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1、超重力技术在锅炉脱硫除尘方面的应用研究毕业论文超重力技术在锅炉脱硫除尘方面的应用研究目录第1章 超重力技术及其发展状况31.1 超重力技术的基本概念51.2超重力技术发展概况61.3 超重力脱硫除尘技术与传统脱硫除尘技术的比较71.3.1国内烟气脱硫现况71.3.2国内烟气脱硫研发及主要应用技术81.3.3国内除尘技术现状121.4目前脱硫除尘技术及设备存在的问题181.4.1脱硫效率相对较低的问题181.4.2磨损、腐蚀、结垢问题181.4.3排烟温度问题181.4.4脱硫产物分离问题191.5超重技术在脱硫除尘中的应用191.6本研究的主要内容20第2章 试验装置及测试方案222.1试验装
2、置与试验方案222.1.1试验装置222.1.2试验方案简介232.2试验参数设计232.3超重机流体力学参数控制242.2实验仪器242.2.1主要仪器242.2.2碟片式超重机构造简介25第3章 超重场的水力学试验及数学模型303.1 填料内喷水操作流体力学特性303.1.1干、湿床实验303.1.2设备调整后的水力学试验323.2建立简单的数学模型343.2.1 液体在碟片内流动情况343.2.2条件简化353.2.2 模型建立363.2 模型研究内容39第4章 操作工艺参数与SO2脱除率的关系研究404.1概述404.2操作工艺参数与SO2脱除率关系的研究和分析404.2.1超重床转速
3、与SO2脱除率关系404.2.2 石灰水流量与SO2脱除率的关系424.2.3 pH值与SO2脱除率关系434.2.4 烟气流量与SO2脱除率关系434.2.5 布水器布置形式与SO2脱除率关系444.3 小结46第5章 操作工艺参数与烟尘去除率的关系研究475.1 概述475.2超重机结构对灰尘去除率的影响485.2.1液气比对灰尘脱除率的影响485.2.2 超重机转速的影响495.4影响超重机除尘效果的因素525.4.1液气比（操作液量）的影响525.4.2转速的影响53第6章 结 论56第7章 不足之处与几点建议587.1 不足之处587.2 几点建议58参考文献：62摘要超重场技术是2
4、0世纪八十年代发展起来的一种利用离心力强化传质与微观混合的新型化工设备。气液在高度湍流下接触，通过强化传质过程，提高传质效率。在以往的工作中，当处理的气量很大时，会使设备的造价非常高。而采用超重场技术就可以达到减小设备体积、降低设备造价的目的。本试验采用一种垂直式超重机处理8万m3/h的锅炉烟气，转子直径仅为1100mm，反应区高度为800mm。本文首先对超重机的进行了水力学试验实验测定。同时，通过理论分析和合理简化提出了流体在床内流动的数学模型。在此基础上，结合实验数据，本文得出了超重机转速、烟气流量、操作液量及pH值与脱硫除尘效率的关系，并对布水器的放置形式与SO2脱除率的关系进行了初步研
5、究。实验结果表明：超重场能够有效强化碱水常压下对燃煤锅炉烟道气中低浓度SO2的化学吸收。通过对反应器的结构及操作参数的调整得出了最佳的反应器结构参数，并对现在的超重机提出了修改意见。关键词：超重场技术超重机气液传质脱硫除尘ABSTRACTHigh-gravity machine, which uses centrifugal force to intensify transfer and mixing related processes, is a new type of high efficiency multiphase contactor. Gas-liquid is forced to
6、 contact by highly turbulent flow. The mass-transfer efficiency is improved in the process of intensifying mass-transfer.In the past woks the cost of equipment was very high when the huge air flow is treated. However the size of equipment and the cost can be reduced by adopted the high-gravity machi
7、ne. A new vertical high-gravity machine is adopted in this experimentation which can treat 8105m3/h flue gas. The primary size of this equipment is 1100mm rotor diameter and 800mm axial length.The hydraulics experiment is firstly tested in this research. At the same time, a math model of the liquid
8、flow in bed is given by theory analysis and logical simplification. The relationship of rotate speed, flue gas flux, water flow and pH value with the efficiency of desulfurization and dedusting is given in this paper. The disposal of the water wipe is also affect the efficiency of desulfurization. T
9、he relationship between them is also given by primary research.Experimental results show that the high gravity machine can efficiently enforce the alkali water chemical absorbability to low concentration SO2 in flue gas on normal pressure. This machine also has a high efficiency on dedusting. The op
10、timal operating parameter is gotten by change the machine configuration and operating mode. The goal of energy saving, consumption reduction and emission reduction can be attained by adopt this machine. At last the modification method about this high gravity machine is given in this paper.Key words:
11、High-gravity technology High-gravity machine Gas-liquid mass-transfer Desulfurization and dedusting第1章 超重力技术及其发展状况1.1 超重力技术的基本概念所谓超重力是指比在地球重力加速度（9.8m/s2）大的多的环境下，物质所受到的力（包括引力和排斥力）。研究超重力环境下的物理和化学变化过程的科学称之为超重力科学。由超重力科学原理而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，在工业上有着重大的应用前景。在超重力环境下，不同大小分子之间的分子扩散和相间传质过程比常规重力场下要快的多
12、，气液、液液、液固两相间在比地球重力场大数百倍至千倍的超重力环境下的多孔介质和孔道中产生流动接触，巨大的剪切力将液体撕裂成微米甚至纳米级的液膜、液丝和液滴，产生巨大的和快速更新的相界面，使相间传质速率比传统塔设备提高13个数量级，微观混合和传质过程得到极大强化。同时，在超重力条件下，不仅是整个反应过程的加快，气体的线速度也得到大幅度提高，这使单位设备体积的生产效率得到12个数量级的提高12。在地球上，旋转是实现超重力环境的最简便方法。这种特殊设计的旋转设备统称为超重力设备，简称超重机（HIGEE），在化工设备中又被称之为旋转填充床（RPB）。利用超重力环境下的高强度传质过程和微观混合特性，我们
13、可以将高达几十米的巨大反应塔等化工设备用高不及两米的超重机进行代替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一项突破性技术，被誉为跨世纪的技术，超重机也被誉为“化学工业的晶体管”。总体而言，超重机具有如下特点：极大的缩小了设备尺寸减轻了重量；极大的强化了物质相间的传递过程；物料在设备内的停留时间极短（100ms1s）；易于操作，易于开停车，维护和检修方便；可垂直、水平或任意方向安装，不怕颠簸，可安装于运动物体；快速而均匀的微观混合等等。而超重力技术在上述超重机的特点上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；由于机内残留量少可应用于昂贵物料或有毒物料的处理；
14、其快速而均匀的微观混合特性又可以用来生产高质量的纳米材料；另外还可以进行选择性吸收分离及聚合物脱除单体等等生产中。超重机是具有广阔的工业应用前景的设备4。1.2超重力技术发展概况超重力技术开发研究始于20世纪70年代末1976年，美国太空署（NASA）征求微重力场实验项目，英国ICI公司（帝国化学公司）Ramshow教授等做了化工分离单元操作蒸馏、吸收等过程中微重力场和超重力场影响效应的研究。在他们的研究中，发现微重力场使控制多相流体动力学行为的浮力因子g接近于零，使相间的相对运动降低，非但对传质没有任何好处，反而极大地削弱了传质过程。在微重力或重力接近于零时，液体的表面张力将起主导作用，液体
15、聚集在一起，组分基本上得不到分离。同时也发现超重力使液体表面张力的作用相对变得微不足道，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，产生出巨大的相间接触面积，因此极大地提高了传递速率系数，而且还使气液逆流操作的泛点速率提高，大大增加了设备生产能力，这些都对分离过程有利。这一研究成果促成了超重力分离技术的诞生。随后引起了美、英、中、俄等国大规模的工业化应用技术研究和开发热潮6。沿着这一思路，ICI 着手进行这方面的研究，设计出可产生2001000g超重力场的旋转填充床。大约两年后，第一套示范装置开始运转。1979年6月27日，公开了超重机方面的第一个专利。后来几年里，又陆续公开了一些
16、专利，从而形成了现代超重机的基本结构和操作方式。1985年第一套超重机售出，该机用于脱除被污染的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包括DuPont公司、DOW化学公司、Glitsch公司、Norton公司、Flour公司、ICI公司、Newcat stle大学、Case Western Reserve 大学、Washington大学、Taxas Austin 州立大学等；重点研究的技术有超重力精馏分离技术(甲醇/乙醇的分离等)、超重力吸收分离技术( 天然气脱硫、分离CO2等)、超重力解吸分离技术(水脱氧、聚合物脱单体、地下污水脱苯/甲苯等)等。近几年在几个化工、能源过
17、程中实现了工业化运行，如1999年美国DOW 化学公司成功地将超重力技术应用于次氯酸的工业生产，展现出广阔的应用前景和重大的经济效益7。国内，1988 年，北京化工大学与美国 Case Western Reserve 大学合作，由Glitsch公司提供超重机主机，在北京化工大学建立了一套实验装置，开始进行超重力技术的基础研究以及用于油田注水脱氧、酵母发酵等应用技术研究。自1989年起，国内超重力技术的研究，连续得到国家有关部委的重点支持，被列为国家“八五”、“九五”、“十五”计划的重点科技研究项目。1990年在北京化工大学建立我国第一个超重力工程技术研究中心，2001年升级为教育部超重力工程研
18、究中心，开展了一系列的创新性研究工作。1998年，国际上首先将超重力水脱氧技术实现商业化应用，将海水处理能力为250t/h的超重机安装于山东胜利埕岛二号平台上，投入了工业化生产6；1999年，和美国 DOW 公司合作，成功的将超重力技术应用于氯碱工业中的气液分离过程；2000年和2001年，先后在广东和山西建立了世界上首条年产3000t和万吨级超重力纳米碳酸钙工业生产线。至此，我国对于超重力技术的开发与工业化应用进入了一个新的阶段，在某些领域走到了世界的前列。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国内烟气脱硫现况烟气脱硫是当今燃煤火电厂控制SO2排放的主要措施。国务院在
19、国务院关于酸雨控制区和SO2污染控制区有关问题的批复（国函【1998】5号文）中规定：新建、改建燃煤含硫量大于1的火电厂，必须配套建设脱硫设施；现有燃煤含量大于1的火电厂，必须在2010年前分期分批建成脱硫设施或采取其它降低SO2排放量的措施。该批复附件中还明确：长江以南、四川与云南以东的14个省、市和自治区总面积为109万平方公里（占国土面积的11.4）的区域规划为酸雨和SO2两控区，在此两控区内，将对工业污染源SO2排放实行分阶段控制。在火电厂烟气脱硫建设初期，国内产业化发展相对滞后。由于技术方面的原因，当时国内烟气脱硫工程所用的设备绝大多数从国外进口，国内负责土建和安装，平均造价高达10
20、002000元人民币/千瓦，严重影响了烟气脱硫工程建设的发展，而且已建成的采用国外进口设备工程在运行中备品备件都需要从国外进口，这样不但增加运行成本，而且备件不能及时更换而影响设备的正常运行。为降低烟气脱硫成本，技术和设备国产化十分必要。2000年2月国家经贸委在关于印发的通知（国经贸资源【2000】156号文）中指出：“烟气脱硫关键技术与设备国产化是降低工程造价、加快火电厂SO2治理速度，提高机电制造企业竞争能力，培育新的经济增长点的需要。”随着产业的发展，目前大部分相关设备已可以国内制造，但关键设备仍需要进口。为促进产业更快发展，2005年5月，国家发展改革委提出了加快火电厂烟气脱硫产业发
21、展的主要任务，即通过三年努力，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、检修、后评估等技术标准、规范；主流烟气脱硫设备的本地化率达到95以上，烟气脱硫设备的可用率达到95以上；建立有效地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对环境保护领域的科学研究和技术开发给予高度重视。国家“十一五规划”也强调加大环境保护力度，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，新建燃煤电厂必须根据排放标准安装脱硫装置，
22、使90的现有电厂达标排放。1.3.2国内烟气脱硫研发及主要应用技术我国烟气脱硫控制技术的研究开发始于60年代初，对燃煤电厂、燃煤工业锅炉和冶金废气开展了烟气脱硫工艺研究、设备研制，取得了实验室小试和现场中试结果。80年代以来，开展了一系列研究、开发和产业化工作。原国家科委组织了“七五”和“八五”公关项目，对国际上现有脱硫技术主要方法进行了研究和实用性工程装置实验；国家自然科学基金委员会设立课题支持脱硫技术的基础研究，取得了很多成绩。国家科技部在“九五”期间，组织“中小锅炉实用脱硫防尘技术与装备研究及产业化”攻关课题，其中包括针对燃煤电厂烟气脱硫技术，采用脉冲电晕等离子体烟气脱硫新技术研究；与此
23、同时，引进了脱硫技术项目，进行示范规模实验和工厂化运行应用。“十五”期间，国家对烟气脱硫提出严格要求，企业大规模引进脱硫技术，烟气脱硫产业快速发展。二氧化硫烟气脱硫技术按工艺特点可分为湿法、半干法和干法两种。1.3.2.1湿法脱硫工艺湿法脱硫目前采用的方法比较多，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二氧化硫发生反应，工艺如图1.1，反应机理4如下：图1.1石灰石石膏法流程图SO2(g) H2O SO2(l) H2OSO2(l) H2OH+ HSO32H+SO32CaCO3 Ca2+ CO32CaO + H2O Ca(OH)2
24、 Ca2+ + 2OHCa2 + SO32 CaSO3CaSO3 + 2H2O + 1/2O2 CaSO42H2O从化学反应过程来看，增加烟气中SO2与浆液的接触时间、提高浆液的循环量、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值对吸收率的影响比较大，所以控制浆液合适的pH值非常重要。从各方面经验数据看，浆液的pH值一般控制在6.98.9，如果低于6时，吸收速度减慢，低于4时，浆液几乎不吸收二氧化硫；根据吸收过程的汽液平衡可知，低温有利于SO2 的吸收。此法在研究和环保上取得了一些成果，但是存在以下几方面问题：工艺流程复杂，投资大，运行费用偏高；当烟气中SO2波动比较大
25、时，石灰石量难以控制，浆液的pH值很难处于最佳状态，生成的CaSO3和CaSO4 容易堵塞管道和设备。所以，此方法比较适合于大型企业进行烟气脱硫。（2）柠檬吸收法9柠檬吸收法是一种吸收低浓度SO2烟气的一种脱硫方法。当含有SO2的烟气通过柠檬酸盐液体时， 烟气中SO2与水发生反应， 生成HSO3- ，其机理如下：SO2 H2O HSO3 HH + Ci3 HCi2H + HCi2 H2CiH + H2Ci H3Ci柠檬酸溶液具有较好的缓冲性能，使溶于水的SO2与H 形成络合物，所以保持溶液最佳pH值是吸收SO2的一个重要条件，根据实验数据表明，pH值大于5的情况下，SO2吸收率在99%以上，在
26、脱析过程中，利用蒸汽加热即可，脱析比较完全。金堆城钼业公司钼炉料部成功应用柠檬酸法进行SO2的烟气治理，主要产品有：液态SO2等。但是这种方法仅适于低浓度SO2烟气，而不适于高浓度SO2气体吸收，应用范围比较窄。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是指喷雾干燥脱硫方法，其是利用机械或气流的力量将吸收剂分散成极细小的雾状液滴，雾状液滴与烟气形成比较大的接触表面积，在气液两相之间发生的一种热量交换、质量传递和化学反应的一种脱硫方法，工艺如图1.2。一般用的吸收剂是碱液、石灰乳、石灰石浆液等，目前绝大多数装置都使用石灰乳作为吸收剂。一般情况下，这种方法的脱硫率65%85%。其优点
27、是脱硫在气、液、固三相状态下进行，工艺设备简单，生成物为固态的CaSO3、CaSO4易处理，没有严重的设备腐蚀和堵塞情况，耗水也比较少。其缺点是自动化要求比较高，吸收剂的用量难以控制，吸收效率不是很高。所以，选择开发合理的吸收剂是解决此方法面临的新难题。图1.2喷雾干燥法脱硫工艺流程1.3.2.3干法烟气脱硫工艺（1）活性炭脱硫法活性炭脱硫是因为单元气体或混合气体的某些成分具有选择吸收性能，利用活性炭多孔的性质吸附烟气中的SO2 并将其氧化成硫酸而储存在活性炭孔隙内的烟气净化技术。改性活性炭优点：吸附容量大，吸附过程和催化转换的动力学过程快，对氧的反应慢，可再生等。最终结果可获得硫酸，液态SO
28、2 和单质硫产品，既可以有效地控制SO2 的排放，又可以回收硫资源，是一种前景较好的脱硫工艺。早期，活性炭吸附法被德国Lurgi公司和日本的日立公司联合开发而成，由于当时的运行成本高，没有推广，后经西安交通大学对活性炭进行了改进，开发出成本低、选择吸附性能强的ZL30、ZL40，进一步完善了活性炭的工艺，使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，这套工艺设备复杂，需多次切换阀门，操作很复杂。总体来说，此方法只适合于小规模、低浓度SO2烟气处理，而且由于水洗会造成水资源的大量消耗，而且造成二次污染，对于我国这样水资源匮乏、环境污染严重的国家不适合推广使用。另外，高昂的活
29、性炭价格也在一定程度上限制了这套工艺的推广应用。（2）金属氧化物脱硫法由于二氧化硫是一种比较活泼的气体，而且科研人员研究许多金属氧化物如：氧化锰、氧化锌、氧化铁、氧化铜等氧化物对二氧化硫具有较强的吸附性，在常温或低温下，金属氧化物对二氧化硫起吸附作用，高温情况下，金属氧化物与二氧化硫发生化学反应，生成金属盐。然后对吸附物和金属盐通过热分解法、洗涤法等使氧化物再生。这是一种干法脱硫方法，虽然没有污水、废酸，不造成污染，但是此方法也没有得到推广，主要是因为脱硫效率比较低，设备庞大，投资比较大，操作要求较高，成本高。所以开发新的吸附剂是我们需解决的新课题。另外，还有炉内喷钙尾部增湿烟气脱硫工艺、烟气
30、循环流化床脱硫工艺、海水脱硫工艺、电子束法脱硫工艺、氨水洗涤法脱硫工艺等等。以上几种二氧化硫烟气治理技术目前应用比较广泛的，虽然脱硫率比较高，但是工艺复杂，运行费用高，防污不彻底，造成二次污染等不足，与我国实现经济和环境和谐发展的大方针不相适应，故有必要对新的脱硫技术进行探索和研究。1.3.3国内除尘技术现状煤作为锅炉使用的主要燃料，送入锅炉内燃烧后，除产生大量的热能外，同时还会产生大量的烟气。烟气是气相物质与固相物质的混合物，如C02、S02、CO、H20、N2、O2和氮氧化物等及烟尘的混合物。为此，我国制定了大气环境质量标准（GB309582）、工业企业设计卫生标准（TJ3679）、锅炉大
31、气污染排放标准（GwPB31999）、燃煤电厂大气污染物排放标准（GB1322391）。在不同燃烧方式下，锅炉的排尘浓度约为：链条炉25g/Nm3，煤粉炉1030g/Nm3，沸腾炉2060g/Nm3。烟气中S02的体积份额如下：链条炉0.70.8%，煤粉炉0.850.9%，沸腾炉0.80.85%，大型火电厂0.20.3%。为了减少有害气体及烟尘之排放量，除了采用新炉型改进燃烧方式外，安装有效的排烟除尘设备是十分有效和重要的措施。锅炉上使用的除尘器有四大类：机械类除尘器（包括重力式、惯性式）、洗涤类除尘器、过滤式除尘器、电除尘器。品种超过27种之多。选用除尘器的原则应根据尘粒的性质及变化（其中包
32、括尘粒分散度、含尘浓度、磨损性等）、烟气的性质（如烟气量、烟温等）、除尘装置的工作特性及适用范围，再结合设备投资、场地情况和当地环保主管部门意见决定。由于国家对大气环境质量要求的提高，为减少二次污染及增加烟尘的利用价值，新建大中型电站锅炉除尘装置多采用电除尘器，烟气脱硫方式也多种多样。常用的除尘器有以下几种。1.3.3.1脉冲清灰袋式除尘器121、概述脉冲清灰袋式除尘器由于过滤风速高、阻力低、结构紧凑，以及钢耗、能耗、投资均少等优点，在国外己占袋滤器市场的主导地位。国内近年来由于炼钢电炉日趋大型化，脉冲清灰袋式除尘器同样向大型化方向发展。我国传统的几种脉冲除尘器都是在线脉冲清灰，喷吹装置阻力高
33、，导致喷吹效果削弱，喷吹气流受到限制，滤袋长度都超不过3m，难以处理大风量烟气。在引进、消化和吸收国外先进技术的基础上，有关单位研究开发出大型长袋脉冲除尘系列产品。“离线脉冲清灰” 技术是目前我国炼钢大电炉除尘系统中采用最多的一种袋式除尘技术.如杭州某钢铁公司80t电炉除尘系统，采用低压脉冲清灰的大型长袋脉冲除尘器，过滤面积11,280m2，处理风量1,130,000m3/h；新疆某钢铁公司70t电炉采用高压脉冲清灰的大型长袋脉冲除尘器，过滤面积11,000m2，处理风量1,100,000m3/h；上海某钢铁有限公司不锈钢电炉除尘系统采用低压脉冲清灰的大型长袋脉冲除尘器，过滤面积15,800m
34、2，处理风量1,200,000m3/h；其过滤风速根据不同的要求，一般在1.3m/min1.6m/min之间。随着该技术的成熟和完善，大型长袋脉冲除尘器在今后电炉除尘系统中的应用将更为普遍。2、大型长袋脉冲除尘器的主要特点（1）采用低压、低耗的直通式从膜片脉冲阀，替代传统的直角结构。直通式脉冲阀启闭快捷，有利于滤袋内迅速增压，提高袋底的压力峰值，增加清灰能力，降低消耗。（2）采用“三状态”离线脉冲喷吹技术，克服了粉尘“再吸附”现象。在线（不停风）脉冲清灰，再吸附的粉尘量约占被清除粉量的60%左右，过滤风速越高，此种现象越突出，只能靠增加喷吹次数，缩短清灰周期来克服：而离线脉冲喷吹技术，有效地克
35、服了“再吸附”现象，可大大延长清灰周期，其压缩空气的耗量也只占“在线”的1/21/3左右，并且过滤风速l.5m/min时，各指标和运行参数都符合规定要求。（3）由于清灰次数降低0.51个数量级，所以可成倍地延长滤袋和电磁脉冲阀的使用寿命，完全可以达到滤袋使用寿命2年以上的指标。（4）提高自动化控制技术，优化清灰制度，使除尘器阻力保持在一定的范围内，发挥附在滤袋表面粉尘层的过滤效果，从而有效提高总除尘效率，排放浓度可控制在30mg/m3以下。（5）除尘器采用分室结构离线检修技术，可使系统在正常工作的情况下实现检修和换袋。（6）除尘器整机结构的优化和采用先进的检测技术，使整机漏风率小，不但有利于保
36、证除尘系统设计风量及节约能源，还有助于设备的稳定运行，减少因漏风引起结露而造成故障，延长使用寿命，使除尘器整体漏风率2%。1.3.3.2陶瓷多管除尘器13陶瓷多管除尘器是由若干个并联的小旋风体组成，当烟气由进气管进入进气室几乎同时均匀地进入小旋风体，使气体旋转，由于重力作用，粉尘被分离进入集尘斗，而烟气被净化，由排气口排出。小旋固体的工作原理与一般旋风除尘器工作原理相似。当烟气由导向器轴向进入旋风体时，气流由直线运动变为圆周运动，旋转的气体沿旋风体内壁呈螺旋状向下朝锥体流动，俗称外旋气流。烟气在旋转过程中产生离心力，将尘粒甩向四壁并下落，旋转下降的烟气外旋气流达到锥体某一位置时，即以相同的旋转
37、方向从旋风体中向由下转而上，俗称内旋气流，内排气管排放排放气室。陶瓷多管除尘器虽然有很多优点，但如果设计、安装和运输不合理，也会产生一些问题。从多年对除尘器的监测结果分析，主要存在以下问题：（1）多管除尘器的旋风体的组合不当，容易造成各旋风体烟气气流分配不均，造成每个旋风体工作量不一。（2）旋风体在安装固定时，密封工序、密封材质差，运转一段后造成泄漏，影响除尘效率。（3）由于设计上的不合理造成除尘器烟气流动阻力增加，流速减慢也是造成除尘器除尘效率下降的主要原因。陶瓷多管除尘器在设计和制造过程中，严格遵循旋风体、导向器、排气管三轴同心，组装时必须采用高压石棉密封固，以保证它的工作性能。否则会随着
38、漏风率的提高而使除尘效率下降，严重时除尘效率为零。1.3.3.3湿式麻石除尘器11湿式麻石除尘器按结构可分为：麻石水膜除尘器；文丘里管麻石水膜除尘器；湿式脱硫除尘喷雾旋流塔；前置塔及主塔、副塔除尘器；喷淋冲击式麻石除尘器；水浴式麻石除尘器；双筒喷淋式麻石水膜除尘器；双筒凝聚湿式旋风除尘脱硫器；两级文丘里管中间沉降室麻石水膜除尘器。还有在麻石水膜除尘器主筒干段加装旋流板以脱除水雾的等等。（1）麻石水膜结构特点：该型除尘装置为早期的水膜除尘器，由主筒、附筒及联结烟道三部分组成。烟气由主筒切向烟气进口进入，进口流速1822m/s；筒体内上升流速3.54.5m/s；除尘器效率90%；除尘器内烟气温降5
39、0左右；除尘器阻力490Pa（50mmH2O）。这种除尘器是利用旋风式除尘的原理，除尘效率90%95%，但对于粒径不大于5m左右的尘粒难以捕集。如果烟气进口温度为160180，除尘器温降50左右，即出口烟温110130，加之O2气体乃是混合于烟气中，即使离心力作用烟气流向壁面也并非能全部与水膜接触，所以可以认为不存在脱除S02气体的能力。如果在水中加入脱硫剂，其脱硫能力仅有30%左右。该种湿式除尘器多应用于燃用低硫煤种的链条炉和往复炉。尘粒分离作用主要在烟气流入口段。上部干段高度应不小于1.5m，烟速在4.5m/s左右。如果速度高于5m/s，则有可能撕破溢流水膜，而使烟气带水，另外水封高度亦应
40、留有足够富余量，保证适应烟气条件的变化。（2）文丘里管麻石水膜除尘器结构特点：该除尘装置由文丘里管、主筒、附筒、联结烟道四部分组成。主筒烟气进口为切向布置。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了文丘里管，其喉部气流速度高达60m/S以上，气流运动是一种强湍流运动，将喷入的水滴雾化并促使烟尘微粒强烈运动，与水雾激烈地碰撞、凝聚，这样可以捕集5m以下微粒并且可以使烟气温度下降至饱和温度，从而烟气增湿。这也就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，煤气温度由470可以很快冷却到54，说明是非常强烈的。由于文丘里管具有这些特点，所以50年代便广泛地应用于
41、冶金、化工等工业中。在锅炉排烟中，烟气温度一般为150180，如果烟气温度下降幅度100以上，则S02气体有可能被脱除极小部分，但是损失了烟气由烟囱排出时的抬升高度，增加了水耗。因此没有必要大幅降低烟温，必须采用脱硫剂。如果在文丘里管喉部喷入加脱硫剂的水，由于雾状水滴表面积很大，和烟气的湍流运动十分强烈，混合充分，在尘粒凝聚、碰撞作用激烈进行的同时，S02气体分子易于扩散至液滴中并实现化学吸收，这个过程是不可逆的，因此文丘里管是一种好的除尘、脱硫与冷却增湿设备，其脱硫率大于80%。二级水膜除尘器主要用于分离已形成的含有尘粒及硫化物的水滴及尘粒，特别是水膜中含有脱硫剂，可进一步吸收S02气体，在
42、重力作用下，经排污口排出。文丘里管除尘对负荷适应能力强，多与煤粉炉、沸腾炉、循环流化床炉配套使用，当然也可用于链条炉及其他炉型。（3）湿式脱硫除尘器喷雾旋流塔结构特点：该型除尘装置由主筒、附筒、联结烟道以及安装于主筒中精制麻石板砌成的多层旋流板装置构成。这种除尘器70年代便应用于化工工业。它采用旋流板结构来进行除尘和除雾。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，液滴与尘粒同时被旋流所产生的离心力甩向塔壁，因重力作用，水与粘附上的尘粒沿塔壁下流到下一级，烟气中未被粘附的尘粒继续被用同样的方法粘附，最后经排污口排走。通常旋流板式结构为多级配置。旋流板用于除尘时，使用内向板；而作为
43、除雾作用时采用外向板。对于含尘量大的烟气的适应能力如何不清楚。采用脱硫剂后，可以脱除部分S02。该型除尘器的构造复杂，制作费用较高，耗水量及耗电量比其他除尘器如文丘里管式除尘器大。（4）前置塔及主塔、副塔除尘器结构特点：该型除尘器装置由前置塔、主筒、附筒、联结烟道组成，在前置塔内安装多排喷头。这种除尘器利用复喷与复挡的原理。所谓复喷就是利用多排喷射，增加气相中液固相的撞击机会。使液滴与尘粒多次撞击，充分利用雾化液滴的速度来造成很高的气液相对速度，促使尘液两相微粒凝聚。在复喷除尘时，气流速度为2030m/S，水的喷射速度为2030m/s。复挡安装于复喷后，进行烟气除沫，当然在该除尘器中己不采用旋
44、风器这种形式，而是采用使烟气流经过曲折的通道的方式。如在水中掺入脱硫剂，在除尘的同时也可以脱除SO2气体。在锅炉除尘系统中，这种结构应用较少，曾用于沸腾炉除尘。1.3.3.4电除尘器14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。以板式为例，电除尘器的工作原理是在两个曲率半径相差很大的金属极上（即沉淀极和电晕极）通以高压直流电，则在两极间形成强度分布不均匀的电场，离电晕极越远，电场强度越强；继续升高两极间电压，电场强度也随之增大，当电晕线附近的一个很小区域内（一般为23mm）电场强度大至某一值时，金属线附近的游离子在电场作用下被加速至很高速度，并在运动中与中性气体相碰撞
45、，使中性气体分子转变为正离子和电子，此时用肉眼可以观察到金属线的表面有蓝色的火点，且从金属电极发出哩喳声和嚼啪的爆炸声，这种现象称之为电晕现象，而此金属线被称之为电晕线。在金属附近的气体电离区称为电晕区，电晕区的离子数可在107离子/cm3以上。发生电晕时的电压称为临界电压，若继续增加两极的电压，电晕区也随之增大；电收尘就是籍助于电极发生电晕极电时，在电晕一极产生的离子沿着电力线方向向另一电极运动，在电极间通过的含尘气体中粉尘粒子被运动着的离子吸附，使粉尘带电，并沿电力线运行，向另一电极沉积。极板主要起沉积粉尘作用。工作过程可分为四个阶段：电晕极附近的气体电离，产生电子、正离子、负离子；使含尘
46、气体中的悬浮尘粒带电；大多数粉尘向沉淀极运动；经振打将粉尘收集于灰斗中。除尘器的外壳采用钢板焊接而成，含尘气体从进口喇叭处被吹入，即进入电场，粉尘带电后，向极板沉积，然后经阴阳极振打锤击打落入灰斗之中。电除尘器还需附属设备，如保温箱、电机、减速机等。保温箱内设有加热器和温度控制器，若出现电晕极框架的支撑绝缘套管周围的温度过低的情况，则其表面会产生冷凝水汽。在电除尘器工作时，冷凝水汽沿绝缘套管表面产生放电，致使电压不能上升，以至无法正常供电。保温箱的设置则可以保证电除尘器的正常工作温度，而对于户外式的电除尘器来说尤为重要。电机、蜗轮减速机则用于振打装置。1.4目前脱硫除尘技术及设备存在的问题1.
47、4.1脱硫效率相对较低的问题通过对上述一些湿式脱硫除尘设备机理的简述可以发现：吸附烟气尘粒和吸收烟气中二氧化硫的气液接触面积是相同的，液滴的表面张力、重力、惯性力对烟气尘料的捕集吸附非常有效，而对脱硫几乎不起作用，只能增大气液接触面积，烟气中的主流气距离液滴较远，二氧化硫难以靠扩散作用到达液面，而且烟气中_的SO2 浓度很低，除尘器很难做到脱硫除尘同步高效，所以在保证烟尘排放达标的同时提高脱硫效率是技术发展的关键。1.4.2磨损、腐蚀、结垢问题利用湿法同时去除烟尘和二氧化硫，不可避免地同时存在磨损、腐蚀、结垢问题，特别是磨损、腐蚀相互促进，使解决问题的难度加大。烟气中存在大量尘粒，必然会对烟道、除尘器甚至风机造成磨损；而湿法脱硫除尘设备中洗涤液呈酸性或呈碱性，如果除雾器(脱水器) 配置不当，酸性蒸气流又必然会腐蚀烟道、除尘器或风机；钙质脱硫剂过量，洗涤液的PH 值过高，促进了烟气中CO2 吸收，生成了过多的碳酸钙、硫酸钙等沉淀物质，结垢于烟道、除尘器、风机叶片上，同样会破坏除尘器工作工况，使阻力增大、风机带水、恶化处理效果，所以必须引起足够的重视。1.4.3排烟温度问题烟气排放要求高于露点温度（约60 左右）10 20 ，同时要求烟囱出口排烟速度在2