烟气脱硫——打死不用SDA？

烟气脱硫——打死不用SDA？

一直想写一下CFD仿真技术在SDA设备优化方面的应用及能解决的问题。正巧上个月，咱看到齐老师的发的一个公众号文章：SDA旋转喷雾半干法脱硫的两个坑。总结下来就是：一、烧结机启动阶段（2h内），烟温上不来，喷浆导致烟气湿度大，容易导致糊布袋除尘，所以不能喷浆液。可通过内燃或外置燃烧器提升启动阶段烟温进行改造；二、SDA管道堵塞，塔壁粘结。

我看完之后，瑟瑟发抖，发现自己对SDA技术了解还是太皮毛了，第一个问题咱也没了解过。好在对于第二个问题，咱两年前受委托做了一两套SDA设备的相关CFD优化分析，本次就谈一下自己的浅显认识和优化改造建议。

在此之前，先做个调查，投运过这套设备的业主可以投个票看看出问题的比例，作为是否推荐使用SDA技术的参考。

喷雾干燥吸收工艺 (SDA)原理是把未经处理的热烟气引入喷雾干燥吸收塔后，立即与被雾化的碱性脱硫浆液接触（Ca(OH)₂），烟气中的酸性成分（HCL/HF/SO₂/SO₃）被碱性雾滴吸收的同时水分被蒸发，变成了碱性颗粒。烟气分配的精确控制，脱硫浆液流量和雾滴尺寸的控制确保了雾滴被转化成细小的粉体，飞灰和脱硫渣从吸收塔底部排出。净烟气继续进入后除尘器去除剩余的悬浮颗粒，最后通过烟囱排放。

从流场角度，这里有两个比较关键的控制参数：第一，气相的烟气量和烟气温度；第二，液相的浆液流量和雾化液滴尺寸。

出现SDA管道堵塞、塔壁粘结问题，归根结底是由于没有蒸发完全的浆液液滴碰到管道或者塔壁导致粘结。那么只要确保脱硫液滴触碰壁面之前彻底蒸干，这个问题也就解决了。

一般，工艺上确定的脱硫浆液流量和处理烟气量是定死的，不是变量。因此脱硫浆液蒸发所需要的汽化潜热和显热是固定的，需要做的就是如何增大传热速率。

根据牛顿冷却公式：q=h.A.△T 给出三个方向：

第一、提高换热温差△T。可以加大烟气温度，提高传热速率，减小液滴蒸发时间，于是液滴运行的轨迹长度就能缩短，可以保证液滴喷出来之后，到达壁面之前彻底蒸干。这一方法需要对烟气进行升温处理，运营成本高，除非财大气粗，否则不建议。

第二、提高传热（比）表面积A。通过减小液滴直径可以提高比表面积，这就要求机械雾化喷嘴的雾化粒径足够小。我认为这也是为什么国产SDA容易出问题的主要原因，设备轰轰烈烈的上了，但是研发投入没跟上，照抄外形导致机械雾化产生的喷雾粒径达不到国外的水平。这种可以通过实验测试优化喷嘴性能，保证雾化效果。当然，液滴也不是越小越好，因为液滴太小，贯穿强度不足，和烟气接触不充分，脱硫效率上不来。

第三、提高换热强度h。加大湍流强度或者提高气相流速，旋流叶片角度、数量、流道设计尺寸等都会影响蒸发速度。

除了以上三点增大传热速率以保证蒸发效果之外，还有一个笨办法就是增大脱硫塔直径，这样可以增加蒸发时间，保证液滴蒸干，当然带来的投资成本会高一些、占地空间大一些。

除此之外，烟气流动的均匀性也会对雾化液滴轨迹有较大影响。SDA是这样，废水蒸发塔也是如此。

上图是咱曾经涉及到的一个项目。计算了SDA内部液滴的蒸发轨迹，通过模拟可以看出液滴到达脱硫塔壁或者出口烟囱时，雾化液滴是否已经蒸发完全。

这就是CFD的优势，通过仿真模拟，可以清楚的预测脱硫塔设计尺寸是否合理，从而优化脱硫塔高度、直径、雾化液滴尺寸等，为SDA设计参数提供依据，这比根据经验设计要理性的多。