【正文】 由于氣。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。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)。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。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。但是當(dāng)轉(zhuǎn)速大于376r/min時(shí)除塵率增加的并不大。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5－2　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。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。試驗(yàn)條件同第四章，進(jìn)氣量控制為6萬m3/h，、。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。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)。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。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。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。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。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。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。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。布水器數(shù)量對(duì)SO2脫除率的影響如圖4－5所示。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。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。 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。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。 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。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。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。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。由實(shí)驗(yàn)得出轉(zhuǎn)速與SO2脫除率關(guān)系曲線如圖4－2。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。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。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)。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。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?！?.….....（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)。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。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。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。試驗(yàn)結(jié)果將分別在第4章中討論。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。第一部分為操作工藝參數(shù)與SO2脫除率關(guān)系的數(shù)值解，其主要研究?jī)?nèi)容：（1）轉(zhuǎn)速與SO2脫除率的關(guān)系；（2）堿水流量與SO2脫除率的關(guān)系；（3）堿水濃度與SO2脫除率的關(guān)系；（4）SO2氣體流量與SO2脫除率的關(guān)系；（5）SO2氣體入口濃度與SO2脫除率的關(guān)系。但間距增加不利于形成液膜或液線，而寬度的增加會(huì)導(dǎo)致壓降的增大，因此，要根據(jù)試驗(yàn)及處理對(duì)象的不同而定。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。氣體出口濃度為yn+1。從這個(gè)意義說就相當(dāng)于一個(gè)碟片層在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，就相當(dāng)于一個(gè)多釜串聯(lián)反應(yīng)器。任取兩碟片間隙作為一個(gè)反應(yīng)器研究對(duì)象，在反應(yīng)器中取一單位體積微元，如圖38所示建立坐標(biāo)系。在本研究中pH8，反應(yīng)（37）處于優(yōu)勢(shì)地位，水化反應(yīng)（38）的影響可以忽略。其出口濃度則應(yīng)為經(jīng)過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。如圖37所示，假設(shè)布水器根數(shù)為m個(gè)，因?yàn)槭菆A形布置則有m個(gè)反應(yīng)器。 （35）根據(jù)文獻(xiàn)[17]與[18]記載，在本研究條件中，在轉(zhuǎn)速不高時(shí)，液體將主要以液膜的形式存在，液滴的貢獻(xiàn)較小，因此液滴的表面積可忽略不計(jì)，式（35）簡(jiǎn)化為： （36）注：－ 液體Reynolds準(zhǔn)數(shù)，（VL/)－ 液體Schmidt準(zhǔn)數(shù)，（/） － 液體Froude準(zhǔn)數(shù)，（/g）－ 液體Grashof準(zhǔn)數(shù)，（/） － 液體Weber準(zhǔn)數(shù)，（）每?jī)蓛刹妓荛g兩相鄰碟片間的液膜具有相同的狀態(tài)，可看作一個(gè)氣液反應(yīng)器，整個(gè)系統(tǒng)可以視作在垂直方向上由數(shù)個(gè)反應(yīng)器并聯(lián)組成；而在水平方向則由數(shù)個(gè)被布水器分割成的反應(yīng)器串聯(lián)組成。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。根據(jù)文獻(xiàn)[5]、[13]的報(bào)導(dǎo)：由于設(shè)備結(jié)構(gòu)和液體表面張力等特性的影響，在離心加速度為60g～100g時(shí)兩碟片間液體將主要以液膜形式存在，在高速旋轉(zhuǎn)的超重力場(chǎng)中，碟片上液膜厚度沿徑向由厚變薄，在碟片內(nèi)圓周液體進(jìn)口處，膜厚變化速率最大，但沿徑向至外圓周膜厚變緩。碟片快速旋轉(zhuǎn)時(shí)，相鄰的碟片間氣相處于完全混合狀態(tài)，氣體濃度均勻；（2）在強(qiáng)大的離心力作用下，液體僅從碟片內(nèi)緣沿徑向向碟片外緣流動(dòng)，不存在返混現(xiàn)象。（1）鍋爐煙道氣在鼓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)的作用下只能單向連續(xù)流動(dòng)，碟片表面平整光滑。根據(jù)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)碟片內(nèi)液體流動(dòng)情況的描述，以及本設(shè)計(jì)的具體特點(diǎn)，可以建立以下一個(gè)水力學(xué)模型，從另一方面來描述超重力技術(shù)在傳質(zhì)方面的優(yōu)越性。 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)。在轉(zhuǎn)速達(dá)到376轉(zhuǎn)/min，壓降趨向緩和，這與圖32的變化趨勢(shì)基本相同，但經(jīng)過改裝后的設(shè)備在壓降方面有了很大的改觀。在轉(zhuǎn)速為零時(shí)，隨著氣量的增加，壓降增加幾乎呈線性上升，而且在增加到8萬m3/h時(shí)，壓降只增加到570pa，說明系統(tǒng)的阻力有了明顯的改變。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，但是沒有出現(xiàn)如圖31在氣量增加到6萬m3/h時(shí)，壓降增加有變緩趨勢(shì)的現(xiàn)象。因此，在不改動(dòng)整體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上分別對(duì)進(jìn)出口的管道進(jìn)行了改造，同時(shí)考慮到實(shí)際運(yùn)行時(shí)灰塵量比較大，又調(diào)整了碟片的間距至14mm，同時(shí)減少碟片的長(zhǎng)度至6cm。由于試驗(yàn)的對(duì)象35T鍋爐正常工作時(shí)爐內(nèi)負(fù)壓不能高于－10pa，整體系統(tǒng)的壓降不能超過1400pa，因此必須對(duì)現(xiàn)有的超重機(jī)設(shè)備進(jìn)行改造，才能進(jìn)行下一步的點(diǎn)爐生產(chǎn)試驗(yàn)。但由于煙氣中的含灰量比較高，在實(shí)際生產(chǎn)中還應(yīng)該取較高的噴液量，若選取較低的噴液量應(yīng)考慮在設(shè)備中設(shè)立必要的沖洗設(shè)備。但在這之后再增加轉(zhuǎn)速，壓降增加的并不大，有趨向緩和之勢(shì)。（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。在轉(zhuǎn)速為零時(shí)，隨著氣量的增加，壓降增加也比較大，特別是在增加到8萬m3/h時(shí)，壓降增加到1080pa，說明系統(tǒng)的阻力比較大。 填料內(nèi)噴水操作的流體力學(xué)特性、濕床實(shí)驗(yàn)（1）氣量對(duì)設(shè)備總體壓降的影響從圖 31 我們可以看出，在轉(zhuǎn)速一定時(shí)，隨著氣量的增加，超重機(jī)的總體壓降也隨之增加。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)過多次調(diào)試與試驗(yàn)，獲得了相關(guān)的原始數(shù)據(jù)。為了更直接的獲得我們自行設(shè)計(jì)的，用來進(jìn)行脫硫除塵生產(chǎn)試驗(yàn)的這臺(tái)超重機(jī)的流體力學(xué)特性，并為后續(xù)的生產(chǎn)做準(zhǔn)備，作者進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。前人已經(jīng)對(duì)超重機(jī)的流體力學(xué)特性進(jìn)行了很多理論和實(shí)驗(yàn)的研究，但是由于超重機(jī)自身尺寸的差異以及實(shí)驗(yàn)時(shí)操作條件的不同，這些因素都會(huì)對(duì)超重機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)及處理效果產(chǎn)生較大的影響。在SO2污染問題方面，我國(guó)已經(jīng)進(jìn)行了大量的技術(shù)研究及研究工作，但是這些工作一般都是著眼于吸收方法的改進(jìn)，而對(duì)吸收設(shè)備的研究不多，設(shè)備上的改進(jìn)也不大，一般均為吸收塔，傳統(tǒng)塔設(shè)備效率低，處理后氣體中SO2含量難于達(dá)到環(huán)保允許排放標(biāo)準(zhǔn)（低于400mg/L）。（2）葉片葉片自制，如圖23所示，葉片外徑Φ1150mm、內(nèi)徑Φ1000mm，葉片間距5mm（可調(diào)換為10mm）。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。旋轉(zhuǎn)填料床是由碟片錯(cuò)層、層疊排列形成空隙而成的。轉(zhuǎn)動(dòng)體與傳動(dòng)裝置的主軸相連接，轉(zhuǎn)動(dòng)體與主軸采用錐面的軸與錐面的軸套相配合的形式連接。（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)。超重機(jī)流體力學(xué)部分實(shí)驗(yàn)旨在考察實(shí)驗(yàn)條件內(nèi)超重機(jī)的操作特性。氣量調(diào)整為：Q＝2萬，4萬，6萬，8萬m3/h；轉(zhuǎn)速調(diào)整水平為：n＝0，235，329，376，470rpm。氣量調(diào)節(jié)為：Q＝2萬，4萬，6萬，8萬m3/h。考察轉(zhuǎn)速對(duì)設(shè)備總體壓降的影響：氣量一定，調(diào)整超重機(jī)的轉(zhuǎn)速，記錄設(shè)備總體壓降數(shù)據(jù)。氣量的水平選取為Q＝2萬，4萬，6萬，8萬m3/h。（7）超重機(jī)碟片厚度及間距：厚度用直尺測(cè)定，由于試驗(yàn)設(shè)備比較龐大，拆卸不方便，間距只采用兩組數(shù)距，先進(jìn)行間距為5mm的試驗(yàn)，再間距為10mm的試驗(yàn)。（4）液體流量：用轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)定，量程為0～2 m3/h。（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