李 堅， 王 川， 呂瑞彤

(北京工業(yè)大學區(qū)域大氣復合污染防治北京市重點實驗室， 北京 100124)

近幾年，我國對鋼鐵行業(yè)的污染物排放實行了更為嚴格的標準[1-2]，在2019年4月頒布的《關于推進實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》[3]中提出，燒結機機頭、球團焙燒煙氣顆粒物、SO2、NOx排放質(zhì)量濃度小時均值分別不高于10、35、50 mg/m3. 嚴格的標準將有力地促進鋼鐵企業(yè)實行超低排放改造和推動除塵脫硫脫硝排放控制技術的發(fā)展，如何進一步控制和削減煙氣中SO2和粉塵等污染物的排放也成為大氣污染防治工作中的重要環(huán)節(jié). 多種污染協(xié)同處理技術也是我國各科研院所和環(huán)保行業(yè)研究的熱點之一，該技術是指在一個反應設備內(nèi)實現(xiàn)2種或者2種以上的多種污染物的同時脫除，或者為下個單元要脫除的污染物創(chuàng)造有利條件，實現(xiàn)在盡量少的設備中聯(lián)合高效脫除煙氣中的污染物. 針對我國越來越嚴格的煙氣排放標準，具有高效、穩(wěn)定運行性能的煙氣脫硫脫硝一體化技術將是我國煙氣治理技術的重要發(fā)展方向.

本實驗采用干法管道噴射碳酸氫鈉脫硫技術[14]與布袋除塵技術相結合進行研究，前期研究發(fā)現(xiàn)總體脫硫效率較普通干法脫硫有一定的提高，但裝置噴射段脫硫效率遠低于過濾段，脫硫效果距達到國家超低排放標準仍有一定距離. 為進一步提高脫硫效率，本文著力對脫硫除塵一體化裝置的管道部分進行改進，在管道前端添加了文丘里管，通過改進噴射段的脫硫效率而提高一體化裝置的整體效率，旨在研究出一種高效、較為經(jīng)濟、切實可行的脫硫除塵一體化裝置，為實現(xiàn)多種污染物協(xié)同處理奠定基礎.

1 文丘里管結構設計

為保證在相同實驗氣量下，喉管處達到不同風速，本文通過改變文丘里喉管的直徑和長度設計2個不同尺寸的文丘里管.

1.設計參數(shù)

處理風量為55 m3/h，煙氣溫度為130～200 ℃，粉塵成分為滑石粉(泉州市旭豐粉體原料有限公司)、NaHCO3(天津市福晨化學試劑廠)，粉塵質(zhì)量濃度為0～2 000 mg/m3，進口/出口管徑為32 mm.

2.文丘里管結構設計

1) 收縮管進氣端截面積/擴張管出氣端截面積

(1)

式中：A1為收縮管進氣端截面積，m2；A2為擴張管出氣端截面積, m2；D為管道直徑，m.

2) 喉管直徑

(2)

式中：D0為喉管直徑，m;Q為煙氣流量，m3/h;v0為喉管設計風速，m/s.

3) 收縮角與擴張角

收縮角α1=15°，擴張角α2=7°.

4) 收縮管和擴張管長度

(3)

(4)

式中：L1為收縮管長度，m;L2為擴張管長度，m;α1為擴張角，15°;α2為擴張角， 7°.

5) 喉管長度

(5)

式中L0為喉管長度，m.

當實驗風量為55 m3/h時， 1#文丘里管喉管處能達到設計風速40 m/s，2#文丘里管喉管處達到設計風速86 m/s.

文丘里管主要由收縮管、喉部、擴張管3個部分組成，如圖1所示，各部分由304不銹鋼材質(zhì)制成，具有良好的耐壓耐高溫特性. 文丘里管結構參數(shù)見表1，管徑比表示喉管與管道直徑的比值，L1、L0、L2分別表示收縮管、喉管、擴張管的長度. 2個文丘里管的收縮角、擴散角相同，1#文丘里管的管徑比為0.63，2#文丘里管的管徑比為0.47. 本實驗中，文丘里管安置在水平管路中管式爐的后端，進口煙氣采樣口的前端.

圖1 文丘里管示意圖Fig.1 Schematic diagram of the Venturi tube

表1 文丘里管結構參數(shù)

2 反應原理

2.1 文丘里管的原理

文丘里管作為一種混合裝置，被廣泛地應用于氣固流動領域. 劉宗明等[15]曾通過實驗驗證了文丘里管可用于測量氣固兩相流的流量. 煙氣通過管道進入文丘里管的收縮管之后，氣流速度隨著截面積的減小而增大，在喉管處截面積最小，氣流的速度最大，氣流的壓力能逐漸轉化為動能，即喉管處的動能最大，靜壓降到最低值. 當煙氣經(jīng)過喉管流向擴散段時，氣流又隨著截面積的增大而減小，煙氣速度逐漸恢復. 氣體經(jīng)過喉管時速度最高，一般為40～180 m/s. 此時文丘里管內(nèi)部處于湍流狀態(tài)時，沿氣體運動方向，文丘里管內(nèi)部壓力逐漸降低，大量碳酸氫鈉和煙氣進入，并隨氣流一起進入喉管內(nèi)開始混合，碳酸氫鈉和粉塵進入文丘里管中會發(fā)生碰撞效應，碰撞主要表現(xiàn)為顆粒與顆粒之間的碰撞和顆粒與管壁的碰撞，增加顆粒與煙氣之間的接觸，從而提高脫硫效率.

2.2 脫硫原理

在采用干法管道噴射碳酸氫鈉+布袋除塵技術脫除SO2時，整個實驗反應過程由管道噴射段脫硫和布袋除塵器濾袋表面的過濾段脫硫2個部分組成. 第1階段為管道噴射部分，氣溶膠發(fā)生器通過壓縮空氣在噴嘴處形成的高速氣流同時分散湍流氣體的剪切力，將脫硫劑和粉塵在噴嘴中細化分散而形成氣溶膠，進而噴射到管道中去. 脫硫劑和SO2氣體通過文丘里管在管道內(nèi)高速流動，充分混合并發(fā)生一系列的氣固非催化反應來實現(xiàn)二氧化硫初步的脫除，主要化學反應為

NaHCO3+SO2→Na2SO3+2CO2+H2O

(1)

2NaHCO3→Na2CO3+CO2+H2O

(2)

Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO2

(3)

Na2SO3+1/2O2→Na2SO4

(4)

第2階段是布袋除塵器濾袋的過濾部分，濾袋捕集到的碳酸氫鈉、粉塵和硫酸鹽等物質(zhì)會在濾袋表面形成一個過濾層，在其表面粒子的反應和聚集是一個動態(tài)過程類似一個可變深度反應床，促進脫硫反應的發(fā)生. 脫硫反應過程主要為碳酸氫鈉與SO2發(fā)生反應，以及分解產(chǎn)物碳酸鈉直接與SO2反應生成NaSO3. 碳酸氫鈉受熱易分解，當溫度高于80 ℃時開始分解，表面發(fā)生活化反應. 當溫度高于140 ℃時，碳酸氫鈉與SO2能夠直接反應；當溫度在86～140 ℃時，碳酸氫鈉會生成一種中間產(chǎn)物Na2CO3與SO2反應生成亞硫酸鹽[17-18]；最后，亞硫酸鹽與氧氣反應生成硫酸鹽.

3 方法與材料

3.1 實驗方法

干法管道噴射脫硫除塵一體化裝置如圖2所示，整個實驗系統(tǒng)由加熱系統(tǒng)、粉塵發(fā)生系統(tǒng)、文丘里管、脫硫管道、布袋除塵器、引風機以及煙塵檢測系統(tǒng)組成. 其中煙氣管道長2 m，布袋除塵器過濾方式為外濾式，內(nèi)含4條濾袋，總過濾面積為1.3 m2. 實驗過程中的風量可調(diào)，當風量為55 m3/h時，過濾風速為0.7 m/min，煙氣在管道中停留時間約為0.1 s. 煙塵檢測系統(tǒng)包括氣態(tài)污染物的采集和顆粒物的采集，所用儀器分別為：Testo350煙氣分析儀、MRU- MGA5 紅外煙氣分析儀、嶗應3012H型自動煙塵采樣儀.

1—氣溶膠發(fā)生器；2—轉子流量計；3—管式爐；4—測溫點；5—文丘里管；6—進口煙氣采樣口；7—管道測溫點；8—箱體測溫點；9—布袋除塵器主體；10—出口煙塵、氣采樣口. 圖2 脫硫除塵一體化實驗裝置流程圖Fig.2 Desulfurization and dust removal integrated experimental device of the experimental set-up

實驗時，通過管式爐和伴熱帶將裝置溫度升至設定溫度(130～200 ℃)，溫度由熱電偶實時測定，測溫點見圖2. 調(diào)節(jié)轉子流量計向裝置內(nèi)通入所需濃度SO2氣體；將球磨細化的碳酸氫鈉和滑石粉混合均勻后倒入氣溶膠發(fā)生器(TopasSAG- 420)的給料斗中，以壓縮空氣作為載氣將粉塵噴射到管道中；在引風機的作用下，氣溶膠態(tài)的脫硫劑和粉塵、SO2氣體在管道中充分混合均勻，經(jīng)過布袋除塵器凈化后的氣體經(jīng)過風機排出.

實驗參數(shù)：煙氣處理量為55 m3/h(過濾氣速0.7 m/min)，煙氣溫度為130～200 ℃，入口SO2質(zhì)量濃度為1 000～2 000 mg/m3，粉塵質(zhì)量濃度為1 000 mg/m3，鈉硫比為1.2～2.0. 鈉硫比計算公式為

(6)

式中：Na/S為脫硫劑與 SO2的當量比；nA為NaHCO3的摩爾流量，mol/min；n(SO2)為SO2的摩爾流量，mol/min.

脫硫效率計算公式為

(7)

式中：η(SO2)為SO2去除效率，%；ρ(SO2)in為進口SO2氣體質(zhì)量濃度，mg/m3；ρ(SO2)out為出口SO2氣體質(zhì)量濃度，mg/m3(裝置密封性好，經(jīng)測試漏風率<3%，認為裝置進口氣量與出口氣量相同，此時脫硫效率可用質(zhì)量濃度公式進行計算).

3.2 實驗材料

本實驗用SO2鋼瓶氣模擬污染氣體，用滑石粉模擬工業(yè)粉塵，通過LS13320 激光粒度儀(Beckman coulter)測定其粒徑分布(見圖3). 將球磨后的碳酸氫鈉作為脫硫劑，實驗過程中使用的碳酸氫鈉需要用球磨機在不同球料比的條件下進行球磨，本實驗所需碳酸氫鈉粒徑主要為1.57、52.79 μm，其粒徑分布情況如圖4所示.

圖3 滑石粉粒徑分布Fig.3 Particle size distribution of talcum powder

圖4 NaHCO3粒徑分布Fig.4 Particle size distribution of NaHCO3

根據(jù)煙氣酸性較強的特點，濾料[19]選用PTFE基布、PPS纖網(wǎng)制成的針刺氈制作濾袋. PPS纖維的耐酸、耐堿、耐水解性能優(yōu)，耐溫220 ℃以上，單位質(zhì)量≥530 g/m2，有效使用壽命≥30 000 h，布袋經(jīng)PTFE覆膜之后，耐酸堿腐蝕性好. 經(jīng)過脈沖清灰[20]之后，布袋除塵器能夠正常運行，處理后的氣體達標排放.

4 結果與討論

4.1 粒徑對脫硫效率的影響

實驗時使用的脫硫劑為球磨細化的碳酸氫鈉粉末，顆粒粒徑分別為D50=1.57 μm和D50=52.79 μm. 在溫度為150 ℃、入口SO2質(zhì)量濃度為1 000 mg/m3、過濾氣速0.7 m/min、鈉硫比為1.5的條件下探究粒徑對脫硫效率的影響. 未添加文丘里管時，脫硫效率如圖5所示，當脫硫劑粒徑為1.57 μm時，脫硫效率能達到85%，要優(yōu)于粒徑為52.79 μm時77.5%的脫硫效率，表明較小顆粒的碳酸氫鈉與SO2反應更加充分. 相同條件下，將1.57 μm和52.79 μm的NaHCO3在添加有1#文丘里管的裝置上分別進行相關實驗，實驗結果如圖6所示. 當脫硫劑粒徑為52.79 μm時，脫硫效率在原來77.5%的基礎上提高10%，達到87.5%，此時，脫硫效率優(yōu)于不加文丘里時脫硫劑粒徑為1.57 μm時的脫硫效率；當脫硫劑粒徑為1.57 μm時，脫硫效率較未添加文丘里時的87.5%提升至92.5%. 證明文丘里管的添加能夠促進脫硫反應的發(fā)生，提高碳酸氫鈉利用率.

圖5 未添加加文丘里管時，粒徑對脫硫效率的影響Fig.5 Effect of particle size on desulfurization efficiency without adding Venture tube

圖6 添加文丘里管時，粒徑對脫硫效率的影響Fig.6 Effect of particle size on desulfurization efficiency when adding Venturi tube

用碳酸氫鈉進行煙氣干法脫硫屬于氣- 固非催化反應，其復雜性在于它是由SO2氣體在碳酸氫鈉顆粒孔內(nèi)擴散、反應氣體在產(chǎn)物層內(nèi)擴散以及反應氣體和碳酸氫鈉進行界面化學反應等3個過程形成[19]. 對碳酸氫鈉進行SEM測定，觀察其表面微觀結構，當掃描電鏡粒徑放大1 000倍時, 1.57 μm和52.79 μm的碳酸氫鈉大小如圖7所示. 碳酸氫鈉粒徑大小不同，其所具有的比表面積也不同，甚至能產(chǎn)生幾十倍的差異. 粒徑為1.57 μm的碳酸氫鈉顆粒更加細小，小顆粒的碳酸氫鈉具有更大的表面積和高反應活性，受熱分解會產(chǎn)生瞬時霧化現(xiàn)象，加快氣- 固非催化反應的每個過程，提高了脫硫劑的利用率. 而文丘里管的存在使管道內(nèi)形成一個湍流的狀態(tài)，進一步加快了脫硫反應的進行. 程攀攀等[21]對粉塵顆粒在圓形管道中的模擬研究結果表明：在顆粒物一定粒徑范圍內(nèi)，顆粒物粒徑增大，對管道中的湍流影響變?nèi)?，粉塵在管道內(nèi)停留時間減小. 因此，粒徑為52.79 μm的碳酸氫鈉沉積率相比較而言較大，受湍流影響比較小，在管道內(nèi)的停留時間減少；而粒徑為1.57 μm的碳酸氫鈉顆粒的沉積率較小，受湍流影響較大，在管道內(nèi)的停留時間較長，使脫硫劑與SO2充分接觸反應. 因此，文丘里管的添加和碳酸氫鈉的粒徑大小都是提高脫硫效率的重要因素,實驗中脫硫劑選擇為粒徑為1.57 μm的碳酸氫鈉粉末為最佳.

圖7 不同粒徑碳酸氫鈉的SEM圖Fig.7 SEM of NaHCO3 with different particle sizes

4.2 溫度對脫硫效率的影響

煙氣溫度對脫硫反應的發(fā)生有重要影響，在過濾氣速為0.7 m/min、脫硫劑粒徑D50=1.57 μm、入口SO2質(zhì)量濃度為1 000 mg/m3、鈉硫比為1.5時，反應溫度為130～200 ℃的條件下進行相關實驗. 添加文丘里管前后脫硫效率隨溫度的變化趨勢不變(見圖8)，隨著溫度的升高，脫硫效率都呈先升高后緩慢降低的趨勢. 最佳脫硫效率均出現(xiàn)在150 ℃，不添加文丘里管時脫硫效率為84%；添加1#文丘里管(喉管風速為40 m/s)的一體化裝置的總體脫硫效率為92%；添加 2#文丘里管(喉管風速達到86 m/s)時脫硫效率能達到96%，添加2#文丘里管的一體化裝置脫硫效率在每個溫度條件下較無文丘里管時都提高了20 %左右. 通過圖9可以看出：文丘里喉管處風速提高，噴射段的脫硫效率也逐漸提高，溫度對噴射段脫硫效率的變化趨勢表現(xiàn)得不明顯. 當文丘里喉處管風速為86 m/s時，噴射段脫硫效率較無文丘里管時在每個溫度條件下都提高了20 %左右，說明安裝文丘里管之后的一體化裝置的總脫硫效率的提高主要來自噴射段脫硫效率的提高，過濾段脫硫效率增加幅度較小，甚至降低.

圖8 溫度對脫硫總效率的影響Fig.8 Total removal of SO2 as a function of temperature

圖9 噴射段- 過濾段的脫硫效率Fig.9 SO2 removal of injection and filter sections

脫硫除塵一體化裝置添加文丘里管之后，總體脫硫效率出現(xiàn)明顯提高，而文丘里喉管處風速提高有助于提高噴射段的脫硫效率，主要是因為碳酸氫鈉和粉塵在文丘里管中發(fā)生的碰撞效應增強，進而促進噴射段脫硫反應的發(fā)生. 脫硫效率隨溫度的變化仍保持先升高后降低再趨于平穩(wěn)的變化趨勢，碳酸氫鈉的化學性質(zhì)并沒有因為文丘里管的添加而發(fā)生改變，溫度仍是影響其分解速率的重要因素. 為了探究碳酸氫鈉的熱分解特性，在氣氛為高純N2、氣體流量100 mL/min、溫度由室溫升至200 ℃、升溫速率10 ℃/min、常壓的條件下對粒徑1 μm的碳酸氫鈉進行熱重分析. 結果如圖10所示：碳酸氫鈉受熱易分解，當溫度上升至80 ℃時就開始分解，在185 ℃左右反應基本完成； 135 ℃時碳酸氫鈉自身熱分解速率最大；這與趙傳文等[23]對碳酸氫鈉分解規(guī)律研究分析結果一致. 在實驗溫度130～200 ℃時，隨著溫度的升高，碳酸氫鈉分解速率呈先加快后減慢的趨勢，當實驗溫度達到185 ℃時，碳酸氫鈉的熱分解基本完成. 低溫更有助于碳酸氫鈉分解成碳酸鈉，由于該反應過程放熱，SO2的吸收速率與碳酸鈉的生成速率更接近，孔隙體積的產(chǎn)生也更充分，所以促進了脫硫反應的進行，當溫度高于140 ℃,隨著溫度的升高，碳酸氫鈉的分解速率降低，反應活性減弱，脫硫效率逐漸降低. 而本實驗中碳酸氫鈉與SO2的反應是一個動態(tài)過程，所以最佳脫硫效率均出現(xiàn)在150 ℃.

圖10 NaHCO3熱分解失重和失重速率曲線圖Fig.10 TG and DTG of NaHCO3

4.3 粉塵對脫硫效率的影響

鋼鐵行業(yè)煙氣中往往含有一定質(zhì)量濃度的粉塵，為了模擬工況條件，本文用滑石粉模擬工業(yè)粉塵開展實驗研究. 在相同實驗條件下將脫硫劑與滑石粉混合均勻后噴入一體化裝置中，粉塵質(zhì)量濃度為1 000 mg/m3，在130 ℃到200 ℃的條件下探究添加粉塵之后溫度對脫硫效率的影響規(guī)律. 實驗結果如圖11所示：SO2的去除效率隨溫度的增加呈現(xiàn)出先增加后降低再升高的趨勢，其變化趨勢與僅噴射碳酸氫鈉時的脫硫規(guī)律基本保持一致. 無文丘里管時，脫硫效率較僅噴射脫硫劑時提高了8%左右，在150 ℃時，脫硫效率能夠達到92%；而添加文丘里管后，脫硫效率的提高幅度較小，文丘里喉管風速為40 m/s和86 m/s時，最佳脫硫效率分別能夠達到95%和96%. 由圖12可以看出，添加粉塵之后，噴射段和過濾段的脫硫效率較未添加粉塵時都有所提高. 因此，對于脫硫除塵一體化裝置來說，添加粉塵有助于提高脫硫效率；添加文丘里管之后進一步提高了脫硫效率，但文丘里喉管風速的提高對脫硫效率的影響很小. 顆粒質(zhì)量濃度及其分布是引起湍流變動的關鍵參數(shù)和充分條件.

圖11 添加1 000 mg/m3粉塵，總SO2去除效率 Fig.11 Total removal of SO2，after adding dust of 1 000 mg/m3

圖12 添加1 000 mg/m3粉塵，噴射段和過濾段脫硫效率Fig.12 SO2 removal of injection and filter sections， after adding dust of 1 000 mg/m3

Farber[24]研究表明，文丘里管內(nèi)顆粒相的存在會引起擴張管內(nèi)部端流程度增加，顆粒速度因表觀氣速的增加而進一步增大，帶來更強的湍動程度. 添加粉塵之后，管道中的顆粒物濃度增加，當粉塵通過文丘里管時，粉塵的運動速度增加，湍動程度更強，使SO2和碳酸氫鈉接觸得更加充分，促進了噴射段脫硫反應的發(fā)生. 對過濾段來說，隨著實驗的進行，碳酸氫鈉、粉塵和硫酸鹽等物質(zhì)會在布袋除塵器濾袋表面形成一個過濾層，在其表面粒子的反應和聚集過程類似一個高度逐漸增加的反應床，濾袋阻力增大，增加了SO2在箱體內(nèi)的停留時間，促進脫硫反應的發(fā)生.

4.4 鈉硫比對脫硫效率的影響

鈉硫比是影響脫硫反應發(fā)生的重要參數(shù). 在溫度為150 ℃、入口SO2質(zhì)量濃度為1 000 mg/m3、過濾氣速為0.7 m/min、碳酸氫鈉粒徑D50=1.57 μm的條件下，探究鈉硫比對脫硫效率的影響. 從圖13中可以看出，當鈉硫比小于等于1.6時，脫硫效率隨著鈉硫比的增加呈增加趨勢；當鈉硫比大于1.6時，脫硫效率增加幅度緩慢，基本保持穩(wěn)定. 添加文丘里管之后，當文丘里喉管處風速達到86 m/s時(添加2#文丘里管)，最佳脫硫效率均能夠達到96%，較不添加文丘里管時提高了8%左右. 從整體來看，當鈉硫比小于1.8時，增加喉管速度能夠提高脫硫效率；當鈉硫比大于1.8時，文丘里喉管風速提高，脫硫效率的增加幅度卻逐漸減弱，僅為2%左右. 從化學反應理論上來說，當鈉硫比小于1.0時,提供的碳酸氫鈉的量不能滿足與煙氣中SO2的反應,這時脫硫效率完取決于噴入的碳酸氫鈉的量. 而增加碳酸氫鈉的量,即鈉硫比大于1.0時,碳酸氫鈉的利用率卻在不斷下降，脫硫效率呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢，直至不再增加.

圖13 鈉硫比對脫硫效率的影響Fig.13 SO2 removal as a function of ratio Na/S

從圖14中可以看出，文丘里喉管風速為40 m/s時，噴射段脫硫效率較不添加文丘里管時提高了8%；文丘里喉管風速為86 m/s時，噴射段脫硫效率較文丘里管風速為40 m/s時提高了4%；而過濾段脫硫效率略有降低. 文丘里喉管風速的提高有助于促進噴射段脫硫反應的發(fā)生，當喉管處風速提高，碳酸氫鈉粉末進入文丘里管中，顆粒與壁面的碰撞、顆粒與顆粒之間的碰撞更加激烈，碳酸氫鈉與SO2氣體之間的氣固反應更加充分，從而提高了脫硫劑的利用率[22]. 從經(jīng)濟、實用的角度考慮，當添加1#文丘里管改進裝置、鈉硫比選擇為1.6時，能夠高效地發(fā)揮出碳酸氫鈉的脫硫效率，實現(xiàn)脫硫除塵一體化裝置高效、低消耗、低投資的目標.

圖14 噴射段鈉硫比對脫硫效率的影響Fig.14 SO2 removal as a function of ratio Na/S of injection section

4.5 進口SO2質(zhì)量濃度對脫硫效率的影響

在溫度150 ℃、鈉硫比1.5、過濾風速0.7 m/min、碳酸氫鈉粒徑D50=1.57 μm、不同SO2進口質(zhì)量濃度(1 000～2 000 mg/m3)的條件下進行相關實驗. 實驗結果如圖15所示. 不添加文丘里管時，脫硫效率保持在85%左右；當添加文丘里喉管風速為40 m/s(1#文丘里管)時，脫硫效率較不添加文丘里管時提高了5%，維持在90%左右；當添加文丘里喉管風速為86 m/s(2#文丘里管)時，裝置脫硫效率能夠達到94%. 文丘里管的添加能夠提高裝置的脫硫效率，而且隨著文丘里喉管處風速的提高，脫硫效率也增加. 入口SO2質(zhì)量濃度會影響脫硫反應中的化學反應速率，但對于此套一體化裝置來說，進口SO2質(zhì)量濃度的變化對其脫硫效率影響可以忽略不計.

圖15 進口SO2質(zhì)量濃度對脫硫效率影響Fig.15 SO2 removal as a function of inlet SO2 concentration

增加SO2質(zhì)量濃度使得SO2與碳酸氫鈉反應時的氣固傳質(zhì)阻力增大,引起總傳質(zhì)阻力的增加. 因此盡管SO2質(zhì)量濃度增加,提高了煙氣中SO2氣體分壓力,SO2傳質(zhì)推動力也隨之增加,但吸收速率增加的幅度必然要小于質(zhì)量濃度的增長比例. 因此,進口SO2質(zhì)量濃度變化對脫硫除塵一體化裝置的脫硫效率的影響很小.

4.6 布袋除塵器除塵效率測試

在過濾氣速0.7 m/min、溫度150 ℃、粉塵質(zhì)量濃度1 000 mg/m3、更換不同的文丘里管的條件下，對布袋除塵器的除塵性能進行了探究，實驗結果如圖16所示. 添加文丘里管對布袋除塵器的除塵效率無明顯影響，除塵效率均能達到99.9%以上. 影響布袋除塵器除塵效率的主要因素為過濾風速、粉塵濃度、濾袋材質(zhì)等，結合實驗數(shù)據(jù)分析可得，文丘里管的添加在保證布袋除塵器除塵效率的基礎上，有助于提高脫硫效率.

圖16 除塵效率Fig.16 Dust removal efficiency

5 結論

本文通過添加文丘里管對干法脫硫除塵一體化裝置進行改進，探究脫硫除塵一體化裝置優(yōu)化改進后，溫度、鈉硫比、入口SO2質(zhì)量濃度、 NaHCO3粒徑和粉塵質(zhì)量濃度等因素對裝置脫硫除塵性能的影響. 實驗結果表明：

1) 添加文丘里管能夠有效提高干法脫硫除塵一體化裝置的脫硫效率，隨著喉管處風速的提高，脫硫效率也不斷提高，且布袋除塵器的除塵效率不被影響，仍然保持在99.9%以上.

2) 添加文丘里管之后，較小粒徑的NaHCO3會進一步促進脫硫反應的發(fā)生；當添加1#文丘里管時，噴射粒徑為1.57 μm的NaHCO3，裝置脫硫效率提高了10%.

3) 在溫度130 ℃～200 ℃時，脫硫效率隨著溫度的增加呈先升高后降低再緩慢上升的趨勢，添加文丘里管之后，脫硫效率隨溫度的變化趨勢相同，最佳脫硫效率均出現(xiàn)在150 ℃. 當安裝的文丘里喉管處風速達到86 m/s，在150 ℃時脫硫效率為96%；加入1 000 mg/m3粉塵后，進一步促進脫硫反應的發(fā)生，此時脫硫效率能夠達到97%. 文丘里喉管處風速為40 m/s，在150 ℃時脫硫效率為92%；加入1 000 mg/m3粉塵后，脫硫效率能夠達到94%.

4) 添加文丘里管之后，當鈉硫比小于等于1.6時，脫硫效率隨著鈉硫比的增加而增加，當文丘里喉管速度為86 m/s時，最佳脫硫效率均能夠達到96%，較文丘里喉管速度為40 m/s時提高了4%左右. 當鈉硫比大于1.6時，脫硫效率基本保持穩(wěn)定.

5) 文丘里喉管風速的提高有助于促進管道脫硫反應的發(fā)生，提高噴射段脫硫效率. 但文丘里喉管風速越高，其阻力也越大，過高的阻力容易磨損文丘里管，導致?lián)p壞. 因此選擇喉管風速40 m/s的文丘里管，不僅能實現(xiàn)提高管道噴射段的脫硫效率，也能保證裝置穩(wěn)定運行，為實現(xiàn)多種污染物協(xié)同處理奠定基礎.