垃圾焚燒尾氣干法脫酸工藝霧化系統的研究

穆璐瑩，施勇，楊飛，吳剛

（合肥水泥研究設計院，合肥 230051）

垃圾焚燒尾氣干法脫酸工藝霧化系統的研究

穆璐瑩，施勇，楊飛，吳剛

（合肥水泥研究設計院，合肥 230051）

生活垃圾焚燒廠尾氣凈化干法處理系統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生濕壁現象，從而造成塔體的腐蝕。因此在保證噴水量的同時，需要對急冷塔霧化系統進行詳細研究，最大程度地減少急冷反應塔的濕壁與腐蝕現象發生。

垃圾焚燒尾氣;干法脫酸;霧化系統

1 引言

根據三部委（住房和城鄉建設部、國家發展和改革委員會、環境保護部）制定的《生活垃圾處理技術指南》（建成〔2010〕61號）要求，“煙氣凈化系統必須設置袋式除塵器，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，應選用干法、半干法、濕法或其組合處理工藝對其進行去除”；在干法處理工藝中，急冷反應塔是煙氣脫酸和去除二英的關鍵裝置；煙氣進入急冷反應塔內，需要通過霧化水氣對垃圾焚燒爐煙氣進行降溫增濕，霧化效果好，噴水量大，煙氣溫度就會降得越低，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塔發生濕壁現象，造成塔體的腐蝕。因此在保證噴水量的同時，需要對急冷反應塔的霧化系統進行詳細的研究，最大程度地減少噴水量并提高霧化效果，降低濕壁與腐蝕現象的發生。

2 濕壁的后果和原因分析

急冷反應塔發生濕壁會造成煙氣中的粉塵附著在塔壁上。同時，高溫煙氣將粉塵附著的水分蒸發，使粉塵沉積逐漸形成結構致密，類似于水泥的硬垢，垢層達到一定厚度后，會脫落砸壞設備，結垢現象嚴重時甚至會造成設備堵塞、系統停運。由于煙氣中含有大量的HCl和SO2，此時急冷反應塔內的液滴就成為強酸，因此濕壁還會造成塔體的腐蝕。急冷反應塔濕壁的原因主要有：

（1）霧化效果不好，蒸發速度較慢。如果噴嘴選擇不當，霧化效果不好，霧滴較大，水霧在短時間內難以被高溫煙氣蒸發，會被局部氣流帶至塔壁造成濕壁。

（2）結露。霧化噴頭布置不合理和塔體保溫不好，會導致內壁與氣流主體間溫差過大，造成塔壁結露。

3 霧化系統及霧化噴頭的設計

急冷反應塔的霧化噴頭是塔內關鍵部件，其霧化方式、霧化效果以及霧化角度的大小都會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，通過機械力霧化成水霧。但由于高壓水泵維修復雜，同時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。高速旋轉離心霧化器在離心力以及料液與空氣摩擦作用下，使液態水高度霧化，其產生的漿滴大小與液體流量關系不大，所以旋轉離心霧化器具有較好的調節能力，霧化區的錐角大。這種霧化器具有很高的霧化容量，一般一個吸收塔只需一個霧化器。旋轉離心霧化器轉速為10,000～20,000rpm，因此常被用于半干法處理系統的石灰漿霧化過程，因此也極易造成高速霧化器的磨損，需經常替換使用，將更換下來的霧化器進行清理，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，產生的液滴越細，但能耗也越大。其產生的錐形霧化區與離心霧化器相比，錐角狹，因此一個急冷反應塔需要配備多個霧化噴頭。

干法處理系統中急冷反應塔內配備F10Max噴頭，噴出的水滴直徑小于100μm。根據西德魯奇（LURGI）公司資料，蒸發時間與水滴直徑平方（d2）及進出煙氣的溫差（T進-T出）有關，即

式中：f — 水滴霧化指數；

t — 水滴蒸發時間，s。

根據現場的工況，蒸發時間一般在0.8～1.5s，霧滴在急冷反應塔內完全可以被蒸發。因此，實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，高壓氣體經過噴頭后，推動液滴從噴孔噴出達到較高的速度，霧滴在運動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，這對于工作區內的換熱有良好作用；隨著工作壓力的增大，霧滴運動速度也在增大，因此應當選擇在較高的壓力下進行工作，但過高的壓力又會造成噴霧流場的不穩定，霧滴運動速度均勻性變差；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安全經濟運行的一個很重要的參數。噴頭的霧化角過大容易造成霧滴貼壁現象，引起急冷反應塔內結皮和腐蝕等問題；霧化角過小，氣液混合不夠均勻，系統就達不到要求的脫酸效果。雙流體噴頭產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），氣液質量比增加，霧化角減小。

圖1 噴頭的霧化角

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

圖2 霧羽的測量

雙流體噴頭在急冷反應塔斷面布置時，需要考慮避免最大霧羽的直徑碰壁，同時霧化范圍還必須保證塔內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，使其在急冷反應塔內避免霧滴濕壁和重疊。本文以直徑3.2m的急冷反應塔中布置5個霧化噴頭為例，具體布置如圖3所示。5個霧化噴頭均布在急冷反應塔頂部，液相主要分布在塔的中心，并且在急冷反應塔的中部形成液滴分布非常集中的區域，壁面液滴則較少。增加霧化器數量能使液滴在塔內的分布均勻，消除死區，但是霧化器數量越多，霧羽重疊區域就會增加，霧滴之間碰撞越劇烈，粒度梯度也會變大，不利于霧滴的蒸發。

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效率，避免霧滴重疊和急冷反應塔濕壁、結皮和腐蝕。因此急冷反應塔無需采用特殊的防腐材質，只需在急冷反應塔內壁刷防腐漆一遍。與濕法和半干法相比，該方式大大節省了急冷反應塔的造價。

4 應用案例

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

部分生活垃圾焚燒廠的應用情況一覽表

5 結論

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

（2）根據工況測試最大霧羽直徑，考慮到氣流的夾帶和高溫蒸發，最大霧羽直徑會小于實際的測量值，在實際設計噴頭布置中，完全避免霧羽重疊區是很難做到的，但只要急冷反應塔設計合理，小部分霧羽重疊區域，不會影響急冷反應塔的使用效果。

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