1.石灰石-石膏法工艺流程
石灰石/石膏法烟气脱硫技术是一种发展成熟、在全球范围内广泛应用的烟气脱硫技术,市场占有率90%左右。该工艺以石灰石浆液作为吸收剂,通过石灰石浆液在吸收塔内对烟气进行洗涤, 发生反应,去除烟气中的SO2,反应产生的亚硫酸钙通过强制氧化生成含2 个结晶水的硫酸钙(石膏),脱硫后的烟气从烟囱排放。脱硫装置工艺系统主要包括:烟气系统、SO2 吸收系统、石灰石浆液制备系统、石膏脱水系统、工艺水及废水处理系统。主要设备包括:烟气挡板门、吸收塔、氧化风机、循环浆泵、真空皮带脱水机等。
2.基本原理
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)
H2SO3H+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。
b)采用逆流传质,增加吸收区平均传质动力。
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。