刘辉 贵州粤黔电力有限责任公司

1.前言

某600MW机组烟气脱硫工程采用石灰石－石膏湿法烟气脱硫工艺，设计脱硫效率不小于95%，净烟气二氧化硫浓度≤400mg/Nm3。根据2012年国家最新超低排放标准《火电厂大气污染排放标准》要求二氧化硫排放限值小于35mg/Nm3(在基准氧含量6%条件下）。由于电厂现有设备无法满足超低排放要求，因此需要对烟气系统脱硫设备进行改造。而喷嘴是脱硫系统中的关键设备之一，喷嘴类型和性能直接影响到系统的性能参数、经济性和运行可靠性，所以合理的选择喷嘴类型对保证脱硫系统的达标排放有着重要意义。

2.常用的喷嘴类型

目前在石灰石－石膏湿法烟气脱硫工艺吸收塔内通常采用以下5种喷嘴：空心锥切线型喷嘴、实心锥切线型喷嘴、双向空心锥切线型喷嘴、轴流实心喷嘴、螺旋型实心喷嘴。

2.1 空心锥切线型喷嘴

浆液从切线方向进入喷嘴产生旋转运动，获得足够的离心力后从与入口成90°角的喷孔喷出，形成无数雾滴组成的空心锥喷雾，在喷雾锥的中心有一空气心，所以叫空心锥喷嘴。

2.2 实心锥切线型喷嘴

实心锥切线型喷嘴与空心锥切线型喷嘴较为类似，均从切线方向进入。所不同的是旋转室顶部的结构，空心锥喷嘴顶部凹腔在喷嘴入口的对面，与内壁平齐；实心锥喷嘴顶部凹腔则几乎与喷嘴喷孔在同一轴线上，当浆液进入旋转室后，浆液速度的轴向分量增大到可以抵消旋转运动，空心消失，空心锥喷雾变成了实心锥喷雾。

2.3 双向空心锥切线型喷嘴

该类型喷嘴原理与空心锥切线型喷嘴一致，不过当浆液切向进入旋转室后，旋转室一分为二，分别向上、下两个方向喷出，相当于两个空心锥切线型喷嘴上、下叠加而成。

2.4 轴流实心喷嘴

这种喷嘴的浆液是从轴线方向进入喷嘴，通过设置于喷嘴内部的内插件使浆液产生旋转运动，从与入口同轴的喷孔喷出，形成实心锥喷雾。

2.5 螺旋型实心喷嘴

常规的喷嘴是让液体通过导流作用形成同是顺时针或者逆时针方向的流动，并且由于水压的作用使液体产生离心力，从而产生锥形的喷雾。螺旋喷嘴则不同，螺旋喷嘴是一种典型的撞击式分散喷雾，喷嘴内部没有结构，是一个畅通的通道，水流是通过撞击螺旋的分层界面，从而产生分层喷淋。实心锥实际上是由2-3个分离的同心圆空心锥叠加而成。

3.各类型喷嘴的特点

3.1 空心锥切线型喷嘴

该类型喷嘴内部无须设置内插件、结构简单，自由畅通直径大，不易堵塞，自由畅通直径达到喷孔直径的80%-100%。

3.2 实心锥切线型喷嘴

该类型特点与空心锥切线型喷嘴类似，但其与空心锥喷嘴相比喷雾中含有大液滴较多，并集中在椎体的中心，一般实心锥喷嘴的雾滴平均粒径要比相同尺寸的空心锥喷嘴大30%-50%。

3.3 双向空心锥切线型喷嘴

该类型喷嘴除了有空心锥切线型喷嘴的特点外，由于双向喷嘴向上的喷雾可以减小下落液滴的压力，增加液滴在塔中的平均驻留时间。

3.4 轴流实心喷嘴

该类型喷嘴的雾滴平均粒径要比相同尺寸的空心锥切线型喷嘴小30%-40%，但其自由畅通直径也要小一些，一般为其直径的25%-100%。

3.5 螺旋型实心喷嘴

在相同条件下，该类型喷嘴的雾滴平均粒径要比相同尺寸的空心锥切线型喷嘴小40%-60%，在较低的压力条件下，也可以达到良好的雾化效果。但其运行中螺旋部分因长时间磨损会损坏，导致其喷嘴性能不能保证。

从防堵塞方面看，空心锥切线型喷嘴、实心锥切线型喷嘴、双向空心锥切线型喷嘴的自由畅通孔径大，易于自我清除部分杂物，不易堵塞。轴流实心喷嘴自由畅通孔径最小，较其他喷嘴容易堵塞；对于细长的外物时，螺旋型实心喷嘴最易堵。

从喷雾粒径来看，螺旋型喷嘴的平均直径最小，轴流实心喷嘴其次，空心锥切线型喷嘴稍微大一点，实心锥切线型喷嘴最大。

4.新型高效喷嘴

高效喷嘴（单向双头/双向双头）是在普通切线型喷嘴的基础上结合喷嘴喷雾特性及脱硫需求而发展起来的一种新型喷雾技术，该形式相比普通喷嘴，具有雾化粒径小、通流面积大、覆盖率高等特点。

该类型喷嘴采用非线性流道设计，与普通切线型喷嘴相比，在同等运行压力及流量下，雾化粒径更小，高效喷嘴比普通喷嘴雾化粒径减小150-300μm。高效喷嘴的专利非对称小角度设计使横截面上的液滴分布更加均匀合理，产生更大的反应吸收面积，单个喷嘴覆盖面积增加20%-30%；从而在吸收塔截面形成更好的喷淋覆盖率。高效喷嘴形成的背向旋转的雾锥，减少了作用在喷淋层支管上的扭矩，消除了喷射振动。

5.各喷淋层喷嘴的推荐选型及原因

根据不同类型喷嘴的特点，推荐的吸收塔各喷淋层的喷嘴类型如下：在喷淋层的中心区域，喷淋层顶层采用单向双头高效喷嘴，其余层采用双向空心锥切线型喷嘴；沿塔壁周围采用喷射角度略小一些的实心锥切线型喷嘴。

5.1 顶层喷淋层喷嘴选型原因

高效喷嘴是根据当前超低排放改造的需求而发展起来的一种新型喷雾技术，与其他脱硫常用的其他喷嘴相比，该喷嘴有雾化粒径小、通流面积大、覆盖率高等特点，但其价格较为昂贵，从经济性考虑不宜整塔都使用该类型喷嘴，而顶层喷淋层喷出的浆液与烟气接触时间最长，对脱硫效率影响最大，故对最顶层喷淋层采用高效喷嘴。由于顶层喷淋层紧邻除雾器，为保证除雾器的正常运行，减小烟气带浆，故采用单向喷嘴。

5.2 其余层喷淋层喷嘴选型原因

实心锥切线型喷嘴与空心锥切线型喷嘴相比，由于浆液在喷嘴中的旋转运动被破坏，不仅使其雾滴平均直径较大，并集中在锥的中心，不像空心锥雾滴主要分布在锥形边缘，这也导致了实心锥喷嘴喷射角度要小于空心锥喷嘴喷射角度，在相同的浆液覆盖率下，需使用更多的实心锥喷嘴,从经济性考虑采用空心锥喷嘴。而相对于单向喷嘴，双向喷嘴向上的喷雾减小了下落液滴的压力，增加了液滴在塔内与烟气反应的时间，提高了脱硫效率。故选用双向空心锥切线型喷嘴。

5.3 沿塔壁边缘喷嘴选型原因

由于空心锥雾滴主要分布在锥形边缘，而实心锥类型的喷嘴其喷雾雾滴在横断面上是均匀分布的，所以实心锥喷嘴在喷淋时对气相流场的整流效果要优于空心锥喷嘴。如果全部采用空心锥喷嘴，由于大量烟气从侧向冲入吸收塔，空心锥喷嘴对烟气的整流效果相对较差，使得相当一部分烟气依靠惯性继续沿着塔壁向上运动，从而导致烟气入口对面塔壁处的气流速度很高，浆液与烟气接触时间减少，导致烟气反应不完全或者直接造成烟气逃逸。在沿塔壁边缘布置实心锥喷嘴，使气液接触效果更均匀，有利于脱硫效率的保持和提高。使用喷射角度略小的喷嘴则是为了减小浆液对塔壁的冲刷损伤，提高防腐层的使用寿命。

6.结语

在石灰石－石膏湿法烟气脱硫工艺中，喷淋层喷嘴的选择直接影响到整个脱硫系统的效率和经济性，所以必须根据喷嘴的特点和系统要求，合理的选择适宜的喷嘴，而喷嘴选择的主要任务就是首先确定喷嘴的型式，然后再选择喷嘴的工作压力、工作流量、喷雾角、布置方式。只有进行合理、优化的喷嘴选型及设计布置，才能达到系统的设计要求，保证脱硫系统的高效率