目前使用的水膜除尘器的除尘效率一般为90%，在水膜除尘器实际运行中，当水膜除尘器入口烟尘浓度超过2g/m3时（特别是抛煤机炉及沸腾炉），除尘器出口浓度将随着入口浓度的增加而增加，其烟尘浓度超出目前的环保排放标准。
此外，水膜除尘器用水多为工业用水或循环废水，其PH值呈中性或弱酸性，根据水膜除尘器原理，只有一部分烟气与水膜接触，所以水膜除尘器的脱硫效率只有10～20%，根本达不到SO2的环保排放标准。
随着对燃煤锅炉脱硫问题的日益关注，水膜除尘器的脱硫除尘改造也受到广泛重视。国家环保局和国家科委在“九五”国家科技攻关计划项目中专门设立“小型燃煤电厂水膜除尘器简易脱硫技术与装备研究”专题，可见水膜除尘器的脱硫改造具有重要的现实意义。
1.2 水膜除尘器脱硫、除尘增效综合改造工艺
水膜除尘器脱硫除尘综合改造工艺应满足以下原则：
（1）充分利用原有除尘器进行改造，以减少工程投资，达到占地小、处理成本低、效果好的目的。
（2）提高除尘效率，增加脱硫功能，以满足新的环保排放标准。
（3）在锅炉烟气脱硫除尘过程中，既存在腐蚀，又存在磨损，运行环境特别恶劣，所增加部件应选择合适材料，确保设备运行的长期稳定性和连续性。
（４）脱硫除尘增效后，阻力不能增加过多，以免影响锅炉运行。
（５）增加必要的控制系统。
以上述原则为出发点，山东大学热能与环保工程技术研究中心对水膜除尘器脱硫除尘增效——水平烟道增加预除尘器、水膜除尘器内部增加双极旋流芯筒；水平烟道由自循环泵喷淋减温、双极旋流芯筒内部喷入石灰浆液综合改造技术进行了研究，并将研究成果应用于不同容量、各种燃烧方式锅炉配套水膜除尘器，均取得了令人满意的效果。
2 水膜除尘器脱硫除尘增效综合改造技术原理
2.1 除尘增效原理
由于6～220t/h锅炉炉型主要有层燃式链条炉、抛煤机炉、煤粉炉、沸腾炉、循环流化床锅炉等，其烟气原始含尘浓度经验数据一般为3～80g/Nm3，水膜除尘器除尘效率一般为90～95%，当烟气初始排放浓度大于2g/m3时经过水膜除尘器除尘后的烟尘浓度将达不到环保排放标准。因此，我们确定了除尘增效方案，即第一级采用槽型惯性除尘器,布置在水平烟道上；第二级采用双极旋流芯筒除尘器,布置在水膜除尘器下部；第三级为水膜除尘器上部的部分水膜除尘器。若第一级除尘效率为η1，第二级除尘效率为η2，第三级除尘效率为η3，则总的除尘效率为：
2.1.1 槽型惯性预除尘器
预除尘器一方面提高了总的除尘效率，另一方面减轻了自循环浆液泵的磨损程度。
对预除尘器主要试验了几何尺寸、横向节距、纵向节距，分离元件排数，流速，颗粒直径等参数对除尘效率的影响。
试验表明，当分离元件的几何尺寸一定时，单排分离元件增加到某一值时，单排分离效率基本保持不变，最佳横向节距约为2.25，最佳纵向节距为1.75。当纵向节距和横向节距确定后，当逐渐增加分离元件的纵 图1.除尘效率与排数之间关系
向排数，分离效率将逐渐增加，但是增加的幅度越来越小，直至再增加排数对分离效率影响不大，反而增加阻力。
由图1可见，纵向排数增加到第5排时，效率基本保持不变，再增加排数只能增加阻力。因此，在锅炉的实际应用中，安装5～6排分离元件比较合理。
烟气流速对预除尘器的分离效率有着直接影响。随着气流速度的增大，颗粒的惯性也增大，碰撞效率得到提高。但气流速度增大，反弹离开分离空间的的可能性也增 图2.除尘效率与烟气速度之间关系
大，同时槽型分离空间的旋涡强度也增强，这两种影响使分离效率降低。图中试验数据表明，气流速度为7.4m/s时分离效果最好,如图2。
阻力损失是预除尘器的重要性能指标之一。当气流速度一定时，阻力系数与纵向排数的关系回归成公式如下：
△ζ=0.909Z+0.065
由于槽型分离元件排数增加到一定数量时，分离效率增加不明显，但是阻力损失与排数为线形增加关系。因此，在实际应用时一般采用4～6排。当Z=5时，△P≈20mmH2O。由此可见，由槽型分离元件组成的预除尘器的阻力较小，而且预除尘器制作简单，占用空间少，符合综合改造的总体目标。
2.1.2 双极旋流芯筒的除尘机理
本技术除尘机理是借气体高速进入缝隙时所产生的液滴喷雾与粉尘接触、粉尘的离心力作用使粉尘沉积于内壁液膜的一种理想湿式除尘方法[3]。旋流芯筒是由耐腐蚀、耐磨损、按一定角度排列的许多麻石板组成，如图3所示。由于气体的高速旋转上升，送入下极芯筒底部的液体受到携带，便一边回旋，一边在板的内壁形成液滴而以一定速度上升。板内壁的液滴受到喷雾作用，形成微细液滴后便同气体一道旋转，有效的进行气液接触；同时在板外壁的液滴也受到喷雾作用，形成微细液滴后便同气体一道旋转，有效的进行气液接触。喷射的微细液滴受到离心力的作用，再次离心沉降，在内壁形成液膜。从上极芯筒排出的液滴，在水膜除尘器上部由旋转气流进行离心分离，然后将不带液滴的清洁气体排出。如图3所示为双极芯筒的气流作用。当未处理烟气由下极芯筒切向进入后，成为旋转气流，由于离心力的作用，颗粒被抛向内壁液膜，完成捕捉。同时，由于进气时形成的液滴喷雾，在气流间充满了无数微小液滴，使得液、固接触机会增大，这些未被甩向壁面的微小颗粒，由于惯性力，被液滴捕捉。由于离心分离和液滴喷雾的共同
图3.双极旋流芯筒的气流作用
作用以及多次捕捉，使得双极旋流芯筒具有较高的除尘效率，特别是对微细粉尘，更具有良好效果。
试验表明，双极旋流芯筒的除尘效率与烟气入口速度、烟尘浓度、液气比、烟尘粒度等参数有关，即η=f（入口速度，烟尘浓度，液气比，烟尘粒度），η约为90～98%。
2.1.3 水膜除尘器脱硫除尘增效技术总除尘效率
设预除尘器的除尘效率为η1，双极旋流芯筒的除尘效率为η2，上部剩余水膜除尘器部分的除尘效率为η3，则总的除尘效率为：
当η1=85%，η2=95%，η3=60%（注：以上数值均取各部分除尘效率的相对下限值），则总的除尘效率为99.7%。
2.2 脱硫原理
2.2.1 石灰湿式脱硫的化学动力学
石灰湿式脱硫的化学动力学过程比较复杂，假设石灰或石灰石与H2SO3（SO2水合后生成的）作用生成CaSO3 ，根据其反应[1]和部分试验结果，其动力特性可给出以下结论：
（1）SO2的气相传递对SO2的脱除率有显著影响。为降低气相的传递阻力，采用双极旋流芯筒，是增加气液接触面积和紊流度的得力措施。
（2）CaO的SO2吸收效果很差，但其水合后的氢氧化物吸收效果很好。因此，石灰溶于水形成水合物才是良好的吸收剂。
（3）氢氧化钙在水中相当难溶，其溶解度随温度的升高而降低，这一特性决定了要获得高的脱硫效率需要较大的洗涤液循环量。
（4）洗涤液的温度对脱硫效率影响较大，SO2气体在水中的溶解度随温度的升高而降低，并且温度较高时，SO2溶解生成的H2SO3会重新蒸发出来，从而使脱硫效率下降。根据实验及运行经验，洗涤液温度应控制在60℃以下，才能保证有较高的吸收效果。
（5）洗涤液的PH值影响SO2的吸收，并且是洗涤过程结垢控制的要因素之一。实验证明：当PH值低于4.0时，吸收率明显下降，且洗涤过程易结硫酸钙硬垢。当PH值过高（高于11）时，吸收率大大提高，但洗涤过程易产生亚硫酸钙软垢现象[2]。综合考虑脱硫效率和结垢的影响，洗涤液的应用PH值控制在8.0左右为好。
（6）净化器的液气比对SO2的吸收效果有较大影响，应保证足够的液气比。
2.2.2 烟气脱硫除尘增效工艺流程
首先，烟气经过惯性除尘后，在平流烟道部分经过加湿减温，其浆液由自循环泵从水膜除尘器下部抽取。然后湿烟气高速旋转进入双极旋流芯筒，同时石灰浆液由浆液提升泵打入芯筒内部，在此处烟气中的SO2与浆液进行强烈的气液接触，SO2溶解到无数液滴中，与石灰浆液反应，从而SO2被脱除。
3 水膜除尘器脱硫除尘增效综合改造技术工程实践
目前，水膜除尘器脱硫除尘增效综合改造技术已成功应用于6～220t/h锅炉（炉型包含层燃链条炉、抛煤机炉、煤粉炉、沸腾炉以及循环流化床锅炉）所配水膜除尘器，均达标排放，并产生了巨大的经济效益和环境效益。
4 结论
4.1 水膜除尘器脱硫除尘增效综合改造技术具有改造工作量小、工期短、成本低、脱硫除尘效率高、运行费用低、运行可靠等一系列优点。
4.2 本技术是在原有水膜除尘器基础上进行改造，投资0.8万元/蒸吨即可满足烟尘、SO2双达标。
4.3 预除尘器、双极旋流芯筒、水膜除尘技术的综合利用，使除尘效率达到99%以上。
4.4 双极旋流芯筒具有传质效果好、运行稳定、不堵塞等特点。
4.5 浆液的双循环和PH实时控制系统保证了设备的可靠运行。
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