脫硫工藝原理

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1、1.工藝化學1.1煙氣脫硫理論二氧化硫(SO2)是含硫煤在鍋爐內(nèi)燃燒時產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物。在燃燒時，煤中的硫發(fā)生氧化反應，產(chǎn)生各種含有硫的化合物，其中主要是SO2，煤中硫的含量越高，鍋爐燃燒后產(chǎn)生煙氣中的SO2的含量也越高。由于環(huán)境中SO2的排放受到一定限制，所以在SO2排出煙囪進入大氣前，有必要脫除并處理所產(chǎn)生的硫化物。同別的氣體一樣，SO2不僅難以處理而且也難以把它跟別的氣體分離開來。比如SO2的蒸發(fā)溫度和凝結(jié)溫度分別是-10℃和-73℃，簡單的分離法不僅難以操作，費用高，而且不太可行。而向煙氣噴水可以吸收其中的SO2，從而使SO2從氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)。這種方法可以把SO2從煙氣

2、中分離，但又會引起其它問題。當SO2溶于水中時，產(chǎn)生了一種稀薄但極具腐蝕性的酸性溶液。這個處理過程中，所需的設(shè)備是由昂貴的原材料制造的，并需要大量的堿性化學物質(zhì)（如NaOH）來中和所產(chǎn)生的酸液。可以用石灰石溶液（CaCO3）取代水，把CaCO3溶液噴向煙氣，可以吸取出煙氣中的SO2，并把它轉(zhuǎn)變成一種便于處理的物質(zhì)。與把SO2溶于水一樣，含有SO2的石灰石溶液也要經(jīng)過一系列反應，產(chǎn)生亞硫酸鈣固體（CaSO3）和硫酸鈣固體（CaSO4）。在這一過程中，需注入空氣，使CaCO3氧化成CaSO4，而CaSO4又結(jié)晶成CaSO4?2H2O(簡稱石膏)。1.2化學反應描述濕法石灰石脫硫

3、系統(tǒng)中,在氣體、液體和固體物質(zhì)中發(fā)生了一系列復雜的、動態(tài)的化學平衡反應。從下列反應方程式中可以獲悉發(fā)生的反應：CaCO3+SO2→CaSO3+CO2(石灰石+二氧化硫→亞硫酸鈣+二氧化碳)CaSO3+1/202→CaSO4(亞硫酸鈣+氧氣→硫酸鈣)在濕法石灰石脫硫系統(tǒng)中發(fā)生的化學反應可以分為幾個步驟,主要步驟是：吸收、中和、再生、氧化和結(jié)晶。盡管反應步驟是依次表達的，但其實際卻是同時進行的。1.2.1吸收吸收SO2并將其轉(zhuǎn)化成溶液是脫硫過程中的第一步。吸收是將可溶性氣體轉(zhuǎn)化成液體的過程。在吸收塔中，當SO2遇到滴狀的漿液時就被吸附了，漿液中的水吸收了SO2，使其變成了含有硫

4、元素的酸性溶液，并且把它返回到反應池。吸收過程中發(fā)生的化學反應可以用下列方程式表示：SO2（g）+H2O←→HSO3ˉ+H+O2（g）←→O2（aq）1.2.2中和在中和反應中，已溶于水的SO2與石灰石溶液發(fā)生反應，產(chǎn)生新的產(chǎn)物：亞硫酸鈣（CaSO3）和硫酸鈣（CaSO4）或石膏。中和反應發(fā)生在吸收塔的噴淋區(qū)。然而，形成固體的反應也可以在反應池里發(fā)生。中和反應的產(chǎn)物是二氧化碳，它將被排放到大氣中。中和過程中發(fā)生的化學反應可以用下列方程式表示：HSO3ˉ（aq）+Ca++（aq）←→CaSO3（aq）+H+（aq）Ca++（aq）+H2SO4（aq）←→CaSO4（aq）+2

5、H+（aq）H+（aq）+HCO3ˉ（aq）←→H2O(l)+CO2（g）H+（aq）+OHˉ（aq）←→H2O(l)1.2.3再生添加的反應劑可以調(diào)整漿液的PH值，從而使溶液的酸性不至太強。另外，石灰石中含有鈣離子，它可以與SO2結(jié)合，形成亞硫酸鈣（CaSO3）。通過再循環(huán)，加料，清除再循環(huán)中產(chǎn)生的漿液，濕法煙氣脫硫系統(tǒng)就可以持續(xù)運行并保持要求的脫硫效率。再生過程中發(fā)生的化學反應可以用下列方程式表示：CaCO3（s）+H2O(l)←→Ca++（aq）+HCO3ˉ（aq）+OHˉ（aq）1.2.4氧化氧化過程是物質(zhì)與氧氣結(jié)合的過程，通過氧化作用，亞硫酸鹽（SO32-）轉(zhuǎn)變成

6、了硫酸鹽（SO42-）。當產(chǎn)生的硫酸鹽與鈣離子結(jié)合時就生成了硫酸鈣或石膏，產(chǎn)生的石膏易脫水，具有商業(yè)用途。由于煙氣中氧氣的存在，不可避免會發(fā)生一些氧化反應。但是煙氣中的氧氣含量有限，并不能把所有的亞硫酸鹽（SO32-）轉(zhuǎn)變成硫酸鹽（SO42-）。所以為了保證所有的亞硫酸鹽都轉(zhuǎn)變成硫酸鹽，特設(shè)了一個外部供氧裝置來提供反應所需的氧氣。氧化過程中發(fā)生的化學反應可以用下列方程式表示：HSO3ˉ（aq）+1/202（g）←→HSO4ˉ（aq）1.2.5結(jié)晶結(jié)晶是指在溶液中發(fā)生化學反應，從而使一種物質(zhì)在溶液中飽和，結(jié)晶分離出來。在化學反應池里，亞硫酸鹽和硫酸鹽都是溶解在水里的，直到溶液

7、達到飽和，不能再溶解任何物質(zhì)時，亞硫酸鹽和硫酸鹽才會結(jié)晶出來?？梢杂脻{液的濃度來衡量結(jié)晶的程度，也可以用溶液中固體的百分含量來表示。為有效的結(jié)晶必須保持一定的固體濃度來，而過高的濃度會造成設(shè)備的磨損并增加運行的能耗。在循環(huán)漿液中，固體濃度和結(jié)晶速度必須控制在一定的限制范圍內(nèi)。下列化學反應能反映出結(jié)晶過程：Ca+++SO32ˉ+1/2H2O(l)?←→CaSO3??1/2H2O（s）Ca+++SO42ˉ+2H2O(l)←→CaSO4?2H2O（s）1.3潛在問題及系統(tǒng)控制1.3.1結(jié)垢異質(zhì)沉淀是指在新形成的、黏附在雜