垃圾焚燒尾氣干法脫酸工藝霧化系統(tǒng)的研究

穆璐瑩，施勇，楊飛，吳剛

（合肥水泥研究設(shè)計(jì)院，合肥 230051）

垃圾焚燒尾氣干法脫酸工藝霧化系統(tǒng)的研究

穆璐瑩，施勇，楊飛，吳剛

（合肥水泥研究設(shè)計(jì)院，合肥 230051）

生活垃圾焚燒廠尾氣凈化干法處理系統(tǒng)的急冷塔的噴水量越大，脫酸效率越高。但是噴水量大容易引起急冷塔發(fā)生濕壁現(xiàn)象，從而造成塔體的腐蝕。因此在保證噴水量的同時(shí)，需要對(duì)急冷塔霧化系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)研究，最大程度地減少急冷反應(yīng)塔的濕壁與腐蝕現(xiàn)象發(fā)生。

垃圾焚燒尾氣;干法脫酸;霧化系統(tǒng)

1 引言

根據(jù)三部委（住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、環(huán)境保護(hù)部）制定的《生活垃圾處理技術(shù)指南》（建成〔2010〕61號(hào)）要求，“煙氣凈化系統(tǒng)必須設(shè)置袋式除塵器，去除焚燒煙氣中的粉塵污染物。酸性污染物包括氯化氫、氟化氫、硫氧化物、氮氧化物等，應(yīng)選用干法、半干法、濕法或其組合處理工藝對(duì)其進(jìn)行去除”；在干法處理工藝中，急冷反應(yīng)塔是煙氣脫酸和去除二英的關(guān)鍵裝置；煙氣進(jìn)入急冷反應(yīng)塔內(nèi)，需要通過霧化水氣對(duì)垃圾焚燒爐煙氣進(jìn)行降溫增濕，霧化效果好，噴水量大，煙氣溫度就會(huì)降得越低，煙氣濕含量越高，脫酸效率也就越高。但噴水量大容易引起急冷反應(yīng)塔發(fā)生濕壁現(xiàn)象，造成塔體的腐蝕。因此在保證噴水量的同時(shí)，需要對(duì)急冷反應(yīng)塔的霧化系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的研究，最大程度地減少噴水量并提高霧化效果，降低濕壁與腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

2 濕壁的后果和原因分析

急冷反應(yīng)塔發(fā)生濕壁會(huì)造成煙氣中的粉塵附著在塔壁上。同時(shí)，高溫?zé)煔鈱⒎蹓m附著的水分蒸發(fā)，使粉塵沉積逐漸形成結(jié)構(gòu)致密，類似于水泥的硬垢，垢層達(dá)到一定厚度后，會(huì)脫落砸壞設(shè)備，結(jié)垢現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐稍O(shè)備堵塞、系統(tǒng)停運(yùn)。由于煙氣中含有大量的HCl和SO2，此時(shí)急冷反應(yīng)塔內(nèi)的液滴就成為強(qiáng)酸，因此濕壁還會(huì)造成塔體的腐蝕。急冷反應(yīng)塔濕壁的原因主要有：

（1）霧化效果不好，蒸發(fā)速度較慢。如果噴嘴選擇不當(dāng)，霧化效果不好，霧滴較大，水霧在短時(shí)間內(nèi)難以被高溫?zé)煔庹舭l(fā)，會(huì)被局部氣流帶至塔壁造成濕壁。

（2）結(jié)露。霧化噴頭布置不合理和塔體保溫不好，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)壁與氣流主體間溫差過大，造成塔壁結(jié)露。

3 霧化系統(tǒng)及霧化噴頭的設(shè)計(jì)

急冷反應(yīng)塔的霧化噴頭是塔內(nèi)關(guān)鍵部件，其霧化方式、霧化效果以及霧化角度的大小都會(huì)影響煙氣的降溫效果以及塔體是否濕壁。按霧化噴頭的工作原理一般可分為：壓力式、離心式、氣流式三種形式。

（1）壓力式。壓力式噴頭霧化是利用高壓水泵將水增壓（壓力3.0～6.0MPa）后，通過機(jī)械力霧化成水霧。但由于高壓水泵維修復(fù)雜，同時(shí)高壓物料管存在許多安全隱患，因此這種霧化方式很少在垃圾焚燒廠中使用。

（2）離心式。高速旋轉(zhuǎn)離心霧化器在離心力以及料液與空氣摩擦作用下，使液態(tài)水高度霧化，其產(chǎn)生的漿滴大小與液體流量關(guān)系不大，所以旋轉(zhuǎn)離心霧化器具有較好的調(diào)節(jié)能力，霧化區(qū)的錐角大。這種霧化器具有很高的霧化容量，一般一個(gè)吸收塔只需一個(gè)霧化器。旋轉(zhuǎn)離心霧化器轉(zhuǎn)速為10,000～20,000rpm，因此常被用于半干法處理系統(tǒng)的石灰漿霧化過程，因此也極易造成高速霧化器的磨損，需經(jīng)常替換使用，將更換下來的霧化器進(jìn)行清理，保證其使用壽命。

（3）氣流式。氣流式噴頭，也叫雙流體霧化噴頭，霧化的能量是靠壓縮空氣提供；這種噴頭壓縮空氣的壓力越高，產(chǎn)生的液滴越細(xì)，但能耗也越大。其產(chǎn)生的錐形霧化區(qū)與離心霧化器相比，錐角狹，因此一個(gè)急冷反應(yīng)塔需要配備多個(gè)霧化噴頭。

干法處理系統(tǒng)中急冷反應(yīng)塔內(nèi)配備F10Max噴頭，噴出的水滴直徑小于100μm。根據(jù)西德魯奇（LURGI）公司資料，蒸發(fā)時(shí)間與水滴直徑平方（d2）及進(jìn)出煙氣的溫差（T進(jìn)-T出）有關(guān)，即

式中：f — 水滴霧化指數(shù)；

t — 水滴蒸發(fā)時(shí)間，s。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工況，蒸發(fā)時(shí)間一般在0.8～1.5s，霧滴在急冷反應(yīng)塔內(nèi)完全可以被蒸發(fā)。因此，實(shí)際上只需要從氣流的壓力、霧化角和噴槍的布置方式來考慮減少濕壁的可能性。

F10Max噴頭噴孔直徑為1.2mm，由于噴頭噴孔直徑較小，噴孔處的壓降較大，高壓氣體經(jīng)過噴頭后，推動(dòng)液滴從噴孔噴出達(dá)到較高的速度，霧滴在運(yùn)動(dòng)過程中受到空氣阻力的影響，速度必然下降，但仍在100m/s以上，這對(duì)于工作區(qū)內(nèi)的換熱有良好作用；隨著工作壓力的增大，霧滴運(yùn)動(dòng)速度也在增大，因此應(yīng)當(dāng)選擇在較高的壓力下進(jìn)行工作，但過高的壓力又會(huì)造成噴霧流場(chǎng)的不穩(wěn)定，霧滴運(yùn)動(dòng)速度均勻性變差；綜合考慮，選用0. 4MPa的工作壓力較為合適。

雙流體噴頭的霧化角也是影響干法煙氣脫酸系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)很重要的參數(shù)。噴頭的霧化角過大容易造成霧滴貼壁現(xiàn)象，引起急冷反應(yīng)塔內(nèi)結(jié)皮和腐蝕等問題；霧化角過小，氣液混合不夠均勻，系統(tǒng)就達(dá)不到要求的脫酸效果。雙流體噴頭產(chǎn)生高度均勻且粒徑小的料霧，噴頭的霧化角較小，一般α在20～25°之間（如圖1所示），氣液質(zhì)量比增加，霧化角減小。

圖1 噴頭的霧化角

霧化角度大時(shí)，漿滴的噴射范圍比較遠(yuǎn)，很容易在還未蒸發(fā)之前就已經(jīng)打到塔壁上，造成粘壁現(xiàn)象，導(dǎo)致對(duì)壁面的腐蝕；噴頭達(dá)到最大霧化半徑的高度處，其近壁處也是最容易發(fā)生粘壁問題的區(qū)域；為避免霧滴到達(dá)塔壁造成濕壁，必須對(duì)噴頭的最大霧羽進(jìn)行研究，在空氣壓力為0.45MPa、水的壓力為0.42MPa的工況下，對(duì)F10Max噴頭在大氣中的霧羽進(jìn)行測(cè)量（如圖2所示），其最大霧羽直徑為1.2m，實(shí)際上，雙流體噴頭在煙氣流的夾帶下，霧化角度α收縮，最大霧羽會(huì)減少。

圖2 霧羽的測(cè)量

雙流體噴頭在急冷反應(yīng)塔斷面布置時(shí)，需要考慮避免最大霧羽的直徑碰壁，同時(shí)霧化范圍還必須保證塔內(nèi)煙氣充分與霧滴接觸，避免部分煙氣可能還沒有與霧滴接觸就已經(jīng)流出塔外。因此需要考慮在保證最大覆蓋面積的前提下，如何布置噴頭，使其在急冷反應(yīng)塔內(nèi)避免霧滴濕壁和重疊。本文以直徑3.2m的急冷反應(yīng)塔中布置5個(gè)霧化噴頭為例，具體布置如圖3所示。5個(gè)霧化噴頭均布在急冷反應(yīng)塔頂部，液相主要分布在塔的中心，并且在急冷反應(yīng)塔的中部形成液滴分布非常集中的區(qū)域，壁面液滴則較少。增加霧化器數(shù)量能使液滴在塔內(nèi)的分布均勻，消除死區(qū)，但是霧化器數(shù)量越多，霧羽重疊區(qū)域就會(huì)增加，霧滴之間碰撞越劇烈，粒度梯度也會(huì)變大，不利于霧滴的蒸發(fā)。

圖3 霧化噴頭布置方式

圖3中的布置方式可提高霧滴的蒸發(fā)效率，避免霧滴重疊和急冷反應(yīng)塔濕壁、結(jié)皮和腐蝕。因此急冷反應(yīng)塔無需采用特殊的防腐材質(zhì)，只需在急冷反應(yīng)塔內(nèi)壁刷防腐漆一遍。與濕法和半干法相比，該方式大大節(jié)省了急冷反應(yīng)塔的造價(jià)。

4 應(yīng)用案例

霧化系統(tǒng)在生活垃圾焚燒廠尾氣凈化干法處理系統(tǒng)的應(yīng)用已有很多成功案例，部分生活垃圾焚燒廠的應(yīng)用情況見下表。

部分生活垃圾焚燒廠的應(yīng)用情況一覽表

5 結(jié)論

（1）生活垃圾焚燒廠尾氣凈化處理的干法脫酸系統(tǒng)中，急冷反應(yīng)塔雙流體噴嘴噴出的水滴直徑小于100μm時(shí)，基本上能保證煙氣在急冷反應(yīng)塔出口處?kù)F滴被完全蒸發(fā)。

（2）根據(jù)工況測(cè)試最大霧羽直徑，考慮到氣流的夾帶和高溫蒸發(fā)，最大霧羽直徑會(huì)小于實(shí)際的測(cè)量值，在實(shí)際設(shè)計(jì)噴頭布置中，完全避免霧羽重疊區(qū)是很難做到的，但只要急冷反應(yīng)塔設(shè)計(jì)合理，小部分霧羽重疊區(qū)域，不會(huì)影響急冷反應(yīng)塔的使用效果。

Study on Atomization System of Tail Gas Dry Process of De-acidification Technology in Garbage Incineration

MU Lu-ying, SHI Yong, YANG Fei, WU Gang
(Hefei Cement Research & Design Institute, Hefei 230051, China)

The more jet water quantity of rapid cooling tower of tail gas purification dry process of treatment system in domestic refuse incineration plant, the higher efficiency of de-acidification will be. But the more jet water quantity will easily cause rapid cooling tower to occur wet-wall phenomena and cause erosion of the tower body. Therefore, while ensuring the jet water quantity, research must be made on the atomization system of rapid cooling tower so as to reduce the occurrence of wet-wall and erosion phenomena in the rapid cooling reaction tower.

refuse incineration; tail gas; dry process of de-acidification; atomization system

X701

A

1006-5377（2014）01-0019-03