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摘要：垃圾焚烧发电过程中会产生大量废水、废渣等二次污染物，其产物脱酸处理主要借助石灰浆进行。本文分析垃圾焚烧电厂氢氧化钙消耗量的影响因素，给出合理控制氢氧化钙消耗量的有效措施，以在节约生产能源的同时，保证二次污染处理成效，最大限度发挥垃圾焚烧发电的生态效益。
关键词：垃圾焚烧发电；氢氧化钙；脱酸工艺
引言
城市化建设进程深入带来更大的生活垃圾处理体量，填埋、堆肥等传统垃圾处理方式已很难再适应当前的垃圾处理要求，垃圾焚烧发电模式应运而生。垃圾焚烧发电可在有效解决生活垃圾处理难题的同时，减少发电产业对传统能源的消耗，实现生活垃圾的资源化运用。氢氧化钙是垃圾焚烧发电过程的重要原料，合理控制氢氧化钙耗量，有利于电厂综合效益进一步提升。
1半干法+干法脱酸工艺
垃圾焚烧电厂烟气脱酸工艺包括干法脱酸、半干法脱酸、湿法脱酸等，其中，干法脱酸对二氧化硫及氯化氢的脱除效率较低，需要消耗大量消石灰干粉，除提高脱酸成本外，还会给设备系统除尘带来更大难度。半干法脱酸对氯化氢的脱除率可达到95%以上，但对二氧化硫的脱除率在85%左右，单纯使用无法达到有关环保指标的要求。而湿法脱脱酸虽然能使处理后的烟气达到有关排放指标的要求，但由于其与半干法和干法脱酸工艺流程存在明显不同，若在原有工艺系统上进行改造需要消耗大量经济成本。另外，经湿法脱酸处理的烟气温度达到露点以下，需要在排放前经再沸器处理以避免出现白烟，导致脱酸能耗及成本进一步增加。
基于以上背景，国内垃圾焚烧电厂脱酸多采用半干法与干法相结合的工艺，以整合两种脱酸技术优势，在不对原有工艺系统做过多调整的同时，使烟气中二氧化硫及氯化氢的脱除率均能顺利达到环保指标要求。
垃圾焚烧电厂半干法+干法的脱酸工艺以氢氧化钙作为脱酸剂。氢氧化钙俗称熟石灰/消石灰，原料来源广泛、储量丰富、成本低廉，在脱酸工艺中的使用非常普遍。在衡量垃圾焚烧发电厂发电经济性时，吨垃圾氢氧化钙消耗量是非常重要的指标之一，在确保脱酸效果的同时，降低氢氧化钙用量，成为垃圾焚烧电厂生产成本控制的主要途径。
2脱酸工艺中氢氧化钙耗量控制
2.1脱酸率的影响因素
在半干法和干法脱酸中，影响脱酸率的因素主要有钙酸比、脱酸塔烟气温度、石灰浆浓度、氢氧化钙粒径等，本文主要对钙酸比、石灰浆浓度及氢氧化钙粒径对脱酸率的影响进行分析。
2.1.1半干法脱酸
钙酸比为影响脱酸率的主要因素之一，其与脱酸率间为正比例关系。当钙酸比＜1时，氢氧化钙喷入量对脱酸率的影响程度更高，脱酸率随着脱酸剂用量的增加而增大；当钙酸比＞1时，脱酸率的影响因素逐渐复杂，生成物浓度、固气比等因素的综合作用使得脱酸率增幅放缓，此时继续追加氢氧化钙的用量也无法促使脱酸率大幅度提高，脱酸率趋于稳定[1]。
半干法工艺中，控制石灰用量不变而提高石灰浆浓度，因浆料粘度增加，雾化后产生的液滴分散程度变差，且因水分含量降低导致烟气与水蒸气的接触面积减小，脱酸率及脱酸速率均降低。另外，石灰浆浓度增加还易引发设备堵塞的问题。因此在实际工作中，石灰浆浓度多稳定在较低的水平，以有效解决上述问题，同时减少氢氧化钙耗量。
2.1.2干法脱酸
干法脱酸中，钙酸比对脱硫率及氢氧化钙用量的影响与半干法类似，在此不做过多阐述。
干法脱硫中使用的氢氧化钙为固态颗粒状，其与烟气直接接触并发生反应，氢氧化钙粒径在很大程度上决定其与烟气的接触面积及反应充分性，进而对脱硫率和氢氧化钙用量产生较大影响。氢氧化钙粒径越小，与烟气接触的表面积越大，可提高反应效率，使得喷入的氢氧化钙得到充分利用，间接降低氢氧化钙耗量。有实验表明，当氢氧化钙平均粒径在0.15mm以内时，其烟气脱酸效果发挥更优。
2.2氢氧化钙耗量控制
2.2.1优化石灰浆浓度
半干法脱酸与干法脱酸效率不同，因此垃圾焚烧电厂在使用半干法+干法脱酸工艺时，需要重点关注氢氧化钙在两种工艺中的分配。
有学者对半干法脱酸、干法脱酸和两种工艺联用条件下，氢氧化钙消耗量进行分析。发现在半干法+干法脱酸工艺中，干法脱酸阶段氢氧化钙的反应效率要远远低于半干法阶段，且当工艺参数不变时，干法脱酸的氢氧化钙使用效率实际值要低于理论值，差异明显[2]。出现该现象的原因可能为，反应塔排出烟气中含有的二氧化硫及氯化氢浓度较低，其与氢氧化钙的接触面积及接触概率均降低，反而导致氢氧化钙使用效率下降，耗量增加。
综上，在控制氢氧化钙耗量时，重点需放在半干法阶段用量的调整上，综合考虑石灰浆浓度对雾化器磨损及管道堵塞的影响，建议适当减低石灰浆浓度，以减少氢氧化钙消耗总量。但需要注意，石灰浆浓度的降低并非无限制，在调整过程中还需保证当脱酸率达到有关环保指标的要求时，脱酸系统雾化器流量、将温水流量、烟气温度等参数稳定。
设定石灰浆流量为4%、6%和8%，分别研究3种浓度条件下，半干法脱酸和干法脱酸中采用不同氢氧化钙喷入量时，氢氧化钙消耗总量及最终烟气中氯化氢含量情况，以确定不同氢氧化钙浓度条件下，半干法及干法脱酸工艺流程的氢氧化钙分配情况。最终发现，当石灰浆浓度在4%时，干法脱硫过程氢氧化钙喷入量显著增加，但其总消耗量达到最低，因此选择4%的浓度作为脱酸工艺的最佳石灰浆浓度。因该浓度水平较低，系统运行中发生管道堵塞、部件磨损等问题的概率也会显著下降，满足垃圾焚烧电厂脱酸工艺流程要求。
2.2.2加强生产管理
前文提到，脱酸率及氢氧化钙耗量与温度、粒径等多重因素均有一定关联，因此除合理选择石灰浆浓度外，配合一定的生产管理措施也可有效发挥减少氢氧化钙耗量的作用。
（1）原料管理。氢氧化钙原料在到达垃圾焚烧电厂后，在正式投入脱酸系统之前还需经历多次转运流程，造成不必要的原料浪费。因此在电厂日常管理过程中，应加强对氢氧化钙原料的取用的监管，减少浪费现象，提高原料使用效率。例如，在卸料过程中实时关注卸料情况，严格控制料位高度避免发生扬尘，若发生异常扬尘现象，及时停止卸料并进行处理。半干法脱硫工艺卸料前，开启石灰仓除尘风机，要求卸料过程控制泵出口压力始终在0.1MPa以内，避免发生石灰仓冒正压现象导致扬尘。
（2）吹灰管理。定期进行吹灰处理可帮助降低脱酸系统温度，要提高脱酸效率，间接降低氢氧化钙用量。例如，定期检查锅炉乙炔吹灰情况，排除吹灰质量问题，避免过热器管束大量积灰而导致内部温度上升，防止因温度提高而导致氢氧化钙投入量上升。
（3）温度管理。氢氧化钙耗量控制中的温度管理主要指排烟温度，排烟温度过高会导致反应塔温度上升，因脱硫率降低而不得不提高氢氧化钙用量。建议更换加压泵提高烟控水流量，避免反应塔温度过高。
2.2.3其他控制方法
有研究表明，电厂脱酸工艺流程中，氢氧化钙旋流器的底流密度与旋流器压力之间正相关，而受旋流子运行数量的影响不大。因此在实际生产中，若氢氧化钙脱水系统达到工况要求的基础上，建议提高旋流子同时运行的个数。此时，底流密度不发生明显变化，但脱水系统出力上升，可有效缩短脱水时长，间接提高氢氧化钙使用效率。
另外，提高浆液pH值可提高氢氧化钙脱硫效果，而单独降低一级塔浆液的pH值可降低脱酸系统的钙硫比，进而达到降低氢氧化钙消耗量的目的。因此电厂可选用一级塔低pH值、二级塔中pH值的方案运行脱酸系统。
结论：氢氧化钙耗量与垃圾焚烧电厂运行经济性和环保性均有一定关联，在控制氢氧化钙耗量时，需结合脱酸率及脱酸效率，重点关注石灰浆浓度、反应温度等参数的调整，以在保证脱酸质量的同时，有效减低氢氧化钙用量，提高电厂运行综合效益。
参考文献
[1]李钢.生活垃圾电厂渗滤液处理工艺研究[J].环境与发展,2020, 32(05):89-90.
[2]柴建伟.一种新型垃圾焚烧发电废水浓液的处理工艺技术[J].环境与发展,2020,32(04):97-99.