垃圾焚燒處理煙氣除酸霧化器的研發(fā)應(yīng)用

1、垃圾焚燒處理煙氣除酸霧化器的研發(fā)應(yīng)用目 錄一 立項依據(jù)11.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢11.2 項目開發(fā)的目的意義11.3 本項目達(dá)到的技術(shù)水平及市場前景3二 開發(fā)內(nèi)容和目標(biāo)42.1 項目主要目標(biāo)、內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)42.2 技術(shù)創(chuàng)新52.3 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)5三 開發(fā)試驗方法及技術(shù)路線7四 計劃進(jìn)度8五 經(jīng)費預(yù)算9六 主要儀器設(shè)備清單10垃圾熱焚燒處理煙氣除酸霧化器的研發(fā)應(yīng)用一 立項依據(jù)1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢1.1.1 研究背景垃圾焚燒處理是近年來在國內(nèi)大力發(fā)展的垃圾處理方式。受制于垃圾組分的制約，垃圾經(jīng)焚燒工藝處理后，產(chǎn)生的煙氣中均含有一定量的酸性氣體，例如HCl、HSOx、HF、

2、HNOx等。國內(nèi)垃圾焚燒處理項目建設(shè)通常采用的煙氣處理工藝有爐內(nèi)脫酸法、濕法脫酸、干法脫酸、半干法脫酸，其中濕法脫酸、干法脫酸工藝在國內(nèi)垃圾焚燒處理項目中應(yīng)用最為普遍。除酸霧化器是煙氣脫酸設(shè)備（脫酸塔脫酸）中最為核心的設(shè)備，除酸霧化器的脫酸劑霧化噴射作用，直接決定了除酸霧化器是煙氣脫酸設(shè)備脫酸效率的優(yōu)劣。在現(xiàn)垃圾焚燒處理項目中，煙氣脫酸設(shè)備脫酸效率高，往往投資費用也高。此外，霧化器需經(jīng)常清洗、維護(hù)或更換，項目運行壓力也不較大。據(jù)調(diào)查，國外先進(jìn)的除酸霧化器價格較國內(nèi)廠家高出數(shù)倍，運營維護(hù)開支也很高，這是國內(nèi)項目公司經(jīng)濟(jì)支出所不能承受的。因此，為了努力提高除酸霧化器研發(fā)制造水平，大力促進(jìn)我國環(huán)保事

3、業(yè)發(fā)展，行業(yè)相關(guān)政府機(jī)構(gòu)、院校、公司等組織都在自己所屬的領(lǐng)域積極開發(fā)進(jìn)的除酸霧化器。1.1.2 研究現(xiàn)狀目前國內(nèi)外除酸霧化器普遍研究采用工藝是：固定噴嘴工藝與旋轉(zhuǎn)離心霧化工藝。然而該工藝的除酸霧化器未能有所突破，研發(fā)改進(jìn)速度幾乎停滯不前。文丘里流體工藝、超聲波工藝、機(jī)械壓力工藝等除酸霧化設(shè)備也有一定的研究與使用，但由于受制于自身工藝的制約，只能在特定場合使用，未能有效推廣。固定噴嘴工藝該工藝引進(jìn)消化國外的脫酸工藝和進(jìn)口關(guān)鍵部件（雙相流噴頭），結(jié)合國產(chǎn)化的設(shè)備工藝條件而設(shè)計。該系統(tǒng)選用純度大于90%的Ca（OH）2粉末，調(diào)制成一定濃度的石灰漿，由漿泵將石灰漿送入反應(yīng)塔，通過塔頂?shù)碾p相流固定噴頭使

4、石灰漿液霧化成100m左右的霧滴，煙氣中的酸性氣體與含有石灰的堿性霧滴發(fā)生化學(xué)反應(yīng)被吸收，從而在噴淋塔內(nèi)完成脫酸過程。該工藝優(yōu)點是操作彈性大，有害物去除率高，不產(chǎn)生廢水，重，國內(nèi)外應(yīng)用也比較普遍。該工藝缺點是脫酸效率與固定噴頭布置相關(guān)、噴孔易堵，為了保證脫酸效率，需保證噴頭處置無作業(yè)死角，噴頭不堵塞。旋轉(zhuǎn)離心霧化工藝霧化器的霧化效果直接影響脫酸效果，常用于半干法的旋轉(zhuǎn)離心霧化脫酸霧化器的工作原理是：漿液配送到裝在脫酸塔頂部的高達(dá)1000020000r/min的旋轉(zhuǎn)離心霧器的旋轉(zhuǎn)盤上，漿液有旋轉(zhuǎn)盤中間進(jìn)入，然后擴(kuò)散至旋轉(zhuǎn)盤表面，形成一層薄膜。由于離心作用，薄膜逐漸向旋轉(zhuǎn)盤外緣移動，經(jīng)剪力作用而使

5、薄膜霧化成50150um的細(xì)小切均勻的液滴。這些液滴具有很大的比表面積，與煙氣進(jìn)行90度最佳接觸并充分混合并發(fā)生強(qiáng)烈的反應(yīng)，并達(dá)到脫酸的效果。該霧化器旋轉(zhuǎn)構(gòu)件與離心構(gòu)件處理酸性高溫環(huán)境下工作，設(shè)備加工制作要求極高，核心部件常常依賴國外進(jìn)口，國內(nèi)廠家生產(chǎn)較少。加之旋轉(zhuǎn)離心霧化器將液滴向外甩的作用易造成吸收劑在脫酸塔塔體邊緣濃度過大，中間形成局部稀薄區(qū)域，整體脫酸效果并不是很好，在國內(nèi)外推廣應(yīng)用受到一定影響。文丘里流體工藝文丘里流體工藝除酸霧化器是國內(nèi)學(xué)者研發(fā)一種工藝，適用于半干法噴霧脫酸塔。該工藝包括相互連接的進(jìn)氣混合段和旋風(fēng)分離段，進(jìn)氣混合段包括雙流體霧化噴嘴和文丘里管混合器，雙流體霧化噴嘴設(shè)

6、在文丘里管混合器的煙氣進(jìn)口內(nèi)，雙流體霧化噴嘴分別連接堿液輸入管和壓縮空氣管或高壓蒸汽管。該工藝優(yōu)點是利用文丘里管原理向煙氣中噴射脫酸劑，充分利用了霧化堿液噴射（壓縮空氣管或高壓蒸汽）能量，可為文丘里管內(nèi)堿液與煙氣的混合提供部分動力，具有一定的先進(jìn)性。該工藝缺點是霧化噴口作用面直徑較小，且無法實現(xiàn)90度最佳接觸，推廣受到制約。超聲波工藝超聲波霧化器原理是：從噴嘴中噴射出來的氣體超過聲速之后，其氣壓分布產(chǎn)生一定的周期性和空間間隔的特點。這些高氣壓的間隔就是氣流的不穩(wěn)定點，在這些不穩(wěn)定點上放置空腔共振器，就會使空氣震動并形成氣浪，在共振器口前產(chǎn)生超聲波。該超聲波對液滴具有破碎作用：當(dāng)強(qiáng)力超聲在液滴中

7、傳播時，能激起強(qiáng)烈的聲波振動，產(chǎn)生空化作用，使液滴霧化。超聲波工藝產(chǎn)生的霧化效果受原液濃度影響，噴射速度也比較少，超聲波霧化器在項目應(yīng)用上也比較少。機(jī)械壓力工藝機(jī)械壓力噴頭霧化是利用高壓水泵將水增壓3.06.0MPa后。通過機(jī)械力將其霧化成細(xì)小液滴。但是有與高壓水泵維修復(fù)雜，同時高壓物料（含堿）管存，泵送存在炸裂、腐蝕、堵塞影響，在項目工程案例中應(yīng)用很少。1.2 項目開發(fā)的目的意義除酸霧化器是垃圾焚燒處理脫酸塔中的核心設(shè)備，也是保障垃圾焚燒煙氣凈化達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵設(shè)備之一。在垃圾焚燒過程中不可避免產(chǎn)生的SO2、HCl等酸性氣體，造成設(shè)備腐蝕、影響正常運營維護(hù)，會對周邊生態(tài)、人居環(huán)境帶來了較大的危害。

8、近幾十年來，除酸霧化器的研究與制造在國內(nèi)外持續(xù)加強(qiáng)，積累了大量研究經(jīng)驗與工程資料。研制與垃圾熱解氣化處理工藝相配套的新型垃圾焚燒煙氣除酸霧化器具有霧化效果好，運行穩(wěn)定，能有效控制城市生活垃圾熱解氣化焚燒后產(chǎn)生的含酸性氣體，意義重大。該設(shè)備的研發(fā)也可以進(jìn)一步解決目前生活垃圾處理安全隱患，為垃圾焚燒處理提供可信可行性依據(jù)，進(jìn)一步推進(jìn)城市生活垃圾熱解氣化焚燒處理技術(shù)的廣泛運用。1.3 本項目達(dá)到的技術(shù)水平及市場前景本項目針對生活焚燒處理領(lǐng)域煙氣除酸霧化器的研究與工程應(yīng)用現(xiàn)狀，本著開源節(jié)流的原則，自行研究開發(fā)適于生活垃圾熱解氣化焚燒處理的煙氣除酸霧化器。（1）使用該裝置能有效的將除酸試劑進(jìn)行霧化并噴射

9、，不僅能將煙氣中SO2、HCl等酸性氣體有效去除，處理后指標(biāo)低于國家排放標(biāo)準(zhǔn)、達(dá)到國際先進(jìn)水平，同時還能對煙氣中其它污染物進(jìn)行一定程度得去除控制作用。（2）本裝置的原理先進(jìn)、設(shè)計簡單、運行高效、經(jīng)濟(jì)效益顯著，適用于生活垃圾熱解氣化焚燒處理工藝的酸性煙氣的處理，也能適用于生活垃圾焚燒處理其它工藝酸性氣體的處理或其它條件下含酸性氣體的處理，具有廣闊的市場前景。二 開發(fā)內(nèi)容和目標(biāo)2.1 項目主要目標(biāo)、內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)2.1.1 項目目標(biāo)本裝置采用90度固定噴頭式設(shè)計，通過向工藝管內(nèi)輸送脫酸試劑與壓力空氣實現(xiàn)脫酸試劑的高效霧化與高壓噴射。除酸霧化器噴入的脫酸試劑，與煙氣充分混合并劇烈反應(yīng)，達(dá)到脫酸的效果

10、。本項目研究目標(biāo)有：（1）在現(xiàn)有理論與技術(shù)基礎(chǔ)上提高整個處理裝置的霧化效果、運行穩(wěn)定性、降低能耗、降低處理成本、優(yōu)化工藝，研發(fā)適于生活垃圾焚燒處理特別是適于生活垃圾熱解氣化焚燒處理含煙氣除酸霧化器。（2）設(shè)計研發(fā)并優(yōu)化霧化噴頭結(jié)構(gòu)、工藝管線設(shè)計、并通過工程實踐調(diào)整運行參數(shù)，提高除酸霧化器的除酸試劑霧化效果與脫酸效果。2.1.2 研發(fā)內(nèi)容（1）工藝原理研究：依據(jù)現(xiàn)有生活垃圾煙氣除酸運行經(jīng)驗，選用合適的除酸霧化器工藝，并針對垃圾熱解氣化煙氣特點進(jìn)行優(yōu)化。（2）裝置設(shè)計研究：研發(fā)工藝管線（脫酸試劑、空氣等）設(shè)計，研發(fā)脫酸試劑加壓混合腔體設(shè)計，研發(fā)霧化結(jié)構(gòu)設(shè)計與90度高效噴嘴。（3）運行參數(shù)研究：研究

11、除酸霧化器事宜的運行參數(shù)，例如試劑加注壓力、脫酸試劑濃度、試劑加注壓比例、除酸霧化器結(jié)構(gòu)微調(diào)、運維周期等。2.1.3 關(guān)鍵技術(shù)除酸霧化器技術(shù)廣泛借鑒目前國內(nèi)外研發(fā)現(xiàn)狀與工藝特點，選用目前研究應(yīng)用最為廣泛的固定噴頭式工藝并進(jìn)行設(shè)計，突破除酸霧化器的霧化噴射效果。本產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)有：（1）試劑管線優(yōu)化設(shè)計：試劑管線是除酸霧化器重要的組成部分，若試劑在管線中不能被有效的運送，發(fā)生結(jié)塊、粘滯、腐蝕甚至堵塞等現(xiàn)象，將影響整個除酸霧化器的作用效果。因此，這是該裝置整體技術(shù)設(shè)計關(guān)鍵之一。（2）試劑混合腔體設(shè)計：在試劑進(jìn)行霧化噴射前，管線中的試劑在自身壓力的作用下在霧化器腔體內(nèi)進(jìn)行紊流混合。腔體內(nèi)失壓、副反應(yīng)、

12、濃差、粘滯等均對除酸霧化器的效果產(chǎn)生直接影響。因此，這是該裝置整體技術(shù)設(shè)計關(guān)鍵之一。（3）噴嘴噴槍設(shè)計：合理選擇除酸霧化器的噴嘴噴槍設(shè)計，與霧化液滴大小、噴射面、噴射壓力緊密相關(guān)，也決定了除酸霧化器除酸的效果與試劑使用效率。因此，這是該裝置整體技術(shù)設(shè)計關(guān)鍵之一。（4）運行參數(shù)設(shè)計：試劑加注壓力、脫酸試劑濃度、試劑加注壓比例、除酸霧化器結(jié)構(gòu)微調(diào)、運維周期等，也是該裝置整體技術(shù)設(shè)計關(guān)鍵之一。2.2 技術(shù)創(chuàng)新本除酸霧化器包括雙流管體、合流裝置和霧化筒體。雙流管體設(shè)有用于輸送壓縮空氣的氣體通道和用于輸送氫氧化鈣漿液的液體通道。合流裝置連通雙流管體和霧化筒體上部的混合室。本除酸霧化器包的特征是設(shè)置在霧化

13、筒體下方的噴嘴蓋、霧化筒體底部的內(nèi)側(cè)壁設(shè)置喇叭狀擴(kuò)口、噴嘴蓋的頂部與霧化筒體的底部之間設(shè)有一段間隙用于與喇叭狀擴(kuò)口一起共同形成噴嘴。該煙氣除酸霧化器噴嘴結(jié)構(gòu)簡單且不易堵塞。本裝置具有以下特點：（1）除酸霧化器在霧化筒體的底部與噴嘴蓋的頂部之間形成噴嘴，結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計成本低，將霧化筒體底部的內(nèi)側(cè)壁設(shè)置為喇叭狀擴(kuò)口，可使混合室出來的霧化混合物中的顆粒物不易在噴嘴處留存，能有效避免顆粒物堵塞霧化器噴嘴的現(xiàn)象。（2）噴嘴蓋的頂部與霧化筒體的底部之間的間隙為360°的第一環(huán)形間隙。該設(shè)置可使霧化器的噴嘴360°噴射，切為90°向煙氣垂直噴射，噴射效果好。（3）柱體露在霧化筒

14、體外的一端設(shè)有外螺紋段，與外螺紋段相連的限位凸起，所述噴嘴蓋沿中心軸向設(shè)有軸孔，設(shè)有調(diào)節(jié)墊片14用于調(diào)節(jié)噴嘴的開口大小，又可通過改變調(diào)節(jié)墊片的厚度來改變噴嘴蓋的頂部與霧化筒體的底部之間的第一環(huán)形間隙，可達(dá)到對噴嘴的噴射角度、高度和流量的調(diào)整。（4）噴嘴蓋的頂部與霧化筒體的底部設(shè)有壓差旋轉(zhuǎn)設(shè)計，具有利用自身噴射壓力實現(xiàn)邊噴射邊旋轉(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)離心霧化器）的特點。2.3 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)序號指標(biāo)名稱指標(biāo)一、技術(shù)指標(biāo)1工作壓力18atm2脫酸試劑NaOH / Ca（OH）23霧化粒徑50150um4平面噴射角度360°5平面噴射半徑15m6煙氣接觸角度90°經(jīng)濟(jì)指標(biāo)1配

15、備功率3kw2使用壽命10year3維護(hù)周期（month）64正常運行率>95%5堿投投加量比值1.21.36反應(yīng)效率>95%三 開發(fā)試驗方法及技術(shù)路線本項目工藝流程如圖所示。首先進(jìn)行除酸霧化器的技術(shù)研究與理論模型建立：對生活垃圾熱解氣化焚燒處理產(chǎn)生的氣體特點進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有處理技術(shù)特點，確定本處理裝置技術(shù)，并確定各技術(shù)參數(shù)。其次，搭建處理裝置并進(jìn)行中試試驗：中試試驗的研究內(nèi)容有氣體進(jìn)氣布置、漿液進(jìn)料布置、氣液傳質(zhì)研究、噴頭腔室研制等。最后，在中試試驗的基礎(chǔ)上，進(jìn)行實際應(yīng)與完善：在實際操作中確定裝置設(shè)計可行，各參數(shù)設(shè)計符合要求，并在理論模型中得到驗證。技術(shù)路線圖四 計

16、劃進(jìn)度計劃進(jìn)度表起始時間結(jié)束時間持續(xù)時間進(jìn)度目標(biāo)要求2016.102016.1290天項目相關(guān)資料和信息的收集。2017.12017.6180天選擇技術(shù)方案、選購相關(guān)設(shè)備及器材、除酸霧化器制作。2017.72017.12180天研究除酸霧化器各技術(shù)參數(shù)影響，初步確定最佳設(shè)計參數(shù)并完成相關(guān)試驗報告。2018.12018.0260天在上述試驗基礎(chǔ)上改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)和安裝方法，完成裝置設(shè)計和相關(guān)圖紙。2018.32018.6120天項目實踐，驗證并確定各技術(shù)有效參數(shù)。2018.72018.10120天市場推廣，并拓展本裝置應(yīng)用領(lǐng)域。五 經(jīng)費預(yù)算項目經(jīng)費支出預(yù)算表經(jīng)費支出預(yù)算內(nèi)容預(yù)算數(shù)2016年2017年2018年新產(chǎn)品設(shè)計費/萬元工藝規(guī)程制定費/萬元設(shè)備調(diào)試費/萬元用于