垃圾焚烧旋转喷雾干燥净化模型研究

由图8可知，塔体上部被吸收的酸性气体占SO2和HCl总脱除量的60%和90%，是脱酸反应主要发生部位。图8(a)右侧SO2质量分数低是因为一部分浆滴受烟气作用向右偏斜。

由图8(b)可知，HCl与浆滴的化学反应速率比SO2与浆滴的化学反应速率快很多，在塔体上部HCl几乎已经全部被反应殆尽。图9给出了计算区间内主要特征参数随时间的变化，图中正负值分别代表流入塔内和塔内流出。

图9主要特征参数随时间的变化

由图9可知，40s后曲线波动较小，因此选取40～50s这一段时间作为参考时间段进行分析，上述结果及平均值是基于该段时间内相应物理量的时均值。

由图9(a)可知，由于浆滴的加入出口烟气质量流量相对于入口烟气质量流量略微有所增大。由图9(b)可知，出口HCl质量流量有略微浮动，与入口HCl质量流量相差很大，这是因为约97%的HCl被石灰浆液吸收，仅3%的HCl从出口流出。

与图9(a)、图9(b)和图9(d)相比，图9(c)中出口SO2质量流量随时间的变化最为明显，其主要原因是浆滴与HCl反应较快，且SO2与浆滴的化学反应速率远小于HCl与浆滴的化学反应速率，因此在相同条件下，可认为浆滴先与HCl气体反应，再与SO2反应。

另外，因脱酸塔内温度较高，在浆滴还未与SO2反应完全时就已蒸干失去活性，因此SO2脱除率相对较低。

由图9(d)可知，出口水蒸气质量流量在前5s内小幅增大，其原因在于浆滴中液态水的蒸发使气体中水蒸气质量流量增大。由于浆滴蒸发时间是衡量化学反应时间的一个标准，因此浆滴发生脱酸反应的时间主要在其进入脱酸塔5s内。

表3脱酸实验、实际运行工况与模拟结果脱除率的对比

表3对比了相关文献所做脱酸实验与某垃圾焚烧厂实际运行及本文模拟所得脱酸结果。由表3可知，受实验装置和反应条件等多种因素影响，所得结果差距显著，但本文所得模拟结果与实际运行结果吻合良好。

其中臧仁德等、解海卫等在入口烟气温度为220℃和200℃，李午申在烟气温度为150℃，n(Ca)/n(S)为0.5～3.5的实验条件下，所得SO2和HCl脱除率分别约为50%和90%，而在该电厂实际运行条件下，n(Ca)/n(S)为12时，SO2和HCl脱除率才达到55.63%和56.68%。其原因可能是在实验状况下，模型较小，烟气流速较低，并且实验为理想状态。

Liu搭建的实验台较简单，200℃时SO2脱除率最低仅为23%;而Kiil等在搭建的脱酸实验平台测试的SO2和HCl脱除率最高为67%和91%，虽然与脱酸塔实际运行时的脱酸效率较为接近，但其入口烟气温度仅为50℃，降低温度将显著缩短浆滴的蒸发时间，加快反应速率。

因此，该实验结果并不能准确反映出脱酸塔内真实的脱酸过程。另外，受多种因素和条件的制约，所搭建的实验台仅为实验室规模的缩小模型，其内部流场、化学反应时间和浆滴蒸发时间都有可能与实际装置存在显著区别，因而导致所得结果存在显著区别。

而本文研究对象为原型实际装置，通过合理考虑脱酸塔实际运行中的速度场、温度场、压力场和质量分数场，所得模拟结果能合理反映其实际脱酸过程，可为脱酸塔的运行及优化提供一种可以借鉴的理论模型。

4结论

(1)针对垃圾焚烧厂脱酸塔的脱酸过程，通过求解连续相和离散相的控制方程，充分考虑脱酸塔内速度场、温度场、压力场和酸性气体质量分数场对脱酸过程的影响，建立了脱酸塔气固液之间的传质模型及化学反应模型，并在充分考虑其蒸发及传质的基础上对旋转产生的喷雾建立了浆滴模型。

通过与实验装置和现场运行数据对比，验证了本文提出的气液固的传质模型、浆滴模型和化学反应模型的正确性。

(2)脱酸塔中轴线上部温度梯度和酸性气体质量分数梯度较大，是脱酸反应主要发生部位;一小部分没有蒸发完全的浆滴由于烟气回流区作用被吹向脱酸塔壁面，容易造成脱酸塔壁面的结渣和腐蚀，不利于脱酸塔长期稳定运行。

烟气脱酸主要发生在脱酸塔的上部，脱酸塔中轴线附近温度较高，温度梯度、SO2和HCl质量分数梯度较大，且总脱除量60%的SO2和90%的HCl在上部被吸收，并且HCl与浆滴的化学反应速率远大于SO2与浆滴的化学反应速率;浆滴进入脱酸塔5s内被全部蒸干，即浆滴发生脱酸反应时间主要在5s内。

延伸阅读：

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