垃圾焚烧尾气处理急冷塔优化设计

胡少龙，黄培培，杨吉涛，苏新星，易允燕

（安徽盛运环保工程有限公司，合肥 230041）

目前，垃圾的处理方法以垃圾焚烧的方式分类，可分为全量燃烧（即垃圾直接焚烧）和“燃料制备”后燃烧两种。采用全量燃烧方法时，只要垃圾的热值达到许可值以上，无须先将垃圾分拣。此法工艺成熟、运行可靠、炉温较高、操作较简易、燃烧较充分，炉渣的含碳量可达到小于3%，与燃煤锅炉无异，且减容量可达80%～90%，是垃圾减容和资源回收的常用方法。目前西欧及美国、日本的大部分垃圾焚烧厂都采用此技术，但投资较高。另一种是对垃圾中的可燃组分焚烧处理，焚烧前需要进行“燃料制备”制成为二次燃料。其热值高，一般要超过1万kJ/kg，可替代部分常规燃料。因此，垃圾进炉前需要经过分拣，将不燃物或低热值组分除去，有的还要求将垃圾破碎，使进炉垃圾的粒径大致均匀。

为了解决生活垃圾对环境的影响，目前可行性方案中，垃圾焚烧是安全、环保且高效的解决方案。但是在无害化、减量化和资源化处理垃圾的同时，必须严格控制好各种有害气体的排放。考虑到经济效益，在控制有害物质排放的同时，系统也要便于操作及维护。本文就烟气净化处理系统中的重要设备“急冷塔”在实际运行中出现的问题进行具体分析并提出改进办法，以达到环保和经济双赢的目的。

1 垃圾焚烧半干法急冷塔的应用及问题

按照国家有关垃圾焚烧排放标准的要求以及从垃圾焚烧发电厂的整体考虑，有效达到垃圾焚烧有害物的排放值是必须执行的。在某项目的一期设计中，针对性地采用了干法工艺处理烟气，确保烟气排放达到《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB/T18485-2014）。具体处理前后的对比见表1、表2。

表1 处理前的锅炉出口烟气参数

表2 处理后的污染物排放限值

该项目一期运行虽排放达标，但急冷塔出现了湿灰、湿壁、湿底及堵灰现象，影响项目正常运行及现场卫生。为解决项目中的问题并避免二期工程出现类似情况，对问题进行了分析及设计优化。

2 急冷塔湿灰、湿壁、湿底及堵灰的原因分析

该项目是以城市生活垃圾为燃料，通过采用垃圾焚烧技术及设备处理垃圾，实现城市生活垃圾的“无害化、减量化和资源化”。总规模500t/d，年处理垃圾18.25万t，工程建设二条250t/d的垃圾焚烧线。1#线为一期工程，已配置一套烟气净化系统及其辅助公用设施。2016年初，该项目2#线正式启动，设计充分吸收了一期项目出现的问题，做出相应的更改，其中优化最多的是极冷塔。

单条生产线烟气处理量为5万Nm3/h，省煤器出口烟气温度为190℃～220℃。烟气从省煤器出来，经过塔体脱酸去除二英，同时将温度降至150℃～160℃，再进入高效除尘器后二次脱酸并收尘，最终由风机抽送至烟囱排出。在这个过程中，极冷塔起到了降温、脱酸、避免二英形成等重要作用。

设计之前，客户对急冷塔提出如下技术要求：1）规格适当，与燃烧图和烟气成分变动的操作范围相匹配；2）通过烟气有足够的滞留时间；3）喷雾装置应磨损低，喷雾装置的更换、拆卸及易损件的更换应便捷；4）喷雾时能量消耗最小；5）烟气的压降最小；6）足够的抗腐蚀能力；7）灰渣排放顺畅，无堵料的危险；8）在整个烟气流量范围，应满足烟气冷却和固体物的排放和清除要求；9）与其他设施的精密配合运作；10）固体从减温塔中的高分离度，减少下游设备的负荷；11）平台和楼梯设计合理，应有系统安全疏散用和公用平台及楼梯；12）足够数量的检查口和清扫口，并有平台和楼梯等通道；13）锥体部分（灰斗）应有足够的倾角（≥60°）以求得较好的流动性，设置人孔和料位控制。为了防止灰结块，灰斗设置电伴热，伴热设施应能使锥体壁板温度不低于135℃。灰斗应有温度检测装置并能将信号输出。壳体、灰斗、进出口处都采用不小于6mm刚性气密钢板制作，应考虑因温度和真空引起的变形。

根据要求，首先对一期急冷塔进行分析。通过现场实际运行发现，急冷塔在运行中会出现湿灰、湿壁、湿底及堵灰的情况，主要原因有：1）烟气在塔内停留时间较短，与水雾无法充分混合蒸发，这样就会出现喷入的水量蒸发不全，形成水滴甚至水流；2）烟气均布格栅与喷枪的喷头位置距离设计不合理，喷头喷出的水雾直接和格栅接触，形成水滴；3）喷枪选型与布置没有结合设备进行选型和分配。以上原因严重影响了整个项目的排放结果。

3 问题处理方案

（1）将直筒体直径由Φ3800mm加大到Φ4400mm，使塔体风速由2.17m/s降至1.62m/s，从而增加了烟气的停留时间，烟气降温更加均匀，这样就不会出现湿灰、湿底的现象。

（2）塔顶增加变径板，使喷枪布置在变径板上，使相对不断改变的风速与水雾充分混合，同时倾斜的喷枪增加了喷枪托架的抗磨能力，提高了水雾的降温能力并增加了喷枪托架的使用寿命。

（3）格栅位置放在烟气出口管道下，位置保持不变，这样烟气分流均匀。同时，格栅位置在喷枪之上，避免了以前喷枪与格栅位置太近，导致外格栅聚水，被飞灰堵住，出现底部湿灰等现象。

优化后的设备在2017年4月通过系统调试后，烟气排放达到《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB/T 18485-2014），没有发生一期运行时出现的类似状况。右图是该项目实际运行的检测数据。

项目运行检测数据图

4 结语

通过对该厂2#线急冷塔的改进，此项目垃圾焚烧干法用急冷塔的湿壁、湿灰及湿底问题得到了有效解决，并解决了堵灰事故频繁发生的情况。在该电厂的运营中，减少了检修及清灰的人力，为电厂节约了成本，也为垃圾焚烧长期稳定运行奠定基础。电厂将选择合适时间对1#线进行改造，彻底解决湿灰、堵灰现象。这一改进，也为同行业类似问题的处理提供了借鉴。