垃圾焚燒煙氣處理專用高速離心霧化器設計與實現

摘要：經濟的快速發展、城鎮化的快速推進，城鎮垃圾處理問題已經成為各級政府必須面對的重大環保課題。文章闡述了垃圾焚燒處理的重要意義，分析了當前煙氣處理系統現狀與主要霧化裝置，提出了垃圾焚燒煙氣處理專用高速離心霧化器設計與實現方案，為垃圾焚燒煙氣的無害化處理提供了一種可行性技術方案。

關鍵詞：垃圾焚燒；煙氣處理；霧化器

中圖分類號：X701 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）29-0074-02

隨著經濟的快速發展、城鎮化的快速推進，城市的規模越來越大，人口集聚區人口密度越來越大，垃圾的數量也呈幾何數增加，垃圾在不斷吞食耕地，污染環境，危害周邊人民群眾的身心健康，垃圾處理問題已經成為各級政府必須面對的重大環保課題。近年來隨著科技的不斷發展，垃圾焚燒發電為城鎮垃圾的處理開辟了一條新路。垃圾焚燒發電通過使用特殊的垃圾焚燒設備，以城市工業和生活垃圾為燃燒介質，在對垃圾進行焚燒處理的同時，利用其產生的能量進行發電。由于這種處理方式具有環境與經濟雙重效益，已經被發達國家廣泛采用。隨著國家社會對環境問題的日益關注，特別是垃圾發電在垃圾處理中具有不可比擬的優越性，垃圾發電廠不但能夠緩解垃圾帶來的城鎮污染，而且具有良好的社會和經濟效益，因此其未來發展前景十分廣闊。然而垃圾焚燒處理過程產生的煙氣中的一些污染物會對環境造成二次污染，危害人民群眾身心健康，因此必須采取有效措施加強對垃圾焚燒煙氣的處理。本文設計介紹一種煙氣凈化處理系統專用高速離心霧化裝置，經檢測該裝置可以實現對垃圾焚燒煙氣的無害化處理，達到無污染排放。

1 當前煙氣處理系統現狀與主要霧化裝置

目前工業垃圾焚燒領域對排放大氣的煙氣處理通常采用“干法”、“半干法”及“濕法”進行處理，其中半干法及濕法均必須通過噴霧吸收塔對煙氣中的有毒、有害成份進行化學反應與吸收。而反應與吸收效果的好壞在很大程度上取決于噴霧吸收塔上所安裝的霧化裝置對煙氣處理化學反應所需堿性（或酸性）液態物料進行高效、可控的霧化。經霧化裝置霧化后反應物料的粒徑越小，則對噴霧吸收塔內煙氣中有毒有害物質的反應吸收越徹底，排放的煙氣中殘留有毒有害物質含量越低。反之，則達不到預期的處理目標。

現有煙氣處理系統用霧化裝置主要有：（1）氣力霧化方式，以壓縮空氣為動力，通過氣力噴嘴進行霧化。（2）壓力霧化方式，以水泵作為動力，對液態特料加壓，通過壓力噴嘴進行霧化。其共同缺點為：（1）霧化后粒徑較大，從而造成煙氣處理系統凈化反應不充分，處理后煙氣中殘留有毒有害物質相對較多。（2）單個噴嘴出力小，需要的噴嘴數量多。（3）噴嘴孔徑小，用于高濃度石灰乳液時易發生堵塞。（4）噴嘴磨損快，需頻繁更換。（5）對霧化的液態物料量及霧化后的粒徑不能有效控制，因而對煙氣處理系統工況變化的適應能力較差。

針對現有技術的缺點和不足，本文采用離心霧化原理，以變頻電機作為動力源，通過增速器組件將轉速從2042～2950r/min（通過變頻器調控）提高至9000～13000r/min，驅動霧化盤組件對液態物料進行霧化。霧化盤邊緣線速度高達94.2～136.1m/s，液態物料通過大口徑陶瓷耐磨噴嘴以相同速度被離心力沿切線方向高速甩出，從而實現了高效、超細、可控的霧化。

2 垃圾焚燒煙氣處理專用高速離心霧化器設計

2.1 裝置主要應用技術領域

本垃圾焚燒煙氣處理專用高速離心霧化器是一種對液態物料（含溶液、乳液）進行高效、可控霧化的高速離心霧化裝置，特別涉及煙氣凈化系統堿性（或酸性）液態反應物料進行霧化的專用高速離心霧化裝置。

2.2 主要增速器組件

該裝置主要增速器組件有：布料器組件、霧化盤組件、變頻電動機、彈性柱銷齒式聯軸器、進料管組件、錐形罩殼等構成、稀油潤滑系統。變頻電動機（4）通過彈性柱銷齒式聯軸器（5）與增速器組件（1）相連接，增速器組件（1）下端連接有布料器組件（2）和霧化盤組件（3）。進料管組件（6）將煙氣處理反應所需堿性液態物料（石灰乳液或氫氧化鈉溶液等）送入布料器組件（2），布料器組件（2）將物料均勻分配到霧化盤組件（3）圓周方向上，高速旋轉的霧化盤組件（3）通過霧化盤沿圓周方向均布的12個噴嘴將液態物料高速甩出。裝置結構圖如圖1所示。

2.3 高速離心霧化器基本原理

垃圾焚燒煙氣處理專用高速離心霧化器，利用離心霧化原理，通過高速旋轉的霧化盤組件對液態物料進行高效、超細、可控的霧化。變頻電動機提供霧化器工作動力，其輸出轉速為2042～2950r/min，通過非本專利范圍的變頻器對其轉速及功率進行精確控制。增速器組件將轉速增至9000～13000r/min，帶動霧化盤組件高速旋轉。煙氣處理反應所需堿性液態物料（石灰乳液或氫氧化鈉溶液等）通過進料管組件進入布料器組件。布料器組件的核心部件布料蕊上沿圓周方向均布有12道螺旋線布料槽，通過布料槽使液態物料均勻分配于霧化盤組件圓周方向上，從而保證霧化盤組件在高速旋轉中動平衡不至于被破壞。如果料液沿圓周方向分布不勻將造成霧化盤組件在高速轉動下動平衡破壞而引發劇烈振動，甚至引發整套裝置的破壞。布料器組件的主要作用是保證液態物料均勻分配于成霧化盤組件圓周方向，從而保證裝置運行平穩。高速旋轉的霧化盤組件通過霧化盤邊沿圓周方向均布的12個噴嘴將液態物料高速甩出，形成20～50um的霧狀液滴。噴嘴為耐磨、耐腐蝕的特殊陶瓷制成，噴嘴孔徑為12mm，因而本霧化裝置運行中即使是使用霧化物料濃度高達20%～25%的石灰乳液，本裝置也不發生堵塞。噴嘴為易損件，由于采用硬質耐磨陶瓷制造，因而較不銹鋼噴嘴壽命長5倍左右。對本裝置中的高速轉動部件采用稀油潤滑方式，系統保證高速轉動部件運行平穩且不被磨損。由于本霧化裝置安裝于煙氣處理系統噴霧吸收塔頂部，本裝置下部深入噴霧吸收塔內，處于煙氣環境中，因而采用耐腐蝕不銹鋼制造的錐形罩殼保護本裝置下部組件不被煙氣中的腐蝕性氣體

損壞。

3 結語

煙氣處理系統噴霧吸收塔對煙氣處理效果的好壞，很大程度上取決于所使用的反應吸收液經霧化裝置霧化后的粒徑，粒徑越小，反應吸收越迅速徹底。本裝置能將液態反應物料霧化為20～50μm的霧狀液滴，使每升液態反應物料的表面積達到了約（12～66）×1010m2，表面積較其常態增大約數億倍，因而高溫煙氣與霧狀反應物料能在瞬間完成化學反應及傳熱傳質過程，從而使煙氣中有毒有害物質殘留降至最低，經檢驗設計達到環保要求。

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作者簡介：何秀明（1955—），男，重慶人，重慶鋼鐵集團設計院總設計師，國家注冊公用設備工程師（動力專業），教授級高級工程師（正高級工程師），研究方向：冶金行業節能減排、余熱利用及發電、生活垃圾焚燒發電領域工程設計及技術研發。