【正文】 與SO2脫除率的關(guān)系。第二部分為超重床結(jié)構(gòu)參數(shù)與SO2脫除率關(guān)系的數(shù)值解，其主要研究內(nèi)容有（1）蝶片數(shù)與SO2脫除率的關(guān)系；（2）蝶片間距與SO2脫除率的關(guān)系；（3）蝶片半徑與SO2脫除率的關(guān)系；（4）布水器數(shù)量與SO2脫除率的關(guān)系。這里通過理論分析和條件簡化，建立了在碟片式旋轉(zhuǎn)超重場反應器中用堿水脫除SO2的宏觀傳質(zhì)反應動力學數(shù)學模型，該數(shù)學模型綜合考慮了傳質(zhì)過程、液體霧化現(xiàn)象、反應動力學模型、以及串聯(lián)反應器的逐級計算、SO2脫除率的計算等。但在具體工況條件下，受操作工藝條件以及反應器結(jié)構(gòu)的限制，在本研究中只對上面所談及的諸多與SO2去除率密切關(guān)系的因素中做部分的探討。試驗結(jié)果將分別在第4章中討論。第4章 操作工藝參數(shù)與SO2脫除率的關(guān)系研究超重場由旋轉(zhuǎn)床產(chǎn)生，利用離心力強化傳遞、混合和反應過程，產(chǎn)生穩(wěn)定、可調(diào)的超重場。液體在超重場的作用下，表面被迅速更新，產(chǎn)生巨大的相間接觸面積，極大地提高氣液兩相的傳質(zhì)和反應速率，反應生成的固體顆?；蛞后w被從高速旋轉(zhuǎn)的床層中甩出，有效的避免了堵塞及結(jié)垢。目前國內(nèi)外有關(guān)旋轉(zhuǎn)超重床的大量研究多集中在絲網(wǎng)填充床對強化傳質(zhì)的影響，氣體為連續(xù)相，液體為分散相，氣液兩相為逆流或并流反應；有關(guān)板式或碟片式超重床以及傳質(zhì)反應宏觀體系的研究報道較少，特別是生產(chǎn)應用性的報道更是極少。本研究以生產(chǎn)應用為基礎，采用碟片式超重場來強化堿液吸收燃煤煙氣中的SO2。超重場強化作用比傳統(tǒng)鼓泡或噴淋的吸收方法更有利于SO2的吸收反應。本章將主要論述操作工藝參數(shù)與SO2脫除關(guān)系的實驗研究。按第二章所述的實驗方法和工藝流程(下同)，在設備運行穩(wěn)定后，檢測超重力進出口SO2的濃度?！?.….....（41）式中： ηSO2—SO2的吸收率；C0—SO2的進口體積分數(shù)；C1—反應后SO2的出口體積分數(shù)。，鍋爐煙氣以4萬m3/h的流量進入超重床反應器，轉(zhuǎn)速分別調(diào)節(jié)為：0、235r/min、329r/min、376r/min、470r/min。由實驗得轉(zhuǎn)速與SO2脫除率關(guān)系曲線如圖4－1所示。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。但從235r/min增加至470r/min 時，SO2脫除率增加幅度并沒有成倍的增加，增加趨勢比較緩慢。其原因可能是在轉(zhuǎn)速小于329r/min時，系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的離心加速度并不能十分有效的促使液滴的破碎，當轉(zhuǎn)速大于329r/min時，這時的離心加度已經(jīng)達到66g，強大的離心力促使液滴的粉碎，進一步強化了氣、液界面的更新，從而提高了傳質(zhì)系數(shù)和反應速率。當轉(zhuǎn)速大于376r/min時，進一步提高碟片轉(zhuǎn)速，由于強大的離心力增加了液滴的甩出速率，縮短了液體的停留時間及滴體與煙氣的接觸時間，同時又促進了液霧的聚并，因此SO2的脫除率增加十分有限，呈平緩增加趨勢。該結(jié)果和文獻[7]所談及的變化趨勢基本一致。由理論模型計算可知，SO2吸收率也是隨轉(zhuǎn)速的增加而增大，且當轉(zhuǎn)速較大時，SO2吸收率增加緩慢；與實驗數(shù)據(jù)點基本一致。但當轉(zhuǎn)速相對較低時，實驗值小于理論值；當轉(zhuǎn)速相對較高時，實驗值大于理論值。其原因可能是較高的轉(zhuǎn)速下，碟片的內(nèi)撐結(jié)構(gòu)進一步增加了吸收液的霧化現(xiàn)象，從而擴大了反應接觸界面，促進了堿液對SO2的吸收效果。 石灰水流量與SO2脫除率的關(guān)系將pH＝9的石灰水連續(xù)加入超重床反應器中，并調(diào)整其流量為：、 m3/h、 m3/h、 m3/h，轉(zhuǎn)速調(diào)整為376r/min，分別測定進、出口SO2濃度。由實驗得出轉(zhuǎn)速與SO2脫除率關(guān)系曲線如圖4－2。圖4－2 石灰水流量與SO2脫除率的關(guān)系曲線由圖4－2得，增加石灰水的流量有利于SO2脫除，其原因是提高石灰水流量即增加了OH－和SO2的傳質(zhì)和反應速率，SO2脫除率增幅緩慢， m3/h時的脫除率相當，并且尾氣中有水帶出，在引風機進口處可以明顯看到有水溢出， m3/h的流量為最佳值。這個試驗值與其他研究者[17][19][29]所研究的變化趨勢基本一致，但本人所設計的超重床反應器的尺寸較其他研究者大的多，另外其他的研究人員，只是單一進行了SO2的脫除實驗，其是在實驗室自配的煙氣，并沒有考慮灰塵的影響，因此盡管在圖型變化趨勢方面是一致的，但本人實測的數(shù)據(jù)卻比他們的實驗去除率低。 pH值與SO2脫除率關(guān)系 m3/h 的流量噴入超重床反應器中，轉(zhuǎn)速調(diào)整為376r/min，調(diào)整石灰水的pH值分別為10，運行一段時間待穩(wěn)定后，分別測定進、出口SO2的濃度。由實驗得堿水濃度與SO2脫除率關(guān)系曲線如圖4－3所示。圖4－3 pH值與SO2脫除率的關(guān)系曲線由圖4－3知，SO2脫除率隨堿水的pH值增加而增加，其原因是提高堿水的pH濃度值有利于SO2的脫除反應，但是當堿水pH值大于質(zhì)量分數(shù)大于9之后，常常會造成輸水管道中及噴出口出現(xiàn)結(jié)垢的現(xiàn)象，因此，建議pH9。較低的pH值除了能有效防止管道及噴口結(jié)垢外，還降低了處理成本。另外，從圖也可以看出在pH值為7時，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20%左右的去除率，也說明了超重場對水滴表面張力的破壞提高了SO2在水中的溶解率，另外也說明了超重場有效增加了水的霧化效果，增加了SO2與水的接觸面積。 煙氣流量與SO2脫除率關(guān)系將pH＝8～9的石灰水連續(xù)噴入超重床反應器中， m3/h，由于生產(chǎn)中鼓風機是按照實際需求的供氣量運行的，因此統(tǒng)計其一天內(nèi)供氣量，然后歸納得到如圖4－4所示的煙氣流量與SO2的脫除率關(guān)系曲線。圖4－4 煙氣流量與SO2脫除率的關(guān)系曲線由圖4－4得，隨著入口氣體的增加SO2的脫除率降低，其原因是氣相中SO2濃度增加，由于受化學反應平衡的控制，因此二氧化硫脫除率降低，但在氣體流量增加到6萬m3/h時，SO2的脫除率還可以保持一個較高的水平，約在88%。但由于氣阻的影響，本試驗的氣量不能增加至8萬m3/h時，即在35T水運行時不能正常運行，主要原因是進出口的尺寸比較小，受各種外界因素的影響在本論文進行寫作時，還未調(diào)整到位。但根據(jù)目前的試驗，在解決通風阻力問題的前提下，通過控制pH值、堿水流量及轉(zhuǎn)速的方式是可以保證SO2的脫除率的，但這幾者之間的關(guān)系尚需進一步摸索。 布水器布置形式與SO2脫除率關(guān)系為了研究布水器的哪一種布置形式更有有利于提高SO2的脫除率，在設計時就已經(jīng)考慮了布水器放置碟片反應區(qū)內(nèi)、外的布置形式，并在內(nèi)層布置時預留幾個位置，以研究布水器的數(shù)量對SO2脫除率的影響。布水器位置對SO2脫除率的影響如表4－1所示，表中數(shù)據(jù)是每隔2小時測一次，連續(xù)兩天變換布水器的位置進行測定。序號時間（H）去除率（%）位于碟片內(nèi)層位于碟片外層1097972298983499984697965890856108472712807181479639167866101880651120827412229081從表中可以看出在0點到6點，兩者的去除率基本相似，這主要是因為在這段時間用汽量少，鍋爐供熱比較少，基本都在15～20t/H，供風量只有3萬～4萬m3/h，而布水器的布液量則超過了反應所需的堿量，因此兩者的支除率基本相似沒有大的區(qū)別。但在早上8點到晚上20點之間，兩者在去除率上就有了比較大的區(qū)別，兩者要相差10%左右，說明隨著煙氣量的增加，在轉(zhuǎn)速及操作液量不變的條件下，兩者的傳質(zhì)效果是存在著比較明顯的差異的，布水器布置在碟片內(nèi)層的傳質(zhì)效果比較好。主要原因可能是堿水在從碟片內(nèi)圈噴到碟片上之后，其在碟片表面形成的水膜更充分更多。而從碟片外圈噴到碟片上之時，可能許多水液滴還來不及進入到碟片內(nèi)就已經(jīng)被甩出去了，因而堿液的利用率比較低。布水器數(shù)量對SO2脫除率的影響如圖4－5所示。運行條件：，進風量為6萬m3/h。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，但試驗時隨著布水器根數(shù)的增加當增加到8根時，引風機的進風口開始出現(xiàn)水滴，這是不允許的，因此最終采用4根布水管。 小結(jié)本章試驗研究表明SO2的脫除率與旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)速、堿水濃度、堿水流量、入口氣體中SO2濃度、SO2氣體流量等因素有關(guān)。提高旋轉(zhuǎn)反應器轉(zhuǎn)速、堿水流量、堿水濃度均可增大SO2的脫除效率。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。但提高堿水pH值、流量及轉(zhuǎn)速則有利于SO2的脫除，但提高堿水的pH值會導致噴水管口等部位的結(jié)垢，同時提高流量又會導致引風機帶水。綜合考慮整個系統(tǒng)，分析各種因素認為應該增加超重機的反應空間，同時擴大超重機的進出口，以減少風阻。第5章 操作工藝參數(shù)與煙塵去除率的關(guān)系研究 概述超重機除塵屬于一種濕式除塵設備，對于濕式除塵設備而言，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、處理氣量以及設備的總體壓降等。對于超重機除塵器來講，影響其傳質(zhì)效果的主要因素除了粉塵自身的性質(zhì)外，主要是操作液量、轉(zhuǎn)速以及氣量這三個主要因素。在超重機的設計中液體（石灰水）是沿軸向布水管由碟片內(nèi)層或外層軸進入超重機的。布水管上開有小孔，液體從小孔噴出，噴到碟片上，經(jīng)高速旋轉(zhuǎn)的碟片分散后，形成水霧或水膜，用于濕潤和粘附粉塵顆粒。鍋爐中排放的煙道氣沿徑向進入超重床，當遇到高速旋轉(zhuǎn)的碟片時，氣體經(jīng)過碟片間的空隙向前流動，而固體粉塵將被離心力甩致器壁。既使較細的粉塵，被水潤濕后經(jīng)粘附粒徑也會增大，或被后面高速旋轉(zhuǎn)的葉片所捕獲，從而達到高效除塵的目的。捕獲的粉塵和噴出的液體從超重床底部引出，經(jīng)大氣腿深入到液面以下，并形成一定高度的液封，防止漏氣。由于超重機用水量很少，又可以經(jīng)簡單沉淀并調(diào)整pH值后循環(huán)使用，因此可以基本做到零排放，而不需要過多的考慮如傳統(tǒng)濕法的水處理問題。在高速旋轉(zhuǎn)的超重離心場中，固體粒子的絕對加速度等于三種加速度之和：J=J/+JC+JK式中：J絕對加速度，J/取決于運動性質(zhì)的相對加速度，JC 遷移加速度，JK 柯氏加速度。而固體粒子在徑向方向上也受到三個力的作用，即慣性離心力、向心力和運動阻力。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，都將進一步捕獲更小的顆粒，ξ則與旋轉(zhuǎn)相對運動的雷諾數(shù)有關(guān)。在轉(zhuǎn)速、碟片、氣液比選擇合適的情況下，治理后的氣體含塵量小于150mg/m3，達到國標大氣污染物排放標準要求。超重機不同于其它普通濕式除塵器之處就在于它是在超重力場下工作的，由于轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生了高于地球引力幾十倍、上百倍甚至千倍的超重力場，大大的強化了氣液相之間的傳質(zhì)。在液體經(jīng)過碟片時，會被碟片撕碎成細絲、細膜從而將氣體中的固體顆粒捕集下來。因而，超重機的液氣比，或者說操作液量對于超重機除塵效果來說十分關(guān)鍵。為了考察這一因素，作者進行了相關(guān)實驗。試驗條件同第四章，進氣量控制為6萬m3/h，、。結(jié)果如圖5－1所示。圖5－1 操作液量與出口粉塵濃度的關(guān)系從圖5－1中可以看出當液量較低時，對除塵操作是不利的。，出口含塵濃度顯著下降；，出口含塵濃度下降趨勢趨于緩和。圖5－2　操作液量與灰塵去除率的關(guān)系由圖5－2的試驗值可知，在未加液體時，隨著轉(zhuǎn)速的增加灰塵的去除率基本沒有什么變化，說明液體在超重場的除塵中起到一個至關(guān)重要的作用。 超重機轉(zhuǎn)速的影響超重機轉(zhuǎn)速對出口粉塵濃度的影響見圖5－3與圖5－4。從圖5－3中可以看出，隨著重機轉(zhuǎn)速的提高，氣體出口含塵濃度逐漸降低；高轉(zhuǎn)速對于超重機除塵操作是利的，當轉(zhuǎn)速在376rpm以上時除塵效果比較理想。圖5－3　轉(zhuǎn)速與出口煙塵濃度的關(guān)系圖5－4　轉(zhuǎn)速與煙塵去除率的關(guān)系從圖54可以看出隨著超重機轉(zhuǎn)速的提高，超重機的除塵效率得到增強。但是當轉(zhuǎn)速大于376r/min時除塵率增加的并不大。綜合考慮，壓降及運行成本方面的因素，適宜的操作參數(shù)為376rpm。如果進口的煙塵濃度比較高＞2500mg/m3時，可以適當提高超重機的轉(zhuǎn)速以達到較高的去除率。 布水器位置的影響受行星支撐的影響，系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性的影響，以及加工條件的限制，轉(zhuǎn)盤直徑不能做的很大。轉(zhuǎn)盤的直徑是與過風面積、碟片間風速等決定超重機處理效率高低有直接關(guān)系的因素。如果轉(zhuǎn)盤的直徑不能做的比較大，勢必在處理大流量風量時只能通過并聯(lián)反應器的個數(shù)來解決。但如果能采用雙支撐的方式來設計旋轉(zhuǎn)軸，不但可以增加系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性而且可以在增加轉(zhuǎn)盤直徑的基礎上，只需要增加反應區(qū)的高度就可以達到處理大流量風量的目的。但雙支撐時的布水系統(tǒng)是不易放在碟片內(nèi)側(cè)的，（如果采用旋轉(zhuǎn)軸噴液是可以達到的，但處理大流量的煙氣時由于噴液量的增加勢必也會增加旋轉(zhuǎn)軸的加工難度及旋轉(zhuǎn)時可靠性及穩(wěn)定性，但一旦噴液口阻塞就會帶來檢修時的麻煩），目前大量的研究資料都是把布液系統(tǒng)放置在碟片內(nèi)側(cè)的，為了能為以后的雙支撐產(chǎn)品設計提供依據(jù)，作者在這里對碟片內(nèi)外側(cè)布水與煙塵去除率之間的關(guān)系進行了試驗，試驗結(jié)果如圖5－5。圖5－5 碟片內(nèi)外側(cè)對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，因此可以認為如果設備只用于除塵時兩種布置方式皆宜，但如果以脫硫為主要目的，且脫硫有較高要求時應放置在內(nèi)側(cè)。 除塵機理探討 簡單的說除塵操作就是液體微粒與氣溶膠中固體顆粒相互碰撞，并將其附捕集下來的過程。含塵氣體在超重機內(nèi)部運動以及其顆粒捕集情況，大致的可分為三個階段來討論：一是氣體進入超重機外腔，即超重機轉(zhuǎn)子外腔；二是氣體經(jīng)過填料層向內(nèi)擴散；三是氣體經(jīng)過轉(zhuǎn)子內(nèi)腔，被引風機抽走。我們先來看外腔的情況：氣體由超重機進風口沿切線方向進入超重機的外腔，由于外腔的體積較進氣管為小，另外，運行方向也發(fā)生了的改變，這些因素使得氣流體積突然被壓縮，同時也使氣流在腔體內(nèi)產(chǎn)生一點的旋轉(zhuǎn)。由于