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喷雾干燥机在烟气处理系统中的应用分析
张庆玉 唐玉霞
（青海三四一九干燥设备有限公司研究所 青海 810018）
摘 要：随着人们环境保护意识的不断提高，烟气已成为大气的主要污染物，本文从专业的角度分析了烟气处理系统的发展现状，进一步分析了喷雾干燥机在垃圾焚烧烟气处理系统中的应用原理及工艺流程。
关键词：烟气处理；喷雾干燥机
Application analysis of the desiccator in the process system of exhaust gas that spray
Zhang Qingyu Tan Yuxia
（3419 dry equipment Co., Ltd. of Qinghai, Xi'ning of Qinghai，810018）
Abstract：With the constant improvement of people's environmental protection consciousness, the exhaust gas has already become main pollutant of atmosphere, this text has analyzed the current situation of the development of the process system of exhaust gas in terms of speciality, have analyzed and sprayed further the desiccator burns application principle and technological process in the process system of exhaust gas in the rubbish.
Keywords：The exhaust gas is dealt with；spraying desiccator
1 引言
干燥设备是其它行业的生产工具，它被广泛应用于医药、化工、农药、染料、木材、食品、陶瓷、化肥等行业，传统的喷雾干燥行业都是简单的把一种产品配制成溶液，然后把它通过喷雾干燥机加工成产品，它在烟气处理方面的应用还并不多见，中国在“七五”期间曾投入巨大的人力物力进行火力发电厂的烟气脱硫工程的研究开发工作，一直延伸至“十五”期间，经过不懈的努力，试探了多种方法，迄今较为成熟的技术有两项，一项是用石灰浆中和SO2的半干法；另一项是用氨水中和得到硫铵和硝铵的电子束法。这两项技术都要求将液体分散成雾滴，与气相中的SOX或NOX相接触而发生相关反应，因此实际上都离不开喷雾干燥工程或装置。与之相类似的装置是垃圾焚烧中的气体净化，针对气的有害成分，喷洒相应的药液，利用雾化液滴大的截面积快速发生反应，干燥成粒，然后回收达到去除有害气体的目的。这将除尘、脱硫、造粒、干燥、制造原料合为一身，成为变废为宝的有效途经，减少了投资，提高了效率，并使副产品的价值增加，提高了企业的效益，可为企业调整产品结构，改善生产环境，提供了一条切实可行的工艺新途径，这项技术将会对烟气处理的相关企业以新的启迪。
2 喷雾干燥的特点及使用性
喷雾干燥是将溶液、乳浊液、悬浊液和浆料在热风中喷雾成小的液滴，在它下落的过程中，水分被蒸发而成为粉末状或颗粒状的产品，它具有以下几个显著的特点：（1）料液经喷雾后表面积大大增加，使干燥速度十分迅速；（2）操作控制方便，生产过程简化；（3）防止发生公害，改善生产环境；（4）适应于连续化大规模生产。
正是喷雾干燥具有以上的优点，所以我们把它用到烟气处理系统上是再合适不过了。将预先浆化的吸收剂通过雾化器雾化喷入干燥塔内，很大的雾化表面积的吸收剂与烟气充分混合，发生化学反应和传热过程，酸性氧化物与碱性物质作用生成稳定的硫酸盐，生成的产物以干态部分回收，部分送入除尘器，以达到除尘和脱硫的目的。该种方法与其它的方法相比占地面积小、运行费用低、不产生腐蚀、克服了二次污染问题，进一步提高了处理效率。由于它增大的表面积使氧化物充分反应大大节省了石灰的用量，尤其难得可贵的是对重金属Hg、Cd、Pb的去除作用，这对垃圾焚烧很重要，因此喷雾干燥在未来的烟气处理中具有广阔的发展前景。下面以喷雾干燥在垃圾焚烧烟气处理来作进一步的分析。
3 半干法烟气处理系统
3.1半干法烟气处理系统流程图 
3.1.1烟气成分
正常运作情况下，在喷雾干燥塔入口的烟气参数如下：
3.2石灰储仓及供应系统
3.2.1石灰储仓的功能是：
1. 接受和储存由罐车运来的石灰粉
2. 向石灰浆的配制系统供应石灰粉
3.2.2石灰储仓及供应的组成
为实现以上功能，石灰的储存和供应系统包括以下组成部分，同时本系统由与中央控制系统相连的就地控制面板进行控制。
3.2.2.1进料管及气动进口阀
气力进料管顶部连接石灰粉储仓切线方向的进料口，底部应有软管接头连接输送卡车的软管接头。气力进料管的弯头应为大半径弯头，半径为5D(D为管径)，并有耐磨片加固。气动进口阀可以靠就地控制盘开或关，在进料的过程中出现不安全的情况时，进口阀应自动关闭。
3.2.2.2重量传感器及料位开关
石灰粉储仓是安装在4个重量传感器上，传感器把储仓重量读数传至中央控制室。当储仓重量超过一预定的重量、进料必须停止时，系统将产生一个报警信号并激活报警铃予以提示。如果无人停止进料而粉料继续输送进储仓，当储仓重量达到一个预定的上限时，系统将产生一个报警信号关闭进口阀。
当测量到料位过高时，料位开关也同时可以独立地关闭气动进口阀。
为防止影响到重量传感器的正确测量，石灰粉储仓应该可以自由移动。所有连接外部固定点的联接都有应有柔性接头。楼梯及平台可以安装在储仓上，但不可以与固定点（如地板）联接。如果以上条件满足了，在仓上的钢结构将仅仅增加石灰储仓的固定负载但不会影响重量传感器的测量。
3.2.2.3压力释放安全阀
储仓需安装压力释放阀（机械式）以防止仓内压力过高或过低。压力大小的设定，参见石灰储仓的压力设计标准。
3.2.2.4在石灰仓顶部的除尘器
石灰粉是经石灰粉输送罐车的空压机用气力输送到仓内的，压缩空气经填料管输入仓内，经除尘器排出仓外。在进料的同时，除尘器将进行清灰，除尘器的清灰应采用机械振动的方式，也可采用压缩空气清灰。在任何情况下，除尘器的压降应尽量低，除尘器的功能及容量根据具体情况设计选型。
3.2.2.5仓底的振动系统
储仓底部的振动系统与储仓用柔性接头及减震器连接（法兰连接），以削弱传送到储仓底部的振动，振动是靠2台振动电机实现的，振动底部的出口处应为法兰连接。
3.2.2.6气动出口阀
当石灰浆配制系统的石灰粉料斗的低位开关被激活时，气动出口阀将打开，同时仓底振动系统启动，石灰粉从储仓内流向石灰粉料斗。当石灰粉料位达到高位开关时，气动出口阀被关闭，振动系统停止振动。
3.3石灰浆配制系统
3.3.1石灰加料系统
石灰粉由石灰粉储仓的底部进入加料斗，料斗在底部配备破桥器（转动桨板）及定量螺旋给料器，破桥器防止搭桥，并保证螺旋给料器里不形成气袋。加料斗有2个料位开关，一个用于探测高位，一个用于探测低位，这2个料位开关将用于控制石灰从储仓进入加料斗。石灰的出口处在定量螺旋给料器的出口，当定量螺旋给料器不运行时，气压活塞阀将密封螺旋给料器，防止熟化罐的湿蒸汽进入。
3.3.2石灰熟化罐
石灰从给料螺旋器的出口进入石灰熟化罐，石灰熟化罐应安装有重量传感器，所以在与固定点连接处应有补偿器或柔性接口以防止干扰测量。熟化时产生的烟雾以及从给料输送器溢出的空气将被抽风机抽经洗涤器，从洗涤器里的喷嘴里喷出的水把烟雾里的石灰带入熟化罐。搅拌器应保证石灰与水充分混合，以使石灰完全熟化。石灰熟化罐底部应为半球形，并安装一法兰型放空阀。
3.3.3稀释罐
石灰熟化罐里的石灰浆进入石灰稀释罐后，将熟化石灰进行彻底的混合以使其处于一种稳定的浓度状态下。稀释罐的底部亦为半球形便于释放物料。底部带有一法兰作排放阀。稀释罐设有安全溢流，以防稀释罐超量填料，液位开关以防止搅拌器干转（同时防止石灰循环泵空转）。
3.3.4石灰浆再循环管路
石灰浆泵使石灰浆在稀释罐的上部的闭合回路中进行循环稀释。循环流分成两条线路一条喷雾干燥塔上部的喷雾器供应石灰浆，另一条形成闭合循环回路。这两条支路应尽可能的短以减少在反应塔停止运转时沉积在支路中石灰沉淀的残渣。循环线路将由石灰浆泵驱动，将石灰打到干燥塔的顶部，中间分出支路到喷雾器，主管再返回到稀释罐中。再循环管路有2个压力显示表（有密封膜保护）；一个在支路的上流，一个在下流。再循环管路的压力由一控制阀控制，控制阀安装在靠近稀释罐处。
3.3.5水控制盘
水的控制盘应有一个流量显示（带低流量开关），并控制着以下两处的水流，一条是到石灰熟化罐的水流，另一条是到熟化罐洗涤器的水流每条水供应管路应有一气动或电动开关阀及一人工阀以调节水的流量。
3.4 喷雾干燥塔及旋转喷雾系
本系统的主要功能是将从锅炉出来的烟气进行初步净化，系统组成为：（1）喷雾干燥塔本体；（2）烟气进口通道；（3）旋转喷雾器；（4）喷雾器的水冷结构；（5）烟气出口通道；（6）底部料斗。
3.4.1旋转喷雾器
1）工作原理：
配制好的石灰料浆用输送泵送入高速离心雾化器的进料管，进入料液分配器，均匀地流入料液喷洒盘，在高转速下甩出，形成薄膜、细丝，同时又受到周围空气的磨擦，阻碍与撕裂等作用，喷洒成大小均匀的雾状液滴，与热空气充分接触，达到干燥目地。高速雾化器采用冷却水冷却，确保在高温情况下长时间运转。最新系列高速离心喷雾干燥技术，可广泛用于医药、食品、陶瓷和林化产品。喷雾干燥是将溶液分散成极细的液滴，使其在空气中迅速形成球状粉末的干粉，在短时间（几秒钟）内完成的一种作业。由于形成液滴细，而产生的表面积巨大（例如1mm3溶液喷成100μ时，可产生1012个液滴）, 所以需提供的传热传质效能很高。而喷雾干燥不仅干燥快速，还可以提供一定范围粒度的粉状产品，可以进行冷却、造粒操作。
2）结构特点：
GDW—xx型高速电动离心雾化器是我厂自行研制生产的用于GLP型高速离心雾化干燥设备的专用雾化器。它具有结构紧凑、功率大、转速高、噪声低、振动小、工作平稳可靠、重量轻可无级调速等特点。喷雾器包括基本的喷雾转轮和调速电机，两者共用一个轴，旋转速率接近于12，000rpm。由于它的高速旋转和特殊的形状，喷雾器可同时喷射石灰浆（由石灰浆的预备系统提供）和水并将他们雾化，同时也可产生涡流喷射，使得烟气和喷射的液体得到充分的混合，喷雾器的水冷系统由自来水通过调节流量完成。
3.4.2喷雾干燥塔
1）工作原理
垃圾处理烟气进入干燥室顶部的热风蜗壳，并通过塔顶的热风分配器后均匀地呈螺旋状转动，在干燥机塔内自上而下运动。料液通过石灰浆泵送至装在干燥室顶部高速旋转的离心喷头，将料液喷成极小的雾状液滴，使物料与热空气接触面积大大增加，水份迅速蒸发，在极短时间内干燥成粉状或颗粒状产品，较粗的制品由干燥室底部收集，一部分微细粉尘经布袋除尘器收集，净化后的尾气经引风机后排空。
2）设备结构
设备由干燥室、热风分配器、引风机、风量调节阀、电气控制系统及离心喷头等组成。
干燥室由外筒身、骨架、内筒身、支撑脚、顶盖栏杆组成。外筒身和内筒身之间是骨架，其余空间均匀填塞保温层材料。在干燥室外热风进出口处，分别装有测量温度的铂热电阻，温度指示配装在电器控制柜上。为了便于观察喷雾时的情况，安有照明灯和视察孔。为了方便清洗，干燥室外开有一个门。由于机型不同和处理物料的不同，可以对干燥特殊物料的干燥机，其锥体部分的外筒身中安装有气锤，为防止灰渣结块，锥形料斗必须进行伴热和隔热处理，在锥形料斗上也要留孔做人工清渣使用。
2．热风分配器
热风分配器采用尼罗式喷雾干燥热风分配盘结构，由导板调节钩、空气分布器和锥形支座组成。其特点为热风以切线方向进入分配器，在导板和空气分布器的作用下，热风均匀地螺旋式进入塔体内。
3．引风机及负压调节器： 采用引风机，风机风量利用安装在后面的风量调节阀，并注意在操作时不要把调节阀关死，否则将损坏喷雾干燥塔及配件。
4．相关反应
CaO＋Ｈ2O→Ca(OH)2 （1）
Ca(OH)2＋SO2→Ca(OH)2 （2）
Ca(OH)2＋SO2+1/2O2→CaSO4+H2O （3）
2HCl+Ca(OH)2→CaCl2+2H2O （4）
Ca(OH)2＋CO2→CaCO3+H2O （5）
Ca(OH)2＋NO2→Ca(NO)2+H2O （6）
2HF+Ca(OH)2→CaF2+2H2O （7）
3.5活性炭粉的剂量和喷射系统
由于活性碳结构特性，它具有很强的吸附能力，在除去有害气体方面有很好的利用价值，在这里活性炭喷射系统的作用是吸附没有反应的二恶英等有害气体，活性炭剂量和喷射系统包括：(1)大袋系统（作为活性炭粉的集装箱）；(2)带有释放系统的脉冲式料斗；(3)带有螺杆的剂量斗；(4)喷射系统。
3.5.1.料斗
活性炭粉以1立方米容积的大袋包装被输送到现场，然后由工作人员将袋中的活性炭输送到具有足够大容积的料斗中。料斗装有一夹紧密封系统以便与喷吹系统相连接，用一个手动阀门向料斗中供料，当一个新的大袋里的活性碳被输送到料斗后，空的大袋将被移开，而不是一直放在系统中。 料斗将安装一个低位开关用以指示料斗有足够的空间接受一个大袋的活性碳，另外安装一个低低位开关用于报警指示活性碳快用光了。在料斗的底部安装一个破桥系统，旋转桨系统将灰渣桥尽可能的破碎，以确保原料能顺利通过料斗下面的剂量螺旋输送机。
3.5.2带有料斗的螺旋给料机
在每一个螺旋给料机上都装有一个剂量料斗。为了将料斗中的桥破碎掉同时也为了确保螺旋给料机能够完全充满，应在料斗中安装一个破碎系统（即旋转桨）。每个螺旋给料机（带有料斗）都应该装在重量传感器上。重量传感器用来监测螺旋给料机（及料箱）中的物料同时也计算活性碳的流量。计算通常是利用几个读数的平均值以减少误差。每个螺旋给料机都有一个调速器，一个速度信号用以改变螺旋给料机的速率，因此活性炭的用量和烟气流量是成比例的。
3.5.3喷射系统
活性炭是靠气力输送到喷射口的。气力由罗茨鼓风机提供，每个鼓风机均配有压力显示表。在鼓风机与喷射器的输送线上，应装有一低压开关以显示活性碳在输送。
从剂量料斗的出口处，活性炭落入文丘里输送系统的漏斗内（活性炭喷射器），由于空气（鼓风机所提供的气动力）被吹入活性炭的喷射器，在漏斗内产生一个负压，将周围空气吸入漏斗内（经过一个顶部的过滤器），因此周围空气与活性炭一同进入喷射器，在喷射器里环境空气和活性炭在气动力的作用下进一步混合，然后沿着输送线被输送至喷嘴。在螺旋给料机停止期间内，由于漏斗中负压的作用，在螺旋推进器出口处的气动活塞阀保证不会有活性炭从剂量螺旋推进器流入漏斗中，气动活塞阀关闭时，螺旋给料机将自动停止。
从文丘里的输送系统出来后，活性炭是由气力从管线中输送到喷雾干燥机的出口处，通过喷嘴喷入烟道中。烟气和活性炭得到充分的混合后才进入除尘器。
3.6布袋除尘器
布袋除尘器的介质包括：
—进口处：从反应塔出来的烟气（经过石灰浆处理及被活性炭处理的烟气）；
—出口处：经过滤的干净烟气；
—在预热回路中对干净烟气进行电加热；
—对周围空气进行电加热用以吹扫预热回路（当预热回路不运行时）；
—车间内的压缩空气（结露点为3℃）用来维持过滤袋的清洁系统；
布袋除尘器的功能是对进来的烟气流进行净化处理，即将烟气里的固体颗料（灰尘）过滤出来。过滤的结果是物流分两路离开布袋除尘器：一路是清洁烟气，另一路是飞灰（灰渣）。过滤过程主要在布袋的外表面进行，固体颗粒在过滤袋的外表面被截，重的颗粒在重力作用下沉降到料斗处。聚结成块的的固体灰渣将在布袋清灰过程中被除掉，同时也有一部分的灰渣降落至料斗底部。布袋清灰周期将去除布袋上过量的灰渣，过量的灰渣会引起布袋除尘器的压力降过大。留在布袋上的剩余的灰渣含有石灰和活性炭粉，可与飞灰中的污染物反应，从而将污染物吸收。
当进口烟气的温度低于1408C(冷凝的温度)或高于2508C（破坏滤袋的危险），烟气应经旁通管到引风机，此时旁通阀是打开的。在正常工况时，旁通阀是关闭的，应对其进行100%的密封以防止洁净气体被污染。所以旁通阀应由2个蝶阀串联组成，为防止烟气泄漏到干净烟气中去，两个蝶阀间烟道保持高压。压力由一密封风机鼓入洁净气体在两个阀门之间来维持。
当整个布袋除尘器的压力降超过一个设定值，滤袋需用位于滤袋顶部的空气进行脉冲反吹清灰部分结块将被吹落，部分结块仍留于滤袋上。布袋除尘器的清灰可以在线清灰或离线清灰（就地控制盘应带有脉冲阀的控制）。
在冷启动时，布袋除尘器需被预热到不低于1408C才能使烟气进入除尘器。电预热系统应能有足够的能力把除尘器的温度在8小时内从最冷的环境温度加热到1408C。电预热系统应包括电热器，循环风机及连接过滤室的热空气管道，加热的介质会把洁净气体加热，便利的话在应用时应被称为热气。预热是在通过回路中过滤室的热气循环来实现的，此时每个过滤室的烟气进口阀关闭。热气由热气烟道进入各过滤室，再由干净烟气道出口出来。循环风机的管道与干净烟气的主烟道连接，在预热过程中，所有的烟气经旁道除尘器。
当预热系统不运行时，一独立的气动隔离阀开启时，另一个空气加热器将吹送加热后的周围空气到预热系统中，以防止热的干净烟气冷却时在低于1408C时冷凝。每个过滤室的料斗应有外接的气动破桥器，防止拱桥形成。破桥器的撞击力是靠压缩空气挤压一弹簧，完全挤压后释放弹簧的力至一撞击锤上。在每个过滤室的料斗底部应装配滑板阀及旋转阀，旋转阀的作用保证飞灰及灰渣的正常清除，同时，保证除尘器内部的压力相对于飞灰输送系统的压力（大气压）来说是负压，滑板阀用以维修时使用。
作为一般的标准，布袋除尘器应有足够的保温，以保证内壁的温度在1408C以上，假定进口烟气温度为1508C，室内环境温度为108C。保温后外部的温度不能超过508C，以保证工作人员安全。特别应注意的是在所有时间内都要防止结露点的形成，所有法兰、补偿器、阀门、人孔等全都应有保温层，以保证任何时候都没有冷点。料斗除保温外，还需有伴热系统，布袋除尘器壳体的任何一处的温度要求为：最低壳体温度＝烟气平均温度为－5℃。
3.7引风机系统
引风机安装在除尘器的后面，使系统保持负压，并把烟气抽至烟气处理系统，当引风机在正常工况下运转时，电机与风机的总效率至少为80%。电机与风机应固定在一支架（型钢制造）上，并有橡胶的减振块，橡胶减振块再由钢制底座支撑，底座靠螺丝固定在混凝土基础上，风机速度应由变频器控制，以控制炉膛内的负压。风机的电机上应有：3个PTC温度开关在电机绕线上，可按顺序开关；温度探测器，在电机轴承及电机风扇的轴承上；风机与烟道的连接应有柔性连接；风机应有检测盖及高压清洗盖；同时要提供排空阀，与烟气有接触的部件，应使用耐腐蚀的材料；轴封应防止空气或烟气泄漏；为防止轴承过热现象，风机的轴承应采用风冷（如需要，可使用水冷）；风机应能耐磨损。
引风机的供应商应按照工程的噪声标准在风机的压力管道上安装消声器。噪声标准达到环保要求。
3.8灰渣的回收及利用
从干燥塔和除尘器的排灰阀排出的灰渣通过输送机输送到贮仓，然后通过气力（或汽车等运输工具）输送到建筑材料厂，做进一步的加工，做成有用的建筑材料，这样就实现了变废为宝的全过程。通过以上的工艺过程，使石灰的价值进一步增加。
4总结
总之，烟气处理系统有很多方法，它们大都用于简单，不连续的小工业除尘系统中，它们的相对效率较低，不能真正满足环保排放要求。而此方法进一步使烟气处理技术工业化，完全可以满足大型连续工业化的生产，解决了冶金、电力、垃圾处理等工业烟气处理的难点，同时也实现了变废为宝的目的，使产品的价值进一步增加，所以说这也是一项未来工业烟气处理系统的理想选择。
最后我希望我们的工程技术人员在完善理论的同时，进一步完善我们国家企业的技术装备，使我们的设备性能有质的飞跃，以使我国在该项技术上达到领先水平。
参考文献
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