空气雾化喷嘴装置方案1.05.doc

空气雾化喷嘴装置设计
强氧化法脱氮技术是将含活性羟基自由基氧碱性液体在脱硝塔内接触反应，把氮氧化物氧化成二氧化氮，然后通过碱液吸收形成硝酸盐达到控制氮氧化物排放的目的。
目前，为了提高氮氧化物的脱除效果，在进脱硝塔前加装脱硝液气溶胶发生装置，以对需脱硝气体进行预处理。因此脱硝剂的雾化程度越高，反应面积越大，反应更充分，脱硝效果就越好。由此脱硝剂的雾化效果是预处理脱硝环节的核心，而雾化喷嘴的性能决定雾化效果的好坏。
空气雾化喷嘴是一种广泛应用于液体雾化的装置，其主要特点是在喷嘴内设计了空气流道，利用高压空气的喷散作用，以较高的速度夹带着液体喷出，使液体雾化为更细的液滴。空气雾化喷嘴具有质量高、气耗率低、辐射热量少，供给系统简单可靠等优点。
方案简述：空气雾化喷嘴设置在脱硫塔与脱硝塔之间的系统烟气管道内，不改变系统烟气管道尺寸以减少施工量的同时满足设计需要。烟气管道上焊接DN100短管并加装法兰，喷头通过DN100短管插入管道内，在管道内焊接成120°的角钢50X8以固定喷头，固定喷头处采用螺栓加紧箍以固定；喷头距离脱硝塔进口不小于4m。管道上同时设置一个DN600人孔方便维修改换喷头。人孔设置在管道上方，并有围栏装置，围栏直通脱硝塔垂直爬梯。
空气喷嘴雾化系统利用压缩空气（压力0.3MPa左右）和含活性羟基自由基氧碱性液（虹吸或重力式）两相流体，通过喷嘴内导气环、靶钉及空气帽的混合，形成三次压降三次雾化，产生不大于50μm的液滴颗粒，与烟道内的烟气混合形成气溶胶系统。达到烟气与含活性羟基自由基氧碱性液充分接触反应，达到脱硝预处理的目的。
下图是空气喷嘴雾化系统流程简图。

1.气溶胶系统
气溶胶系统根据雾化液体的有无压力分为压力喷雾装置和重力/虹吸喷雾装置。如下图2所示

鉴于活性羟基自由基氧碱液不能经过泵输送，只能通过压缩空气来施压提供动力，因此我们采用虹吸/重力喷雾装置。
1.1重力喷雾装置
重力喷雾装置大体分为：供气系统、供碱液系统。
① 供气系统：通过空压机供给高压气体，压力、气体流量可调，设置压力表盒、控制阀门、空气过滤器。
②供碱液系统：储液罐、虹吸管、液位计、控制阀门、流量计。
1.2喷嘴选型
选用SU系列-空气雾化锥形式喷头，窄角（SUA-Z虹吸（重力）/外部混合式）。
基本特性：
①喷射角度18°~22°；
②喷雾形状：扇形喷雾，喷射区域成不规则椭圆（雾状效果使然）；③液滴效果50μm以下，分布均匀；
④外部混合型虹吸式，即喷嘴主体在相对的两头分别有空气入口和液体入口；
⑤选择范围广，有可调式、固定式、自洁式等类型；
⑥选用316L不锈钢材质耐磨防腐耐用。
1.3喷嘴基本参数
下表是SUA-Z虹吸/外部混合式的基本参数，因为我们的喷液量理论上为40L/h，为达到理想效果，实际喷液量按60L/h计算。

2雾化装置设计
良好的雾化设计主要考虑两个方面：避免湿壁；雾化经济性评价。
2.1避免湿壁
雾羽最大直径避免碰壁，即雾羽最大直径不能直接接触烟道壁，因此，雾羽最大直径为关键参数。
由北京环科院张凡教授所做实验室雾化各参数数值，空气压力Pair 、碱液压力P碱液、碱液流量Q碱液及其他各参数的关系为①在相同的气压下，碱液压力增大碱液流量增大、最大雾羽直径增大；②在相同的碱液压力下，气压增大，最大雾羽直径减小；③在任何状态下Y值无变化。如下图所示。

鉴于此，为保证恒定的碱液压力P碱液，虹吸的流量为60L/h，即1L/min；然后我们每分钟以1L/min的流量补充含活性羟基自由基氧碱性液，则保证了碱液压力P碱液恒定。
选择在空气压力3Bar的SUA4的喷嘴，重力落差按45cm计算，则需要3个喷头。即3个喷头完全保证了60L/h的流量需求。
上述的基本参数表是在实验室条件下测得的，事实上，雾羽在一定流速的烟气流中，由于烟气流的夹带，雾羽角度A收缩，最大雾羽直径会减少。在17m/s烟气流中，雾羽角度A比试验条件下约小50%，据此可计算出在烟气流中的雾羽值。因此，按此最大烟气量条件下雾羽值设计SUA4空气喷嘴在烟道断面的均匀布置，避免最大雾羽直径碰壁。
由表可知SUA4空气雾化喷嘴在Pair=0.3MPa，重力落差45cm条件下，最大喷射角度A=18°。
烟气流中，最大喷射角度A烟气=9°
则最大雾羽宽度B’=2Ytg（a/2）=2*2*0.158=0.63m
因此，在烟气量为10万m³/h，烟气流速为15m/s,直径为1.560m的烟道中，为避免雾滴湿壁与重叠，并在烟道断面均匀分布，满足喷水量60L/h的SUA4型空气喷嘴布置如图

SUA4型空气喷嘴在烟道断面的均布
3.2经济性评价
经济评价的主要指标为碱液空气雾化系统工程投资（万元），年运行费用（万元/a）2个指标。工程投资指与碱液空气雾化系统工程有关的固定资产投资之和，包括设备（空压机、喷嘴、管路及阀门、自控元器件等）购置费、建筑工程和设备安装费；年运行费用指碱液空气雾化系统1年中所发生的全部费用：消耗性费用（碱液、电、压缩空气）、设备修理费和折旧费。
1. 空压机
所需压缩空气量为88L/min（标准大气压下）,在压力0.3MPa下为29.3L/min。选用德斯兰螺杆式DSR-75A型号的空压机，电机功率55kWh，转数1480转。并配备储气罐、压力表、DN50的阀门及管道等辅助设备。（储气罐必须有压力容器合格证）
2. 喷嘴
喷嘴选用博原喷雾净化设备有限公司的型号为SUA4-316L-60100+120的重力外部混合式喷嘴。喷嘴材质为不锈钢316L，喷嘴借口尺寸为1/4吋。
3. 储液罐
储液罐尺寸为高2m，直径1m的圆柱体储液罐，钢板厚度为6mm，重353.25KG。
4. 阀门
阀门阀板做内衬316L防腐处理，或阀门阀板由不锈钢材质制作，防碱液腐蚀。
工程费用（包含制作安装）
序号
名称
型号规格
数量（个）
单价（万）
总价
备注
1
空压机
德斯兰
2
3.5
7
开1备1
2
喷嘴
SUA4
3
0.026
0.078
316L
3
储液罐
1.5m³
1
0.35
0.35
一天用量
4
压力表
0~1MPa
2
0.02
0.04

5
阀门
DN50
3
0.06
0.18

6
管路
DN50、DN20
1套
1
1

7
自控元器件

2
2

8
合计
10.648万元

以满足喷液量60L/h，雾化粒径<50μm的空气雾化系统的经济评价基本参数与指标见下表。
表4 经济评价的基本参数和指标
基本参数
指标
修理费率/%
折旧年限/a
碱液费/（元/t）
电费/(元/kW·h)
年运行费用（万元）
2.5
15
10
0.5

0.266
0.71
13.2万
15.125
29.301万
注：修理费率按固定资产原值的2.5%计算；折旧年限按固定资产折旧期限15a，残值率3%计算；运行费用中活性氧碱液是估价；电费主要是运行空压机的电量费用，每台空压机为55KWh，年运行时间按5500h计算。