某600MW機組脫硫超低排放改造吸收塔噴淋層噴嘴的選型

劉輝 貴州粵黔電力有限責任公司

1.前言

某600MW機組煙氣脫硫工程采用石灰石－石膏濕法煙氣脫硫工藝，設計脫硫效率不小于95%，凈煙氣二氧化硫濃度≤400mg/Nm3。根據2012年國家最新超低排放標準《火電廠大氣污染排放標準》要求二氧化硫排放限值小于35mg/Nm3(在基準氧含量6%條件下）。由于電廠現有設備無法滿足超低排放要求，因此需要對煙氣系統脫硫設備進行改造。而噴嘴是脫硫系統中的關鍵設備之一，噴嘴類型和性能直接影響到系統的性能參數、經濟性和運行可靠性，所以合理的選擇噴嘴類型對保證脫硫系統的達標排放有著重要意義。

2.常用的噴嘴類型

目前在石灰石－石膏濕法煙氣脫硫工藝吸收塔內通常采用以下5種噴嘴：空心錐切線型噴嘴、實心錐切線型噴嘴、雙向空心錐切線型噴嘴、軸流實心噴嘴、螺旋型實心噴嘴。

2.1 空心錐切線型噴嘴

漿液從切線方向進入噴嘴產生旋轉運動，獲得足夠的離心力后從與入口成90°角的噴孔噴出，形成無數霧滴組成的空心錐噴霧，在噴霧錐的中心有一空氣心，所以叫空心錐噴嘴。

2.2 實心錐切線型噴嘴

實心錐切線型噴嘴與空心錐切線型噴嘴較為類似，均從切線方向進入。所不同的是旋轉室頂部的結構，空心錐噴嘴頂部凹腔在噴嘴入口的對面，與內壁平齊；實心錐噴嘴頂部凹腔則幾乎與噴嘴噴孔在同一軸線上，當漿液進入旋轉室后，漿液速度的軸向分量增大到可以抵消旋轉運動，空心消失，空心錐噴霧變成了實心錐噴霧。

2.3 雙向空心錐切線型噴嘴

該類型噴嘴原理與空心錐切線型噴嘴一致，不過當漿液切向進入旋轉室后，旋轉室一分為二，分別向上、下兩個方向噴出，相當于兩個空心錐切線型噴嘴上、下疊加而成。

2.4 軸流實心噴嘴

這種噴嘴的漿液是從軸線方向進入噴嘴，通過設置于噴嘴內部的內插件使漿液產生旋轉運動，從與入口同軸的噴孔噴出，形成實心錐噴霧。

2.5 螺旋型實心噴嘴

常規的噴嘴是讓液體通過導流作用形成同是順時針或者逆時針方向的流動，并且由于水壓的作用使液體產生離心力，從而產生錐形的噴霧。螺旋噴嘴則不同，螺旋噴嘴是一種典型的撞擊式分散噴霧，噴嘴內部沒有結構，是一個暢通的通道，水流是通過撞擊螺旋的分層界面，從而產生分層噴淋。實心錐實際上是由2-3個分離的同心圓空心錐疊加而成。

3.各類型噴嘴的特點

3.1 空心錐切線型噴嘴

該類型噴嘴內部無須設置內插件、結構簡單，自由暢通直徑大，不易堵塞，自由暢通直徑達到噴孔直徑的80%-100%。

3.2 實心錐切線型噴嘴

該類型特點與空心錐切線型噴嘴類似，但其與空心錐噴嘴相比噴霧中含有大液滴較多，并集中在椎體的中心，一般實心錐噴嘴的霧滴平均粒徑要比相同尺寸的空心錐噴嘴大30%-50%。

3.3 雙向空心錐切線型噴嘴

該類型噴嘴除了有空心錐切線型噴嘴的特點外，由于雙向噴嘴向上的噴霧可以減小下落液滴的壓力，增加液滴在塔中的平均駐留時間。

3.4 軸流實心噴嘴

該類型噴嘴的霧滴平均粒徑要比相同尺寸的空心錐切線型噴嘴小30%-40%，但其自由暢通直徑也要小一些，一般為其直徑的25%-100%。

3.5 螺旋型實心噴嘴

在相同條件下，該類型噴嘴的霧滴平均粒徑要比相同尺寸的空心錐切線型噴嘴小40%-60%，在較低的壓力條件下，也可以達到良好的霧化效果。但其運行中螺旋部分因長時間磨損會損壞，導致其噴嘴性能不能保證。

從防堵塞方面看，空心錐切線型噴嘴、實心錐切線型噴嘴、雙向空心錐切線型噴嘴的自由暢通孔徑大，易于自我清除部分雜物，不易堵塞。軸流實心噴嘴自由暢通孔徑最小，較其他噴嘴容易堵塞；對于細長的外物時，螺旋型實心噴嘴最易堵。

從噴霧粒徑來看，螺旋型噴嘴的平均直徑最小，軸流實心噴嘴其次，空心錐切線型噴嘴稍微大一點，實心錐切線型噴嘴最大。

4.新型高效噴嘴

高效噴嘴（單向雙頭/雙向雙頭）是在普通切線型噴嘴的基礎上結合噴嘴噴霧特性及脫硫需求而發展起來的一種新型噴霧技術，該形式相比普通噴嘴，具有霧化粒徑小、通流面積大、覆蓋率高等特點。

該類型噴嘴采用非線性流道設計，與普通切線型噴嘴相比，在同等運行壓力及流量下，霧化粒徑更小，高效噴嘴比普通噴嘴霧化粒徑減小150-300μm。高效噴嘴的專利非對稱小角度設計使橫截面上的液滴分布更加均勻合理，產生更大的反應吸收面積，單個噴嘴覆蓋面積增加20%-30%；從而在吸收塔截面形成更好的噴淋覆蓋率。高效噴嘴形成的背向旋轉的霧錐，減少了作用在噴淋層支管上的扭矩，消除了噴射振動。

5.各噴淋層噴嘴的推薦選型及原因

根據不同類型噴嘴的特點，推薦的吸收塔各噴淋層的噴嘴類型如下：在噴淋層的中心區域，噴淋層頂層采用單向雙頭高效噴嘴，其余層采用雙向空心錐切線型噴嘴；沿塔壁周圍采用噴射角度略小一些的實心錐切線型噴嘴。

5.1 頂層噴淋層噴嘴選型原因

高效噴嘴是根據當前超低排放改造的需求而發展起來的一種新型噴霧技術，與其他脫硫常用的其他噴嘴相比，該噴嘴有霧化粒徑小、通流面積大、覆蓋率高等特點，但其價格較為昂貴，從經濟性考慮不宜整塔都使用該類型噴嘴，而頂層噴淋層噴出的漿液與煙氣接觸時間最長，對脫硫效率影響最大，故對最頂層噴淋層采用高效噴嘴。由于頂層噴淋層緊鄰除霧器，為保證除霧器的正常運行，減小煙氣帶漿，故采用單向噴嘴。

5.2 其余層噴淋層噴嘴選型原因

實心錐切線型噴嘴與空心錐切線型噴嘴相比，由于漿液在噴嘴中的旋轉運動被破壞，不僅使其霧滴平均直徑較大，并集中在錐的中心，不像空心錐霧滴主要分布在錐形邊緣，這也導致了實心錐噴嘴噴射角度要小于空心錐噴嘴噴射角度，在相同的漿液覆蓋率下，需使用更多的實心錐噴嘴,從經濟性考慮采用空心錐噴嘴。而相對于單向噴嘴，雙向噴嘴向上的噴霧減小了下落液滴的壓力，增加了液滴在塔內與煙氣反應的時間，提高了脫硫效率。故選用雙向空心錐切線型噴嘴。

5.3 沿塔壁邊緣噴嘴選型原因

由于空心錐霧滴主要分布在錐形邊緣，而實心錐類型的噴嘴其噴霧霧滴在橫斷面上是均勻分布的，所以實心錐噴嘴在噴淋時對氣相流場的整流效果要優于空心錐噴嘴。如果全部采用空心錐噴嘴，由于大量煙氣從側向沖入吸收塔，空心錐噴嘴對煙氣的整流效果相對較差，使得相當一部分煙氣依靠慣性繼續沿著塔壁向上運動，從而導致煙氣入口對面塔壁處的氣流速度很高，漿液與煙氣接觸時間減少，導致煙氣反應不完全或者直接造成煙氣逃逸。在沿塔壁邊緣布置實心錐噴嘴，使氣液接觸效果更均勻，有利于脫硫效率的保持和提高。使用噴射角度略小的噴嘴則是為了減小漿液對塔壁的沖刷損傷，提高防腐層的使用壽命。

6.結語

在石灰石－石膏濕法煙氣脫硫工藝中，噴淋層噴嘴的選擇直接影響到整個脫硫系統的效率和經濟性，所以必須根據噴嘴的特點和系統要求，合理的選擇適宜的噴嘴，而噴嘴選擇的主要任務就是首先確定噴嘴的型式，然后再選擇噴嘴的工作壓力、工作流量、噴霧角、布置方式。只有進行合理、優化的噴嘴選型及設計布置，才能達到系統的設計要求，保證脫硫系統的高效率