噴霧干燥脫硫法處理垃圾焚燒煙氣的優化設計
采用旋轉噴霧干燥法處理垃圾焚燒煙氣設備、技術相對簡單、投資低、運行費用也不高；運行過程中，不會產生結垢和堵塞；由于其干式運行，最終產物易于處理。只要控制好干燥吸收器的出口煙氣溫度，不會產生對設備的腐蝕，但脫硫效率略低于濕法。噴霧干燥法與活性炭噴射、布袋除塵器聯用，可除去垃圾焚燒煙氣中含有對環境有害的酸性氣體、顆粒物、重金屬、二惡英或呋喃等污染物。
深圳市環保示范工程的南山垃圾焚燒電廠的煙氣凈化系統是由旋轉噴霧及吸收塔，活性炭噴射及袋式除塵器組成。煙氣首先經過半干式反應塔除去酸性物質；接著在反應塔煙氣出口和袋式除塵器之間的煙道中噴入活性炭用來吸附煙氣中的汞蒸汽和二惡英；最后煙氣進入袋式除塵器，幾乎所有的固體顆粒包括煙塵、生成物（固態）、未完全反應的石灰、固態重金屬以及吸附有二惡英的活性炭等都被除去。凈化后的煙氣通過煙囪排入大氣。
為獲得最佳的除酸效果，提高吸收劑的利用率，需要從理論上對其流場進行分析，我們將利用CFD討論旋轉噴霧及半干式反應塔的優化設計。
1 噴霧干燥脫硫工藝及原理
旋轉噴霧煙氣脫硫工藝一般用生石灰（主要成分是CaO）作吸收劑。生石灰經熟化變成具有較好反應能力的熟石灰（主要成分是Ca（OH）2）漿液。熟石灰漿液經裝在吸收塔頂部的高達15000～20000r／min的高速旋轉霧化器噴射成均勻的霧滴，其霧粒直徑可小于100μm。這些微粒具有很大的比表面積，與煙氣接觸，將發生強烈的熱交換和化學反應，迅速地將大部分水分蒸發，形成含水量少的固體灰渣。如果吸收劑顆粒沒有完全干燥，則在吸收塔之后的煙道和除塵器中仍可繼續發生吸收二氧化硫的化學反應。噴霧干燥煙氣脫硫化學過程如下：
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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：
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上式中NA為單位時間、單位面積上傳質的量；KPA和KGA是分別以濃度和分壓表示的A組分的傳質系數；S為吸收傳質面積，括號中兩個數值的差反應了傳質面積的大小。NA傳質量越大，則A組分污染物的去除效率越高，而NA的大小決定于傳質系數、傳質表面積和傳質推動力。傳質系數反應了傳質阻力的大小，阻力越大，相應的系數越小。因“氣－液”傳質系數大于“氣－固”傳質系數，所以，在其他條件相同的情況下，濕法的凈化效果明顯高于干法，半干法的凈化效果居于濕法與干法之間。另外，增加表面積和“吸收劑與污染物”的摩爾濃度也可使凈化效果增加。然而，在實際操作過程中，更重要的是通過足夠的停留時間來保證污染物的高效去除。
2 優化設計
由于噴霧脫硫的脫硫率低于濕法脫硫，吸收劑的利用率較低，獲得最佳的除酸效果，提高吸收劑的利用率就顯得至關重要。霧化器、煙氣導流葉片、半干式反應塔及其附屬設備的功能為：
將石灰漿及冷卻水霧化成均勻的微粒；使煙氣在反應塔內分布均勻；強化煙氣與液滴的混合和接觸；提供適當的反應溫度；提供足夠長的煙氣停留（反應）時間。優化設計主要從強化煙氣與液滴的混合和接觸，提供足夠的停留時間，防止半濕物料貼壁等方面著手。目前在工程實踐及實驗的基礎上已經得出了一些經驗公式、參數，基于流場分析的優化設計還沒見報道。
2.1反應塔流場分析
煙氣旋轉進入反應塔，石灰漿和水經霧化盤進入反應塔，與煙氣以相反旋轉方向混和發生反應，氣、液、固三相反應及流動，生成固體產物。經驗表明對蒸發過程的有效控制，對避免在噴霧干燥塔內形成沉積是十分重要的。因此對煙氣流動采用CFD進行分析，了解煙氣與液滴在不同的設計參數下的混合及分布狀態，了解液滴蒸發區的情況，從而確定最優設計方案。
2.2數學模型
由于從霧化器噴嘴到反應塔，其幾何尺度跨度很大，為得到足夠精細的網格，需要的網格數很龐大，為簡化起見，采用了二維軸對稱模型。由于煙氣出口的存在，并非嚴格的二維軸對稱，但對于反應塔的前半段，還是基本真實的反映了其流場特征。計算采用雷諾應力模型，氣相為干煙氣、水蒸氣，采用離散相（水）蒸發模型。因為主要考察蒸發區的情況，以下對離散相顆粒運動作一簡單分析。
2.3顆粒運動方程
顆粒在x方向受力：
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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：
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則可得顆粒在給定時間的速率和位置。
粒徑按Rosin-Rammler分布，導流葉片角度為15°時，石灰漿液集中在中心區，石灰漿液集中在中心區，氣液不能充分混合；導流葉片角度為40°、50°時，顆粒碰到反應塔壁，會導致較嚴重的結垢；導流葉片角度為25。時，既可得到較為充分的混合氣液，又能防止貼壁，由此保流葉片的角度為25°時為最優設計。
3 結束語
針對噴霧脫硫法處理垃圾焚燒煙氣脫硫率和吸收劑利用率低的缺點進行了優化設計，通過探討，證明基于CFD的流場優化設計是可行的。
4 參考文獻略
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