某600MW機(jī)組脫硫超低排放改造吸收塔噴淋層噴嘴的選型

劉輝 貴州粵黔電力有限責(zé)任公司

1.前言

某600MW機(jī)組煙氣脫硫工程采用石灰石－石膏濕法煙氣脫硫工藝，設(shè)計(jì)脫硫效率不小于95%，凈煙氣二氧化硫濃度≤400mg/Nm3。根據(jù)2012年國家最新超低排放標(biāo)準(zhǔn)《火電廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)》要求二氧化硫排放限值小于35mg/Nm3(在基準(zhǔn)氧含量6%條件下）。由于電廠現(xiàn)有設(shè)備無法滿足超低排放要求，因此需要對煙氣系統(tǒng)脫硫設(shè)備進(jìn)行改造。而噴嘴是脫硫系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備之一，噴嘴類型和性能直接影響到系統(tǒng)的性能參數(shù)、經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行可靠性，所以合理的選擇噴嘴類型對保證脫硫系統(tǒng)的達(dá)標(biāo)排放有著重要意義。

2.常用的噴嘴類型

目前在石灰石－石膏濕法煙氣脫硫工藝吸收塔內(nèi)通常采用以下5種噴嘴：空心錐切線型噴嘴、實(shí)心錐切線型噴嘴、雙向空心錐切線型噴嘴、軸流實(shí)心噴嘴、螺旋型實(shí)心噴嘴。

2.1 空心錐切線型噴嘴

漿液從切線方向進(jìn)入噴嘴產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，獲得足夠的離心力后從與入口成90°角的噴孔噴出，形成無數(shù)霧滴組成的空心錐噴霧，在噴霧錐的中心有一空氣心，所以叫空心錐噴嘴。

2.2 實(shí)心錐切線型噴嘴

實(shí)心錐切線型噴嘴與空心錐切線型噴嘴較為類似，均從切線方向進(jìn)入。所不同的是旋轉(zhuǎn)室頂部的結(jié)構(gòu)，空心錐噴嘴頂部凹腔在噴嘴入口的對面，與內(nèi)壁平齊；實(shí)心錐噴嘴頂部凹腔則幾乎與噴嘴噴孔在同一軸線上，當(dāng)漿液進(jìn)入旋轉(zhuǎn)室后，漿液速度的軸向分量增大到可以抵消旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，空心消失，空心錐噴霧變成了實(shí)心錐噴霧。

2.3 雙向空心錐切線型噴嘴

該類型噴嘴原理與空心錐切線型噴嘴一致，不過當(dāng)漿液切向進(jìn)入旋轉(zhuǎn)室后，旋轉(zhuǎn)室一分為二，分別向上、下兩個(gè)方向噴出，相當(dāng)于兩個(gè)空心錐切線型噴嘴上、下疊加而成。

2.4 軸流實(shí)心噴嘴

這種噴嘴的漿液是從軸線方向進(jìn)入噴嘴，通過設(shè)置于噴嘴內(nèi)部的內(nèi)插件使?jié){液產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從與入口同軸的噴孔噴出，形成實(shí)心錐噴霧。

2.5 螺旋型實(shí)心噴嘴

常規(guī)的噴嘴是讓液體通過導(dǎo)流作用形成同是順時(shí)針或者逆時(shí)針方向的流動(dòng)，并且由于水壓的作用使液體產(chǎn)生離心力，從而產(chǎn)生錐形的噴霧。螺旋噴嘴則不同，螺旋噴嘴是一種典型的撞擊式分散噴霧，噴嘴內(nèi)部沒有結(jié)構(gòu)，是一個(gè)暢通的通道，水流是通過撞擊螺旋的分層界面，從而產(chǎn)生分層噴淋。實(shí)心錐實(shí)際上是由2-3個(gè)分離的同心圓空心錐疊加而成。

3.各類型噴嘴的特點(diǎn)

3.1 空心錐切線型噴嘴

該類型噴嘴內(nèi)部無須設(shè)置內(nèi)插件、結(jié)構(gòu)簡單，自由暢通直徑大，不易堵塞，自由暢通直徑達(dá)到噴孔直徑的80%-100%。

3.2 實(shí)心錐切線型噴嘴

該類型特點(diǎn)與空心錐切線型噴嘴類似，但其與空心錐噴嘴相比噴霧中含有大液滴較多，并集中在椎體的中心，一般實(shí)心錐噴嘴的霧滴平均粒徑要比相同尺寸的空心錐噴嘴大30%-50%。

3.3 雙向空心錐切線型噴嘴

該類型噴嘴除了有空心錐切線型噴嘴的特點(diǎn)外，由于雙向噴嘴向上的噴霧可以減小下落液滴的壓力，增加液滴在塔中的平均駐留時(shí)間。

3.4 軸流實(shí)心噴嘴

該類型噴嘴的霧滴平均粒徑要比相同尺寸的空心錐切線型噴嘴小30%-40%，但其自由暢通直徑也要小一些，一般為其直徑的25%-100%。

3.5 螺旋型實(shí)心噴嘴

在相同條件下，該類型噴嘴的霧滴平均粒徑要比相同尺寸的空心錐切線型噴嘴小40%-60%，在較低的壓力條件下，也可以達(dá)到良好的霧化效果。但其運(yùn)行中螺旋部分因長時(shí)間磨損會(huì)損壞，導(dǎo)致其噴嘴性能不能保證。

從防堵塞方面看，空心錐切線型噴嘴、實(shí)心錐切線型噴嘴、雙向空心錐切線型噴嘴的自由暢通孔徑大，易于自我清除部分雜物，不易堵塞。軸流實(shí)心噴嘴自由暢通孔徑最小，較其他噴嘴容易堵塞；對于細(xì)長的外物時(shí)，螺旋型實(shí)心噴嘴最易堵。

從噴霧粒徑來看，螺旋型噴嘴的平均直徑最小，軸流實(shí)心噴嘴其次，空心錐切線型噴嘴稍微大一點(diǎn)，實(shí)心錐切線型噴嘴最大。

4.新型高效噴嘴

高效噴嘴（單向雙頭/雙向雙頭）是在普通切線型噴嘴的基礎(chǔ)上結(jié)合噴嘴噴霧特性及脫硫需求而發(fā)展起來的一種新型噴霧技術(shù)，該形式相比普通噴嘴，具有霧化粒徑小、通流面積大、覆蓋率高等特點(diǎn)。

該類型噴嘴采用非線性流道設(shè)計(jì)，與普通切線型噴嘴相比，在同等運(yùn)行壓力及流量下，霧化粒徑更小，高效噴嘴比普通噴嘴霧化粒徑減小150-300μm。高效噴嘴的專利非對稱小角度設(shè)計(jì)使橫截面上的液滴分布更加均勻合理，產(chǎn)生更大的反應(yīng)吸收面積，單個(gè)噴嘴覆蓋面積增加20%-30%；從而在吸收塔截面形成更好的噴淋覆蓋率。高效噴嘴形成的背向旋轉(zhuǎn)的霧錐，減少了作用在噴淋層支管上的扭矩，消除了噴射振動(dòng)。

5.各噴淋層噴嘴的推薦選型及原因

根據(jù)不同類型噴嘴的特點(diǎn)，推薦的吸收塔各噴淋層的噴嘴類型如下：在噴淋層的中心區(qū)域，噴淋層頂層采用單向雙頭高效噴嘴，其余層采用雙向空心錐切線型噴嘴；沿塔壁周圍采用噴射角度略小一些的實(shí)心錐切線型噴嘴。

5.1 頂層噴淋層噴嘴選型原因

高效噴嘴是根據(jù)當(dāng)前超低排放改造的需求而發(fā)展起來的一種新型噴霧技術(shù)，與其他脫硫常用的其他噴嘴相比，該噴嘴有霧化粒徑小、通流面積大、覆蓋率高等特點(diǎn)，但其價(jià)格較為昂貴，從經(jīng)濟(jì)性考慮不宜整塔都使用該類型噴嘴，而頂層噴淋層噴出的漿液與煙氣接觸時(shí)間最長，對脫硫效率影響最大，故對最頂層噴淋層采用高效噴嘴。由于頂層噴淋層緊鄰除霧器，為保證除霧器的正常運(yùn)行，減小煙氣帶漿，故采用單向噴嘴。

5.2 其余層噴淋層噴嘴選型原因

實(shí)心錐切線型噴嘴與空心錐切線型噴嘴相比，由于漿液在噴嘴中的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)被破壞，不僅使其霧滴平均直徑較大，并集中在錐的中心，不像空心錐霧滴主要分布在錐形邊緣，這也導(dǎo)致了實(shí)心錐噴嘴噴射角度要小于空心錐噴嘴噴射角度，在相同的漿液覆蓋率下，需使用更多的實(shí)心錐噴嘴,從經(jīng)濟(jì)性考慮采用空心錐噴嘴。而相對于單向噴嘴，雙向噴嘴向上的噴霧減小了下落液滴的壓力，增加了液滴在塔內(nèi)與煙氣反應(yīng)的時(shí)間，提高了脫硫效率。故選用雙向空心錐切線型噴嘴。

5.3 沿塔壁邊緣噴嘴選型原因

由于空心錐霧滴主要分布在錐形邊緣，而實(shí)心錐類型的噴嘴其噴霧霧滴在橫斷面上是均勻分布的，所以實(shí)心錐噴嘴在噴淋時(shí)對氣相流場的整流效果要優(yōu)于空心錐噴嘴。如果全部采用空心錐噴嘴，由于大量煙氣從側(cè)向沖入吸收塔，空心錐噴嘴對煙氣的整流效果相對較差，使得相當(dāng)一部分煙氣依靠慣性繼續(xù)沿著塔壁向上運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致煙氣入口對面塔壁處的氣流速度很高，漿液與煙氣接觸時(shí)間減少，導(dǎo)致煙氣反應(yīng)不完全或者直接造成煙氣逃逸。在沿塔壁邊緣布置實(shí)心錐噴嘴，使氣液接觸效果更均勻，有利于脫硫效率的保持和提高。使用噴射角度略小的噴嘴則是為了減小漿液對塔壁的沖刷損傷，提高防腐層的使用壽命。

6.結(jié)語

在石灰石－石膏濕法煙氣脫硫工藝中，噴淋層噴嘴的選擇直接影響到整個(gè)脫硫系統(tǒng)的效率和經(jīng)濟(jì)性，所以必須根據(jù)噴嘴的特點(diǎn)和系統(tǒng)要求，合理的選擇適宜的噴嘴，而噴嘴選擇的主要任務(wù)就是首先確定噴嘴的型式，然后再選擇噴嘴的工作壓力、工作流量、噴霧角、布置方式。只有進(jìn)行合理、優(yōu)化的噴嘴選型及設(shè)計(jì)布置，才能達(dá)到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，保證脫硫系統(tǒng)的高效率