垃圾焚烧烟气喷雾干燥净化分析

喷雾系统知识

随着城市生活垃圾的逐年增加,垃圾的无害化处理显得日益迫切。焚烧处理虽然投资较大,但在垃圾的无害化、减量化方面优点明显,故在世界各国得到逐渐推广。然而垃圾在燃烧时,会产生不少有害物质,主要是飞灰、以多氯二恶英/ 呋喃PCDDs/ PCDFs 为代表的毒性有机物质、Hg 等重金属,以及HCl 、SOx、NOx、HF、CO 等有害气体。这些有害物质如果得不到有效净化处理,必将对环境产生严重污染。垃圾焚烧烟气典型的烟气吸收净化工艺有3 种:半干式喷雾干燥法、干式烟气净化和湿式烟气洗涤[1 - 3 ] ,这几种工艺各有特点。其中,半干式喷雾干燥法污染物去除效率介于干法和湿法之间,具有系统简单、投资和运行费用低、不产生废水等优点,是一种极有前途的工艺,目前在生活垃圾焚烧厂烟气净化系统中的应用越来越多。半干式喷雾干燥法净化工艺常以Ca (OH) 2 浆液为吸收剂,用喷嘴将其雾化成50～150μm 的液滴,与垃圾焚烧烟气充分混合,在液滴蒸发干燥的同时吸收酸性气体。喷雾干燥净化工艺是一个很复杂的流动、传热、传质与化学反应过程,它的机理有许多方面迄今尚未被很好认识和理解。近几十年来,随着多相流理论的日益成熟,计算机技术的迅猛发展,人们尝试用数学模拟的方法研究喷雾干燥过程,以提高对污染物的去除效率,降低运行成本。

1 　传热、蒸发
喷雾干燥净化工艺污染物的去除效率与碱性液滴的蒸发干燥过程密切相关。液滴干燥过快污染物的去除效率急剧下降;液滴干燥过慢,喷雾干燥器出口还是潮湿状态,会影响后续设备的正常工作。研究喷雾干燥过程的传热、蒸发过程对提高污染物的去除效率有十分重要的作用。
2. 1 　传热和蒸发机理
整个喷雾干燥过程的机理是:碱性雾滴离开雾化器后,在干燥室内与热烟气混合,在两者的边界层内同时发生热量和质量的交换。影响液滴与烟气之间传热、传质的因素有许多,它包括烟气的温度和流动状态,液滴的大小及吸收剂浓度、液滴在干燥器内的停留时间等等,为便于分析,文中作如下假设:
1) 液滴为球形;
2) 反应热和溶解热很小,可以忽略;
3) 水在液滴内部不循环;
4) 酸性气体和水蒸气同时扩散,水分蒸发和酸性气体吸收互不影响。
喷雾干燥净化过程中, 碱性液滴与烟气之间不断发生的热、质交换,可分别用努谢尔特数Nu 和舍伍德数Sh 来表示。考虑到干燥塔中风场流动和粒子运动的特性,整个干燥过程中发生的传热可认为属于强制对流传热,对传热系数的影响因素,全部包括在有关的无因次数群(准则数) 中。对于球形雾可用兰兹- 马歇尔关系式表示过程的传热.

3 　结论
1) 液滴的蒸发干燥过程十分复杂,文中将其化分为4 个阶段,得出了各阶段的传热、传质计算公式。
2) 离子反应在液相中是瞬间完成的,但在缺水的情况下相对缓慢,碱性液滴中水分的蒸发直接影响着酸性气体的脱除。
3) 影响酸性气体去除效率的因素很多,其中化学计量比与出口烟气的近绝热饱和温度是两个主要因素。当有烟气中有HCl 气体存在时,对SO2 气体的吸收会产生影响。

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