湿法系统设计
2008年12月
1.概述
石灰石-石膏法烟气脱硫技术已经有几十年的发展历史,技术成熟可靠,适用范围广泛,据有关资料介绍,该工艺市场占有率已经达到85%以上。
由于反应原理大同小异，本设计总结了一些通用的规律和设计准则，基本适用于目前市场上常用的各种石灰石-石膏法烟气脱硫技术，包括喷淋塔、鼓泡塔、液柱塔等。 2.典型的系统构成
典型的石灰石/石灰－石膏湿法烟气脱硫工艺流程如图2-1所示，实际运用的脱硫装置的范围根据工程具体情况有所差异。
图2-1
3反应原理
吸收液通过喷嘴雾化喷入吸收塔，分散成细小的液滴并覆盖吸收塔的整个断面。这些液滴与塔内烟气逆流接触，发生传质与吸收反应，烟气中的SO2、SO3及HCl 、HF被吸收。SO2吸收产物的氧化和中和反应在吸收塔底部的氧化区完成并最终形成石膏。 为了维持吸收液恒定的pH值并减少石灰石耗量，石灰石被连续加入吸收塔，同时吸收塔内的吸收剂浆液被搅拌机、氧化空气和吸收塔循环泵不停地搅动，以加快石灰石在浆液中的均布和溶解。
3.2 化学过程
强制氧化系统的化学过程描述如下：
（1）吸收反应
烟气与喷嘴喷出的循环浆液在吸收塔内有效接触,循环浆液吸收大部分SO2，反应如下：
SO2＋H2O→H2SO3（溶解）
H2SO3⇋H＋＋HSO3－（电离）
吸收反应的机理：
吸收反应是传质和吸收的的过程，水吸收SO2属于中等溶解度的气体组份的吸收，根据双膜理论，传质速率受气相传质阻力和液相传质阻力的控制，
吸收速率＝吸收推动力/吸收系数（传质阻力为吸收系数的倒数）
强化吸收反应的措施：
a)提高SO2在气相中的分压力（浓度），提高气相传质动力。
喷淋吸收塔
c)增加气相与液相的流速，高的Re数改变了气膜和液膜的界面，从而引起强烈的传质。
d)强化氧化，加快已溶解SO2的电离和氧化，当亚硫酸被氧化以后,它的浓度就会降低,会促进了SO2的吸收。
e)提高PH值，减少电离的逆向过程，增加液相吸收推动力。
f)在总的吸收系数一定的情况下，增加气液接触面积，延长接触时间，如：增大液气比，减小液滴粒径，调整喷淋层间距等。
g)保持均匀的流场分布和喷淋密度，提高气液接触的有效性。
（2）氧化反应
一部分HSO3－在吸收塔喷淋区被烟气中的氧所氧化，其它的HSO3－在反应池中被氧化空气完全氧化，反应如下：
HSO3－＋1/2O2→HSO4－
HSO4－⇋H＋＋SO42－
氧化反应的机理：
氧化反应的机理基本同吸收反应，不同的是氧化反应是液相连续，气相离散。水吸收O2属于难溶解度的气体组份的吸收，根据双膜理论，传质速率受液膜传质阻力的控制。
强化氧化反应的措施：
a)降低PH值，增加氧气的溶解度
b)增加氧化空气的过量系数，增加氧浓度
c)改善氧气的分布均匀性，减小气泡平均粒径，增加气液接触面积。
（3）中和反应
吸收剂浆液被引入吸收塔内中和氢离子，使吸收液保持一定的pH值。中和后的浆液在吸收塔内再循环。中和反应如下：
Ca2＋＋CO32－＋2H＋＋SO42－＋H2O→CaSO4·2H2O＋CO2↑
2H＋＋CO32－→H2O＋CO2↑
中和反应的机理：
中和反应伴随着石灰石的溶解和中和反应及结晶，由于石灰石较为难溶，因此本环节的关键是，如何增加石灰石的溶解度，反应生成的石膏如何尽快结晶，以降低石膏过饱和度。中和反应本身并不困难。
强化中和反应的措施：
a)提高石灰石的活性，选用纯度高的石灰石，减少杂质。
b)细化石灰石粒径，提高溶解速率。
c)降低PH值，增加石灰石溶解度，提高石灰石的利用率。
d)增加石灰石在浆池中的停留时间。
e)增加石膏浆液的固体浓度，增加结晶附着面，控制石膏的相对饱和度。
f)提高氧气在浆液中的溶解度，排挤溶解在液相中的CO2，强化中和反应。
（4）其他副反应
烟气中的其他污染物如SO3、Cl、F和尘都被循环浆液吸收和捕集。SO3、HCl和HF与悬浮液中的石灰石按以下反应式发生反应：
SO3＋H2O→2H＋＋SO42－
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