垃圾焚烧尾气干法脱酸工艺雾化系统的研究

穆璐莹，施勇，杨飞，吴刚

（合肥水泥研究设计院，合肥 230051）

垃圾焚烧尾气干法脱酸工艺雾化系统的研究

穆璐莹，施勇，杨飞，吴刚

（合肥水泥研究设计院，合肥 230051）

生活垃圾焚烧厂尾气净化干法处理系统的急冷塔的喷水量越大，脱酸效率越高。但是喷水量大容易引起急冷塔发生湿壁现象，从而造成塔体的腐蚀。因此在保证喷水量的同时，需要对急冷塔雾化系统进行详细研究，最大程度地减少急冷反应塔的湿壁与腐蚀现象发生。

垃圾焚烧尾气;干法脱酸;雾化系统

1 引言

根据三部委（住房和城乡建设部、国家发展和改革委员会、环境保护部）制定的《生活垃圾处理技术指南》（建成〔2010〕61号）要求，“烟气净化系统必须设置袋式除尘器，去除焚烧烟气中的粉尘污染物。酸性污染物包括氯化氢、氟化氢、硫氧化物、氮氧化物等，应选用干法、半干法、湿法或其组合处理工艺对其进行去除”；在干法处理工艺中，急冷反应塔是烟气脱酸和去除二英的关键装置；烟气进入急冷反应塔内，需要通过雾化水气对垃圾焚烧炉烟气进行降温增湿，雾化效果好，喷水量大，烟气温度就会降得越低，烟气湿含量越高，脱酸效率也就越高。但喷水量大容易引起急冷反应塔发生湿壁现象，造成塔体的腐蚀。因此在保证喷水量的同时，需要对急冷反应塔的雾化系统进行详细的研究，最大程度地减少喷水量并提高雾化效果，降低湿壁与腐蚀现象的发生。

2 湿壁的后果和原因分析

急冷反应塔发生湿壁会造成烟气中的粉尘附着在塔壁上。同时，高温烟气将粉尘附着的水分蒸发，使粉尘沉积逐渐形成结构致密，类似于水泥的硬垢，垢层达到一定厚度后，会脱落砸坏设备，结垢现象严重时甚至会造成设备堵塞、系统停运。由于烟气中含有大量的HCl和SO2，此时急冷反应塔内的液滴就成为强酸，因此湿壁还会造成塔体的腐蚀。急冷反应塔湿壁的原因主要有：

（1）雾化效果不好，蒸发速度较慢。如果喷嘴选择不当，雾化效果不好，雾滴较大，水雾在短时间内难以被高温烟气蒸发，会被局部气流带至塔壁造成湿壁。

（2）结露。雾化喷头布置不合理和塔体保温不好，会导致内壁与气流主体间温差过大，造成塔壁结露。

3 雾化系统及雾化喷头的设计

急冷反应塔的雾化喷头是塔内关键部件，其雾化方式、雾化效果以及雾化角度的大小都会影响烟气的降温效果以及塔体是否湿壁。按雾化喷头的工作原理一般可分为：压力式、离心式、气流式三种形式。

（1）压力式。压力式喷头雾化是利用高压水泵将水增压（压力3.0～6.0MPa）后，通过机械力雾化成水雾。但由于高压水泵维修复杂，同时高压物料管存在许多安全隐患，因此这种雾化方式很少在垃圾焚烧厂中使用。

（2）离心式。高速旋转离心雾化器在离心力以及料液与空气摩擦作用下，使液态水高度雾化，其产生的浆滴大小与液体流量关系不大，所以旋转离心雾化器具有较好的调节能力，雾化区的锥角大。这种雾化器具有很高的雾化容量，一般一个吸收塔只需一个雾化器。旋转离心雾化器转速为10,000～20,000rpm，因此常被用于半干法处理系统的石灰浆雾化过程，因此也极易造成高速雾化器的磨损，需经常替换使用，将更换下来的雾化器进行清理，保证其使用寿命。

（3）气流式。气流式喷头，也叫双流体雾化喷头，雾化的能量是靠压缩空气提供；这种喷头压缩空气的压力越高，产生的液滴越细，但能耗也越大。其产生的锥形雾化区与离心雾化器相比，锥角狭，因此一个急冷反应塔需要配备多个雾化喷头。

干法处理系统中急冷反应塔内配备F10Max喷头，喷出的水滴直径小于100μm。根据西德鲁奇（LURGI）公司资料，蒸发时间与水滴直径平方（d2）及进出烟气的温差（T进-T出）有关，即

式中：f — 水滴雾化指数；

t — 水滴蒸发时间，s。

根据现场的工况，蒸发时间一般在0.8～1.5s，雾滴在急冷反应塔内完全可以被蒸发。因此，实际上只需要从气流的压力、雾化角和喷枪的布置方式来考虑减少湿壁的可能性。

F10Max喷头喷孔直径为1.2mm，由于喷头喷孔直径较小，喷孔处的压降较大，高压气体经过喷头后，推动液滴从喷孔喷出达到较高的速度，雾滴在运动过程中受到空气阻力的影响，速度必然下降，但仍在100m/s以上，这对于工作区内的换热有良好作用；随着工作压力的增大，雾滴运动速度也在增大，因此应当选择在较高的压力下进行工作，但过高的压力又会造成喷雾流场的不稳定，雾滴运动速度均匀性变差；综合考虑，选用0. 4MPa的工作压力较为合适。

双流体喷头的雾化角也是影响干法烟气脱酸系统安全经济运行的一个很重要的参数。喷头的雾化角过大容易造成雾滴贴壁现象，引起急冷反应塔内结皮和腐蚀等问题；雾化角过小，气液混合不够均匀，系统就达不到要求的脱酸效果。双流体喷头产生高度均匀且粒径小的料雾，喷头的雾化角较小，一般α在20～25°之间（如图1所示），气液质量比增加，雾化角减小。

图1 喷头的雾化角

雾化角度大时，浆滴的喷射范围比较远，很容易在还未蒸发之前就已经打到塔壁上，造成粘壁现象，导致对壁面的腐蚀；喷头达到最大雾化半径的高度处，其近壁处也是最容易发生粘壁问题的区域；为避免雾滴到达塔壁造成湿壁，必须对喷头的最大雾羽进行研究，在空气压力为0.45MPa、水的压力为0.42MPa的工况下，对F10Max喷头在大气中的雾羽进行测量（如图2所示），其最大雾羽直径为1.2m，实际上，双流体喷头在烟气流的夹带下，雾化角度α收缩，最大雾羽会减少。

图2 雾羽的测量

双流体喷头在急冷反应塔断面布置时，需要考虑避免最大雾羽的直径碰壁，同时雾化范围还必须保证塔内烟气充分与雾滴接触，避免部分烟气可能还没有与雾滴接触就已经流出塔外。因此需要考虑在保证最大覆盖面积的前提下，如何布置喷头，使其在急冷反应塔内避免雾滴湿壁和重叠。本文以直径3.2m的急冷反应塔中布置5个雾化喷头为例，具体布置如图3所示。5个雾化喷头均布在急冷反应塔顶部，液相主要分布在塔的中心，并且在急冷反应塔的中部形成液滴分布非常集中的区域，壁面液滴则较少。增加雾化器数量能使液滴在塔内的分布均匀，消除死区，但是雾化器数量越多，雾羽重叠区域就会增加，雾滴之间碰撞越剧烈，粒度梯度也会变大，不利于雾滴的蒸发。

图3 雾化喷头布置方式

图3中的布置方式可提高雾滴的蒸发效率，避免雾滴重叠和急冷反应塔湿壁、结皮和腐蚀。因此急冷反应塔无需采用特殊的防腐材质，只需在急冷反应塔内壁刷防腐漆一遍。与湿法和半干法相比，该方式大大节省了急冷反应塔的造价。

4 应用案例

雾化系统在生活垃圾焚烧厂尾气净化干法处理系统的应用已有很多成功案例，部分生活垃圾焚烧厂的应用情况见下表。

部分生活垃圾焚烧厂的应用情况一览表

5 结论

（1）生活垃圾焚烧厂尾气净化处理的干法脱酸系统中，急冷反应塔双流体喷嘴喷出的水滴直径小于100μm时，基本上能保证烟气在急冷反应塔出口处雾滴被完全蒸发。

（2）根据工况测试最大雾羽直径，考虑到气流的夹带和高温蒸发，最大雾羽直径会小于实际的测量值，在实际设计喷头布置中，完全避免雾羽重叠区是很难做到的，但只要急冷反应塔设计合理，小部分雾羽重叠区域，不会影响急冷反应塔的使用效果。

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