采(cai)用(yong)旋(xuan)轉(zhuan)噴霧(wu)干燥法處理垃圾焚燒煙(yan)氣(qi)設備、技術相對簡單、投資低、運(yun)行(xing)費用(yong)也(ye)不高；運(yun)行(xing)過程中，不會(hui)產(chan)生(sheng)結垢和堵塞；由于其干式運(yun)行(xing)，最終產(chan)物易于處理。只要控制好干燥吸收器的(de)出口煙(yan)氣(qi)溫度(du)，不會(hui)產(chan)生(sheng)對設備的(de)腐蝕，但(dan)脫硫(liu)效(xiao)率略低于濕法。噴霧(wu)干燥法與活(huo)性炭噴射、布袋(dai)除(chu)(chu)塵器聯(lian)用(yong)，可除(chu)(chu)去(qu)垃圾焚燒煙(yan)氣(qi)中含有對環境有害(hai)的(de)酸(suan)性氣(qi)體、顆(ke)粒物、重金(jin)屬、二(er)惡英或呋(fu)喃等污(wu)染物。

深(shen)圳市環(huan)保示范(fan)工程的(de)(de)(de)(de)(de)(de)南山垃圾焚燒(shao)電廠的(de)(de)(de)(de)(de)(de)煙(yan)(yan)氣(qi)凈(jing)化系統是由旋轉(zhuan)噴(pen)霧及(ji)吸(xi)收(shou)塔(ta)，活性炭噴(pen)射及(ji)袋(dai)式除(chu)(chu)(chu)塵器(qi)(qi)組(zu)成(cheng)。煙(yan)(yan)氣(qi)首先(xian)經過半干式反(fan)應塔(ta)除(chu)(chu)(chu)去酸性物質；接著在(zai)反(fan)應塔(ta)煙(yan)(yan)氣(qi)出口和袋(dai)式除(chu)(chu)(chu)塵器(qi)(qi)之間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)煙(yan)(yan)道中噴(pen)入活性炭用(yong)來吸(xi)附煙(yan)(yan)氣(qi)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)汞蒸汽和二(er)惡(e)英(ying)(ying)；最后(hou)煙(yan)(yan)氣(qi)進入袋(dai)式除(chu)(chu)(chu)塵器(qi)(qi)，幾乎所有(you)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)固(gu)體(ti)顆粒包(bao)括煙(yan)(yan)塵、生成(cheng)物（固(gu)態）、未完全反(fan)應的(de)(de)(de)(de)(de)(de)石灰、固(gu)態重金屬以及(ji)吸(xi)附有(you)二(er)惡(e)英(ying)(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)活性炭等都被除(chu)(chu)(chu)去。凈(jing)化后(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)煙(yan)(yan)氣(qi)通過煙(yan)(yan)囪(cong)排入大氣(qi)。

為獲(huo)得(de)最佳的(de)除酸效果，提高吸收(shou)劑的(de)利(li)用率，需要(yao)從理論(lun)上(shang)對(dui)其流場進行分(fen)析，我們將(jiang)利(li)用CFD討(tao)論(lun)旋轉噴(pen)霧(wu)及(ji)半干式反應塔(ta)的(de)優化設計。

1 噴霧干燥(zao)脫(tuo)硫工藝及原理

旋(xuan)轉噴(pen)霧(wu)煙(yan)氣(qi)脫(tuo)硫工藝(yi)一般用生(sheng)石灰(hui)(hui)(hui)（主要成(cheng)(cheng)分是CaO）作吸(xi)(xi)收(shou)劑(ji)(ji)。生(sheng)石灰(hui)(hui)(hui)經熟化(hua)變(bian)成(cheng)(cheng)具有(you)較(jiao)好(hao)反應能力的(de)熟石灰(hui)(hui)(hui)（主要成(cheng)(cheng)分是Ca（OH）2）漿(jiang)液。熟石灰(hui)(hui)(hui)漿(jiang)液經裝在(zai)吸(xi)(xi)收(shou)塔頂部(bu)的(de)高達15000～20000r／min的(de)高速旋(xuan)轉霧(wu)化(hua)器噴(pen)射成(cheng)(cheng)均勻(yun)的(de)霧(wu)滴，其(qi)霧(wu)粒直徑(jing)可小于100μm。這些微粒具有(you)很大(da)的(de)比表面積(ji)，與(yu)煙(yan)氣(qi)接觸，將(jiang)發(fa)生(sheng)強烈的(de)熱交換和化(hua)學(xue)反應，迅速地將(jiang)大(da)部(bu)分水分蒸發(fa)，形成(cheng)(cheng)含水量少(shao)的(de)固(gu)體灰(hui)(hui)(hui)渣。如果吸(xi)(xi)收(shou)劑(ji)(ji)顆粒沒有(you)完全干(gan)燥，則在(zai)吸(xi)(xi)收(shou)塔之后的(de)煙(yan)道和除塵器中(zhong)仍可繼(ji)續發(fa)生(sheng)吸(xi)(xi)收(shou)二氧化(hua)硫的(de)化(hua)學(xue)反應。噴(pen)霧(wu)干(gan)燥煙(yan)氣(qi)脫(tuo)硫化(hua)學(xue)過(guo)程如下：

從理論上講，強堿吸收劑與酸性污染物的反應在極短時間內就可以完成，但由于該反應涉及“氣－液”或“氣－固”不同的傳質過程，使得污染物的去除效率不同。二相之間的傳質過程分為3步，即：被吸收成分從氣相主體到“氣－液”或“氣－固”界面的傳質過程，界面上的溶解平衡過程，從界面到“液”或“固”相主體的擴散過程。可用公式歸納為：

上式中NA為單(dan)位(wei)時間(jian)、單(dan)位(wei)面(mian)(mian)(mian)積(ji)上傳(chuan)(chuan)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)量(liang)；KPA和(he)KGA是分別以(yi)濃度和(he)分壓表(biao)示的(de)(de)(de)A組(zu)分的(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)系(xi)(xi)數；S為吸收(shou)傳(chuan)(chuan)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)面(mian)(mian)(mian)積(ji)，括號(hao)中兩個(ge)數值(zhi)的(de)(de)(de)差反應了傳(chuan)(chuan)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)面(mian)(mian)(mian)積(ji)的(de)(de)(de)大(da)小(xiao)。NA傳(chuan)(chuan)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)越(yue)大(da)，則A組(zu)分污染(ran)物的(de)(de)(de)去(qu)除效(xiao)率越(yue)高(gao)，而NA的(de)(de)(de)大(da)小(xiao)決定于(yu)傳(chuan)(chuan)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)系(xi)(xi)數、傳(chuan)(chuan)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)表(biao)面(mian)(mian)(mian)積(ji)和(he)傳(chuan)(chuan)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)推動力。傳(chuan)(chuan)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)系(xi)(xi)數反應了傳(chuan)(chuan)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)阻力的(de)(de)(de)大(da)小(xiao)，阻力越(yue)大(da)，相應的(de)(de)(de)系(xi)(xi)數越(yue)小(xiao)。因“氣－液”傳(chuan)(chuan)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)系(xi)(xi)數大(da)于(yu)“氣－固”傳(chuan)(chuan)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)系(xi)(xi)數，所(suo)以(yi)，在(zai)其(qi)他(ta)條(tiao)件相同的(de)(de)(de)情況下，濕(shi)法(fa)的(de)(de)(de)凈化(hua)效(xiao)果明顯高(gao)于(yu)干法(fa)，半干法(fa)的(de)(de)(de)凈化(hua)效(xiao)果居于(yu)濕(shi)法(fa)與(yu)干法(fa)之間(jian)。另(ling)外，增(zeng)加表(biao)面(mian)(mian)(mian)積(ji)和(he)“吸收(shou)劑與(yu)污染(ran)物”的(de)(de)(de)摩(mo)爾(er)濃度也可(ke)使凈化(hua)效(xiao)果增(zeng)加。然而，在(zai)實際(ji)操(cao)作(zuo)過程中，更重要的(de)(de)(de)是通過足夠的(de)(de)(de)停留時間(jian)來保(bao)證污染(ran)物的(de)(de)(de)高(gao)效(xiao)去(qu)除。

2 優化設計

由于噴霧(wu)脫(tuo)硫(liu)的脫(tuo)硫(liu)率低(di)于濕法脫(tuo)硫(liu)，吸收(shou)劑的利(li)(li)用率較低(di)，獲得最(zui)佳的除(chu)酸效果(guo)，提高(gao)吸收(shou)劑的利(li)(li)用率就顯得至關重要。霧(wu)化器、煙氣導流(liu)葉片、半干式(shi)反應(ying)塔及其附屬(shu)設備(bei)的功能為(wei)：

將(jiang)石灰漿及(ji)冷卻水霧化(hua)成均勻(yun)(yun)的(de)微粒；使煙(yan)氣在反(fan)應塔內分(fen)布均勻(yun)(yun)；強化(hua)煙(yan)氣與液滴的(de)混合(he)和(he)接觸(chu)；提供適當的(de)反(fan)應溫度(du)；提供足(zu)(zu)夠長(chang)的(de)煙(yan)氣停留(liu)（反(fan)應）時間。優化(hua)設計主要從強化(hua)煙(yan)氣與液滴的(de)混合(he)和(he)接觸(chu)，提供足(zu)(zu)夠的(de)停留(liu)時間，防止半濕(shi)物料(liao)貼壁等方(fang)面著(zhu)手。目(mu)前在工程(cheng)實踐及(ji)實驗(yan)的(de)基礎上已(yi)經(jing)得出(chu)了(le)一(yi)些(xie)經(jing)驗(yan)公式、參數，基于流場分(fen)析的(de)優化(hua)設計還沒(mei)見(jian)報道。

2.1反應(ying)塔(ta)流場分析

煙(yan)氣(qi)旋(xuan)轉(zhuan)進入(ru)反(fan)(fan)(fan)(fan)應塔，石(shi)灰漿和(he)水(shui)經(jing)霧化盤(pan)進入(ru)反(fan)(fan)(fan)(fan)應塔，與煙(yan)氣(qi)以(yi)相(xiang)反(fan)(fan)(fan)(fan)旋(xuan)轉(zhuan)方(fang)向(xiang)混(hun)和(he)發(fa)生(sheng)反(fan)(fan)(fan)(fan)應，氣(qi)、液、固(gu)三(san)相(xiang)反(fan)(fan)(fan)(fan)應及(ji)流(liu)動，生(sheng)成(cheng)固(gu)體產物(wu)。經(jing)驗表明對(dui)蒸發(fa)過(guo)程(cheng)的(de)有效(xiao)控制(zhi)，對(dui)避免在(zai)噴霧干燥塔內形(xing)成(cheng)沉(chen)積是十分重要的(de)。因此對(dui)煙(yan)氣(qi)流(liu)動采用CFD進行分析，了解煙(yan)氣(qi)與液滴在(zai)不(bu)同(tong)的(de)設(she)計參數(shu)下的(de)混(hun)合及(ji)分布狀態(tai)，了解液滴蒸發(fa)區的(de)情況，從而確定最優設(she)計方(fang)案。

2.2數學模型

由(you)于從(cong)霧化(hua)器噴嘴到反應(ying)塔(ta)，其幾(ji)何尺度跨(kua)度很(hen)大，為(wei)(wei)得到足夠精細的網格，需要(yao)的網格數很(hen)龐大，為(wei)(wei)簡化(hua)起見，采(cai)用了(le)二(er)維(wei)軸對(dui)(dui)稱(cheng)模型。由(you)于煙氣(qi)出口(kou)的存在，并非嚴格的二(er)維(wei)軸對(dui)(dui)稱(cheng)，但對(dui)(dui)于反應(ying)塔(ta)的前半段，還是基本真實(shi)的反映(ying)了(le)其流場特征(zheng)。計算采(cai)用雷諾應(ying)力模型，氣(qi)相(xiang)為(wei)(wei)干煙氣(qi)、水蒸氣(qi)，采(cai)用離散相(xiang)（水）蒸發模型。因為(wei)(wei)主要(yao)考(kao)察蒸發區(qu)的情況，以下對(dui)(dui)離散相(xiang)顆粒運動作一(yi)簡單分(fen)析。

2.3顆粒運動方程

顆粒在x方向受力：

此外還要考慮重力等因素（在x方向）。利用顆粒隨機軌道法，顆粒速度取流體平均速度或：

則可得(de)顆粒在(zai)給定時間(jian)的(de)速率和位置。

粒(li)徑按Rosin-Rammler分(fen)布，導(dao)流葉(xie)(xie)片角(jiao)度(du)為(wei)(wei)15°時，石(shi)灰漿(jiang)液(ye)集中在中心區(qu)，石(shi)灰漿(jiang)液(ye)集中在中心區(qu)，氣液(ye)不能充(chong)分(fen)混合；導(dao)流葉(xie)(xie)片角(jiao)度(du)為(wei)(wei)40°、50°時，顆(ke)粒(li)碰(peng)到反應塔壁(bi)，會導(dao)致較嚴重的結垢；導(dao)流葉(xie)(xie)片角(jiao)度(du)為(wei)(wei)25。時，既可(ke)得到較為(wei)(wei)充(chong)分(fen)的混合氣液(ye)，又能防(fang)止貼壁(bi)，由此(ci)保流葉(xie)(xie)片的角(jiao)度(du)為(wei)(wei)25°時為(wei)(wei)最優設計(ji)。

3 結束語

針(zhen)對(dui)噴(pen)霧脫(tuo)硫法處理垃(la)圾焚(fen)燒煙(yan)氣脫(tuo)硫率和吸收劑(ji)利用率低的(de)(de)缺點進行了優化設計(ji)，通(tong)過探討，證明基(ji)于(yu)CFD的(de)(de)流(liu)場優化設計(ji)是可行的(de)(de)。

4 參考文獻略

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