【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?jī)?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(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。但在具體工況條件下，受操作工藝條件以及反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的限制，在本研究中只對(duì)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(yàn)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(chǎng)由旋轉(zhuǎn)床產(chǎn)生，利用離心力強(qiáng)化傳遞、混合和反應(yīng)過程，產(chǎn)生穩(wěn)定、可調(diào)的超重場(chǎng)。液體在超重場(chǎng)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(yīng)速率，反應(yīng)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(guó)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(duì)強(qiáng)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(yīng)；有關(guān)板式或碟片式超重床以及傳質(zhì)反應(yīng)宏觀體系的研究報(bào)道較少，特別是生產(chǎn)應(yīng)用性的報(bào)道更是極少。本研究以生產(chǎn)應(yīng)用為基礎(chǔ)，采用碟片式超重場(chǎng)來強(qiáng)化堿液吸收燃煤煙氣中的SO2。超重場(chǎng)強(qiáng)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(yīng)。本章將主要論述操作工藝參數(shù)與SO2脫除關(guān)系的實(shí)驗(yàn)研究。按第二章所述的實(shí)驗(yàn)方法和工藝流程(下同)，在設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定后，檢測(cè)超重力進(jìn)出口SO2的濃度。………………………………..….....（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)。，鍋爐煙氣以4萬m3/h的流量進(jìn)入超重床反應(yīng)器，轉(zhuǎn)速分別調(diào)節(jié)為：0、235r/min、329r/min、376r/min、470r/min。由實(shí)驗(yàn)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(shí)，SO2脫除率增加幅度并沒有成倍的增加，增加趨勢(shì)比較緩慢。其原因可能是在轉(zhuǎn)速小于329r/min時(shí)，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(dāng)轉(zhuǎn)速大于329r/min時(shí)，這時(shí)的離心加度已經(jīng)達(dá)到66g，強(qiáng)大的離心力促使液滴的粉碎，進(jìn)一步強(qiáng)化了氣、液界面的更新，從而提高了傳質(zhì)系數(shù)和反應(yīng)速率。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)。該結(jié)果和文獻(xiàn)[7]所談及的變化趨勢(shì)基本一致。由理論模型計(jì)算可知，SO2吸收率也是隨轉(zhuǎn)速的增加而增大，且當(dāng)轉(zhuǎn)速較大時(shí)，SO2吸收率增加緩慢；與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)基本一致。但當(dāng)轉(zhuǎn)速相對(duì)較低時(shí)，實(shí)驗(yàn)值小于理論值；當(dāng)轉(zhuǎn)速相對(duì)較高時(shí)，實(shí)驗(yàn)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(jìn)一步增加了吸收液的霧化現(xiàn)象，從而擴(kuò)大了反應(yīng)接觸界面，促進(jìn)了堿液對(duì)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(yīng)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(cè)定進(jìn)、出口SO2濃度。由實(shí)驗(yàn)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(yīng)速率，SO2脫除率增幅緩慢， m3/h時(shí)的脫除率相當(dāng)，并且尾氣中有水帶出，在引風(fēng)機(jī)進(jìn)口處可以明顯看到有水溢出， m3/h的流量為最佳值。這個(gè)試驗(yàn)值與其他研究者[17][19][29]所研究的變化趨勢(shì)基本一致，但本人所設(shè)計(jì)的超重床反應(yīng)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(jìn)行了SO2的脫除實(shí)驗(yàn)，其是在實(shí)驗(yàn)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(shì)方面是一致的，但本人實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)卻比他們的實(shí)驗(yàn)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(yīng)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(yùn)行一段時(shí)間待穩(wěn)定后，分別測(cè)定進(jìn)、出口SO2的濃度。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4－3 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(yīng)，但是當(dāng)堿水pH值大于質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于9之后，常常會(huì)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(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。 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(yīng)器中， m3/h，由于生產(chǎn)中鼓風(fēng)機(jī)是按照實(shí)際需求的供氣量運(yùn)行的，因此統(tǒng)計(jì)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(xué)反應(yīng)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(shí)，SO2的脫除率還可以保持一個(gè)較高的水平，約在88%。但由于氣阻的影響，本試驗(yàn)的氣量不能增加至8萬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)行寫作時(shí)，還未調(diào)整到位。但根據(jù)目前的試驗(yàn)，在解決通風(fēng)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(jìn)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(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)考慮了布水器放置碟片反應(yīng)區(qū)內(nèi)、外的布置形式，并在內(nèi)層布置時(shí)預(yù)留幾個(gè)位置，以研究布水器的數(shù)量對(duì)SO2脫除率的影響。布水器位置對(duì)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(shí)測(cè)一次，連續(xù)兩天變換布水器的位置進(jìn)行測(cè)定。序號(hào)時(shí)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(diǎn)到6點(diǎn)，兩者的去除率基本相似，這主要是因?yàn)樵谶@段時(shí)間用汽量少，鍋爐供熱比較少，基本都在15～20t/H，供風(fēng)量只有3萬～4萬m3/h，而布水器的布液量則超過了反應(yīng)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(diǎn)到晚上20點(diǎn)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(shí)，可能許多水液滴還來不及進(jìn)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(duì)SO2脫除率的影響如圖4－5所示。運(yùn)行條件：，進(jìn)風(fēng)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(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(yàn)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(yīng)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(huì)導(dǎo)致噴水管口等部位的結(jié)垢，同時(shí)提高流量又會(huì)導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)帶水。綜合考慮整個(gè)系統(tǒng)，分析各種因素認(rèn)為應(yīng)該增加超重機(jī)的反應(yīng)空間，同時(shí)擴(kuò)大超重機(jī)的進(jìn)出口，以減少風(fēng)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(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。對(duì)于超重機(jī)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(gè)主要因素。在超重機(jī)的設(shè)計(jì)中液體（石灰水）是沿軸向布水管由碟片內(nèi)層或外層軸進(jìn)入超重機(jī)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(rùn)和粘附粉塵顆粒。鍋爐中排放的煙道氣沿徑向進(jìn)入超重床，當(dāng)遇到高速旋轉(zhuǎn)的碟片時(shí)，氣體經(jīng)過碟片間的空隙向前流動(dòng)，而固體粉塵將被離心力甩致器壁。既使較細(xì)的粉塵，被水潤(rùn)濕后經(jīng)粘附粒徑也會(huì)增大，或被后面高速旋轉(zhuǎn)的葉片所捕獲，從而達(dá)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(jī)用水量很少，又可以經(jīng)簡(jiǎn)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(chǎng)中，固體粒子的絕對(duì)加速度等于三種加速度之和：J=J/+JC+JK式中：J絕對(duì)加速度，J/取決于運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的相對(duì)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(gè)力的作用，即慣性離心力、向心力和運(yùn)動(dòng)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(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)。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(dá)到國(guó)標(biāo)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)要求。超重機(jī)不同于其它普通濕式除塵器之處就在于它是在超重力場(chǎng)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(chǎng)，大大的強(qiáng)化了氣液相之間的傳質(zhì)。在液體經(jīng)過碟片時(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。因而，超重機(jī)的液氣比，或者說操作液量對(duì)于超重機(jī)除塵效果來說十分關(guān)鍵。為了考察這一因素，作者進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)條件同第四章，進(jìn)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(dāng)液量較低時(shí)，對(duì)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(shì)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(yàn)值可知，在未加液體時(shí)，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(chǎng)的除塵中起到一個(gè)至關(guān)重要的作用。 超重機(jī)轉(zhuǎn)速的影響超重機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)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(jī)轉(zhuǎn)速的提高，氣體出口含塵濃度逐漸降低；高轉(zhuǎn)速對(duì)于超重機(jī)除塵操作是利的，當(dāng)轉(zhuǎn)速在376rpm以上時(shí)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(jī)轉(zhuǎn)速的提高，超重機(jī)的除塵效率得到增強(qiáng)。但是當(dāng)轉(zhuǎn)速大于376r/min時(shí)除塵率增加的并不大。綜合考慮，壓降及運(yùn)行成本方面的因素，適宜的操作參數(shù)為376rpm。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。 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(fēng)面積、碟片間風(fēng)速等決定超重機(jī)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(shì)必在處理大流量風(fēng)量時(shí)只能通過并聯(lián)反應(yīng)器的個(gè)數(shù)來解決。但如果能采用雙支撐的方式來設(shè)計(jì)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(chǔ)上，只需要增加反應(yīng)區(qū)的高度就可以達(dá)到處理大流量風(fēng)量的目的。但雙支撐時(shí)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(dá)到的，但處理大流量的煙氣時(shí)由于噴液量的增加勢(shì)必也會(huì)增加旋轉(zhuǎn)軸的加工難度及旋轉(zhuǎn)時(shí)可靠性及穩(wěn)定性，但一旦噴液口阻塞就會(huì)帶來檢修時(shí)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(shè)計(jì)提供依據(jù)，作者在這里對(duì)碟片內(nèi)外側(cè)布水與煙塵去除率之間的關(guān)系進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖5－5。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)。 除塵機(jī)理探討 簡(jiǎn)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(jī)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)以及其顆粒捕集情況，大致的可分為三個(gè)階段來討論：一是氣體進(jìn)入超重機(jī)外腔，即超重機(jī)轉(zhuǎn)子外腔；二是氣體經(jīng)過填料層向內(nèi)擴(kuò)散；三是氣體經(jīng)過轉(zhuǎn)子內(nèi)腔，被引風(fēng)機(jī)抽走。我們先來看外腔的情況：氣體由超重機(jī)進(jìn)風(fēng)口沿切線方向進(jìn)入超重機(jī)的外腔，由于外腔的體積較進(jìn)氣管為小，另外，運(yùn)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(shí)也使氣流在腔體內(nèi)產(chǎn)生一點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)。由于