超重力技术在锅炉脱硫除尘方面的应用研究

1、论文超重力技术在锅炉脱硫除尘中的应用研究目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _RefHeading_Toc200356976 第1章超重力技术与其发展状况3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200356977 1.1 超重力技术的基本概念5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200356978 1.2超重力技术发展概况6 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200356979 1.3 超重力脱硫除尘技术与传统脱硫除尘技术的比较7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200356980 1.3

2、.1国烟气脱硫现况7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200356981 1.3.2国烟气脱硫研发与主要应用技术8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200356982 1.3.3国除尘技术现状12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200356983 1.4目前脱硫除尘技术与设备存在的问题18 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200356984 1.4.1脱硫效率相对较低的问题18 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200356985 1.4.2磨损、腐蚀、结垢问题18 HYPERLINK

3、 l _RefHeading_Toc200356986 1.4.3排烟温度问题18 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200356987 1.4.4脱硫产物分离问题19 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200356988 1.5超重技术在脱硫除尘中的应用19 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200356989 1.6本研究的主要容20 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200356990 第2章试验装置与测试方案22 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200356991 2.1试验装置与试验

4、方案22 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200356992 2.1.1试验装置22 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200356993 2.1.2试验方案简介23 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200356994 2.2试验参数设计23 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200356995 2.3超重机流体力学参数控制24 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200356996 2.2实验仪器24 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200356997 2.2.1主要仪

5、器24 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200356998 2.2.2碟片式超重机构造简介25 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200356999 第3章超重场的水力学试验与数学模型30 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200357000 3.1 填料喷水操作流体力学特性30 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200357001 3.1.1干、湿床实验30 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200357002 3.1.2设备调整后的水力学试验32 HYPERLINK l _RefHeadi

6、ng_Toc200357003 3.2建立简单的数学模型34 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200357004 3.2.1 液体在碟片流动情况34 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200357005 3.2.2条件简化35 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200357006 3.2.2 模型建立36 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200357007 3.2 模型研究容39 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200357008 第4章操作工艺参数与SO2脱除率的关系研究40 HYPER

7、LINK l _RefHeading_Toc200357009 4.1概述40 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200357010 4.2操作工艺参数与SO2脱除率关系的研究和分析40 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200357011 4.2.1超重床转速与SO2脱除率关系40 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200357012 4.2.2 石灰水流量与SO2脱除率的关系42 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200357013 4.2.3 pH值与SO2脱除率关系43 HYPERLINK l _RefHe

8、ading_Toc200357014 4.2.4 烟气流量与SO2脱除率关系43 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200357015 4.2.5 布水器布置形式与SO2脱除率关系44 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200357016 4.3 小结46 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200357017 第5章操作工艺参数与烟尘去除率的关系研究47 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200357018 5.1 概述47 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200357019 5.2超重机结构

9、对灰尘去除率的影响48 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200357020 5.2.1液气比对灰尘脱除率的影响48 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200357021 5.2.2 超重机转速的影响49 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200357022 5.4影响超重机除尘效果的因素52 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200357023 5.4.1液气比（操作液量）的影响52 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200357024 5.4.2转速的影响53 HYPERLINK l _Re

10、fHeading_Toc200357025 第6章结论56 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200357026 第7章不足之处与几点建议58 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200357027 7.1 不足之处58 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200357028 7.2 几点建议58 HYPERLINK l _RefHeading_Toc200357029 参考文献：62摘要超重场技术是80年代发展起来的一种新型化工设备，它利用离心力来强化传质和微观混合。气体在高湍流下接触，通过强化传质过程提高传质效率。在以往的工作中，当气

11、量很大时，设备成本会很高。采用超重场技术可以达到减小设备体积、降低设备成本的目的。本实验采用立式超重机处理8万m3/h锅炉烟气，转子直径仅为1100mm，反应区高度为800mm。首先，本文对超重机进行了液压试验。同时，通过理论分析和合理简化，提出了床内流体流动的数学模型。在此基础上，结合实验数据，得出了超重机转速、烟气流量、操作液量、pH值与脱硫除尘效率的关系，并初步研究了布水器的放置形式与SO2脱除率的关系。实验结果表明，超重场能有效强化常压下燃煤锅炉烟气中低浓度SO2的化学吸收。通过调整反应器的结构和操作参数，得到了反应器的最佳结构参数，并对目前超重机提出了改造建议。关键词:超重领域技术:

12、超重机气液传质脱硫除尘摘要超重力机是利用离心力来强化传递和混合相关过程的一种新型高效多相接触器。高度湍流迫使气液接触。在强化传质过程中提高了传质效率。在过去，当处理巨大的气流时，设备的成本非常高。然而，采用超重力机器可以减小设备的尺寸和成本。本实验采用一种新型立式超重力机，可处理8105m3/ h烟气。该设备的主要尺寸为转子直径1100毫米，轴向长度800毫米。本研究首次进行水力学实验。同时，通过理论分析和逻辑简化，给出了床内液体流动的数学模型。给出了转速、烟气流量、水流量和pH值与脱硫除尘效率的关系。水擦拭物的处理也影响脱硫效率。初步研究也给出了它们之间的关系。实验结果表明，在常压下，超重力

13、机能有效地强化碱液对烟气中低浓度SO2的化学吸收。该机除尘效率也很高。通过改变机器配置和操作模式，获得最佳操作参数。节能降耗的目标 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/ 减排可以通过采用这种机器来实现。最后给出了该超重力机的改造方法。关键词:超重力技术超重力机气液传质脱硫除尘第一章超重力技术及其发展1.1超重力技术的基本概念所谓超重力，是指物质在比地球重力加速度(9.8m/s2)大得多的环境中所受到的力(包括引力和斥力)。研究超重力环境中的物理和化学变化的科学称为超重力科学。从超重力科学原理中诞生的应用技术称为超重力技术。超重力技术作为一种高新技术，在工业上有很大的应用前景。在

14、超重力环境下，不同大小分子之间的分子扩散和传质比常规重力场中的要快得多。在比地球重力场大几百倍到几千倍的超重力环境下，气-液、液-液、液-固三相在多孔介质和通道中流动。巨大的剪切力将液体撕裂成微米甚至纳米的液膜、液丝、液滴，产生巨大且快速更新的相界面，相比传统的塔式设备，提高了1%的相间传质速率。同时，在高重力条件下，不仅整个反应过程加快，而且气体的线速度也大大提高，使单位设备体积的生产效率提高1 2个数量级12。在地球上，自转是实现超重力环境最简单的方式。这种专门设计的旋转设备统称为超重力设备，简称HIGEE，在化工设备中也叫RPB。利用高重力环境下的高强度传质过程和微混合特性，我们可以用不

15、高于两米的超重机代替高达数十米的巨大反应塔等化工设备3。因此，超重力工程技术被认为是强化传递和多相反应过程的突破性技术，被誉为跨世纪技术。超重力机又被称为“化学工业的晶体管”。一般来说，超重机有以下特点:它大大减小了设备的体积和重量；大大加强了物质之间的转移过程；物料在设备中的停留时间极短(100ms 1s)；操作简单，启停容易，维护检修方便；可垂直、水平或任何方向安装，不怕磕碰，可安装在移动物体上；以及快速均匀的微混合等。而超重力技术基于超重机的特点，可广泛应用于以下特殊过程:由于停留时间短，可用于热敏性物料的处理；由于机器残渣量少，可应用于处理贵重材料或有毒材料；其快速均匀的微混合特性可用

16、于生产高质量的纳米材料。此外，它还可用于生产中的选择性吸附分离和聚合物单体的脱除。超重机是一种具有广阔工业应用前景的设备4。1.2超重力技术发展概述对超重力技术发展的研究始于20世纪70年代末和1976年。美国NASA要了微重力场实验项目，英国ICI公司(帝国化学公司)的Ramshow教授做了微重力场和超重力场在化学分离单元操作过程中的作用研究蒸馏和吸收。他们在研究中发现，微重力场使控制多相流体力学行为的浮力因子g接近于零，减少了相间的相对运动，不仅对传质没有好处，反而大大削弱了传质过程。当微重力或重力接近零时，液体的表面力会起主导作用，液体会聚集在一起，组分基本不会分离。同时还发现，由于重力

17、较大，液体表面力的作用相对不显著，液体在巨大的剪切力作用下被拉伸成微小的液膜、液丝和液滴，产生巨大的相间接触面积，大大提高了传递速率系数，也提高了气液逆流操作的液泛率，大大增加了设备的生产能力，这些都有利于分离过程。这项研究成果促成了超重力分离技术的诞生。随后，在美、英、中、俄等国引起了大规模的工业化应用技术研发热潮6。沿着这个思路，ICI开始了这方面的研究，设计了一种能产生200 1000 g超重力场的旋转填充床。大约两年后，第一台设备开始运行。1979年6月27日，超重机第一个专利公布。在随后的几年里，一些专利陆续公布，从而形成了现代超重机的基本结构和运行模式。1985年，出售了第一台超重

18、机，用于去除污染地下水中的有机挥发物。国外从事超重力技术研究的公司和科研机构有杜邦公司、陶氏化学公司、格力奇公司、诺顿公司、面粉公司、ICI公司、Newcat stle大学、凯斯西储大学、华盛顿大学、Taxas奥斯汀州立大学等。研究重点是超重力精馏分离(甲醇/乙醇分离等)技术。)、超重力吸收分离(天然气脱硫、CO2分离等。)，以及超重力解吸分离(水脱氧、聚合物单体脱除、地下污水脱苯/甲苯脱除等。).近年来，在一些化学和能源过程中已经实现了工业操作。例如，1999年，美国陶氏化学公司成功地将超重力技术应用于次氯酸的工业生产，显示出广阔的应用前景和显著的经济效益7。中国，1988年化工大学与美国凯

19、斯西储大学合作，格力奇公司提供超重机主机。在化工大学建立了一套实验装置，开始了超重力技术的基础研究及其在油田注水脱氧和酵母发酵中的应用。自1989年以来，中国的超重力技术研究得到了国家有关部委的持续支持，并被列为八五、九五、十五科技攻关项目。1990年，中国第一个超重力工程技术研究中心在化工大学成立，2001年升级为教育部研究中心，开展了一系列创新研究工作。1998年，超重力水脱氧技术在国际上首次商业化，在胜利埕岛二号平台安装海水处理能力为250t/h的超重机并投入工业化生产6；1999年与美国陶氏公司合作，将超重力技术成功应用于氯碱行业的气液分离过程。2000年和2001年，先后建成世界上第

20、一条年产3000t和10000吨超重力纳米碳酸钙的工业生产线。至此，我国超重力技术的发展和产业化应用进入了一个新的阶段，在一些领域已经走到了世界前列。1.3超重力脱硫除尘技术与传统脱硫除尘技术的比较1.3.1中国烟气脱硫现状烟气脱硫是控制燃煤电厂SO2排放的主要措施。国务院国务院关于酸雨控制区和二氧化硫污染控制区有关问题的批复(国函19985号文)规定，新建、改建燃煤含硫量超过1%的火电厂，必须建设脱硫设施；现有燃煤量大于1%的火电厂必须在2010年前分期建设脱硫设施或采取其他措施减少SO2排放。批复附件中还明确，长江以南及以东14个省、市、自治区，总面积109万平方公里(占国土面积的11.4

21、%)，规划为酸雨和二氧化硫控制区，分阶段控制工业污染源的二氧化硫排放。火电厂烟气脱硫建设初期，我国工业化发展滞后。由于技术原因，当时我国FGD项目使用的设备大部分是从国外进口的，由我国负责土建和安装，平均造价1000 2000人民币/KW，严重影响了FGD项目的发展。而且，使用进口设备的已建成项目，在运行过程中所有的备品备件都需要从国外进口，不仅增加了运行成本，而且由于备品备件不能随时间更换，影响了设备的正常运行。为了降低烟气脱硫成本，有必要对技术和设备进行国产化。2000年2月，国家经贸委在关于印发火电厂烟气脱硫关键技术和设备国产化要点的通知(国资源2000156号文件)中指出:“烟气脱硫关

22、键技术和设备国产化是降低工程成本、加快火电厂SO2治理、提高机电制造企业竞争力和培育新的经济增长点的需要。”随着工业的发展，目前国内已经可以制造大部分相关设备，但关键设备仍然需要进口。为促进行业快速发展，2005年5月，国家发改委提出了加快火电厂烟气脱硫产业发展的主要任务，即通过三年的努力，建立健全火电厂烟气脱硫产业化市场监管体系，完善火电厂烟气脱硫技术标准体系和主流工艺设计、制造、安装、调试、运行、维护、后评价的技术标准和规范。主流烟气脱硫设备国产化率95%以上，烟气脱硫设备可用率95%以上；建立有效的中介服务体系和行业自律体系。2006年2月正式发布的国家中长期科学和技术发展规划纲要高度重

23、视环境保护领域的科学研究和技术开发。我国“十一五”规划也强调加强环境保护，防治大气污染。关于环境治理重点工程，将燃煤电厂烟气脱硫放在重要位置，强调加快现有燃煤电厂脱硫设施建设，增加现有燃煤电厂脱硫能力。新建燃煤电厂必须按排放标准配备脱硫装置，使现有电厂90%达到排放标准。1.3.2 R&D及中国烟气脱硫主要应用技术我国烟气脱硫控制技术的研发始于20世纪60年代初。针对燃煤电厂、燃煤工业锅炉和冶金废气开展了烟气脱硫技术研究和设备开发，取得了实验室和现场中试结果。自20世纪80年代以来，进行了一系列的研究、开发和产业化。原国家科委组织“七五”和“八五”公关项目，对国际上现有脱硫技术的主要方法进行研

24、究和实际工程装置实验；国家自然科学基金设立项目支持脱硫技术基础研究，并取得多项成果。“九五”期间，科技部组织了中小型锅炉实用脱硫除尘技术及装备的研究和产业化，包括燃煤电厂脉冲电晕等离子体烟气脱硫新技术的研究。同时介绍了脱硫技术方案，并进行了规模试验和工业运行应用。“十五”期间，国家对烟气脱硫提出了严格的要求，企业大规模引进脱硫技术，烟气脱硫行业发展迅速。二氧化硫烟气脱硫技术根据工艺特点可分为湿法、半干法和干法。1.3.2.1的湿法脱硫工艺目前，湿法脱硫方法很多，如石灰石-石膏法、柠檬酸法、硫化碱法等。(1)石灰石-石膏法8石灰石-石膏法是利用石灰石-石膏作为吸收剂，与烟气中的二氧化硫发生反应。

25、该过程如图1.1所示，反应机理4如下:图1.1石灰石石膏法流程图二氧化硫(克)+ H2O二氧化硫(升)+ H2OSO2(l)+ H2O H+ + HSO3- 2H+SO32-CaCO3 Ca2+ + CO32-CaO + H2O Ca(OH)2 Ca2+ + 2OH-Ca2+ SO32- CaSO3caso 3+2H2O+1/2o 2 caso 42H2O从化学反应过程来看，增加烟气中SO2与浆液的接触时间，增加浆液的循环量，合理控制浆液的pH值，有利于烟气的吸收。从吸收过程来看，浆液的pH值对吸收速率影响很大，所以控制浆液合适的pH值非常重要。从各种经验数据来看，泥浆的pH值一般控制在6.9

26、 8.9。低于6，吸收速度变慢，低于4，浆液几乎吸收不了二氧化硫。根据吸收过程中的汽液平衡，低温有利于SO2的吸收。该方法在研究和环保方面取得了一定的成果，但存在以下问题:工艺流程复杂，投资大，运行费用高；当烟气中SO2波动较大时，石灰石用量难以控制，浆液pH值难以处于最佳状态，生成的CaSO3和CaSO4容易堵塞管道和设备。因此，这种方法更适合大型企业的烟气脱硫。(2)柠檬吸收法9柠檬吸收法是一种吸收低浓度SO2烟气的脱硫方法。当含有SO2的烟气通过柠檬酸盐液体时，烟气中的SO2与水反应生成HSO3-，其机理如下:SO2 +H2O HSO3- + H+H+ +三氯化碳-氯化氢-H+ +氯化氢

27、-氯化氢-H+ + H2Ci-H3Ci柠檬酸溶液具有良好的缓冲性能，使溶解在水中的SO2与H+形成络合物，因此保持溶液的最佳pH值是吸收SO2的重要条件。根据实验数据，当pH值大于5时，SO2吸收率在99%以上。在脱附的过程中，只需要用蒸汽加热，脱附比较彻底。堆城钼业公司钼配料部成功应用柠檬酸法处理SO2烟气，主要产品为液体SO2等。但这种方法只适用于低浓度SO2烟气，不适用于高浓度SO2气体吸收，适用范围也比较窄。1.3.2.2半干法烟气脱硫工艺半干法烟气脱硫工艺主要是指喷雾干燥脱硫法，这是一种利用机械或气流的作用力将吸收剂分散成微小的雾滴，雾滴与烟气形成比较大的接触表面积，气液相之间发生热

28、交换、传质和化学反应的脱硫方法。这个过程如图1.2所示。常用的吸收剂有碱液、石灰乳、石灰石浆液等。目前，大多数设备使用石灰乳作为吸收剂。一般这种方法的脱硫率为65% 85%。其优点是脱硫在气、液、固三相状态下进行，工艺设备简单，固体硫酸钙和硫酸钙产品易于处理，没有严重的设备腐蚀和堵塞，耗水量相对较少。其缺点是自动化要求高，吸收剂用量难以控制，吸收效率低。因此，选择和开发合理的吸收剂是解决这一问题的新课题。图1.2喷雾干燥脱硫工艺流程1.3.2.3的干法烟气脱硫工艺(1)活性炭脱硫法活性炭脱硫是一种烟气净化技术，因为单位气体或混合气体中的某些组分具有选择性吸收性能，利用活性炭的多孔性吸附烟气中的

29、SO2，将其氧化成硫酸并储存在活性炭的孔隙中。改性活性炭的优点:吸附容量大，吸附和催化转化的动力学过程快，对氧气反应慢，可再生等。最终可得到硫酸、液体SO2和单质硫产品，既能有效控制SO2排放，又能回收硫资源。这是一种很有前途的脱硫工艺。早期的活性炭吸附法是由德国鲁奇公司和日本日立公司联合开发的，但由于当时运行成本较高，没有推广。之后交大对活性炭进行了改进，开发出了成本低、选择性吸附性能强的ZL30和ZL40。活性炭工艺进一步完善，烟气中二氧化硫吸附率达到95.8%，达到国家排放标准10。但是这套工艺设备比较复杂，阀门需要多次切换，操作非常复杂。一般来说，这种方法只适用于小规模、低浓度的SO2

30、烟气处理，而且由于水洗会造成大量的水资源消耗和二次污染，不适合在中国这样水资源匮乏、环境污染严重的国家推广使用。此外，活性炭价格昂贵也在一定程度上限制了该工艺的推广应用。(2)金属氧化物脱硫法因为二氧化硫是一种活性气体，还有许多金属氧化物如氧化锰、氧化锌、氧化铁、氧化铜等。，对二氧化硫有很强的吸附能力。常温或低温下，金属氧化物吸附二氧化硫，高温下，金属氧化物与二氧化硫反应生成金属盐。然后，吸附质和金属盐通过热分解、洗涤等再生。这是一种干法脱硫方法。虽然没有污水和废酸，不造成污染，但这种方法一直没有推广，主要是脱硫效率低，设备庞大，投资大，运行要求高，成本高。因此，开发新的吸附剂是我们需要解决的

31、新课题。此外，还有尾部喷钙烟气脱硫技术、循环流化床烟气脱硫技术、海水脱硫技术、电子束脱硫技术、氨洗脱硫技术等。上述二氧化硫烟气处理技术目前应用广泛，虽然脱硫率较高，但工艺复杂，运行成本高，污染防治不彻底，造成二次污染，不适合我国实现经济与环境和谐发展的大政方针。因此，有必要探索和研究新的脱硫技术。1.3.3中国除尘技术现状煤作为锅炉的主要燃料，进入锅炉燃烧后会产生大量的烟气和热能。它是气相物质和固相物质的混合物，如CO2、SO2、CO、H2O、N2、O2、氮氧化物和其它含煤烟的混合物。为此，我国制定了大气环境质量标准(GB 3095-82)、工业企业设计卫生标准(TJ36-79)、锅炉大气污染

32、物排放标准(GWP B3-1999)、燃煤电厂大气污染物排放标准(GB 13223-91)。在不同的燃烧方式下，锅炉的粉尘浓度约为2 5g/nm3，煤粉锅炉为10 30g/nm3，流化床锅炉为20 60g/nm3。烟气SO2的体积份额如下:链条炉0.7-0.8%，煤粉炉0.85-0.9%，流化床炉0.8-0.85%，大型火电厂0.2-0.3%。为了减少有害气体和烟尘的排放，除了采用新的炉型改进燃烧方式外，安装有效的排烟除尘设备是非常有效和重要的措施。锅炉使用的除尘器有四种:机械除尘器(包括重力式和惯性式)、洗涤除尘器、过滤除尘器和静电除尘器。超过27个品种。除尘器的选择原则应根据尘粒的性质和变

33、化(包括尘粒分散度、粉尘浓度、磨损等)来确定。)、烟气的性质(如烟气量、烟气温度等。)，除尘装置的工作特点和适用范围，结合设备投资、现场条件和当地环保主管部门的意见。由于国家对大气环境质量要求的提高，为了减少二次污染，增加烟尘的利用价值，新建大中型电站锅炉普遍采用电除尘器，烟气脱硫方式多种多样。常用的除尘器如下。1.3.3.1脉冲清灰袋式除尘器121.概观脉冲袋式除尘器因其过滤速度快、阻力低、结构紧凑、耗钢量低、能耗低、投资少等优点，在国外袋式除尘器市场上占据了领先地位。近年来，由于我国炼钢炉日益大型化，脉冲清灰袋式除尘器也在向大型化方向发展。我国传统的几台脉冲除尘器都是在线脉冲清灰，喷吹装置

34、阻力大，导致喷吹效果减弱，喷吹气流受限，滤袋长度不超过3m，难以处理大风量烟气。在引进、消化、吸收国外先进技术的基础上，有关单位研究开发了大型长袋脉冲除尘系列产品。“离线脉冲除尘”技术是目前国内大型炼钢炉除尘系统中应用最广泛的袋式除尘技术。如某钢铁公司80t电炉除尘系统采用大型长袋脉冲除尘器进行低压脉冲除尘，过滤面积11,280m2，处理风量113万m3/h；某钢铁公司70t电炉采用大型长袋脉冲除尘器，高压脉冲除尘，过滤面积11,000m2，处理风量1100000 m3/h；钢铁不锈钢电炉除尘系统采用低压脉冲除尘的大型长袋脉冲除尘器，过滤面积15,800m2，处理风量120万m3/h；过滤风速

35、根据不同要求一般在1.3m/min-1.6m/min之间。随着这项技术的成熟和完善，大型长袋脉冲除尘器在电炉除尘系统中的应用将会更加普遍。2.大型长袋脉冲除尘器的主要特点(1)采用低压、低耗的直通式从动膜片脉冲阀取代传统的直角结构。直通脉冲阀启闭迅速，有利于滤袋快速增压，提高袋底压力峰值，增加清灰能力，降低消耗。(2)采用“三态”离线脉冲喷吹技术，克服粉尘“再吸附”现象。在线(不停风)脉冲清灰，重新吸附的粉尘量约占清除粉尘量的60%。过滤风速越高，这种现象越突出，只能通过增加吹灰次数和缩短清灰周期来克服。而离线脉冲喷吹技术能有效克服“再吸附”现象，大大延长清灰周期，其压缩空气消耗量仅占“在线”

36、现象的1/2 1。(3)清灰次数减少0.5 1个数量级，滤袋和电磁脉冲阀的使用寿命可提高一倍，滤袋的使用寿命可达到2年以上的目标。(4)完善自动控制技术，优化除尘系统，使除尘器阻力保持在一定范围内，发挥附着在滤袋表面的粉尘层的过滤作用，从而有效提高总除尘效率，将排放浓度控制在30mg/m3以下。(5)除尘器采用离线维护技术，采用隔间结构，可使系统在正常工况下实现维护和换袋。(6)除尘器整体结构的优化和先进检测技术的采用，使整机漏风率小，不仅有利于保证除尘器系统的设计风量，节约能源，而且有利于设备的稳定运行，减少因漏风引起的结露故障，延长使用寿命，使除尘器整体漏风率 90%；除尘器的烟温下降约5

37、0；集尘器的电阻为490Pa(50mmH2O)。这种除尘器利用旋风除尘原理，除尘效率为90% 95%，但很难收集到粒径不大于5 m的尘粒，如果烟气入口温度为160 180，除尘器温度下降50左右，即烟气出口温度为110 130，烟气中混有O2气， 即使烟气在离心力的作用下流向壁面，也不能全部与水膜接触，可以认为没有脱除SO2气体的能力。 如果在水中加入脱硫剂，其脱硫能力只有30%左右。这种湿式除尘器多用于燃用低硫煤的链条炉和往复炉。尘粒的分离主要发生在烟气流的入口段。上段高度不低于1.5m，烟气速度在4.5m/s左右，如果速度高于5m/s，有可能撕裂溢流水膜，使烟气带水。此外，水封的高度应有足

38、够的裕度，以保证它能适应烟气条件的变化。(2)文丘里管麻石水膜除尘器特点:除尘装置由文丘里管、主管、辅管和连接烟道四部分组成。主汽包的烟气入口切向布置。这种除尘器为二级除尘器，除尘效率可达95% 98%。由于一级除尘器采用文丘里管，喉部气流速度高达60m/S，气流运动为强湍流运动。喷入的水滴雾化并使烟气颗粒强烈运动，与水雾剧烈碰撞凝结，使5m以下的颗粒被收集起来，使烟气温度降低到饱和温度，从而使烟气增湿。这是一个传热传质的过程。关于冷却效果，以转炉煤气试验为例，煤气温度能从470快速冷却到54，可见其很强。由于这些特点，文丘里管在20世纪50年代被广泛应用于冶金、化工等行业。在锅炉排气时，烟气

39、温度一般为150 180。如果烟气温度下降100以上，可能会脱除很少一部分SO2气体，但失去了烟囱排放烟气的提升高度，增加了用水量。因此，不必大幅度降低烟温，必须使用脱硫剂。如果将含有脱硫剂的水喷入文丘里喉管，由于其表面积大，湍流运动强烈，与烟气混合充分，SO2气体分子容易扩散到液滴中，实现化学吸收，而尘粒则发生团聚和激烈碰撞。这个过程是不可逆的，所以文丘里是一种很好的除尘、脱硫、降温和加湿设备，其脱硫率在80%以上。两级水膜除尘器主要用于分离形成的含有尘粒和硫化物的水滴和尘粒，特别是水膜中含有脱硫剂，能进一步吸收SO2气体，在重力作用下通过排污口排出。文丘里管除尘对负荷适应性强，多与煤粉炉、

40、流化床炉、循环流化床炉配套使用，也可用于链条炉等炉型。(3)湿式脱硫除尘器的喷淋旋风塔结构:除尘装置由主筒、副筒、连接烟道和安装在主筒内用细石板建造的多层旋风板装置组成。这种除尘器在20世纪70年代用于化学工业。采用旋流板结构，除尘除雾。旋流板结构是气体通过旋流板螺旋上升，将喷入的水分散成液滴，液滴和尘粒同时被旋流产生的离心力甩向塔壁。由于重力的作用，水和粘附的尘粒顺着塔壁流向下一级，烟气中未被粘附的尘粒继续以同样的方式被粘附，最终通过排污口排出。通常，旋流板结构是多级配置。旋风板除尘时，采用定向板；作为除雾效果，采用了朝外的板。含尘量高的烟适应性如何，还不清楚。使用脱硫剂后，可以脱除部分SO

41、2。这种除尘器结构复杂，制造成本高，耗水量和耗电量都比其他除尘器大，如文丘里除尘器。(4)前塔、主塔和副塔的除尘器特点:该型除尘器由前塔、主筒、副筒和连接烟道组成，前塔内安装多排喷嘴。这种除尘器利用的是再喷再堵的原理。所谓复喷，就是采用多排喷射，增加气相中液固相的撞击机会。使液滴与尘粒多次碰撞，充分利用雾化液滴的速度造成气液高相对速度，从而促进尘液两相颗粒的聚集。复喷除尘时气流速度为20 30m/s，喷水速度为20 30m/s，复喷后安装复挡板对烟气消泡。当然，这种除尘器并没有使用旋风分离器，而是烟气流动经过一个曲折的通道。比如在水中加入脱硫剂，可以在除尘的同时去除SO2气体。在锅炉除尘系统中

42、，这种结构很少使用，曾经用于流化床炉除尘。1.3.3.4静电除尘器14静电除尘器的类型有干式、湿式、立式、卧式、管式、板式、单区式和双区式。以板式静电除尘器为例，静电除尘器的工作原理是，当高压直流电作用于两个曲率半径相差很大的金属电极(即沉淀电极和电晕电极)时，两个电极之间会形成一个强度分布不均匀的电场，离电晕电极越远，电场强度越强。当两极之间的电压继续增大时，电场强度也会增大。当电晕丝附近小区域(一般2 3 mm)的电场强度达到一定值时，金属丝附近的电离会在电场的作用下加速到高速，与运动中的中性气体发生碰撞，使中性气体分子转化为正离子和电子。此时肉眼可观察到金属丝表面有蓝色火点，金属电极发出

43、当啷声和爆炸声。靠近金属的气体电离区称为电晕区，电晕区的离子数可超过107个离子/cm3。电晕发生时的电压称为临界电压。如果两极的电压继续增加，电晕面积也会增加。电除尘是指当电极电晕充电时，电晕的一个电极产生的离子沿电力线方向向另一个电极移动，经过电极之间的含尘气体中的尘粒被移动的离子吸附，使粉尘带电，沿电力线运行，沉积到另一个电极上。电极板主要起到积灰的作用。工作过程可分为四个阶段:电晕电极附近的气体被电离产生电子、正离子和负离子；(2)使含尘气体中的悬浮尘粒带电；大部分灰尘向降水极移动；振动收集灰斗中的灰尘。吸尘器的外壳由钢板焊接而成。含尘气体从进气喇叭吹入，即进入电场。粉尘带电后沉积在极

44、板上，然后通过振动和锤打正负极落入灰斗。电潜泵还需要辅助设备，如培养箱、电机、减速器等。培养箱配有加热器和温度控制器。如果电晕极架的支撑绝缘套管周围的温度过低，其表面会产生凝结水汽。静电除尘器工作时，凝结的水蒸气沿绝缘套管表面排出，使电压无法上升，造成供电不稳定。保温箱的设置可以保证电除尘器的正常工作温度，尤其是室外电除尘器。振打装置采用电机和蜗轮减速器。1.4当前脱硫除尘技术和设备存在的问题1.4.1脱硫效率较低。通过对一些湿法脱硫除尘设备机理的简单介绍，可以发现吸附烟气尘粒的气液接触面积与吸收烟气中二氧化硫的气液接触面积相同。液滴的表面力、重力和惯性力对捕集和吸附烟气粉尘物质非常有效，但对

45、脱硫作用不大，只能增加气液接触面积。烟气中的主流气体远离液滴，二氧化硫很难通过扩散到达液面。而且烟气中SO2的浓度很低，给除尘器带来困难。1.4.2磨损、腐蚀和结垢问题采用湿法同时脱除烟尘和二氧化硫，不可避免地会产生磨损、腐蚀和结垢问题，尤其是磨损和腐蚀的相互促进，使问题的解决更加困难。烟气中有大量的尘粒，必然会磨损烟道、除尘器甚至风机。但是，湿法脱硫除尘设备中的洗涤液是酸性或碱性的。如果除雾器(脱水器)配置不当，酸性蒸汽流将不可避免地腐蚀烟道、除尘器或风机。钙脱硫剂过量和洗涤液PH值过高促进烟气中CO2的吸收，造成碳酸钙、硫酸钙等沉淀物质过量，在烟道、除尘器和风机叶片上结垢，还会破坏除尘器的

46、工况，增加阻力，使风机带水，恶化处理效果，必须引起足够的重视。1.4.3废气温度问题烟气排放要求比露点温度(60左右)高10 20，烟囱出口排烟速度要求为2。5 m/s 3 m/s，以防止冷空气倒灌。温度高时，烟气比重小得多，风机容易将其排出烟囱。目前湿法除尘脱硫，烟气温度难以达到露点温度，使烟道壁和风机结露，造成腐蚀。同时也增加了风机负荷，降低了烟道和风机的使用寿命，影响其经济运行。因此，一些成熟的湿法脱硫技术都配备了烟气再热器。1.4.4脱硫产物分离湿法脱硫除尘必然会有脏液的问题。为了避免二次污染和节约用水，洗涤液必须循环使用，在洗涤液循环系统的适当位置加入适量的脱硫剂和固硫剂，真正实现脱

47、硫。如果没有适时加入脱硫剂，循环洗涤液的酸度必然会逐渐升高，降低脱硫效率，加剧设备腐蚀。分离脱硫产物，需要增加大量的工艺流程，成本也很高，中小型燃煤锅炉很难推广使用。简述了湿法烟气脱硫除尘设备应用中存在的上述问题。到目前为止，国际上还没有非常经济有效的脱硫方案。根本原因是难以实现快速高效的传质反应，消除二次污染的成本太高。迄今为止，真正完整的脱硫技术仍然是复杂的、庞大的和非常昂贵的。1.5超重技术在脱硫除尘中的应用虽然超重机不是为治理大气污染而提出的，但理论和实践都表明超重机具有良好的颗粒捕集性能和高效传质性能。与传统脱硫除尘装置相比，超重机具有以下明显优势:(1)超重机体积小很多，所以占地面

48、积大大减少。实验中使用的超重机除尘系统(包括进出口管道和分析系统)总面积小于2平方米。由于外形小巧，成本和设备投资低。由于体积小，可以使用一些有价值的耐磨耐腐蚀材料。可以同时适用于不同的场合。在现代发电厂或矿山中，粉尘处理装置占据了相当大的空间。但在一些高度和尺寸受限的地方，很难建造大型的填料塔或静电除尘器，大型设备的制造和运输存在很多问题，超重机可以很好地解决。(2)超重机处理能力大，适应性广。作为一种离心分离设备，超重机具有较高的泛点，这使得超重机可以应用于高气量的场合。目前，许多工厂要求每小时几千至几万立方米的气体处理能力。如果使用填料塔，所需的液体注入量是相当大的，更不用说庞大的设备了

49、。由于湿式除尘器不可避免地带来二次污染，减少液体用量既减轻了污水净化的负担，又降低了循环液体的能耗。此外，超重机对尘粒无特殊要求，可应用于高浓度场合。超重机内的液体被填料以几十到几百的重力加速度甩出，对填料层进行冲刷和洗涤，因此填料不易堵塞。但对于普通纤维除尘器，其循环气速不宜过高，否则压降过大；进气含尘浓度不能太高，否则纤维层会很快堵塞，无法继续使用。静电除尘器要求尘粒具有适当的比电阻。(3)超重功能适用于高温、高湿和腐蚀性场合。在实际工业应用中，含尘气体的温度往往较高，但超重机的高温气体遇到饱和液态蒸汽时，蒸汽会凝结成以小尘粒为核心的直径较大的液滴，容易被截留。对于非常细小的尘粒，这种颗粒

50、增大的机理对于除尘装置更为实用。此外，超重机体积小，有利于在处理腐蚀性气体时使用高价防腐材料。(4)超重机的设备压降相对较低。从前面的工作可以看出，超重机的压降远小于文丘里洗涤器的压降，也低于冲击洗涤器的压降。因此，超重机的应用可以在不增加额外能量的情况下利用工厂过程的压力。(5)超重机启动后达到稳态的时间短，对运行参数的变化适应性强。超重机启动后能很快达到稳定。在操作过程中，如果煤气量、粉尘浓度、煤气温度等。变化，超重机的运行性能变化不大，有利于自动控制。(6)超重机还可以收集液体泡沫和液滴。由于填料丝网的存在及其高速旋转的运行方式，超重机既能捕捉固体颗粒，又能捕捉细小液滴。但是超重机和所有

51、湿式除尘器一样，需要对除尘后的污水进行处理。因此，应用超重机除尘必须有配套的污水处理系统。另外，和一般的湿式除尘器一样，超重机也不适合处理粘性粉尘。1.6本研究的主要内容随着旋转床超重力场技术应用领域的不断发展，近年来包含超重力场技术的专利数量不断增加。现有专利技术中提供的装置采用水平轴旋转的布置，如中国专利95107423.7、95215430.7、99208429.6、03249584.6、03252195.2、7.3、4.6等。还有具有垂直轴的旋转装置，例如中国专利91109255.2、91229204.0、01143459.7、0224172.8、8.1、5.1，美国专利。438.29

52、万号、联合专利SU127408号等。它们中的大多数只能处理少量的气体。由于电厂烟气量大、单台超重机处理的气体量少、结构复杂等原因，目前国内超重技术脱硫除尘的研究工作只是一些实验性的研究工作。最大气体处理量不超过10000。传统的超重力脱硫除尘设备在处理超过50000 Nm3/h的气体时，需要增大旋转体的半径，这就导致了旋转填料重量的增加和旋转轴的增长。但是，这些结构会带来确定动平衡时的难度、成本的增加，甚至无法制作转轴。此外，在进行脱硫除尘时，由于进气中含有大量的粉尘和酸性气体，旋转的圆盘或筛网各部分的重量往往会因高速摩擦和腐蚀而发生变化，这会破坏高速旋转的稳定性，使加工过程中对设备动平衡的过

53、分重视失去意义。针对这些装置在实际生产中的不足，本研究自行研制了转轴、行星支架、转盘和离合器启动装置，使这项技术能够应用于实际生产。在为全国脱硫除尘市场引入新的处理方法的同时，也降低了用户的投资和运行成本，也达到了节能降耗减排的目的。第2章试验装置和试验方案锅炉烟气必须经过脱硫除尘工艺处理后才能排放。现有的各种脱硫除尘器都有各自的缺点。因此，开发高效节能的新型除尘设备成为人们日益关注的焦点。前人在实验室对超重力在除尘脱硫中的逆流操作做了一些实验研究工作。为了进一步考察超重力设备在实际生产中的脱硫除尘性能，本研究在综合考虑以往专利设计不足的基础上，设计了垂直轴超重力设备及实验方法，并对超重力脱硫

54、除尘设备进行了多方面的测试，包括:除尘效率、脱硫效率、操作液量的影响、超重力机转速的影响、平行流与逆流操作的比较等。2.1试验装置和试验方案测试设备测试装置如图2-1所示。图2-1 碟片式超重机脱硫除尘试验流程示意图2.1.2试验方案简介启动超重机，开启进水水泵，稳定运行15分钟后，打开进气管挡板，控制进水流量，调节进水pH值。超重机采用变频控制，转速/分钟可在0-700转/分之间调节。配水管分两组进行试验，一组在转盘外，另一组在转盘内。旋转圆盘由一组304不锈钢圆盘组成，圆盘间距为10mm，圆盘上有导向装置。圆盘由24根钢柱固定在厚40毫米、直径1100毫米的钢板上，由调速电机驱动，通过传动

55、装置高速旋转，形成超重场。布水管上开有小孔，液体从小孔喷出形成水雾或水膜；与二氧化硫和烟尘反应。德国制造的Testo 335烟气分析仪用于检测进出口处的粉尘和SO2浓度。反应产物从超重床反应器底部排出至灰水沉淀池。腿在液面下50cm，形成一定高度的液封，防止漏气。2.2测试参数的设计为了获得超重机的最佳脱流除尘效果，对常规脱硫除尘器的性能进行了考察，主要从以下几个方面进行考察:(1)进行超重机进气方式实验，探索超重机逆流运行产生的出口烟气压降和含水量测试，为后续设计和测试提供依据。(2)液量对超重机去除效果影响的比较。(3)转速对超重机去除效果影响的比较。(4)考察最佳条件下的脱硫除尘效率。上

56、述试验结果确定了试验中的以下参数:(1)进出口管道中气体的温度和压力(包括取样点的净压力和气体温度):用ST630红外测温仪和U型管差压计测量。(2)进出口管道烟气中粉尘和硫的浓度:采用德国Testo 335烟气分析仪测量。(3)设备的总压降:用U型管差压计测量。(4)液体流量:用转子流量计测量，量程为0 2m3/h(5)超重机转速:由变频器控制(测量前要用光电速度计标定转速)，转速控制在300 500转/分左右。(7)超重机盘的厚度和间距:用直尺测量厚度。由于测试设备庞大，拆卸不便，间距只有两组距离。第一次测试以5毫米的间距进行，随后以10毫米的间距进行测试。2.3超重机的流体动力参数控制(

57、1)干床实验考察气量对设备总压降的影响:设定转速，调节气量，记录设备压力。丢弃数据。气量水平选择为Q = 20，000，40，000，60，000和80，000 m3/h。调节速度水平为:n = 0，235，329，376，470 rpm。考察转速对设备整体压降的影响:在气量不变的情况下，调整超重机的转速，记录设备。总压降数据。转速水平选择为:n = 0，235，329，376，470 rpm。气量调节为:q = 20,000，40000，60000，80000 m3/h(2)湿床实验。在前期干床试验确定的转速和气体体积的基础上，考察液体体积对设备总压降的影响:固定气体体积和转速，调整液体体积

58、的量，记录设备总压降数据。气量调整为:q = 20,000、40000、60000、80000 m3/h；调整水平为:n = 0，235，329，376，470转/分。选择的液位为:L = 0.4，0.6，1.2m3/h。超重机流体力学部分实验旨在考察超重机在实验条件下的运行特性。2.2实验仪器主要仪器(1)盘式超重机脱硫装置(2)气体质量流量计(3)Testo 335烟气分析仪(4)转子流量计；(5)ST630红外测温仪；(6)U形压力测量。2.2.2盘式超重机构制造简介(1)盘式超重机反应器示意图如图2-2所示，其主要结构为:侧面有进气口的筒状立式壳体，壳体中部有立式旋转体，壳体下部有反应

59、产物出口，旋转体中部有导气筒，导气筒顶端连接有除雾器，旋转体侧壁有旋转填料床， 整个旋转体连接有提供动力的变频电机，旋转体上部有六组支撑导轮组成的外接圆，旋转体按照外接圆限定的位置旋转。在导气筒和旋转填料床之间设有多根带孔的液体分布管。旋转体与传动装置的主轴连接，旋转体以锥面的轴与锥面的轴套配合的形式与主轴连接。主轴延伸至导气筒，主轴上端设有与主轴一起转动的叶片。旋转填料床由圆盘交错堆叠形成间隙，圆盘厚0.5毫米，304不锈钢扇形。与现有技术相比，本发明具有以下优点:1.旋转体由六组支撑导轮支撑，使旋转体在两端支撑的状态下旋转，旋转体旋转稳定可靠，可以大大降低旋转体在高速运转时的振动和不稳定性

60、，从而增大旋转体的直径和体积，用于大气处理；2.主轴很短，采用锥形轴面套筒将主轴和旋转体紧固在一起，加工方便，运行可靠，有效解决了动平衡问题；3.采用0.5毫米厚的扇形盘，加工方便，节省材料；4.旋转体上的圆盘呈交错层排列，圆盘之间的间隙为5 10 mm，大大提高了相间反应的效率；5.采用两级除雾装置，一级由主轴驱动的叶片除雾，另一级为常规除雾器，除雾效果更好。叶片还具有增加导气筒内气体动能的作用，对气体起到上推和导向的作用，有利于减少系统的风压损失。图2-2盘式超重机反应器结构图1.机架；2.进气口；3.外壳；4.聚四氟乙烯层；5.转子；6.废液回流出口；7.导气桶；8.进气口；9.除雾器；