垃圾焚烧处理烟气除酸雾化器的研发应用概要.docx

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垃圾焚烧处理烟气除酸雾化器的研发应用概要

垃圾焚烧处理烟气除酸雾化器的研发应用

目录

一立项依据1

1.1国内外研究现状与发展趋势1

1.2项目开发的目的意义1

1.3本项目达到的技术水平及市场前景3

二开发内容和目标4

2.1项目主要目标、内容及关键技术4

2.2技术创新5

2.3主要技术经济指标5

三开发试验方法及技术路线7

四计划进度8

五经费预算9

六主要仪器设备清单10

一立项依据

1.1国内外研究现状与发展趋势

1.1.1研究背景

垃圾焚烧处理是近年来在国内大力发展的垃圾处理方式。

受制于垃圾组分的制约，垃圾经焚烧工艺处理后，产生的烟气中均含有一定量的酸性气体，例如HCl、HSOx、HF、HNOx等。

国内垃圾焚烧处理项目建设通常采用的烟气处理工艺有炉内脱酸法、湿法脱酸、干法脱酸、半干法脱酸，其中湿法脱酸、干法脱酸工艺在国内垃圾焚烧处理项目中应用最为普遍。

除酸雾化器是烟气脱酸设备（脱酸塔脱酸）中最为核心的设备，除酸雾化器的脱酸剂雾化喷射作用，直接决定了除酸雾化器是烟气脱酸设备脱酸效率的优劣。

在现垃圾焚烧处理项目中，烟气脱酸设备脱酸效率高，往往投资费用也高。

此外，雾化器需经常清洗、维护或更换，项目运行压力也不较大。

据调查，国外先进的除酸雾化器价格较国内厂家高出数倍，运营维护开支也很高，这是国内项目公司经济支出所不能承受的。

因此，为了努力提高除酸雾化器研发制造水平，大力促进我国环保事业发展，行业相关政府机构、院校、公司等组织都在自己所属的领域积极开发进的除酸雾化器。

1.1.2研究现状

目前国内外除酸雾化器普遍研究采用工艺是：

固定喷嘴工艺与旋转离心雾化工艺。

然而该工艺的除酸雾化器未能有所突破，研发改进速度几乎停滞不前。

文丘里流体工艺、超声波工艺、机械压力工艺等除酸雾化设备也有一定的研究与使用，但由于受制于自身工艺的制约，只能在特定场合使用，未能有效推广。

固定喷嘴工艺

该工艺引进消化国外的脱酸工艺和进口关键部件（双相流喷头），结合国产化的设备工艺条件而设计。

该系统选用纯度大于90%的Ca（OH）2粉末，调制成一定浓度的石灰浆，由浆泵将石灰浆送入反应塔，通过塔顶的双相流固定喷头使石灰浆液雾化成100μm左右的雾滴，烟气中的酸性气体与含有石灰的碱性雾滴发生化学反应被吸收，从而在喷淋塔内完成脱酸过程。

该工艺优点是操作弹性大，有害物去除率高，不产生废水，重，国内外应用也比较普遍。

该工艺缺点是脱酸效率与固定喷头布置相关、喷孔易堵，为了保证脱酸效率，需保证喷头处置无作业死角，喷头不堵塞。

旋转离心雾化工艺

雾化器的雾化效果直接影响脱酸效果，常用于半干法的旋转离心雾化脱酸雾化器的工作原理是：

浆液配送到装在脱酸塔顶部的高达10000~20000r/min的旋转离心雾器的旋转盘上，浆液有旋转盘中间进入，然后扩散至旋转盘表面，形成一层薄膜。

由于离心作用，薄膜逐渐向旋转盘外缘移动，经剪力作用而使薄膜雾化成50~150um的细小切均匀的液滴。

这些液滴具有很大的比表面积，与烟气进行90度最佳接触并充分混合并发生强烈的反应，并达到脱酸的效果。

该雾化器旋转构件与离心构件处理酸性高温环境下工作，设备加工制作要求极高，核心部件常常依赖国外进口，国内厂家生产较少。

加之旋转离心雾化器将液滴向外甩的作用易造成吸收剂在脱酸塔塔体边缘浓度过大，中间形成局部稀薄区域，整体脱酸效果并不是很好，在国内外推广应用受到一定影响。

文丘里流体工艺

文丘里流体工艺除酸雾化器是国内学者研发一种工艺，适用于半干法喷雾脱酸塔。

该工艺包括相互连接的进气混合段和旋风分离段，进气混合段包括双流体雾化喷嘴和文丘里管混合器，双流体雾化喷嘴设在文丘里管混合器的烟气进口内，双流体雾化喷嘴分别连接碱液输入管和压缩空气管或高压蒸汽管。

该工艺优点是利用文丘里管原理向烟气中喷射脱酸剂，充分利用了雾化碱液喷射（压缩空气管或高压蒸汽）能量，可为文丘里管内碱液与烟气的混合提供部分动力，具有一定的先进性。

该工艺缺点是雾化喷口作用面直径较小，且无法实现90度最佳接触，推广受到制约。

超声波工艺

超声波雾化器原理是：

从喷嘴中喷射出来的气体超过声速之后，其气压分布产生一定的周期性和空间间隔的特点。

这些高气压的间隔就是气流的不稳定点，在这些不稳定点上放置空腔共振器，就会使空气震动并形成气浪，在共振器口前产生超声波。

该超声波对液滴具有破碎作用：

当强力超声在液滴中传播时，能激起强烈的声波振动，产生空化作用，使液滴雾化。

超声波工艺产生的雾化效果受原液浓度影响，喷射速度也比较少，超声波雾化器在项目应用上也比较少。

机械压力工艺

机械压力喷头雾化是利用高压水泵将水增压3.0~6.0MPa后。

通过机械力将其雾化成细小液滴。

但是有与高压水泵维修复杂，同时高压物料（含碱）管存，泵送存在炸裂、腐蚀、堵塞影响，在项目工程案例中应用很少。

1.2项目开发的目的意义

除酸雾化器是垃圾焚烧处理脱酸塔中的核心设备，也是保障垃圾焚烧烟气净化达标的关键设备之一。

在垃圾焚烧过程中不可避免产生的SO2、HCl等酸性气体，造成设备腐蚀、影响正常运营维护，会对周边生态、人居环境带来了较大的危害。

近几十年来，除酸雾化器的研究与制造在国内外持续加强，积累了大量研究经验与工程资料。

研制与垃圾热解气化处理工艺相配套的新型垃圾焚烧烟气除酸雾化器具有雾化效果好，运行稳定，能有效控制城市生活垃圾热解气化焚烧后产生的含酸性气体，意义重大。

该设备的研发也可以进一步解决目前生活垃圾处理安全隐患，为垃圾焚烧处理提供可信可行性依据，进一步推进城市生活垃圾热解气化焚烧处理技术的广泛运用。

1.3本项目达到的技术水平及市场前景

本项目针对生活焚烧处理领域烟气除酸雾化器的研究与工程应用现状，本着开源节流的原则，自行研究开发适于生活垃圾热解气化焚烧处理的烟气除酸雾化器。

（1）使用该装置能有效的将除酸试剂进行雾化并喷射，不仅能将烟气中SO2、HCl等酸性气体有效去除，处理后指标低于国家排放标准、达到国际先进水平，同时还能对烟气中其它污染物进行一定程度得去除控制作用。

（2）本装置的原理先进、设计简单、运行高效、经济效益显著，适用于生活垃圾热解气化焚烧处理工艺的酸性烟气的处理，也能适用于生活垃圾焚烧处理其它工艺酸性气体的处理或其它条件下含酸性气体的处理，具有广阔的市场前景。

二开发内容和目标

2.1项目主要目标、内容及关键技术

2.1.1项目目标

本装置采用90度固定喷头式设计，通过向工艺管内输送脱酸试剂与压力空气实现脱酸试剂的高效雾化与高压喷射。

除酸雾化器喷入的脱酸试剂，与烟气充分混合并剧烈反应，达到脱酸的效果。

本项目研究目标有：

（1）在现有理论与技术基础上提高整个处理装置的雾化效果、运行稳定性、降低能耗、降低处理成本、优化工艺，研发适于生活垃圾焚烧处理特别是适于生活垃圾热解气化焚烧处理含烟气除酸雾化器。

（2）设计研发并优化雾化喷头结构、工艺管线设计、并通过工程实践调整运行参数，提高除酸雾化器的除酸试剂雾化效果与脱酸效果。

2.1.2研发内容

（1）工艺原理研究：

依据现有生活垃圾烟气除酸运行经验，选用合适的除酸雾化器工艺，并针对垃圾热解气化烟气特点进行优化。

（2）装置设计研究：

研发工艺管线（脱酸试剂、空气等）设计，研发脱酸试剂加压混合腔体设计，研发雾化结构设计与90度高效喷嘴。

（3）运行参数研究：

研究除酸雾化器事宜的运行参数，例如试剂加注压力、脱酸试剂浓度、试剂加注压比例、除酸雾化器结构微调、运维周期等。

2.1.3关键技术

除酸雾化器技术广泛借鉴目前国内外研发现状与工艺特点，选用目前研究应用最为广泛的固定喷头式工艺并进行设计，突破除酸雾化器的雾化喷射效果。

本产品关键技术有：

（1）试剂管线优化设计：

试剂管线是除酸雾化器重要的组成部分，若试剂在管线中不能被有效的运送，发生结块、粘滞、腐蚀甚至堵塞等现象，将影响整个除酸雾化器的作用效果。

因此，这是该装置整体技术设计关键之一。

（2）试剂混合腔体设计：

在试剂进行雾化喷射前，管线中的试剂在自身压力的作用下在雾化器腔体内进行紊流混合。

腔体内失压、副反应、浓差、粘滞等均对除酸雾化器的效果产生直接影响。

因此，这是该装置整体技术设计关键之一。

（3）喷嘴喷枪设计：

合理选择除酸雾化器的喷嘴喷枪设计，与雾化液滴大小、喷射面、喷射压力紧密相关，也决定了除酸雾化器除酸的效果与试剂使用效率。

因此，这是该装置整体技术设计关键之一。

（4）运行参数设计：

试剂加注压力、脱酸试剂浓度、试剂加注压比例、除酸雾化器结构微调、运维周期等，也是该装置整体技术设计关键之一。

2.2技术创新

本除酸雾化器包括双流管体、合流装置和雾化筒体。

双流管体设有用于输送压缩空气的气体通道和用于输送氢氧化钙浆液的液体通道。

合流装置连通双流管体和雾化筒体上部的混合室。

本除酸雾化器包的特征是设置在雾化筒体下方的喷嘴盖、雾化筒体底部的内侧壁设置喇叭状扩口、喷嘴盖的顶部与雾化筒体的底部之间设有一段间隙用于与喇叭状扩口一起共同形成喷嘴。

该烟气除酸雾化器喷嘴结构简单且不易堵塞。

本装置具有以下特点：

（1）除酸雾化器在雾化筒体的底部与喷嘴盖的顶部之间形成喷嘴，结构简单、设计成本低，将雾化筒体底部的内侧壁设置为喇叭状扩口，可使混合室出来的雾化混合物中的颗粒物不易在喷嘴处留存，能有效避免颗粒物堵塞雾化器喷嘴的现象。

（2）喷嘴盖的顶部与雾化筒体的底部之间的间隙为360°的第一环形间隙。

该设置可使雾化器的喷嘴360°喷射，切为90°向烟气垂直喷射，喷射效果好。

（3）柱体露在雾化筒体外的一端设有外螺纹段，与外螺纹段相连的限位凸起，所述喷嘴盖沿中心轴向设有轴孔，设有调节垫片14用于调节喷嘴的开口大小，又可通过改变调节垫片的厚度来改变喷嘴盖的顶部与雾化筒体的底部之间的第一环形间隙，可达到对喷嘴的喷射角度、高度和流量的调整。

（4）喷嘴盖的顶部与雾化筒体的底部设有压差旋转设计，具有利用自身喷射压力实现边喷射边旋转（旋转离心雾化器）的特点。

2.3主要技术经济指标

主要技术经济指标

序号

指标名称

指标

一、技术指标

1

工作压力

1~8atm

2

脱酸试剂

NaOH/Ca（OH）2

3

雾化粒径

50~150um

4

平面喷射角度

360°

5

平面喷射半径

1~5m

6

烟气接触角度

90°

经济指标

1

配备功率

3kw

2

使用寿命

10year

3

维护周期（month）

6

4

正常运行率

>95%

5

碱投投加量比值

1.2~1.3

6

反应效率

>95%

三开发试验方法及技术路线

本项目工艺流程如图所示。

首先进行除酸雾化器的技术研究与理论模型建立：

对生活垃圾热解气化焚烧处理产生的气体特点进行分析，在此基础上，结合现有处理技术特点，确定本处理装置技术，并确定各技术参数。

其次，搭建处理装置并进行中试试验：

中试试验的研究内容有气体进气布置、浆液进料布置、气液传质研究、喷头腔室研制等。

最后，在中试试验的基础上，进行实际应与完善：

在实际操作中确定装置设计可行，各参数设计符合要求，并在理论模型中得到验证。

技术路线图

四计划进度

计划进度表

起始时间

结束时间

持续时间

进度目标要求

2016.10

2016.12

90天

项目相关资料和信息的收集。

2017.1

2017.6

180天

选择技术方案、选购相关设备及器材、除酸雾化器制作。

2017.7

2017.12

180天

研究除酸雾化器各技术参数影响，初步确定最佳设计参数并完成相关试验报告。

2018.1

2018.02

60天

在上述试验基础上改进设备结构和安装方法，完成装置设计和相关图纸。

2018.3

2018.6

120天

项目实践，验证并确定各技术有效参数。

2018.7

2018.10

120天

市场推广，并拓展本装置应用领域。

五经费预算

项目经费支出预算表

经费支出预算

内容

预算数

2016年

2017年

2018年

新产品设计费/万元

工艺规程制定费/万元

设备调试费/万元

用于研究开发的原材料、半成品试制费/万元

5

30

20

技术图书资料费/万元

中间实验费/万元

用于研究开发的仪器设备折旧/万元

研究人员工资/万元

5

10

10

委托其他单位进行科研试制的费用/万元

与技术开发有关的其他费用/万元

2

10

5

合计/万元

12

50

35

总计/万元

97

六主要仪器设备清单

主要仪器设备清单

名称

单价

数量

实验台

0.5万元

2个

除酸雾化器试验装置

10万元

1个

工艺管线

2万元

1套

给料泵

0.15万元

2个

粒径分析仪

1万元

1个

流量计

0.05万元

2个

SO2检测仪

0.4万元

1台

HCl检测仪

0.4万元

1台

单价合计

15.2万元

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