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噴霧干燥機在煙氣處理系統中的應用分析

 干燥設備是其它行業的生產工具，它被廣泛應用于醫藥、化工、農藥、染料、木材、食品、陶瓷、化肥等行業，傳統的噴霧干燥行業都是簡單的把一種產品配制成溶液，然后把它通過噴霧干燥機加工成產品，它在煙氣處理方面的應用還并不多見，迄今較為成熟的技術有兩項，一項是用石灰漿中和SO2的半干法；另一項是用氨水中和得到硫銨和硝銨的電子束法。這兩項技術都要求將液體分散成霧滴，與氣相中的SOX或NOX相接觸而發生相關反應，因此實際上都離不開噴霧干燥工程或裝置。與之相類似的裝置是垃圾焚燒中的氣體凈化，針對氣的有害成分，噴灑相應的藥液，利用霧化液體大的接面積快速發生反應，干燥成粒，然后回收達到去除有害氣體的目的。這將除塵、脫硫、造粒、干燥、制造原料合為一身，成為變廢為寶的有效途經，減少了投資，提高了效率，并使附產品的價值增加，提高了企業的效益，可為企業調整產品結構，改善生產環境，提供了一條切實可行的工藝新途徑，這項技術將會對煙氣處理的相關企業以新的啟迪。
2. 噴霧干燥的特點及使用性
   噴霧干燥是將溶液、乳濁液、懸濁液和漿料在熱風中噴霧成小的液滴，在它下落的過程中，水分被蒸發而成為粉末狀或顆粒狀的產品，它具有以下幾個顯著的特點：（1）料液經噴霧后表面積大大增加，使干燥速度十分迅速；（2）操作控制方便，生產過程簡化；（3）防止發生公害，改善生產環境；（4）適應于連續化大規模生產。
   正是噴霧干燥具以上的優點所以我們把它用到煙氣處理系統上是再合適不過了。既將預先漿化的吸收劑通過霧化器霧化噴入干燥塔內，很大的霧化表面積的吸收劑與煙氣充分混合，發生化學反應和傳熱過程，酸性氧化物與堿性物質作用生成穩定的硫酸鹽，生成的產物以干態部分回收，部分送入除塵器，以達到除塵和脫硫的目的。該種方法與其它的方法相比占地面積小、運行費用低、不產生腐蝕、克服了二次污染問題，進一步提高了處理效率。由于它增大的表面積使氧化物充分反應大大節省了石灰的用量，尤其難得可貴的是對重金屬Hg、Cd、Pb的去除作用，這對垃圾焚燒很重要，因此噴霧干燥在未來的煙氣處理中具有廣闊的發展前景。下面我以噴霧干燥在垃圾焚燒煙氣處理來作進一步的分析。
3. 半干法煙氣處理系統
3.1半干法煙氣處理系統流程圖

 （注：為實現連續工業化生產該系統配兩套，一套正常工作，另一套備用）
3.1.1煙氣成分
在正常運作情況下，在噴霧干燥塔入口的煙氣參數如下：
 項目                     單位
 流量                   Nm³/h
壓力                        Pa
水分（H2O）         %vol
 二氧化碳（CO2）  %vol
 氧（O2）             %vol
氮（N2）              %vol
溫度                        °C
煙塵                      mg/Nm³
氯化氫（HCl）       mg/Nm³
二氧化硫（SO2）   mg/Nm³
HF                       mg/Nm³
一氧化碳（CO）    mg/Nm³
CxHy                   mg/Nm³
氮氧化物（NO2*）mg/Nm³
二惡英類（Dioxins+furans）ngTEQ/Nm³
3.2石灰貯儲倉及供應系統
3.2.1石灰儲倉的功能是：
 1. 接受和儲存由罐車運來的石灰粉
 2. 向石灰漿的配制系統供應石灰粉
3.2.2石灰貯儲倉及供應的組成
 為實現以上功能，石灰的儲存和供應系統包括以下組成部分，同時本系統由與中央控制系統相連的就地控制面板進行控制。
3.2.2.1進料管及氣動進口閥
 氣力進料管頂部連接石灰粉儲倉切線方向的進料口，底部應有軟管接頭連接輸送卡車的軟管接頭。氣力進料管的彎頭應為大半徑彎頭，半徑為5D(D為管徑)，并有耐磨片加固。氣動進口閥可以靠就地控制盤開或關，在進料的過程中出現不安全的情況時，進口閥應自動關閉。
3.2.2.2重量傳感器及料位開關
 石灰粉儲倉是安裝在4個重量傳感器上，傳感器把儲倉重量讀數傳至中央控制室。當儲倉重量超過一預定的重量、進料必須停止時，系統將產生一個報警信號并激活報警鈴予以提示。如果無人停止進料而粉料繼續輸送進儲倉，當儲倉重量達到一個預定的上*，系統將產生一個報警信號關閉進口閥。
 當測量到料位過高時，料位開關也同時可以獨立地關閉氣動進口閥。
 為防止影響到重量傳感器的正確測量，石灰粉儲倉應該可以自由移動。所有連接外部固定點的聯接都有應有柔性接頭。樓梯及平臺可以安裝在儲倉上，但不可以與固定點（如地板）聯接。如果以上條件滿足了，在倉上的鋼結構將僅僅增加石灰儲倉的固定負載但不會影響重量傳感器的測量。
3.2.2.3壓力釋放安全閥
儲倉需安裝壓力釋放閥（機械式）以防止倉內壓力過高或過低。壓力大小的設定，參見石灰儲倉的壓力設計標準。
3.2.2.4在石灰倉頂部的除塵器
 石灰粉是經石灰粉輸送罐車的空壓機用氣力輸送到倉內的，壓縮空氣經填料管輸入倉內，經除塵器排出倉外。在進料的同時，除塵器將進行清灰，除塵器的清灰應采用機械振動的方式，也可采用壓縮空氣清灰。在任何情況下，除塵器的壓降應盡量低，除塵器的功能及容量根據具體情況設計選型。
3.2.2.5倉底的振動系統
 儲倉底部的振動系統與儲倉用柔性接頭及減震器連接（法蘭連接），以削弱傳送到儲倉底部的振動，振動是靠2臺振動電機實現的，振動底部的出口處應為法蘭連接。
3.2.2.6氣動出口閥
當石灰漿配制系統的石灰粉料斗的低位開關被激活時，氣動出口閥將打開，同時倉底振動系統啟動，石灰粉從儲倉內流向石灰粉料斗。當石灰粉料位達到高位開關時，氣動出口閥被關閉，振動系統停止振動。
3.3石灰漿配制系統
3.3.1石灰加料系統
 石灰粉由石灰粉儲倉的底部進入加料斗，料斗在底部配備破橋器（轉動槳板）及定量螺旋給料器，破橋器防止搭橋，并保證螺旋給料器里不形成氣袋。加料斗有2個料位開關，一個用于探測高位，一個用于探測低位，這2個料位開關將用于控制石灰從儲倉進入加料斗。石灰的出口處在定量螺旋給料器的出口，當定量螺旋給料器不運行時，氣壓活塞閥將密封螺旋給料器，防止熟化罐的濕蒸汽進入。
 3.3.2石灰熟化罐
 石灰從給料螺旋器的出口進入石灰熟化罐，石灰熟化罐應安裝有重量傳感器，所以在與固定點連接處應有補償器或柔性接口以防止干擾測量。熟化時產生的煙霧以及從給料輸送器溢出的空氣將被抽風機抽經洗滌器，從洗滌器里的噴嘴里噴出的水把煙霧里的石灰帶入熟化罐。攪拌器應保證石灰與水充分混合，以使石灰*熟化。石灰熟化罐底部應為半球形，并安裝一法蘭型放空閥。
3.3.3稀釋罐
 石灰熟化罐里的石灰漿進入石灰稀釋罐后，將熟化石灰進行*的混合以使其處于一種穩定的濃度狀態下。稀釋罐的底部亦為半球形便于釋放物料。底部帶有一法蘭作排放閥。稀釋罐設有安全溢流，以防稀釋罐超量填料，液位開關以防止攪拌器干轉（同時防止石灰循環泵空轉）。
3.3.4石灰漿再循環管路
 石灰漿泵使石灰漿在稀釋罐的上部的閉合回路中進行循環稀釋。循環流分成兩條線路一條噴霧干燥塔上部的噴霧器供應石灰漿，另一條形成閉合循環回路。這兩條支路應盡可能的短以減少在反應塔停止運轉時沉積在支路中石灰沉淀的殘渣。循環線路將由石灰漿泵驅動，將石灰打到干燥塔的頂部，中間分出支路到噴霧器，主管再返回到稀釋罐中。再循環管路有2個壓力顯示表（有密封膜保護）；一個在支路的上流，一個在下流。再循環管路的壓力由一控制閥控制，控制閥安裝在靠近稀釋罐處。
3.3.5水控制盤
 水的控制盤應有一個流量顯示（帶低流量開關），并控制著以下兩處的水流，一條是到石灰熟化罐的水流，另一條是到熟化罐洗滌器的水流每條水供應管路應有一氣動或電動開關閥及一人工閥以調節水的流量。
3.4 噴霧干燥塔及旋轉噴霧系
 本系統的主要功能是將從鍋爐出來的煙氣進行初步凈化，系統組成為：（1）噴霧干燥塔本體；（2）煙氣進口通道；（3）旋轉噴霧器；（4）噴霧器的水冷結構；（5）煙氣出口通道；（6）底部料斗。
3.4.1旋轉噴霧器
工作原理：
 配制好的石灰料漿用輸送泵送入高速離心霧化器的進料管，進入料液分配器，均勻地流入料液噴灑盤，在高轉速下甩出，形成薄膜、細絲，同時又受到周圍空氣的磨擦，阻礙與撕裂等作用，噴灑成大小均勻的霧狀液滴，與熱空氣充分接觸，達到干燥目地。高速霧化器采用冷卻水冷卻，確保在高溫情況下長時間運轉。系列高速離心噴霧干燥技術，可廣泛用于醫藥、食品、陶磁和林化產品。噴霧干燥是將溶液分散成極細的液滴，使其在空氣中迅速形成球狀粉末的干粉，在短時間（幾秒鐘）內完成的一種作業。由于形成液滴細，而產生的表面積巨大（例如1M2溶液噴成100μ時，可產生1012個液滴）, 所以需提供的傳熱傳質效能很高。而噴霧干燥不僅干燥快速，還可以提供一定范圍粒度的粉狀產品，可以進行冷卻、造粒操作。
 2）結構特點：
 GDW—xx型高速電動離心霧化器是我廠自行研制生產的用于GLP型高速離心霧化干燥設備的霧化器。它具有結構緊湊、功率大、轉速高、噪聲低、振動小、工作平穩可靠、重量輕可無級調速等特點。噴霧器包括基本的噴霧轉輪和調速電機，兩者共用一個軸，旋轉速率接近于12，000rpm。由于它的高速旋轉和特殊的形狀，噴霧器可同時噴射石灰漿（由石灰漿的預備系統提供）和水并將他們霧化,同時也可產生渦流噴射使得煙氣和噴射的液體得到充分的混合，噴霧器的水冷系統由自來水通過調節流量完成。
3.4.2噴霧干燥塔
1)工作原理
 垃圾處理煙氣進入干燥室頂部的熱風蝸殼，并通過塔頂的熱風分配器后均勻地呈螺旋狀轉動，在干燥機塔內自上而下運動。料液通過石灰漿泵送至裝置在干燥室頂至高速旋轉的離心噴頭，將料液噴成極小的霧狀液滴，使物料與熱空氣接觸面積大大增加，水份迅速蒸發，在極短時間內干燥成面粉狀或顆粒狀產品，較粗的制品由干燥室底部收集，一部分微細粉塵經布袋除塵器收集，凈化后的尾氣經引風機后排空。
2)設備結構
 設備由干燥室、熱風分配器、引風機、風量調節閥、電氣控制系統及離心噴頭等組成。
1.干燥室
    由外筒身、骨架、內筒身、支撐腳、頂蓋欄桿組成。外筒身和內筒身之間是骨架，其余空間均勻填塞保溫層材料。在干燥室外熱風進出口處，分別裝有測量溫度的鉑熱電阻，溫度指示配裝在電器控制柜上。為了便于觀察噴霧時的情況，安有照明燈和視察孔。為了方便清洗，干燥室外開有一個門。由于機型不同和處理物料的不同，可以對干燥特殊物料的干燥機，其錐體部分的外筒身中安裝有氣錘，為防止灰渣結塊，錐形料斗必須進行伴熱和隔熱處理，在錐形料斗上也要留孔做人工清渣使用。
2.熱風分配器
 熱風分配器采用尼羅式噴霧干燥熱風分配盤結構，由導板調節鉤、空氣分散器和錐形支座組成。其特點為熱風以切線方向進入分配器，在導板和空氣分散器的作用下，熱風均勻地螺旋式地進入塔體內。
3.引風機及負壓調節器：                                                                             
 采用引風機，風機風量利用安裝在后面的風量調節閥，并注意在操作時不要把調節閥關死，否則將損壞噴霧干燥塔及配件。
4.相關反應
      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活性炭粉的劑量和噴射系統
 由于活性碳結構特性，它具有很強的吸附能力在除去有害氣體方面有很好的利用價值，在這里活性炭噴射系統的作用是吸附沒有反應的二惡英等有害氣體，活性炭劑量和噴射系統包括：(1)大袋系統（作為活性炭粉的集裝箱）(2)帶有釋放系統的脈沖式料斗(3)帶有螺桿的劑量斗(4)噴射系統
3.5.1.料斗
 活性炭粉以1立方米容積的大袋包裝被輸送到現場，然后工作人員將把大袋中的活性炭輸送到具有足夠大容積的料斗中。料斗裝有一夾緊密封系統以便與噴吹系統相連接，用一個手動閥門向料斗中供料，當一個新的大袋里的活性碳被輸送到料斗后，空的大袋將被移開，而不是一直放在系統中。 料斗將安裝一個低位開關用以指示料斗有足夠的空間接受一個大袋的活性碳，另外安裝一個低低位開關用于報警指示活性碳快用光了。在料斗的底部安裝一個破橋系統，旋轉槳系統將灰渣橋盡可能的破碎以確保原料能順利通過料斗下面的劑量螺旋輸送機。
3.5.2帶有料斗的螺旋給料機
 在每一個螺旋給料機上都裝有一個劑量料斗。為了將料斗中的橋破碎掉同時也為了確保螺旋給料機能夠*充滿，應在料斗中安裝一個破碎系統（即旋轉槳）。每個螺旋給料機（帶有料斗）都應該裝在重量傳感器上。重量傳感器用來監測螺旋給料機（及料箱）中的物料同時也計算活性碳的流量。計算通常是利用幾個讀數的平均值以減少誤差。每個螺旋給料機都有一個調速器，一個速度信號用以改螺旋給料機的速率，因此活性炭的用量和煙流流量是成比例的。
3.5.3噴射系統
活性炭是靠氣動力輸送到噴射口的。氣力由羅茨鼓風機提供，每個鼓力顯示表。在鼓風機與噴射器的輸送線上，應裝有一低壓開關以顯示活性碳在輸送。
從劑量料斗的出口處，活性炭落入文丘里輸送系統的漏斗內（活性炭噴射器），由于空氣（鼓風機所提供的氣動力）被吹入活性炭的噴射器，在漏斗內產生一個負壓將周圍空氣吸入漏斗內（經過一個頂部的過濾器），因此周圍空氣與活性炭一同進入噴射器，在噴射器里環境空氣和活性炭在氣動力的作用下進一步混合然后沿著輸送線被輸送至噴嘴。在螺旋給料機停止期間內，由于漏斗中負壓的作用在螺旋推進器出口處的氣動活塞閥保證不會有活性炭從劑量螺旋推進器流入漏斗中，氣動活塞閥關閉時，螺旋給料機將自動停止。
從文丘里的輸送系統出來后，活性炭是由氣力從管線中輸送到噴霧干燥機的出口處，通過噴嘴噴入煙道中。煙氣和活性炭得到充分的混合后才進入除塵器。
3.6布袋除塵器
 布袋除塵器的介質包括：
 —進口處：從反應塔出來的煙氣（經過石灰漿處理及被活性炭處理的煙氣）；
 —出口處：經過濾的干凈煙氣；
 —在預熱回路中對干凈煙氣進行電加熱；
 —對周圍空氣進行電加熱用以吹掃預熱回路（當預熱回路不運行時）；
 —車間內的壓縮空氣（結露點為3℃）用來維持過濾袋的清潔系統；
 布袋除塵器的功能是對進來的煙氣流進行凈化處理，既將煙氣里的固體顆料（灰塵）過濾出來。過濾的結果是物流分兩路離開布袋除塵器：一路是清潔煙氣，另一路是飛灰（灰渣）。過濾過程主要在布袋的外表面進行，固體顆粒在過濾袋的外表面被截，重的顆粒在重力作用下沉降到料斗處。聚結成塊的的固體灰渣將在布袋清灰過程中被除掉，同時也有一部分的灰渣降落至料斗底部。布袋清灰周期將去除布袋上過量的灰渣，過量的灰渣會引起布袋除塵器的壓力降過大。留在布袋上的剩余的灰渣含有石灰和活性炭粉可與飛灰中的污染物反應，從而將污染物吸收。
 當進口煙氣的溫度低于140C(冷凝的溫度)或高于250C（破壞濾袋的危險），煙氣應經旁通管到引風機，此時旁通閥是打開的。在正常工況時，旁通閥是關閉的，應對其進行100%的密封以防止潔凈氣體被污染。所以旁通閥應由2個蝶閥串聯組成，為防止煙氣泄漏到干凈煙氣中去，兩個蝶閥間煙道保持高壓。壓力由一密封風機鼓入潔凈氣體在兩個閥門之間來維持。
 當整個布袋除塵器的壓力降超過一個設定值，濾袋需用位于濾袋頂部的空氣進行脈沖反吹清灰部分結塊將被吹落，部分結塊仍留于濾袋上。布袋除塵器的清灰可以在線清灰或離線清灰（就地控制盤應帶有脈沖閥的控制）。
 在冷啟動時，布袋除塵器需被預熱到不低于140C才能使煙氣進入除塵器。電預熱系統應能有足夠的能力把除塵器的溫度在8小時內從冷的環境溫度加熱到140C。電預熱系統應包括電熱器，循環風機及連接過濾室的熱空氣管道，加熱的介質會把潔凈氣體加熱，便利的話在應用時應被稱為熱氣。預熱是在通過回路中過濾室的熱氣循環來實現的，此時每個過濾室的煙氣進口閥關閉。熱氣由熱氣煙道進入各過濾室再由干凈煙氣道出口出來。循環風機的管道與干凈煙氣的主煙道連接，在預熱過程中，所有的煙氣經旁道除塵器。
 當預熱系統不運行時，一獨立的氣動隔離閥開啟時，另一個空氣加熱器將吹送加熱后的周圍空氣到預熱系統中以防止熱的干凈煙氣冷卻時在低于140C時冷凝。每個過濾室的料斗應有外接的氣動破橋器，防止拱橋形成。破橋器的力是靠壓縮空氣擠壓一彈簧，*擠壓后釋放彈簧的力至一錘上。在每個過濾室的料斗底部應裝配滑板閥及旋轉閥，旋轉閥的作用保證飛灰及灰渣的正常清除，同時，保證除塵器內部的壓力相對于飛灰輸送系統的壓力（大氣壓）來說是負壓，滑板閥用以維修時使用。
 作為一般的標準，布袋除塵器應有足夠的保溫以保證內壁的溫度在140C以上，假定進口煙氣溫度為150C，室內環境溫度為10C。保溫后外部的溫度不能超過50C，以保證工作人員安全。特別應注意的是在所有時間內都要防止結露點的形成，所有法蘭、補償器、閥門、人孔等全都應有保溫層，以保證任何時候都沒有冷點。料斗除保溫外，還需有伴熱系統，布袋除塵器殼體的任何一處的溫度要求為：低殼體溫度＝煙氣平均溫度為－5℃。
3.7引風機系統
 引風機安裝在除塵器的后面，使系統保持負壓，并把煙氣抽至煙氣處理系統，當引風機在正常工況下運轉時，電機與風機的總效率至少為80%。電機與風機應固定在一支架（型鋼制造）上，并有橡膠的減振塊，橡膠減振塊再由鋼制底座支撐，底座靠螺絲固定在混凝土基礎上，風機速度應由變頻器控制，以控制爐膛內的負壓。風機的電機上應有：3個PTC溫度開關在電機繞線上，可按順序開關；溫度探測器，在電機軸承及電機風扇的軸承上；風機與煙道的連接應有柔性連接；風機應有檢測蓋及高壓清洗蓋；同時要提供排空閥，與煙氣有接觸的部件，應使用耐腐蝕的材料；軸封應防止空氣或煙氣泄漏；為防止軸承過熱現象，風機的軸承應采用風冷（如需要，可使用水冷）；風機應能耐磨損。
 引風機的供應商應按照工程的噪聲標準在風機的壓力管道上安裝消聲器。噪聲標準達到環保要求。
3.8灰渣的回收及利用
    從干燥塔和除塵器的排灰閥排出的灰渣通過輸送機輸送到貯倉，然后通過氣力（或汽車等運輸工具）輸送到建筑材料廠，做進一步的加工，制是做成有用的建筑材料，這樣就實現了變廢為寶的全過程。通以上的工藝過程，使石灰的價值進一步增加。

 總之，煙氣處理系統有很多方法，它們大都用于簡單，不連續的小工業除塵系統中，它們的相對效率較低，不能真正滿足環保排放要求。而此方法進步使煙氣處理技術工業化，*可以滿足大型連續工業化的生產，解決了冶金、電力、垃圾處理等工業煙氣處理的難點，同時也實現了變廢為寶的目的，使產品的價值進一步增加，所以說這也是一項未來工業煙氣處理系統的理想選擇。
 后我希望我們的工程技術人員在*理論的同時，進一步*我們國家企業的技術裝備，使我們的設備性能有質的飛躍，以使我國在該項技術上達到水平。