湿式石灰石石膏法脱硫基本原理和影响因素.ppt

湿式石灰石石膏法脱硫原理以及影响因素;湿式石灰石石膏法脱硫原理 石灰石石膏法烟气脱硫(Flue Gas Desulphurization,FGD)技术是用含石灰石的浆液洗涤烟气，以中和（脱除）烟气中的SO2，故又称之为湿式石灰石/石膏法烟气脱硫（简称WFGD）。 这种方法是应用最广泛、技术最为成熟的烟气SO2排放控制技术。其特点是SO2脱除率高，脱硫效率可达95%以上，能适应大容量机组、高浓度SO2含量的烟气脱硫，吸收剂石灰石价廉易得，而且可生产出副产品石膏，高质量石膏具有综合利用的商业价值。 随着石灰石/石膏法FGD系统的不断简化和完善，不仅运行、维修更加方便，而且设备造价也有所降低。据统计，目前世界上已经投运或正在计划建设的脱硫系统中，WFGD工艺占80%左右。从近年国内脱硫实践看，脱硫投资已有大幅度的降低。综合各方面的情况，WFGD最适合大机组脱硫的需要。 ;吸收过程机理 吸收过程是一个相际传质过程，关于吸收这样的相际传质机理，刘易斯（Lewis，W·K）和惠特曼（W·G·Whitman）在20世纪20年代提出的双膜理论一直占有重要地位，前面关于单相内传质机理的分析和处理，都是按照双膜理论的基本论点进行的。 双膜理论的基本要点如下： ① 相互接触的气、液两流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各有一个很薄的有效滞流膜层，吸收质以分子扩散方式通过此二膜层。 ② 在相界面处，气、液两相达到平衡。 ③ 在膜层以外的中心区，由于流体充分湍动，吸收质浓度是均匀的，即两相中心区内浓度梯度皆为零，全部浓度变化集中在两个有效膜层内。 ; 通过以上假设，就把整个相际传质过程简化为经由气、液两膜的分子扩散过程，左图即为双膜理论的示意图 。 双膜理论认为，相界面上处于平衡状态，即图6-3中的pi与ci符合平衡关系。这样，整个相际传质过程的阻力便决定了传质速率的大小，因此双膜理论也可以称为双阻力理论。 ;气 相 主 体;脱硫工艺过程化学原理 众所周知，在湿式石灰石—石膏法脱硫工艺中作为液相化学反应的结果使气态物质和液态悬浮液之间发生物质的转化而吸收SO2，这是一个气液传质过程，该过程大致分为如下几个阶段： ①气态反应物质从气相主体向气-液界面的传递； ②气态反应物穿过气-液界面进入液相，并发生反应； ③液相中的反应物由液相主体向相界面附近的反应区迁移； ④反应生成物从反应区向液相主体的迁移。 用水吸收SO2一般被认为是物理吸收过程，吸收过程的机理可用双膜理论来分析。; 根据双膜理论，在气液之间存在一个稳定的相界面，界面两侧各存在一个很薄的气膜和液膜，SO2分子是以分子扩散的方式通过此二个膜层的。在膜层以外的中心区，由于流体的充分湍动，SO2的浓度是均匀的，也就是说，SO2分子由气相主体传递到液相主体的过程中，其传递阻力为气膜阻力与液膜阻力之和。研究发现，SO2在气相中的扩散常数远远大于液相扩散常数，所以SO2迁移的主要阻力集中在液膜。 为了克服液膜阻力，使SO2的吸收过程能在较大推动力下以较快的速度进行，工程上采用了两项措施： 一是增加液气比，并使之高度湍动，同时使液滴的颗粒尽可能的小，以增大气-液传质面积； 二是在吸收液中加入化学活性物质，比如加入CaCO3。;;; 由Henry定律可知，由于活性反应物的加入，使得SO2的自由分子在液相中的浓度比用纯水吸收时大为降低，从而使SO2的平衡分压大大降低。这样，在总压P一定的情况下，会大大提高溶解的推动力，使吸收速率加快。 ①SO2的吸收 SO2进入液相，首先发生如下一系列反应：;从图中可以看出，在pH值为7.2时，溶液中存在亚硫酸根和亚硫酸氢根离子； 而pH值为5以下时，只存在亚硫酸氢根离子。 当pH值继续下降到4.5以下时，随着pH值的降低，SO2水化物的比例逐渐增大，与物理溶解SO2建立平衡。 在本工艺中，吸收液的pH值基本上在5~6之间，所以进入水中的SO2主要以亚硫酸氢根离子HSO3－的形式存在。;② 硫酸盐的形成 根据Miller等人对SO2在水溶液中氧化动力学的研究，如右图所示，亚硫酸氢根离子HSO3-在pH值为4.5时氧化速率最大。但实际运行中，浆液的pH值在5.4~5.8之间，在此条件下， HSO3-离子很不容易被氧化，为此，; 根据Matteson和Conklin等人的研究，亚硫酸盐的氧化除受pH值的影响外，还受到诸如锰、铁、镁这些具有催化作用的金属离子的影响，这些离子的存在，加速了HSO3-的氧化速率。这些微量浓度的金属离子主要是通过吸收剂引入的，烟气也会将这些离子带入到洗涤悬浮液中