喷雾干燥脱硫法处理垃圾焚烧烟气的优化设计.pdf

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增刊2004年6月环境卫生工程EnvironmentalSanitationEngineeringJune200469喷雾干燥脱硫法处理垃圾焚烧烟气的优化设计吴燕琦，张小可（深圳市能源环保有限公司，深圳518052）摘要：

利用流体力学方法（CFD），从理论上对反应塔内物质的流场进行分析，考察烟气进口不同角度对反应塔内物质的流场的影响，从而使旋转喷雾及半干式反应塔得到优化设计。

计算结果表明，烟气导流叶片角度为25。

时，既可得到充分的气液混合，又能避免塔体结垢，表明利用CFD优化设计的流场是可行的。

关键词：

半干法脱硫；旋转雾化；优化设计；CFD中图分类号：

X701文献标识码：

A文章编号：

10058206（2004】SO一006903采用旋转喷雾干燥法处理垃圾焚烧烟气设备、技术相对简单、投资低、运行费用也不高；运行过程中，不会产生结垢和堵塞；由于其干式运行，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，不会产生对设备的腐蚀，但脱硫效率略低于湿法。

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含有对环境有害的酸性气体、颗粒物、重金属、二嗯哄或呋喃等污染物。

深圳市环保示范工程的南山垃圾焚烧电厂的烟气净化系统是由旋转喷雾及吸收塔，活性炭喷射及袋式除尘器组成。

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啄哄；最后烟气进入袋式除尘器，几乎所有的固体颗粒包括烟尘、生成物（固态）、未完全反应的石灰、固态重金属以及吸附有二嚼哄的活性炭等都被除去。

净化后的烟气通过烟囱排入大气。

为获得最佳的除酸效果，提高吸收剂的利用率，需要从理论上对其流场进行分析，我们将利用CFD讨论旋转喷雾及半干式反应塔的优化设计。

1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（主要成分是CaO）作吸收剂。

生石灰经熟化变成具有较好反应能力的熟石灰（主要成分是Ca（OH）：

）浆液。

熟石灰浆液经装在吸收塔顶部的高达1500020000rmin的高速旋转雾化器喷射成均匀的雾滴，其雾粒直径可小于100m。

这些微收稿13期：

20040531粒具有很大的比表面积，与烟气接触，将发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。

喷雾干燥烟气脱硫化学过程如下：

CaO+HEO-Ca（OH）2。

2HC1+Ca（OH）2+CaCl2+2H2O，2HF+Ca（OH）E-*CaF2+2H20。

S02+H2OH2SO3。

Ca（OH）2+HESO3-CaSO3+2H20。

CaS03（液体）CaSO，（固体），CaSO3（液体）+1202CaSO4。

从理论上讲，强碱吸收剂与酸性污染物的反应在极短时间内就可以完成，但由于该反应涉及“气一液”或“气一固”不同的传质过程，使得污染物的去除效率不同。

二相之间的传质过程分为3步，即：

被吸收成分从气相主体到“气一液”或“气一固”界面的传质过程，界面上的溶解平衡过程，从界面到“液”或“固”相主体的扩散过程。

可用公式归纳为：

N=K-S（CGACs）一KG-srP一P鲥，

（1）上式中M为单位时间、单位面积上传质的量；和是分别以浓度和分压表示的A组分的传质系数；S为吸收传质面积，括号中两个数值的差反应了传质面积的大小。

M传质量越大，则A组分污染物的去除效率越高，而M的大小决定于传质系数、传质表面积和传质推动力。

传质系数反应了传质阻力的大小，阻力越大，相应的系数越小。

因“气一液”传质系数大于“气一固”传质系数，所以，在其他条件相同维普资讯http:

/70环境卫生工程第12卷的情况下，湿法的净化效果明显高于干法，半干法的净化效果居于湿法与干法之间。

另外，增加表面积和“吸收剂与污染物”的摩尔浓度也可使净化效果增加。

然而，在实际操作过程中，更重要的是通过足够的停留时间来保证污染物的高效去除。

2优化设计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，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为：

将石灰浆及冷却水雾化成均匀的微粒；使烟气在反应塔内分布均匀；强化烟气与液滴的混合和接触；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，防止半湿物料贴壁等方面着手。

目前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，基于流场分析的优化设计还没见报道。

21反应塔流场分析烟气旋转进入反应塔，石灰浆和水经雾化盘进入反应塔，与烟气以相反旋转方向混和发生反应，气、液、固三相反应及流动，生成固体产物。

经验表明对蒸发过程的有效控制，对避免在喷雾干燥塔内形成沉积是十分重要的。

因此对烟气流动采用CFD进行分析，了解烟气与液滴在不同的设计参数下的混合及分布状态，了解液滴蒸发区的情况，从而确定最优设计方案。

22数学模型由于从雾化器喷嘴到反应塔，其几何尺度跨度很大，为得到足够精细的网格，需要的网格数很庞大，为简化起见，采用了二维轴对称模型。

由于烟气出口的存在，并非严格的二维轴对称，但对于反应塔的前半段，还是基本真实的反映了其流场特征。

计算采用雷诺应力模型，气相为干烟气、水蒸气，采用离散相（水）蒸发模型。

因为主要考察蒸发区的情况，以下对离散相颗粒运动作一简单分析。

23颗粒运动方程颗粒在方向受力：

（“一“）+Fx，

（2）QPp18gGoRe。

r“一Up）是单位质量颗粒所受拉曳力，雷诺数和拉曳系数如下：

Re：

垃Co+一Re2。

旋转边界产生的力在，Y方向分别为：

（1一）Q2X+2a（Uy,p-“），（1一）QY一2a（u一）。

热泳力：

一D，m口lD是热泳力系数。

SaffmanS升力：

=器（一此外还要考虑重力等因素（在方向）。

利用颗粒随机轨道法，颗粒速度取流体平均速度或：

=+颗粒轨迹按下式微分：

面，轨迹方程简化为，d1，、一dt【“一J，r为颗粒驰预时间，采用梯形法对上式积分，=（“，。

则可得颗粒在给定时间的速率和位置。

粒径按RosinRammler分布，比较烟气导流叶片不同角度的颗粒轨迹见图1。

由图1可见，导流叶片角度为15。

时，石灰浆液集中在中心区，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40。

、50。

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25。

时，既可得到较为充分的混合气液，又能防止贴壁，由此保流叶片的角度为25。

时为最优设计。

3结束语针对喷雾脱硫法处理垃圾焚烧烟气脱硫率和吸收剂利用率低的缺点进行了优化设计，通过探讨，证明基于CFD的流场优化设计是可行的。

4参考文献【1】吴忠标，谭天恩喷雾干燥法烟气脱硫过程的模拟试验研究J1环境（下转第72页）维普资讯http:

/72环境卫生工程第12卷环境改善提供了有效途经。

2建立了上海鑫港废品回收有限公司以卢湾区所属企业鑫港废品回收社为基础，与卢湾区物资总公司合资，另有2名自然人参股共同出资组建了上海鑫港废品回收有限公司，注册资金100万元，其中吸引外来资金40万元。

公司以卢湾区4个街道为中心，建立了庞大的回收网络系统，共设4个定点交投站，197个回收点，配备了53辆废品回收专用车，回收网络覆盖了全区80以上的街道社区。

目前公司拥有资深评估员2名，专业技术员2名，并具有各类设备、电器的拆卸能力。

废品回收范围包括各类旧设备、旧家电、塑料、纸板、金属等。

公司性质为股份制，实行市场化运作。

各回收站、网点服务规范，严格做到“定人、定点、定时、定车”四制度和“服务公约、价格、磅秤、胸卡、服装、车辆”六统一。

以上门服务、公平估价为基础，以文明服务、便民利民为宗旨，使废品回收走上了规范化、文明化的良性轨道，效益显著。

21有利于资源循环利用和城市经济可持续发展。

分布在全区197个回收网点的废旧物资每月有300余t，经过各交投点的分类、压缩、打包加工，成为有用材料，对城市生活垃圾实行减量化、资源化。

22有利于社会治安综合治理。

规范废品回收队伍建设，将回收网络纳入统一管理轨道可以减少因无序竞争带来的负面影响，减少不稳定因素，社会效益明显。

23有利于再就业工程的发展。

公司已吸纳“4050”人员50余名，解决了部分下岗、待业人员的再就业问题。

24经济效益Et现。

据统计，2003年度各类废品销售总收入381万元，实现纯利润22万元。

随着鑫港公司管理队伍的加强、知名度的不断提高，经济效益Et趋明显。

3上海鑫环废弃物处置有限公司上海鑫环废弃物处置公司由上海振环实业总公司（出资400万元）与上海市卢湾区市容管理局所属的汽车队（出资200万元）共同投资组建的股份制公司，注册资金600万。

公司占地1280m，装机容量137kWh，Et处理干垃圾50t（1个工作Et）。

鑫环公司目前使用的这套自动处置设备一RIF501一A型垃圾分拣系统是参照国际同类产品的先进技术，结合我国城市生活垃圾的特点而设计制造的。

该设备的工艺流程是：

袋装分类无机垃圾给料装置破袋装置筛选装置风选、磁选装置人工分拣平台可再生利用的物质回收剩余不可再生利用物料运至指定地点填埋或焚烧发电。

目前Et分捡分类垃圾20t，可回收利用物质约2t。

如能满负荷运转，按预计10的回收率计算，每天可分拣出金属、纸张、塑料、玻璃、塑料袋等可回收利用物资约5t。

从目前卢湾区Et产生生活垃圾300t的量来看，如果再建5座此规模的分拣中心，每天将有30t的有用物资得以回收利用，也意味着卢湾区生活垃圾源头将减量30t。

上海市卢湾区市容管理局环卫产业化运作表明垃圾处置产业化是大势所趋，势在必行。

谁主动，谁先行，谁发展。

作者简介：

杨瞍（1970一），现担任上海市卢湾区市容管理局汽车队副书记、副队长职务，卢湾区市容管理局纪委委员。

（上接第70页）：

。

图1半干反应塔导流叶片不同角度的颗粒轨迹（导流叶片角度依次为l5。

，25。

40。

50。

）工程1995，l3（3）：

205【2】钟秦燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例【M北京：

化学工业出版社2002【3】张益生活垃圾焚烧技术【M】北京：

化学工业出版社2000【4】周力行多相湍流反应流体力学【M】北京：

国防工业出版社，2002作者简介：

吴燕琦（1962一），毕业于西安交通大学热能工程专业，学士学位，现工作在深圳市能源环保有限公司，任研究所主任长期从事大型火电厂锅炉设计、环境工程和技术研究。

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