【正文】 如果轉(zhuǎn)盤(pán)的直徑不能做的比較大，勢(shì)必在處理大流量風(fēng)量時(shí)只能通過(guò)并聯(lián)反應(yīng)器的個(gè)數(shù)來(lái)解決。在液體經(jīng)過(guò)碟片時(shí)，會(huì)被碟片撕碎成細(xì)絲、細(xì)膜從而將氣體中的固體顆粒捕集下來(lái)。在相同條件下，若增大入口煙道氣流量和其中的SO2含量，則SO2脫除率隨之降低。另外，從圖也可以看出在pH值為7時(shí)，SO2的去除率也在45%以上，這明顯高于傳統(tǒng)噴淋方式在pH＝7時(shí)20%左右的去除率，也說(shuō)明了超重場(chǎng)對(duì)水滴表面張力的破壞提高了SO2在水中的溶解率，另外也說(shuō)明了超重場(chǎng)有效增加了水的霧化效果，增加了SO2與水的接觸面積。圖4－1 轉(zhuǎn)速與SO2脫除率的關(guān)系曲線由圖4－1可知，隨著轉(zhuǎn)速的增加SO2脫除率也增大。 模型研究?jī)?nèi)容本數(shù)學(xué)模型的數(shù)值解包括兩大部分。由于并聯(lián)反應(yīng)器的反應(yīng)基本相同，這里只考慮水平方向串聯(lián)的反應(yīng)器。圖 3－4 煙氣量對(duì)壓降的影響（2）轉(zhuǎn)速對(duì)壓降的影響圖35　　轉(zhuǎn)速對(duì)壓降的影響從圖35可以看出轉(zhuǎn)速的增加使超重機(jī)的設(shè)備壓降升高。在氣量增加到6萬(wàn)m3/h時(shí)，壓降增加有變緩趨勢(shì)。主軸一直伸到導(dǎo)氣桶內(nèi)，在主軸的上端設(shè)有隨主軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)的葉片。（5）超重機(jī)轉(zhuǎn)速：用變頻器進(jìn)行控制（測(cè)定之前需要用光電轉(zhuǎn)速測(cè)定儀標(biāo)定轉(zhuǎn)速），轉(zhuǎn)速控制范圍300～500轉(zhuǎn)/min。前人已經(jīng)在試驗(yàn)室對(duì)超重力在除塵及除SO2方面的逆流操作進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的研究工作，為了進(jìn)一步考察超重力設(shè)備在實(shí)際生產(chǎn)中的脫硫除塵性能，本研究在綜合考慮前人專利設(shè)計(jì)不足之處的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種垂直軸超重力設(shè)備及實(shí)驗(yàn)方法，從各個(gè)方面對(duì)超重力脫硫除塵設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)，包括：除塵效率、脫硫效率、操作液量的影響、超重機(jī)轉(zhuǎn)速的影響、并流和逆流操作的對(duì)比等。另外，超重機(jī)本身的體積小，對(duì)于處理具有腐蝕性的氣體時(shí)，有利于使用價(jià)格較高的抗腐蝕材料。雖然超重機(jī)不是針對(duì)空氣污染控制而提出的，但從理論和實(shí)踐上都表明超重機(jī)具有較好的粒子捕集性能及高效傳質(zhì)性能。電除塵器還需附屬設(shè)備，如保溫箱、電機(jī)、減速機(jī)等。該型除塵器的構(gòu)造復(fù)雜，制作費(fèi)用較高，耗水量及耗電量比其他除塵器如文丘里管式除塵器大。這也就是一個(gè)傳熱傳質(zhì)的過(guò)程。陶瓷多管除塵器在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，嚴(yán)格遵循旋風(fēng)體、導(dǎo)向器、排氣管三軸同心，組裝時(shí)必須采用高壓石棉密封固，以保證它的工作性能。大型長(zhǎng)袋脈沖除塵器的主要特點(diǎn)（1）采用低壓、低耗的直通式從膜片脈沖閥，替代傳統(tǒng)的直角結(jié)構(gòu)。煙氣是氣相物質(zhì)與固相物質(zhì)的混合物，如C0S0CO、HNO2和氮氧化物等及煙塵的混合物。其缺點(diǎn)是自動(dòng)化要求比較高，吸收劑的用量難以控制，吸收效率不是很高。“十五”期間，國(guó)家對(duì)煙氣脫硫提出嚴(yán)格要求，企業(yè)大規(guī)模引進(jìn)脫硫技術(shù)，煙氣脫硫產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。 超重力脫硫除塵技術(shù)與傳統(tǒng)脫硫除塵技術(shù)的比較 煙氣脫硫是當(dāng)今燃煤火電廠控制SO2排放的主要措施。在微重力或重力接近于零時(shí)，液體的表面張力將起主導(dǎo)作用，液體聚集在一起，組分基本上得不到分離。通過(guò)對(duì)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)及操作參數(shù)的調(diào)整得出了最佳的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)，并對(duì)現(xiàn)在的超重機(jī)提出了修改意見(jiàn)。同時(shí)，通過(guò)理論分析和合理簡(jiǎn)化提出了流體在床內(nèi)流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型。超重機(jī)是具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景的設(shè)備[4]。1990年在北京化工大學(xué)建立我國(guó)第一個(gè)超重力工程技術(shù)研究中心，2001年升級(jí)為教育部超重力工程研究中心，開(kāi)展了一系列的創(chuàng)新性研究工作。80年代以來(lái)，開(kāi)展了一系列研究、開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化工作。一般用的吸收劑是堿液、石灰乳、石灰石漿液等，目前絕大多數(shù)裝置都使用石灰乳作為吸收劑。另外，還有爐內(nèi)噴鈣尾部增濕煙氣脫硫工藝、煙氣循環(huán)流化床脫硫工藝、海水脫硫工藝、電子束法脫硫工藝、氨水洗滌法脫硫工藝等等。在引進(jìn)、消化和吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，有關(guān)單位研究開(kāi)發(fā)出大型長(zhǎng)袋脈沖除塵系列產(chǎn)品。從多年對(duì)除塵器的監(jiān)測(cè)結(jié)果分析，主要存在以下問(wèn)題：（1）多管除塵器的旋風(fēng)體的組合不當(dāng)，容易造成各旋風(fēng)體煙氣氣流分配不均，造成每個(gè)旋風(fēng)體工作量不一。主筒煙氣進(jìn)口為切向布置。旋流板用于除塵時(shí)，使用內(nèi)向板；而作為除霧作用時(shí)采用外向板。極板主要起沉積粉塵作用。如不及時(shí)加入脫硫劑，必然會(huì)使循環(huán)洗滌液的酸度逐漸上升，降低脫硫效率，同時(shí)設(shè)備腐蝕加劇。靜電除塵器則要求粉塵的粒子有合適的比電阻。本研究針對(duì)這些裝置在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用的缺點(diǎn)后，自行研發(fā)旋轉(zhuǎn)軸、行星支撐、旋轉(zhuǎn)碟片及離合啟動(dòng)等裝置，以使得這項(xiàng)技術(shù)能得以在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用，在為國(guó)家的脫硫除塵市場(chǎng)引入一種新處理方式的同時(shí)，又使用戶的投資及運(yùn)行費(fèi)用得以降低，另外還達(dá)到節(jié)能降耗減排的目的。（2）進(jìn)出口管道內(nèi)煙氣的含塵含硫濃度：采用德國(guó)產(chǎn)Testo 335煙氣分析儀進(jìn)行測(cè)定。（1）碟片式超重機(jī)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖如圖2－2所示，其主要構(gòu)造為：側(cè)面設(shè)有進(jìn)氣口的桶形直立機(jī)殼，機(jī)殼中間設(shè)有垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)體，機(jī)殼下部設(shè)有反應(yīng)生成物排出口，轉(zhuǎn)動(dòng)體的中間設(shè)有導(dǎo)氣桶，導(dǎo)氣桶的頂端與除霧器相連，轉(zhuǎn)動(dòng)體的側(cè)壁是旋轉(zhuǎn)填料床，整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)體與提供動(dòng)力的變頻電機(jī)相連接，轉(zhuǎn)動(dòng)體的上部設(shè)有六組支承導(dǎo)輪組成的外接圓，轉(zhuǎn)動(dòng)體按外接圓限定的位置轉(zhuǎn)動(dòng)，以支承和引導(dǎo)轉(zhuǎn)動(dòng)體的轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)第二章介紹的試驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)方案，經(jīng)過(guò)多次調(diào)試與試驗(yàn)，獲得了相關(guān)的原始數(shù)據(jù)。但在轉(zhuǎn)速一定時(shí)，隨著氣量的增加，超重機(jī)的總體壓降還是隨之增加，但是沒(méi)有出現(xiàn)如圖31在氣量增加到6萬(wàn)m3/h時(shí)，壓降增加有變緩趨勢(shì)的現(xiàn)象。s1 Qm：?jiǎn)挝粚挾缺砻嫔系囊后w流量；r=R+x（轉(zhuǎn)子半徑）；ω：角速度。從上面的式子可以看出布水管的數(shù)量越多，轉(zhuǎn)速越高，SO2的脫除率越高?！?.….....（41）式中： ηSO2—SO2的吸收率；C0—SO2的進(jìn)口體積分?jǐn)?shù)；C1—反應(yīng)后SO2的出口體積分?jǐn)?shù)。由實(shí)驗(yàn)得堿水濃度與SO2脫除率關(guān)系曲線如圖4－3所示。圖4－5　　布水器根數(shù)與SO2去除率的關(guān)系從圖4－5可以看出，在保持操作液總量不變的條件下，隨著布水器根數(shù)的增加，SO2的去除率是增加的，但試驗(yàn)時(shí)隨著布水器根數(shù)的增加當(dāng)增加到8根時(shí)，引風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口開(kāi)始出現(xiàn)水滴，這是不允許的，因此最終采用4根布水管。根據(jù)牛頓第二定律知，顆粒在徑向任意位置處離心沉降的最小直徑為：dmin=3/4*ξrur2/ν2*ρ/(ρsρ)由式（5－2）知，若增大切向速度ν或減小半徑r，都將進(jìn)一步捕獲更小的顆粒，ξ則與旋轉(zhuǎn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的雷諾數(shù)有關(guān)。如果進(jìn)口的煙塵濃度比較高＞2500mg/m3時(shí)，可以適當(dāng)提高超重機(jī)的轉(zhuǎn)速以達(dá)到較高的去除率。圖5－5 碟片內(nèi)外側(cè)對(duì)煙塵去除率的影響由圖5－5可知，布水器放置碟片內(nèi)外側(cè)對(duì)煙塵的去除率影響不大，相差甚微，但考慮到其在脫硫方面兩者有一定的差距，因此可以認(rèn)為如果設(shè)備只用于除塵時(shí)兩種布置方式皆宜，但如果以脫硫?yàn)橹饕康?，且脫硫有較高要求時(shí)應(yīng)放置在內(nèi)側(cè)。試驗(yàn)條件同第四章，進(jìn)氣量控制為6萬(wàn)m3/h，、。第5章 操作工藝參數(shù)與煙塵去除率的關(guān)系研究 概述超重機(jī)除塵屬于一種濕式除塵設(shè)備，對(duì)于濕式除塵設(shè)備而言，一般的講，主要考慮以下影響因素：粉塵顆粒的性質(zhì)、操作液量、處理氣量以及設(shè)備的總體壓降等。但由于氣阻的影響，本試驗(yàn)的氣量不能增加至8萬(wàn)m3/h時(shí)，即在35T水運(yùn)行時(shí)不能正常運(yùn)行，主要原因是進(jìn)出口的尺寸比較小，受各種外界因素的影響在本論文進(jìn)行寫(xiě)作時(shí)，還未調(diào)整到位。當(dāng)轉(zhuǎn)速大于376r/min時(shí)，進(jìn)一步提高碟片轉(zhuǎn)速，由于強(qiáng)大的離心力增加了液滴的甩出速率，縮短了液體的停留時(shí)間及滴體與煙氣的接觸時(shí)間，同時(shí)又促進(jìn)了液霧的聚并，因此SO2的脫除率增加十分有限，呈平緩增加趨勢(shì)。這里通過(guò)理論分析和條件簡(jiǎn)化，建立了在碟片式旋轉(zhuǎn)超重場(chǎng)反應(yīng)器中用堿水脫除SO2的宏觀傳質(zhì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型，該數(shù)學(xué)模型綜合考慮了傳質(zhì)過(guò)程、液體霧化現(xiàn)象、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型、以及串聯(lián)反應(yīng)器的逐級(jí)計(jì)算、SO2脫除率的計(jì)算等。其出口濃度則應(yīng)為經(jīng)過(guò)n個(gè)串聯(lián)反應(yīng)器后的累計(jì)結(jié)果，每一個(gè)反應(yīng)器的液相入口濃度相同。 液體在碟片內(nèi)流動(dòng)情況圖3－6液體在碟片中的流動(dòng)情況如如圖3－6，這是國(guó)外研究者Burns Ramshaw［18］利用高速頻閃照相的方法對(duì)研究的液體在填料內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行的描繪，其轉(zhuǎn)速為300～600rpm，這時(shí)的液體在填料中主要以在填料表面的膜與孔隙中的液滴在流動(dòng)。（2）轉(zhuǎn)速對(duì)壓降的影響圖32　　轉(zhuǎn)速對(duì)壓降的影響從圖32可以看出轉(zhuǎn)速的增加使超重機(jī)的設(shè)備壓降升高。葉片還具有增加導(dǎo)氣桶內(nèi)氣體動(dòng)能的作用，其對(duì)氣體起到推升和引導(dǎo)作用，有利于減少系統(tǒng)的風(fēng)壓損失。氣量的水平選取為Q＝2萬(wàn)，4萬(wàn)，6萬(wàn)，8萬(wàn)m3/h。超重機(jī)采用變頻控制，轉(zhuǎn)速?gòu)?至700轉(zhuǎn)/min可調(diào)。（5）超重機(jī)啟動(dòng)后達(dá)到穩(wěn)定態(tài)的時(shí)間短，對(duì)運(yùn)行參數(shù)的變化適應(yīng)性強(qiáng)超重機(jī)啟動(dòng)后能迅速達(dá)到穩(wěn)定，在操作過(guò)程中，如果氣量、粉塵濃度、氣體溫度等發(fā)生變化時(shí)，超重機(jī)的操作性能變化不大，有利于進(jìn)行自動(dòng)控制。同時(shí)可以應(yīng)用于不同場(chǎng)合。保溫箱的設(shè)置則可以保證電除塵器的正常工作溫度，而對(duì)于戶外式的電除塵器來(lái)說(shuō)尤為重要。所謂復(fù)噴就是利用多排噴射，增加氣相中液固相的撞擊機(jī)會(huì)。在鍋爐排煙中，煙氣溫度一般為150～180℃，如果煙氣溫度下降幅度100℃以上，則S02氣體有可能被脫除極小部分，但是損失了煙氣由煙囪排出時(shí)的抬升高度，增加了水耗。還有在麻石水膜除塵器主筒干段加裝旋流板以脫除水霧的等等。在線（不停風(fēng)）脈沖清灰，再吸附的粉塵量約占被清除粉量的60%左右，過(guò)濾風(fēng)速越高，此種現(xiàn)象越突出，只能靠增加噴吹次數(shù)，縮短清灰周期來(lái)克服：而離線脈沖噴吹技術(shù)，有效地克服了“再吸附”現(xiàn)象，可大大延長(zhǎng)清灰周期，其壓縮空氣的耗量也只占“在線”的1/2～1/3左右，并且過(guò)濾風(fēng)速＞，各指標(biāo)和運(yùn)行參數(shù)都符合規(guī)定要求。煙氣中S02的體積份額如下：～%，～%，～%，～%。改性活性炭?jī)?yōu)點(diǎn)：吸附容量大，吸附過(guò)程和催化轉(zhuǎn)換的動(dòng)力學(xué)過(guò)程快，對(duì)氧的反應(yīng)慢，可再生等。（1）石灰石—石膏法[8]石灰石—石膏法是利用石灰石—石膏作為吸收劑與煙氣中二氧化硫發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)機(jī)理[4]如下：　石灰石－石膏法流程圖SO2(g)＋ H2O 　　　SO2(l) ＋ H2OSO2(l)＋ H2O　　　　H+ ＋ HSO3－　　　　2H+＋SO32－CaCO3 　　　Ca2+ ＋ CO32－CaO + H2O Ca(OH)2 Ca2+ + 2OH－Ca2＋ + SO32－ CaSO3CaSO3 + 2H2O + 1/2O2 　CaSO4在火電廠煙氣脫硫建設(shè)初期，國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展相對(duì)滯后。隨后引起了美、英、中、俄等國(guó)大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用技術(shù)研究和開(kāi)發(fā)熱潮[6]。由超重力科學(xué)原理而誕生的應(yīng)用技術(shù)稱為超重力技術(shù)。而采用超重場(chǎng)技術(shù)就可以達(dá)到減小設(shè)備體積、降低設(shè)備造價(jià)的目的。因此，超重力工程技術(shù)被認(rèn)為是強(qiáng)化傳遞和多相反應(yīng)過(guò)程的一項(xiàng)突破性技術(shù)，被譽(yù)為跨世紀(jì)的技術(shù)，超重機(jī)也被譽(yù)為“化學(xué)工業(yè)的晶體管”。近幾年在幾個(gè)化工、能源過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化運(yùn)行，如1999年美國(guó)DOW 化學(xué)公司成功地將超重力技術(shù)應(yīng)用于次氯酸的工業(yè)生產(chǎn)，展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景和重大的經(jīng)濟(jì)效益[7]。國(guó)家“十一五規(guī)劃”也強(qiáng)調(diào)加大環(huán)境保護(hù)力度，防治大氣污染。金堆城鉬業(yè)公司鉬爐料部成功應(yīng)用檸檬酸法進(jìn)行SO2的煙氣治理，主要產(chǎn)品有：液態(tài)SO2等。然后對(duì)吸附物和金屬鹽通過(guò)熱分解法、洗滌法等使氧化物再生。[12]概述脈沖清灰袋式除塵器由于過(guò)濾風(fēng)速高、阻力低、結(jié)構(gòu)緊湊，以及鋼耗、能耗、投資均少等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)外己占袋濾器市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。當(dāng)煙氣由導(dǎo)向器軸向進(jìn)入旋風(fēng)體時(shí)，氣流由直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)閳A周運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)的氣體沿旋風(fēng)體內(nèi)壁呈螺旋狀向下朝錐體流動(dòng)，俗稱外旋氣流。塵粒分離作用主要在煙氣流入口段。它采用旋流板結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行除塵和除霧。以板式為例，電除塵器的工作原理是在兩個(gè)曲率半徑相差很大的金屬極上（即沉淀極和電暈極）通以高壓直流電，則在兩極間形成強(qiáng)度分布不均勻的電場(chǎng)，離電暈極越遠(yuǎn)，電場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)；繼續(xù)升高兩極間電壓，電場(chǎng)強(qiáng)度也隨之增大，當(dāng)電暈線附近的一個(gè)很小區(qū)域內(nèi)（一般為2～3mm）電場(chǎng)強(qiáng)度大至某一值時(shí)，金屬線附近的游離子在電場(chǎng)作用下被加速至很高速度，并在運(yùn)動(dòng)中與中性氣體相碰撞，使中性氣體分子轉(zhuǎn)變?yōu)檎x子和電子，此時(shí)用肉眼可以觀察到金屬線的表面有藍(lán)色的火點(diǎn)，且從金屬電極發(fā)出哩喳聲和嚼啪的爆炸聲，這種現(xiàn)象稱之為電暈現(xiàn)象，而此金屬線被稱之為電暈線。同時(shí)也增大了風(fēng)機(jī)負(fù)荷，降低了煙道及風(fēng)機(jī)壽命，影響其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性。另外，超重機(jī)對(duì)除塵粒子沒(méi)有特殊要求，而且可以應(yīng)用于高濃度的場(chǎng)合。所進(jìn)行的最大煤氣處理量也不超過(guò)1萬(wàn)常規(guī)的超重力脫硫除塵設(shè)備在處理超過(guò)5萬(wàn)Nm3/h的氣體時(shí)，由于要增加旋轉(zhuǎn)體的半徑，從而導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)填料重量的增加，轉(zhuǎn)動(dòng)軸的增長(zhǎng)。為了獲得超重機(jī)最佳的脫流除塵結(jié)果，從考察常規(guī)脫硫除塵器的性能入手，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：（1）進(jìn)行超重機(jī)的進(jìn)氣方式實(shí)驗(yàn)，摸索逆流操作超重機(jī)所產(chǎn)生的壓降及出口煙氣含水量試驗(yàn)，為后面的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)提供基礎(chǔ)。液量選取水平為：L＝。許多已經(jīng)發(fā)表的論文只具有一些參考作用，并不具有太多的生產(chǎn)及商業(yè)意義。通過(guò)對(duì)整個(gè)超重機(jī)系統(tǒng)的分析，發(fā)現(xiàn)超重機(jī)系統(tǒng)的進(jìn)出口管道中的風(fēng)速太高，最高處達(dá)48m/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)＜15m/s的要求。流動(dòng)過(guò)程中，處于相同半徑圓周上的液體濃度分布均勻；（3）碟片間氣、液兩相為逆流接觸；（4）氣體徑向壓力近似一致；整個(gè)過(guò)程不考慮溫度變化產(chǎn)生的影響；氣體在液相中的溶解度符合亨利定律（C=HP）；（5）從填料內(nèi)圈噴出的液體噴到碟片上之后，經(jīng)高速旋轉(zhuǎn)，一部分在碟面形成液膜，另一部分則成絲狀或薄膜狀分布于碟片間。在體積為dV的微元中對(duì)關(guān)鍵組分SO2作物料衡算，忽略軸向擴(kuò)散系數(shù)，則：氣相擴(kuò)散進(jìn)入微元液體內(nèi)的SO2量－隨液體微元排出SO2的量＝微元內(nèi)反應(yīng)的SO2量 （313）－= 　　　　　　　　　　　　?。?14）其中： （315）C2為微元排出SO2的量，C1為進(jìn)入微元SO2的量 液含率fL＝液相主體體積/（氣、液混合體積） 微元內(nèi)氣相中SO2物料衡算：