南山垃圾电厂旋转喷雾干燥脱硫法的优化设计

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南山垃圾电厂旋转喷雾干燥脱硫法的优化设计

吴燕琦，张小可

（深圳市能源环保有限公司，广东

摘

深圳

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要：本文从提高脱硫效率出发，将一些经验参数与南山垃圾焚烧发电厂的数据进行比较，探讨设计及运行

中应该注意的重要参数，从而确定优化设计。

关键词：半干法脱硫；旋转喷雾；优化设计中图分类号：23&*04

文献标识码：5

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喷雾干燥法商业应用已有%&多年历史，旋转喷雾干燥法系统相对简单，投资低，运行费用相对湿法也不高；运行相当可靠，不会产生结垢和堵塞；由于是干式运行，最终产物易于处理；只要控制好干燥吸收器的出口烟气温度，对设备的腐蚀性也不高，适用于中小型电厂。尤其是因为其占地面积小，更适合中小型电厂脱硫改造。

喷雾干燥法与活性炭喷射、布袋除尘器联用，可除去垃圾焚烧烟气中对环境有害的酸性气体、颗粒物、重金属、二恶英) 呋喃等污染物，使污染物排放达到标准。作为深圳市环保示范工程的南山垃圾焚烧电厂，引进了比利时西格斯的旋转喷雾干燥烟气净化技术，其烟气净化系统由旋转喷雾及吸收塔系统、活性炭喷射及袋式除尘器系统组成。烟气首先经过半干式反应塔除去酸性物质；接着在反应塔烟气出口和袋式除尘器之间的烟道中喷入活性炭用来吸附烟气中的汞蒸气和二恶英，最后烟气进入袋式除尘器。几乎所有的固体颗粒包括烟尘、反应生成物（固态）、未完全反应的石灰、固态重金属，以及吸附有二恶英的活性炭被除去，净化后的烟气通过烟囱排入大气。

一、喷雾干燥脱硫工艺及原理

旋转喷雾烟气脱硫工艺一般用生石灰作吸收剂，生石灰经熟化变成具有较好反应能力的熟石灰浆液。熟石灰浆液经装在吸收塔顶部的高达*(&&&+%&&&&,) -./的高速旋转雾化器喷射成均匀的雾滴，其雾滴直径可小于与烟气接触，发*&&! -。这些微粒具有很大的比表面积，

生强烈的热交换和化学反应，迅速地将大部分水分蒸发，形成含水量少的固体灰渣。如果吸收剂颗粒没有完全干燥，则在吸收塔之后的烟道和除尘器中仍可继续发生吸收二氧化硫的化学反应。

二、优化设计及运行参数的选择

由于喷雾脱硫的脱硫率低于湿法脱硫，吸收剂的利用率较低，为获得最佳的除酸效果，提高吸收剂的利用率就显得至关重要。雾化器、烟气导流叶片、半干式反应塔及其附属设备的功能如下：将石灰浆及冷却水雾化成均匀的微粒；使烟气在反应塔内均匀分布；强化烟气与液滴的混合和接触；为反应提供适当的反应温度；提供足够长的烟气停留（反应）时间。优化设计主要从强化烟气与液滴的混合和接触、提供足够的停留时间、防止湿物料贴壁等方面着手。前人在工程实践及实验的基础上已经得出了一些经验公式、参数，甚至是一些优化的设计。下面对雾化器的转速、反应塔本体设计、基于流场分析的烟气导流叶片优化设计及石灰浆液的制备进行讨论。

*0旋转雾化机理与最佳转速

雾化器是烟气净化的关键设备，雾化效果直接影响吸收剂利用率。旋转雾化器的基本原理是，石灰浆被送至高速旋转的雾化盘时，由于离心力的作用，浆液伸展为薄膜或被拉成细丝（取决于转速和浆液量），在雾化盘边缘破裂分散为液滴。液滴的大小取决于旋转速度和浆液量。当雾化盘圆周速度小于(&-) 1时，得到的液滴粒径相差很大，雾化盘圆周速度较大时，液滴粒径均匀性大转速到*&&&&,) -./以上后，粒径随转速的大改善。由图! ，变化减小，提高转速对减小粒径帮助不大。另外还可看出，粒径受流量（浆液量）影响很小，因此旋转雾化器相对于压力式喷嘴雾化，具有更高的灵活性，可在较大范围内的烟气量下运行。

在运行中存在一个最佳转速，能产生大小合适的雾滴，从而产生最经济的脱硫效果。

转速与雾滴直径有直接的关联，其粒径影响反应比表面积和传质过程。粒径越小，比表面积越大，有利于反

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数进行小心选择。运行中可控参数有消化时间、起始温度等。西格斯提出的最佳消化温度为C&BC(L。在消化时间为90，试验表明，消化时间越:0，20，)%0,-.的情况下，长，钙有效利用率越低。结合西格斯提出的最佳消化时间大于90分钟，可作为一个选择。运行中要根据实际情况调整石灰浆的制备量，既要满足要求，又要避免石灰浆存放时间过长，导致活性降低甚至结块堵塞。对消化

图"

不同流量下雾化液滴粒径与转速关系曲线

罐温度和每次制备量，要根据上述原则结合实际运行情况，寻找一个适当的值。另外，由于石灰浆随制随用，消化罐容量就不必太大。在老厂改造、厂用面积有限的情况下，按南山厂的设计，应该还有改小的余地。

应；而粒径大，吸收剂干燥慢，气液反应时间长，也有利于反应的进行。因此粒径对脱酸的传质和化学反应的影响是相反的，存在一个合理的粒径，使脱硫率最高。旋转雾化器的优点是可以通过调节转速改变雾滴直径分布，粒径受流量影响很小，与处理烟气量无关，最佳转速可通过实验选取。南山电厂在调试及试运期间选择转速为对应的粒径在/0! , 左右。)&&&&*+,-. ，

%1反应塔本体设计

喷雾脱硫的一个主要优点就是占地较小，优化反应塔结构尺寸，不仅仅是降低投资的需要，有时还是在现有厂用面积条件下不得不作出的优化选择。

从雾化盘喷射出来的液滴飞行距离是确定反应塔直径的直接参数，通常以水平面上有234以上的雾滴降落的直径作为喷雾距。雾滴直径大，喷雾距也大；雾化盘转速增加，喷雾距将减小；浆液量增加时，喷雾距将增大。根据文献，在雾化盘下012, 处多叶雾化盘的喷雾距计算式为：

（5226072891’:;379:

其中，（, ），（?@+A ），; 为雾化盘直径

烟气流量选取，设计烟气量为CC00D, 9E A ，反应塔烟气速度（均值）取31((B31:,E F 。塔高的确定要保证足够的烟气停留时间，南山的烟气停留时间在):B)2秒。由此算来，塔径在(1(B)),之间，取了/1(,。两种选取方法得出的结果很接近，而西格斯提供的塔径选择范围较大，有优化需要时，可用上述经验公式作为参照。

’1反应塔流场分析

在许多采用半干法脱硫的电厂，都出现了反应塔内固体沉积的情况，并有从局部扩展到整个壁面的情况。为避免沉积，除选择适当的塔径之外，对蒸发过程的有效控制是十分重要的。烟气旋转进入反应塔，石灰浆和水经过雾化盘进入反应塔，与烟气以相反旋转方向混合发生反应，生成固体产物。因此对塔内流动进行!MN 分析，了解烟气与液滴在不同的设计参数下的混合及分布，了解液滴蒸发区的大小，有助于确定最优设计。

比较不同角度的颗粒轨迹图及蒸发速率图，可以给出优化设计。由图! 可见，导流叶片角度为>(度时，石灰浆液集中在中心区，气液不能充分混合；导流叶片角度为

’&、(&度时，颗粒碰到

反应塔壁，会导致较严重的结垢；导流叶片角度为%(度时，既可得到较充分的气液混合，又能防止贴壁。此即为给定条件下的最优设计。

三、结语

雾化器存在一个

最佳转速，能产生大小合适的雾滴，南山垃圾发电厂为喷雾距可作>&&&&*+,-. 。对应的平均粒径在/&! , 左右；

为确定反应塔直径的直接参数；生石灰的消化是很关键的步骤，南山厂的消化时间应该在9&O:0,-.之内，最佳消化温度为C0BC(P；烟气导流叶片角度对塔内气液混合情况及半湿物料是否贴壁影响较大，南山厂取%(度时，既可得到较为充分的气液混合，又能防止贴壁。

参考文献：（略）

图! 半干反应塔喷雾轨迹图

Q 导流叶片角度依次为>(R%(R’&R(&6

91石灰浆液的制备

在脱硫过程中，水起到了很大作用。研究表明，干粉状的!GH 几乎不具备脱硫活性，需要首先溶解于水，才能与烟气中的I!J 和KH %等反应。因此，生石灰必须加水转化为熟石灰浆液（即消化或熟化）。熟石灰的活性受石灰品种、消化工艺的影响。消化过程的质量决定了石灰颗粒的大小、孔隙率和反应性。石灰颗粒的表面积、孔隙率直接影响烟气脱酸的效果，因此要对消化过程、工艺参

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