）2=CaSO4+H2O

其他酸性物质（如HCl、HF、SO3）的反应：

2HCl+Ca（OH）2=CaCl2+2H2O

2HF+Ca（OH）2=CaF2+2H2O

SO3+Ca（OH）2=CaSO4+H2O

半干式反应塔脱酸系统的应用较多，尤其是在生活垃圾焚烧发电厂烟气处理净化系统中得到了广泛应用。其优点包括运行操作简单、占地面积小、投资成本低，并且产物为干态，系统不需设置废水处理装置。

目前，半干式反应塔脱酸工艺主要采用旋转雾化半干法，即高速旋转雾化器将浆液高速喷出形成20～50 μm粒径的液滴[2]。液滴具有较大的表面积和较强的吸附能力，能与烟气充分接触并进行热交换，在碰到吸收塔壁前被干燥，在此过程中与烟气进行脱酸反应，脱除效率较高。

2" " 挂壁现象的特征与影响

2.1" " 挂壁现象的特征

1）一般挂壁情况是沿反应塔四周形成一层大约20 cm均匀厚度的挂壁。

2）严重的挂壁会使反应塔烟气分布器出风口堵塞，在堵塞方向，该侧反应塔壁挂壁慢慢变厚，并向反应塔中间延伸搭起板结舞台。舞台呈现灰白色结块状，倒梯形状态，由下往上逐渐变厚，舞台高度与烟气分布器出口平齐，水平方向烟气分布器堵塞位置最厚，逐渐向两侧变薄。

2.2" " 挂壁现象的影响[3]

2.2.1" " 降低脱酸系统处理效率

1）反应塔烟气分布器侧出风口堵塞，造成烟气流场混乱不均，在此侧无烟气高速喷出形成的“风帘”，高速旋转的雾化盘喷出的石灰浆液无烟气混合反应下沉，导致此侧雾化盘喷出的石灰浆喷到反应塔内壁侧。

2）反应空间减小，烟气流速加快，减少了烟气与石灰浆反应时间，影响脱酸反应停留时间及效率。

3）加大半干式反应塔进出口差压，影响引风机等其他设备系统效率。

2.2.2" " 影响工艺连续性

1）烟气流场混乱不均，反应塔旋转雾化器基座振动偏高，造成高速旋转的雾化器振动报警跳闸，影响雾化器及整个脱酸系统投运。

2）反应塔挂壁变厚，经常掉落较大灰块，造成反应塔下方输灰系统堵塞，大件破碎机及卸灰阀堵灰卡死跳闸，需要停运设备，清理掉落的灰块，影响输灰系统正常运行，增加检修风险。

3）反应塔挂壁若无法掉落，则其厚度将不断增加，延伸至烟气分布器出风口，会造成严重堵塞，导致半干式反应塔脱酸系统无法正常投运;且挂壁严重分布不均匀，增加了反应塔重量，将造成反应塔结构变形风险。

2.2.3" " 增加设备维护成本

1）雾化器系统：

（1）烟气流场混乱导致旋转雾化器高速主轴振动偏高，易造成旋转雾化器振动高报警跳闸，损坏雾化器高速主轴导向轴承，严重时还会造成高速主轴烧轴，导致高速主轴弯曲，无法使用。

（2）旋转雾化器运行长期振动偏高，易造成其高速主轴、雾化盘等部件磨损严重，金属疲劳加剧，缩短设备使用寿命，增加雾化器系统维护成本。

2）输灰系统：大灰块掉落会造成破碎机、卸灰阀卡死跳闸，导致设备变形及备件损坏，增加输灰系统设备维护成本。

3）反应塔本体：反应塔挂壁若无法掉落，严重时将导致烟气分布器堵塞，需停炉检修，人工清理挂壁;但大块挂壁掉落又会造成反应塔本体变形，增加停炉维护、反应塔本体维护成本。

3" " 挂壁产生的原因剖析

3.1" " 物料特性因素

1）吸收剂、氢氧化钙（Ca（OH）2）、制浆水源等的物理化学性质，如粒度分布、粘性、表面张力等对挂壁的潜在影响。若物料黏性较大，容易附着在设备内壁，形成挂壁。

2）废气中所含的复杂成分，包括高黏性物质、易结晶物质等对挂壁的诱发作用。这些物质与吸收剂或系统内其他物质相互作用，会加剧挂壁现象。

3.2" " 工艺条件因素

1）温度与湿度的不合理设置，过高或过低的温度以及不适当的湿度环境对挂壁形成的推动。不合适的温湿度条件可能导致反应产物的形态和性质发生变化，增加挂壁的可能性。

2）气液接触方式与流速的影响，不恰当的气液混合程度和气流速度对物料沉积的促进。不合理的气液接触和流速会使物料分布不均，容易在局部堆积形成挂壁。

3）吸收剂喷出量的波动影响，调节时速度快慢的影响，易造成烟气分布器出风口堵塞，从而影响整个系统的烟气流场稳定，加剧挂壁现象。

3.3" " 设备结构与运行因素

1）反应塔、烟气分布器等设备的内部结构设计缺陷、安装角度和安装工艺质量的影响，如存在死角、狭窄通道等导致物料容易积聚。这些积聚的物料逐渐形成挂壁，影响系统内的气流和物质传输，进而降低系统的处理效率和反应效果。挂壁的存在会减小有效反应空间，阻碍气液充分接触，使脱酸反应不充分，导致系统的脱酸效果下降。同时，挂壁物可能不定期脱落，进入后续环节，影响系统的稳定性和可靠性。

2）雾化盘、喷嘴等部件的工作状态和布置方式不合理，影响了吸收剂的均匀分布和有效利用。这不仅会直接影响系统性能，还会间接导致挂壁问题的加重。

3.4" " 运行时间与维护因素

1）系统长期连续运行而缺乏及时有效的维护和清理，导致挂壁逐渐累积。长时间的积累会使挂壁层越来越厚，对系统的影响也会越来越严重。

2）不规范的启停操作和不定期的检修对系统稳定性的影响，进而引发挂壁问题。

4" " 应对挂壁问题的策略与方法[4]

4.1" " 优化物料管理

1）严格筛选和控制吸收剂的质量、使用优质合格水源，确保其符合特定的工艺要求，减少挂壁倾向。

2）增加对废气的预处理，去除其中易导致挂壁的有害成分或对其进行改性。

4.2" " 合理调整工艺参数

1）通过精确的监测和调控，维持适宜的温度和湿度条件，减少挂壁发生的概率。

2）优化气液接触和流速控制，实现最佳的反应效果和物料传输状态。

4.3" " 改进设备设计与运行

1）对反应塔、烟气分布器等关键设备的内部结构进行优化设计，消除容易产生挂壁的隐患。

2）合理调整雾化器、雾化盘、喷嘴等设备的布置和工作参数，确保吸收剂的均匀分布和高效利用。

3）增加自动清理挂壁设备的设计，减少挂壁现象的产生及恶化。

4.4" " 强化维护与管理

1）建立定期清理和维护制度，及时清除已经形成的挂壁附着物，防止其进一步恶化。

2）加强操作人员的培训和管理，确保操作规范、设备维护及时到位。

5" " 实际案例分析与经验分享

下面对深圳市东部环保电厂#1炉半干法反应塔脱酸系统挂壁案例的原因分析、应对措施以及取得的效果进行分享，进一步验证和深化对挂壁原因及解决方法的理解和认识;同时，总结和提炼在实际应用中积累的成功经验和教训，为其他类似情况提供有益的参考和借鉴。

5.1" " 具体情况

#1炉反应塔C级检修检查时发现#1炉反应塔有严重挂壁情况。同时，#1炉反应塔烟气分布器出风口挂壁严重，分布器的一侧出风口完全堵塞，塔壁挂壁严重处与烟气分布器出风口堵塞处方向一致，如图1、图2所示。

此侧反应塔壁挂壁慢慢变厚，并向反应塔中间延伸，垂直方向呈倒梯形状态，由下往上逐渐变厚，高度与烟气分布器出口平齐，水平方向烟气分布器堵塞位置最厚，逐渐向两侧变薄。

5.2" " 原因分析

1）#1炉反应塔烟气分布器南侧出口堵塞，造成烟气流场混乱不均，在此侧无烟气高速喷出形成的“风帘”，导致高速旋转雾化器雾化喷出的石灰浆液无烟气混合反应下沉，使此侧雾化喷出的石灰浆一直喷至反应塔内壁侧，长此以往导致此侧反应塔挂壁慢慢变厚并向反应塔中间延伸，搭起约3 m厚的板结舞台。

2）#1反应塔未能及时停炉检查检修，设备超长时间运行，距离上次停炉间隔15个月，造成挂壁严重;而在挂壁不严重时，启、停炉过程中随着反应塔温度的变化，挂壁的灰块发生热胀冷缩，挂壁会自动脱落，不会造成严重的挂壁现象。

3）反应塔烟气分布器出风口挂壁及堵塞原因分析：

（1）雾化盘喷嘴长期使用，被石灰浆冲刷磨损后未能及时更换，导致雾化效果变差，雾化后石灰浆液滴较正常液滴大，不易被高温烟气快速加热，容易随烟气附着在出风口形成堆积挂壁。

（2）雾化器运行时石灰浆流量调节波动较大，在流量突然变大时，石灰浆不能完全通过雾化盘喷嘴喷出，而是从雾化盘上方涌出，被烟气携带附着在分布器出风口堆积。

（3）石灰浆的品质（涉及制浆水源、石灰品质、制浆浓度等）导致雾化器分配盘可能存在局部堆积或板结，造成石灰浆无法在分配盘及雾化盘中均匀流动及喷出，从而被烟气携带着在分布器出风口堆积。

5.3" " 清理方案

反应塔挂壁清理采用在顶部开天窗往下搭悬空架的方式，因为从下部往上搭有结焦掉落砸人风险，根据安规悬空架只能续接一次管，所以只能清理反应塔顶往下约8 m位置的挂壁，如图3、图4所示。综合考虑安全风险及检修时间，8 m以下挂壁厚度完全不影响反应塔正常投用，故等待投运后热胀冷缩挂壁垮塌后在反应塔下方破碎机处清理。

5.4" " 检修后效果

1）反应塔烟气分布器出口锥壳清理前后对比如图5、图6所示。

2）恢复正常运行，反应塔运行时进出口差压值从原来的800～1 400 kPa降低至400～500 kPa（图7），烟气净化系统的整体差压降低，减小了引风机出力，雾化器运行时较平稳，振动较小。

6" " 结论与展望

通过深入研究和分析，可以明确半干式反应塔脱酸系统挂壁问题的产生是多种因素综合作用的结果。从物料特性到工艺条件，从设备设计到运行管理，每个环节都对挂壁的形成有着重要的影响。通过采取针对性措施，包括优化物料、精确调整工艺参数、改进设备设计以及强化维护管理等，可以有效降低挂壁的发生概率和严重程度，提高系统的运行稳定性和效率。

展望未来，随着对半干式反应塔脱酸系统研究的不断深入和技术的不断进步，对于挂壁问题的认识将更加全面和深入，新的材料、工艺和技术的应用将为解决挂壁问题提供更多的可能性和途径。同时，随着环保要求的不断提高和工业生产的不断发展，对半干式反应塔脱酸系统的性能和可靠性也将提出更高的要求。因此，持续深入地研究和解决挂壁问题，不断优化系统的设计和运行，将成为未来半干式反应塔脱酸系统发展的重要方向和任务。通过不懈的努力和创新，相信半干式反应塔脱酸系统将在未来发挥更加重要的作用，为环境保护和工业可持续发展做出更大的贡献。

[参考文献]

[1] 赵伟东.半干式烟气脱硫在垃圾发电厂的应用[J].今日科苑，2009（7）：148.

[2] 朱勇.垃圾发电厂半干式反应塔脱酸效率影响因素分析[J].中国高新技术企业，2014（20）：70-72.

[3] 生活垃圾焚烧处理工程技术规范：CJJ 90—2002[S].

[4] 孙克勤.电厂烟气脱硫设备及运行[M].北京：中国电力出版社，2007.