喷雾干燥脱硫法及优化设计

1 引言

喷雾干燥法商业应用已有20多年历史，在烟气脱硫市场占有率居第二。该法是利用喷雾干燥的原理，将吸收剂浆液雾化喷入吸收塔。在吸收塔内，吸收剂与烟气中的二氧化硫等酸性物质发生化学反应的同时，吸收烟气中的热量使吸收剂中水分蒸发干燥。完成脱硫反应后的干粉状产物，部分在塔内分离，由吸收塔锥形底部排出，部分随除酸后的烟气进入除尘设备。

旋转喷雾干燥法系统相对简单、投资低、运行费用也不高;运行相当可靠，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，对于设备的腐蚀性也不高。但脱硫效率略低于湿法。适用于中小型电厂。喷雾干燥法与活性碳喷射、布袋除尘器联用，可除去垃圾焚烧烟气含有对环境有害的酸性气体、颗粒物、重金属、二噁英/呋喃等污染物，使污染物排放达到标准。作为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即由旋转喷雾及吸收塔系统，活性炭喷射及袋式除尘器系统组成。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汽和二噁英。最后烟气进入袋式除尘器，几乎所有的固体颗粒包括烟尘、反应生成物(固态)、未完全反应的石灰、固态重金属以及吸附有二噁英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，本文将利用计算流体力学方法(CFD)讨论旋转喷雾及半干式反应塔的优化设计。

2 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)2)浆液。熟石灰浆液经装在吸收塔顶部的高达15000-20000r/min的高速旋转雾化器喷射成均匀的雾滴，其雾粒直径可小于100μm。这些微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：