煙氣脫硫與維護技術(shù)教材

1、煙氣脫硫運行與維護煙氣脫硫運行與維護 目目 錄錄 第一章 煙氣脫硫技術(shù)原理與常規(guī)脫硫技術(shù)介紹 .1 1.1 煙氣脫硫的必要性.1 1.1.1 酸雨.1 1.1.2 酸雨危害 .1 1.1.3 SO2排放形勢與控制標準.2 1.2 濕式石灰石石膏法脫硫技術(shù).4 1.2.1 吸收法氣態(tài)污染物控制原理 .4 1.2.2 氣體吸收 .8 1.2.3 濕式石灰石石膏法脫硫原理.16 1.2.4 濕式石灰石石膏法脫硫工藝流程 .23 1.2.5 FGD 工藝過程物料平衡 .38 1.2.6 影響 FGD 石膏質(zhì)量的因素.45 1.2.7 保證石膏質(zhì)量的措施 .48 1.3 濕法煙氣脫硫裝置的腐蝕與防護 .

2、51 1.3.1 FGD 腐蝕概述 .51 1.3.2 濕法煙氣脫硫裝置的腐蝕機理 .52 1.3.3 濕法煙氣脫硫裝置各腐蝕區(qū)域的防腐蝕設(shè)備構(gòu)成 .53 1.3.4 煙氣脫硫裝置防腐蝕襯里材料選擇 .53 1.4 其它幾種煙氣脫硫技術(shù)簡介 .54 1.4.1 氨法脫硫技術(shù).54 1.4.2 海水煙氣脫硫技術(shù).55 1.4.3 LIFAC 脫硫技術(shù) .56 1.5 煙氣脫硫技術(shù)的發(fā)展.57 1.5.1 早期 FGD 技術(shù)的發(fā)展回顧 .58 1.5.2 典型 FGD 存在的問題 .58 1.5.3 FGD 技術(shù)的進步 .63 1.5.4 FGD 技術(shù)的發(fā)展方向 .64 第二章 大港一期、二期(4

3、328MW)脫硫技術(shù)描述 .66 2.1 大港電廠一期脫硫技術(shù)描述 .66 2.1.1 FGD 系統(tǒng)及工藝描述 .66 2.1.2 三菱 FGD 系統(tǒng)的優(yōu)勢.67 2.1.3 吸收塔中 SO2、SO3、HF 和 HCl 去除原理.69 2.1.4 系統(tǒng)組成及概述.70 2.2 大港電廠二期脫硫技術(shù)概述.76 2.2.1 濕法石灰石/石膏脫硫工藝概述.77 2.2.2 濕法石灰石/石膏脫硫工藝分系統(tǒng)描述.78 2.2.2.2.SO2吸收系統(tǒng) 78 第三章 脫硫系統(tǒng)描述與設(shè)備規(guī)范 .84 3.1 FGD 流程簡述 .84 3.2 石灰石漿液制備系統(tǒng).84 3.3 煙氣系統(tǒng).86 3.4 SO2吸收

4、系統(tǒng).89 3.5 石膏排空和脫水系統(tǒng).91 3.6 工藝水系統(tǒng).93 3 .7 事故漿液箱和地坑系統(tǒng) .94 3.8 廢水處理系統(tǒng) .94 3.9 雜用氣和儀用壓縮空氣系統(tǒng).95 3.10 儀表和控制系統(tǒng) .95 第四章 煙氣脫硫系統(tǒng)可靠性 .95 4.1 FGD 系統(tǒng)可靠性發(fā)展過程 .95 4.2 FGD 系統(tǒng)可靠性的指標 .97 4.3 影響 FGD 系統(tǒng)可靠性的因素和對策 .98 4.3.1 設(shè)計條件對系統(tǒng)可靠性的影響 .98 4.3.2 化學(xué)工藝因素對系統(tǒng)可靠性的影響 .99 4.3.3 機械設(shè)備對系統(tǒng)可靠性的影響 .100 4.4 提高系統(tǒng)可靠性措施.106 4.4.1 做好人員培

5、訓(xùn) .106 4.4.2 做好新系統(tǒng)的啟動 .107 4.4.3 遵守脫硫系統(tǒng)成功運行三原則 .107 第五章 煙氣脫硫系統(tǒng)分析與測試 .107 5.1 脫硫系統(tǒng)分析測試.107 5.1.1 化學(xué)監(jiān)督項目 .108 5.1.2 化學(xué)分析指標 .109 5.2 測量儀表.113 5.2.1 煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS） .113 5.2.2 pH 計 .114 5.2.3 流量計.116 5.2.4 漿液密度測量.116 5.2.5 物位測量.117 5.2.6 壓力、溫度、流量測量.120 第六章 煙氣脫硫系統(tǒng)控制 .121 6.1 煙氣脫硫系統(tǒng)控制概述 .121 6.1.1 DCS 設(shè)計的一

6、般要求 .121 6.1.2 控制系統(tǒng)的可靠性 .123 6.2 煙氣脫硫工藝主要調(diào)節(jié)回路.125 6.2.1 SO2脫除效率的控制.125 6.2.2 吸收劑漿液流量控制 .128 6.2.3 煙氣流量控制 .132 6.2.4 吸收塔反應(yīng)罐液位和漿液密度控制 .134 6.2.5 除霧器沖洗控制 .137 6.2.6 FGD 系統(tǒng)總水平衡控制 .138 6.3 大港煙氣脫硫控制系統(tǒng) .139 6.3.1 概述.139 6.3.2 主要控制功能介紹.139 第七章 煙氣脫硫系統(tǒng)維護檢修 .146 7.1 煙氣擋板 .146 7.1.1 檢修專用工器具 .146 7.1.2 檢修備件及材料 .

7、147 7.1.3 檢修工藝及質(zhì)量標準 .148 7.2 增壓風(fēng)機 .148 7.2.1 增壓風(fēng)機維護計劃 .148 7.2.2 檢查旋轉(zhuǎn)油封.150 7.2.3 液壓缸的檢修.150 7.2.4 調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置檢查.150 7.2.5 檢查地腳螺栓.151 7.2.6 輔助設(shè)備的檢查和維護.151 7.2.7 風(fēng)機清潔.152 7.2.8 靜態(tài)件的拆卸.153 7.2.9 葉片角度調(diào)節(jié)部件的拆卸.153 7.2.10 拆卸帶葉片軸的葉片.153 7.2.11 輪載內(nèi)部件的檢查.154 7.2.12 輪轂的組裝.154 7.2.13 葉片軸承的潤滑和安裝.155 7.2.14 液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的安裝

8、.156 7.2.15 靜止件安裝.156 7.2.16 輪轂拆卸.156 7.2.17 輪轂的組裝.157 7.2.18 拆卸/安裝葉片.157 7.2.19 主軸承的檢查.158 7.2.20 軸承拆卸.159 7.2.21 主軸承的拆卸.160 7.2.22 主軸承的安裝.161 7.2.23 軸承組安裝.161 7.2.24 測量徑向間隙.162 7.2.25 主電機檢查和維護 .162 7.2.26 消音器的檢查和維護 .163 7.3 低泄漏風(fēng)機 .163 7.3.1 結(jié)構(gòu)簡介 .163 7.3.2 風(fēng)機的檢修與維護 .164 7.3.3 故障分析： .164 7.3.4 風(fēng)機故障

9、及原因 .165 7.3.5 部件的拆裝 .166 7.4 吸收塔循環(huán)泵.166 7.4.1 檢修用工器具 .166 7.4.2 檢修備件及材料 .167 7.4.3 檢修工藝及質(zhì)量標準 .168 7.4.4 聯(lián)軸器找正 .169 7.4.5 托架的維護 .171 7.4.6 葉輪的調(diào)節(jié) .171 7.4.7 潤滑油規(guī)程（可用其它廠家生產(chǎn)的等同的潤滑劑代替）： .171 7.4.8 故障原因及消除方法 .172 7.5 DT 系列脫硫泵 .173 7.5.1 檢修用工器具 .173 7.5.2 檢修備件及材料 .174 7.5.3 檢修工藝及質(zhì)量標準 .175 7.5.4 常見故障及處理措施

10、.177 7.6 吸收塔攪拌器 .179 7.6.1 檢修專用工器具 .179 7.6.2 檢修備件及材料 .180 7.6.3 檢修工藝及質(zhì)量標準 .181 7.7 真空皮帶脫水機 .181 7.7.1 檢修專用工器具 .181 7.7.2 檢修備件及材料 .182 7.7.3 檢修工藝及質(zhì)量標準 .183 7.8 維護及年修計劃（典型） .184 7.9 FGD 日常檢查 .186 7.9.1總則.186 7.9.2 日常檢查.186 7.9.3 對檢查項目所要采取的措施及工作 .186 7.10 FGD 檢查（驗收）及維護計劃 .188 7.11 檢驗報告（典型）.189 7.12 FG

11、D 材料選擇 .192 7.12.1 典型濕法 FGD 系統(tǒng)內(nèi)的主要腐蝕環(huán)境 .192 7.12.2 濕式 FGD 中的防護材料.192 第八章 事故處理及常見問題解決 .195 8.1 基本原則 .196 8.2 脫硫系統(tǒng)事故的現(xiàn)象、原因及處理.196 8.2.1 發(fā)生下列情況之一時，將緊急停運脫硫裝置： .196 8.2.2 6kV 電源中斷的現(xiàn)象、原因及處理 .197 8.2.3 380V 電源中斷的處理 .197 8.2.4 脫硫增壓風(fēng)機故障.198 8.2.5 吸收塔循環(huán)泵全停.198 8.2.6 發(fā)生火災(zāi)時的處理.199 8.3 常見故障及處理方法.199 8.3.1 SO2脫除效

12、率低.199 8.3.1.1 化學(xué)原因引起的脫硫效率偏低.200 8.3.2 除霧器 .200 8.3.3 吸收塔漿液濃度高 .200 8.3.4 脫水石膏質(zhì)量 .201 氯化物濃度太高.201 雜質(zhì)含量過高.202 8.3.5 煙氣系統(tǒng) .202 8.3.6 濾網(wǎng)堵塞 .202 8.3.7 pH 計 .202 8.3.8 密度測量故障.202 8.3.9 液體流量測量故障.202 8.3.10 SO2儀故障.202 8.3.11 煙道壓力測量故障.202 8.3.12 液位測量故障.203 8.3.13 煙氣流量測量故障.203 8.3.14 鍋爐投油運行.203 8.3.15 電除塵器故障

13、.203 8.3.16 煙道嚴重積灰.203 8.3.17 石膏排出泵故障及處理.203 8.3.18 石膏旋流器故障及處理.203 8.3.19 空皮帶脫水機系統(tǒng)故障及處理.204 8.3.20 石灰石漿液泵故障及處理.205 8.3.21 石灰石漿液箱緩沖攪拌器故障及處理.205 8.3.22 工藝水泵故障及處理.205 8.3.23 除霧器水泵故障及處理.205 8.3.24 工藝水中斷的處理.205 8.3.25 擋板密封風(fēng)機故障及處理.206 8.3.26 氧化風(fēng)機故障及處理.206 8.3.27 攪拌器故障及處理.206 8.3.28 電力中斷故障的處理.207 8.3.29 脫硫

14、系統(tǒng)常出現(xiàn)的結(jié)垢和堵塞處理.207 8.3.30 其它常見故障現(xiàn)象及處理方法.210 8.4 事故非聯(lián)鎖停機及處理.211 8.5 電源故障及短時停電防范措施 .212 8.6 緊急停止 .212 8.6.1 聯(lián)鎖緊急停 .212 8.6.2 無聯(lián)鎖停止.213 第一章第一章 煙氣脫硫技術(shù)原理與常規(guī)脫硫技術(shù)介紹煙氣脫硫技術(shù)原理與常規(guī)脫硫技術(shù)介紹 1.1 煙氣脫硫的必要性 1.1.1 酸雨酸雨 “酸雨”一詞最早見之于 1872 年英國人斯密斯（RASmith）的著書之中。 當前酸雨現(xiàn)象已經(jīng)遍及全球范圍，成為舉世矚目的環(huán)境問題。 空氣中所含的某些微量氣體和微粒物質(zhì)通過云中雨除和云下洗脫作用，隨 降

15、水降落到地表的過程稱為濕沉降。污染物通過重力沉降或被地面建筑物、樹 木等阻留的過程稱為干沉降。這兩種沉降對環(huán)境的影響往往是很難予以區(qū)分的。 廣義地說，酸雨（酸沉降）的概念應(yīng)包括酸性的濕沉降和干沉降。 造成酸雨現(xiàn)象的原因有天然的和人為的污染物，其中對酸雨貢獻最大的是 SOx 和 NOx 及與它們的大氣化學(xué)相關(guān)的化合物。一般說來，pH7 的水溶液被 稱為酸性水。20 世紀 70 年代初，環(huán)境大氣中存在約 33010-6（V/V）CO2；溶 解于純水并達到平衡狀態(tài)時的 pH 值約為 5.6。我們可以將由 CO2溶解平衡所造 成降水的低 pH 值看作為降水的本底 pH 值。從而將酸雨定義為 pH5.6

16、 的降水。 北美、西歐等工業(yè)發(fā)達地區(qū)是酸雨多發(fā)區(qū)。1970 年美國某地曾有 pH=1.5 的 酸雨記錄。對我國一些主要城市的降水成分分析結(jié)果表明，我國降水屬煤煙型， SO42-是陰離子中的主要成分。我國的酸雨是繼歐洲、北美之后的世界第三大重 酸雨區(qū)，酸雨區(qū)已從 20 世紀 80 年代初的西南局部地區(qū)，擴展到西南、華南、 華中和華東的大部分地區(qū)；近年來，年平均降水 pH 值低于 5.6 的地區(qū)已占到全 國整個國土面積的 40%左右?；痣姀S高煙囪排放的二氧化硫及氮氧化物是導(dǎo)致 酸雨產(chǎn)生的主要原因之一（2000 年火電廠二氧化硫排放量占全國排放總量的 40%以 上，隨著煤炭轉(zhuǎn)換為電力比重的提高，這一

17、比重還將不斷提高） 。2005 年監(jiān)測的 696 個市縣中，有一半以上都出現(xiàn)了酸雨，個別地方酸雨頻率達到百分之百，已 經(jīng)到了逢雨必酸的地步。 1.1.2 酸雨危害酸雨危害 酸雨對環(huán)境和生物體的危害性是明顯的。環(huán)境水體的正常 pH 值在 7.08.0。 受酸雨污染后，湖水、河水的 pH 值可下降至 5.0 以下，水生生物將受到很大威 脅，甚至大量死亡。20 世紀 80 年代，美國、加拿大、愛爾蘭、北歐國家已有大 量湖泊酸化，僅加拿大就有 4500 個湖泊變成“死”湖，水生生物瀕臨絕跡。 酸雨沉降在植物上，葉子表皮的蠟質(zhì)保護層會受到破壞，使正常的蒸騰作用 和氣體交換過程發(fā)生障礙。據(jù)報道，前聯(lián)邦德國

18、約有 50%的森林遭受酸雨的損 害。我國重慶市的馬尾松也曾大面積受害。酸雨沉降到土壤中，鉀、鈣、磷等 一類堿性營養(yǎng)物質(zhì)將被沖洗，導(dǎo)致土壤肥力顯著下降，大大影響作物的生長。 危害輕微的因吸收營養(yǎng)不足而枯萎，嚴重時將會導(dǎo)致死亡。酸雨對土壤的影響 與土壤的性質(zhì)有關(guān)。經(jīng)常受澇的土壤，陽離子交換容量高或者游離碳酸根含量 高的土壤，對酸雨不敏感。陽離子交換容量在 6.215.4 之間的土壤，對酸雨有 一定敏感性。若含游離碳酸根較低，陽離子交換容量低于 6.2，而且很少受水漬 的土壤，對酸雨很敏感，故受危害的可能性也大。 此外，酸雨對于建筑物和露天材料有較強腐蝕性，將給經(jīng)濟上造成很大的損 失。據(jù)不完全統(tǒng)計，

19、全世界每年因遭酸雨腐蝕而造成的經(jīng)濟損失達 200 億美元 之巨。一些露天的價值連城的文物古跡和藝術(shù)瑰寶因受酸雨侵蝕而變得面目全 非，這類現(xiàn)象在歐洲已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多起。據(jù)報道我國歷史名勝故宮和天壇，那里的 大理石欄桿和露天古跡也有被酸雨腐蝕的跡象。 據(jù)中國環(huán)境科學(xué)研究院、清華大學(xué)等單位的研究結(jié)果表明，由二氧化硫等導(dǎo) 致的酸雨污染每年給中國造成損失超過 1100 億元，整個大氣污染所造成的損失 每年約占中國 GDP 的 2%3%。 我國政府對 SO2排放及酸雨問題已予以高度重視，酸雨的防治是我國近期 環(huán)境保護的重點內(nèi)容。 1.1.3 SO2排放形勢與控制標準排放形勢與控制標準 我國是一個煤儲量豐富的國家

20、，煤炭占一次能源的75%，能源消費結(jié)構(gòu)對煤 的過分依賴導(dǎo)致了環(huán)境污染的加劇，煤炭燃燒所排出的SO2占排放總量的 93.9%，全國SO2 年排放量2006 年達2588.8萬t 以上，居世界首位。全國電力 SO2 排放約1350萬t, 占全國SO2 排放的50%以上。燃煤產(chǎn)生的NOX占全國排放總 量的50%。而中國的資源特點和經(jīng)濟發(fā)展水平?jīng)Q定了以煤為主的能源結(jié)構(gòu)將長期 存在，因此燃煤排放的SO2和NOX 仍將是我國主要的大氣污染物。 根據(jù)國務(wù)院關(guān)于酸雨控制區(qū)和 SO2污染控制區(qū)有關(guān)問題的批復(fù) （國函 19985 號） ，對火電廠 SO2排放提出了明確要求，即要求“兩控區(qū)”的火電廠做到： 到 20

21、00 年底達標排放；除以熱定電的熱電廠外，禁止在大中城市城區(qū)及近效區(qū) 新建燃煤火電廠；新建、改造燃煤含硫量大于 1%的電廠，必須建設(shè)脫硫設(shè)施； 現(xiàn)在燃煤含硫量大于 1%的電廠，要在 2000 年前采取減排措施；在 2010 年前分 期分批建成脫硫設(shè)施或采取其它具有相應(yīng)效果的減排 SO2措施。 最近幾年來，我國為實現(xiàn)節(jié)能減排目標，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社 會，采取了一系列政策和行動，其力度之大，前所未有。2003 年7 月1 日開始 實施的排污費征收使用管理條例規(guī)定了SO2 和NOX 的排污收費標準，而且 國家發(fā)改委會同有關(guān)部門制定的節(jié)能減排綜合性工作方案提出二氧化硫排 污費標準將逐年提高，

22、力爭使二氧化硫排污費征收標準在“十一五”期間逐步提高 到治理污染全部成本水平。2007 年制定的國家環(huán)境保護“十一五”規(guī)劃提出“十一 五”期間要把防治污染作為重中之重，加大污染治理力度，確保到2010 年SO2 排放量比2005 年削減10%，遏制酸雨發(fā)展。 2004 年 7 月，我國公布并實施火電廠大氣污染物排放標準(GB13223- 2003)，對火電廠 SO2 排放要求有了較大幅度的提高。GB13223-2003 的詳細內(nèi) 容見附錄 1。 該標準分三個時段，對不同時期的火電廠建設(shè)項目分別規(guī)定了排放控制要 求： 1996 年 12 月 31 日前建成投產(chǎn)或通過建設(shè)項目環(huán)境影響報告書審批的新

23、建、 擴建、改建火電廠建設(shè)項目，執(zhí)行第 1 時段排放控制要求。 1997 年 1 月 1 日起至本標準實施前通過建設(shè)項目環(huán)境影響報告書審批的新 建、擴建、改建火電廠建設(shè)項目，執(zhí)行第 2 時段排放控制要求。 自 2004 年 1 月 1 日起，通過建設(shè)項目環(huán)境影響報告書審批的新建、擴建、 改建火電廠建設(shè)項目（含在第 2 時段中通過環(huán)境影響報告書審批的新建、擴建、 改建火電廠建設(shè)項目，自批準之日起滿 5 年，在本標準實施前尚未開工建設(shè)的 火電廠建設(shè)項目） ，執(zhí)行第 3 時段排放控制要求。 各時段火力發(fā)電鍋爐 SO2最高允許排放濃度執(zhí)行表 1-1 規(guī)定的限值。第 3 時 段位于西部非兩控區(qū)的燃用特低

24、硫煤（入爐燃煤收到基硫分小于 0.5%）的坑口 電廠鍋爐須預(yù)留脫硫裝置空間。 表 1-1 火力發(fā)電鍋爐 SO2最高允許排放濃度 單位：mg/m3 時段第 1 時段第 2 時段第 3 時段 實施時間 2005 年 1 月 1 日 2010 年 1 月 1 日 2005 年 1 月 1 日 2010 年 1 月 1 日 2004 年 1 月 1 日 燃煤鍋爐及 燃油鍋爐 2100(11200(1 2100 1200(2 400 1200(2 400 800(3 1200(4 注： (1 該限值為全廠第 1 時段火力發(fā)電鍋爐平均值。 (2 在本標準實施前，環(huán)境影響報告書已批復(fù)的脫硫機組，以及位于西部

25、非兩控區(qū)的燃 用特低硫煤（入爐燃煤收到基硫分小于 0.5%）的坑口電廠鍋爐執(zhí)行該限值。 (3 以煤矸石等為主要燃料（入爐燃料收到基低位發(fā)熱量小于等于 12550kJ/kg）的資源 綜合利用火力發(fā)電鍋爐執(zhí)行該限值。 (4 位于西部非兩控區(qū)內(nèi)的燃用特低硫煤（入爐燃煤收到基硫分小于 0.5%）的坑口電 廠鍋爐執(zhí)行該限值。 在本標準實施前，環(huán)境影響報告書已批復(fù)的第 2 時段脫硫機組，自 2015 年 1 月 1 日起，執(zhí)行 400mg/m3的限值，其中以煤矸石等為主要燃料（入爐燃料收 到基低位發(fā)熱量小于等于 12550kJ/kg）的資源綜合利用火力發(fā)電鍋爐執(zhí)行 800mg/m3的限值。 1.2 濕式石

26、灰石石膏法脫硫技術(shù)濕式石灰石石膏法脫硫技術(shù) 1.2.1 吸收法氣態(tài)污染物控制原理吸收法氣態(tài)污染物控制原理 燃煤電廠氣態(tài)污染物的脫除過程，可以是一個煙氣中混合物分離的過程， 一般主要采用氣體吸收或吸附的方法，這些方法皆涉及到氣體擴散；也可以不 把污染物從混合物中分離，而采用化學(xué)轉(zhuǎn)化的方法將污染物轉(zhuǎn)化為環(huán)境無害物， 一般采用催化轉(zhuǎn)化法。這些基本都是化工行業(yè)通用的單元操作過程，其內(nèi)容包 括流體輸送、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞。其中氣體吸收、吸附和催化轉(zhuǎn)化都涉及到 質(zhì)量傳遞過程，簡稱傳質(zhì)。 在傳質(zhì)過程中，組分是從高濃度區(qū)傳至低濃度區(qū)。當兩相接觸的時間足夠 長，組分在兩相間的傳遞將達到平衡，此時兩相的組成將維持

27、恒定，但并不相 同。在大多數(shù)傳質(zhì)操作中，互相接觸的兩相往往只能部分互溶。當達到平衡以 后，兩相的組成和接觸之前相比會有改變。把兩相分開以后，組分就可以獲得 一定的分離效果。如果將兩相的接觸與分離適當?shù)亟M織起來反復(fù)進行，則有可 能使組分之間幾乎完全分離。這就是傳質(zhì)分離的物理基礎(chǔ)。 傳質(zhì)是一個速率過程，其推動力是化學(xué)位差，包括濃度差、溫度差、壓力 差等，但常見的傳質(zhì)過程都是由濃度差引起的，其傳質(zhì)阻力則須視具體情況而 定。在實際計算中，常把傳質(zhì)阻力看成是傳質(zhì)系數(shù)的倒數(shù)，即： 傳質(zhì)速率= 傳質(zhì)系數(shù) 濃度差 這樣，確定傳質(zhì)速率的關(guān)鍵問題就在于如何求取不同條件下的傳質(zhì)系數(shù)。 氣體的傳質(zhì)過程是借助于氣體擴散

28、過程來實現(xiàn)的。 1.2.1.1 氣體擴散 氣體擴散的方式有分子擴散和對流擴散。前者是發(fā)生在靜止或滯流流體中， 憑借流體分子的熱運動傳遞物質(zhì)，后者發(fā)生在湍流流體中，憑借流體質(zhì)點的湍 動和旋渦傳遞物質(zhì)。將一勺糖投于一杯水中，稍候，整杯水就會變甜，這就是 分子擴散的表現(xiàn)；而如果用勺攪動，則將甜得更快更勻，這便是對流擴散的效 果。 （1）菲克（Fick）定律 在靜止或滯流流體中，分子的運動是漫無邊際的，若一處某種分子的濃度較 鄰近的另一處為高，則這種分子離開的便比進入的多，其結(jié)果自然是物質(zhì)從濃 度較高的區(qū)域擴散到濃度較低的區(qū)域，兩處的濃度差，便成了擴散的推動力。 用來描述分子擴散速率的定律是著名的菲克

29、定律，或稱菲克第一擴散定律。 即： 上式表示 A 與 B 的混合物中，A 沿 Z 方向擴散的速率。 式中 JAA 的擴散速率或稱擴散通量，kmol/m2.s ； A 的濃度梯度； DAB A 在 AB 混合物中的擴散系數(shù)，m2/s ； “_”負號表明擴散是沿濃度下降的方向進行的。 上式告訴我們，當物質(zhì) A 在 A、B 混合物中擴散時，任一點處的擴散通量 與該位置上的濃度梯度成正比，它是對物質(zhì)分子擴散現(xiàn)象基本規(guī)律的描述。 擴散系數(shù) D 是物性參數(shù)，表示物質(zhì)在某介質(zhì)中的擴散能力，其值與擴散物 質(zhì)與介質(zhì)的種類有關(guān)，且隨溫度的上升和壓力的下降而增大。擴散系數(shù)的數(shù)值 應(yīng)由實驗方法求得，也可在相關(guān)手冊或文

30、獻中查得。若無可靠數(shù)據(jù)也可通過相 應(yīng)的經(jīng)驗公式計算獲得。若已知溫度 T0，壓力為 p0下的擴散系數(shù) D0，也可通過 下式計算條件為 T、P 時的 D 值： 3 0 2 0 () 0 pT DD p T 氣體在液體中的擴散系數(shù)隨溶液濃度變化很大，且比在氣相中的擴散系數(shù) 小得多。表 1-1，1-2 為某些氣體在水中和空氣中的擴散系數(shù)。 表 1-1 某些物質(zhì)在水中的擴散系數(shù)（20，稀溶液） dz dc DJ A ABA dz dcA 表 1-2 部分氣體在空氣中的擴散系數(shù)（0，101.33kPa） （2）對流擴散 對流擴散是湍流主體與相界面之間的渦流擴散和分子擴散這兩種傳質(zhì)作用 的總稱。 物質(zhì)在湍流

31、流體中傳遞，主要是依靠流體質(zhì)點的無規(guī)則運動，湍流中發(fā)生 的旋渦，引起各部流體間的劇烈混合，在有濃度差存在的條件下，物質(zhì)便向其 濃度降低的方向傳遞。這種憑借流體質(zhì)點的湍動和旋渦來傳遞物質(zhì)的現(xiàn)象，稱 為渦流擴散。在流體的擴散研究中，由于渦流擴散，傳質(zhì)過程比較復(fù)雜，常常 把對流擴散中的渦流擴散進行簡化，用分子擴散來描述。 研究一下濕壁塔中氣液的傳質(zhì)。圖 1-1(a) 示意繪出濕壁塔的一段?？紤]穩(wěn) 定吸收中任何一橫截面 mn 上相界面的氣相一側(cè)溶質(zhì) A 濃度分布情況。在圖 1-1（b）中，橫軸表示離開相界面距離 Z，縱軸表示溶質(zhì) A 的分壓 p。氣體雖呈 湍流流動，但靠近相界面處仍有一個滯流內(nèi)層，其厚

32、度以 ZG表示，湍動程度愈 高，ZG愈小。 圖 1-1 傳質(zhì)的有效滯流膜層 吸收質(zhì) A 自氣相主體向界面轉(zhuǎn)移，由于吸收過程的存在，氣相中 A 的分壓 愈靠近界面便愈小。在穩(wěn)定狀態(tài)下，mn 截面上不同 Z 值各點處的物質(zhì)傳遞速 率應(yīng)相同，但由于在流體的中心區(qū)主要是渦流擴散，而滯流內(nèi)層主要是分子擴 散。使這兩個區(qū)域內(nèi)的濃度梯度相差很大。在湍流區(qū)，濃度梯度幾乎等于零， pz 曲線為一水平線。而在滯流層內(nèi)，由于吸收質(zhì) A 的傳遞完全靠分子擴散， 使?jié)舛忍荻群艽?，pz 曲線較為陡峭，而在這二個區(qū)中間的過渡區(qū)，既存在著 分子擴散，也存在著渦流擴散，傳質(zhì)是分子擴散和渦流擴散的總和。在此區(qū)域 內(nèi)，由一端幾乎是

33、純分子擴散產(chǎn)生的總傳質(zhì)，逐漸而非突然地向主要是渦流擴 散的另一端過渡，因此濃度梯度的變化出現(xiàn)了一個過渡區(qū)，pz 曲線逐漸由陡 峭轉(zhuǎn)變?yōu)槠骄彙?延長滯流內(nèi)層的分壓線使其與氣相主體的水平分壓線相交于一點，令此交點 H 與相界面的距離為 ZG，設(shè)想在相界面附近存在著一個厚度為 ZG的滯流膜層， 此膜層稱為虛擬滯流膜層或有效滯流膜層，膜層以內(nèi)的流動純屬滯流，因而其 中的物質(zhì)傳遞形式純屬分子擴散。經(jīng)過這樣的處理，就等于把渦流擴散的傳遞 作用轉(zhuǎn)化為分子擴散的傳質(zhì)。由圖可見，整個有效滯流膜層的傳質(zhì)推動力即為 氣相主體與相界面處的分壓之差，這意味著從氣相主體到相界面處的全部傳質(zhì) 阻力都包括在此有效滯流膜層之中

34、。于是便可按有效滯流膜層內(nèi)的分子擴散速 率寫出由氣相中心區(qū)到相界面的對流擴散速率方程，即； () Ai GBm DP Npp RTZ p 式中 NA溶質(zhì) A 的對流擴散速率，kmol/（m2.s） ； D溶質(zhì) A 在氣相的擴散系數(shù)，m2/s； ZG氣相有效滯流膜層厚度，m； P氣相總壓，Pa； p氣相主體中溶質(zhì) A 分壓，Pa； pi相界面處的溶質(zhì) A 分壓，Pa； pBm惰性組分 B 在氣相主體與相界面處的分壓的對數(shù)平均值，Pa； 同理，有效滯流膜層的概念，也完全適用于相界面的液相一側(cè)，在液相一側(cè) 的對流擴散速率方程可寫為： 式中 D溶質(zhì) A 在液相中的擴散系數(shù),m2/s； ZL液相有效滯流

35、膜層厚度，m； c液相主體中溶質(zhì) A 濃度，kmol/m3； ci相界面處溶質(zhì) A 濃度，kmol/m3 ； )( cc cZ CD N i SmL A csm溶劑在液相主體中與相界面處的濃度對數(shù)平均值，kmol/m3， （其它符 號的意義與單位同前） 。 對于一個穩(wěn)定的傳質(zhì)過程，可將上述傳質(zhì)速率式簡化。 令 則前二式變?yōu)椋?() AGi Nkpp () ALi Nkcc kG與 kL分別稱作氣膜傳質(zhì)系數(shù)和液膜傳質(zhì)系數(shù)或稱傳質(zhì)分系數(shù)。kG與 kL可 以用實驗直接測定，而不必知道膜厚。 1.2.2 氣體吸收氣體吸收 1.2.2.1 氣液平衡 在一定得溫度和壓力下，當吸收劑與混合液接觸時，氣體中得

36、可吸收組分溶 解與液體中，形成一定的濃度。但溶液中已經(jīng)被吸收的組分也可能由液相重新 逸回到氣相中，形成解吸。 吸收過程進行的方向與極限取決于溶質(zhì)（氣體）在氣液兩相中的平衡關(guān)系， 對于任何氣體在一定條件下，在某種溶劑中溶解達到平衡時，其在氣相中的分 壓是一定的（p*） 。在吸收過程中，當氣相中溶質(zhì)的實際分壓 p 高于其與液相成 平衡的溶質(zhì)分壓時，即 pp*時，溶質(zhì)便由氣相向液相轉(zhuǎn)移，于是就發(fā)生了吸收 過程。p 與 p*的差別越大，吸收的推動力越大，吸收的速率也越大；反之，如果 pp*，溶質(zhì)便由液相向氣相轉(zhuǎn)移，即吸收的逆過程，稱為解吸（或脫吸） 。因此， 我們必須弄清吸收過程中的氣液平衡規(guī)律。而要

37、進行吸收過程的計算，也必須 弄清楚平衡關(guān)系。 可用亨利定律表示在一定溫度下，吸收氣體的平衡分壓與其在液相中濃度 的關(guān)系。在一定溫度下，則 p*只是 x 的函數(shù)。 ( )Pf x 對于稀溶液，上列平衡關(guān)系式可以是一條通過原點的直線（見圖 1-2 中 SO2 的溶解度曲線） ，即氣液兩相的濃度成正比。 G BmG k pRTZ DP L smL k cZ CD 圖 1-2 氣體在液體中的溶解度 在總壓不很高（一般小于 5.0105Pa）時，在一定溫度下，當溶解達到平衡 時，稀溶液上方溶質(zhì) A 的平衡分壓與其在溶液中的濃度成正比。 式中 x被吸收組分在液相中的摩爾分率（無因次） ； E亨利系數(shù)，Pa

38、 當溶質(zhì)在氣相和液相中的濃度均以摩爾分率表示時，亨利定律又可表示為 y*=mx 此式為亨利定律最常用的形式之一，稱為氣液平衡關(guān)系式，m 為相平衡常數(shù)， 無因次。相平衡常數(shù) m 也是由實驗結(jié)果計算出來的數(shù)值，對于一定的物系，它 是溫度和壓強的函數(shù)，由 m 值的大小同樣可以看出氣體溶解度的大小，在同一 溶劑中，難溶氣體 m 值大，反之則小。溫度升高，總壓下降則 m 值變大，不利 于吸收操作。 1.2.2.2 吸收過程機理 吸收過程是一個相際傳質(zhì)過程，關(guān)于吸收這樣的相際傳質(zhì)機理，劉易斯 （Lewis，WK）和惠特曼（WGWhitman）在 20 世紀 20 年代提出的雙膜理論 一直占有重要地位，前面

39、關(guān)于單相內(nèi)傳質(zhì)機理的分析和處理，都是按照雙膜理 論的基本論點進行的。雙膜理論的基本要點如下： 相互接觸的氣、液兩流體間存在著穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)各有一個很 薄的有效滯流膜層，吸收質(zhì)以分子擴散方式通過此二膜層。 Exp 在相界面處，氣、液兩相達到平衡。 在膜層以外的中心區(qū)，由于流體充分湍動，吸收質(zhì)濃度是均勻的，即兩 相中心區(qū)內(nèi)濃度梯度皆為零，全部濃度變化集中在兩個有效膜層內(nèi)。 通過以上假設(shè)，就把整個相際傳質(zhì)過程簡化為經(jīng)由氣、液兩膜的分子擴散過 程，圖 1-3 即為雙膜理論的示意圖。 圖 1-3 雙膜理論示意圖 雙膜理論認為，相界面上處于平衡狀態(tài)，即圖 1-3 中的 pi與 ci符合平衡關(guān)系。

40、這樣，整個相際傳質(zhì)過程的阻力便決定了傳質(zhì)速率的大小，因此雙膜理論也可 以稱為雙阻力理論。 雙膜理論把復(fù)雜的相際傳質(zhì)過程大為簡化。對于具有固定相界面的系統(tǒng)及速 度不高的兩流體間的傳質(zhì)，雙膜理論與實際情況是相當符合的，根據(jù)這一理論 的基本概念確定的相際傳質(zhì)速率關(guān)系，至今仍是傳質(zhì)設(shè)備設(shè)計的主要依據(jù)。這 一理論對于生產(chǎn)實際具有重要的指導(dǎo)意義。但是，對具有自由相界面的系統(tǒng)， 尤其是高度湍動的兩流體間的傳質(zhì)，雙膜理論表現(xiàn)出它的局限性，因為在這種 情況下，相界面已不再是穩(wěn)定的，界面兩側(cè)存在穩(wěn)定的有效滯流膜層及物質(zhì)以 分子擴散的形式通過此二膜層的假設(shè)都很難成立。另外，某些特殊情況下的傳 質(zhì)過程，相界面上的平衡

41、狀態(tài)也不存在。 針對雙膜理論的局限性，后來相繼提出了一些新的理論，如薄膜理論、溶質(zhì) 滲透理論、表面更新理論、界面動力狀態(tài)理論等，這些理論對于相際傳質(zhì)過程 中的界面狀況及流體力學(xué)因素的影響等方面的研究和描述有所前進，但目前尚 不能據(jù)此進行傳質(zhì)設(shè)備的計算或解決其它實際問題。 1.2.2.3 吸收速率方程 吸收速率指單位時間內(nèi)單位相際傳質(zhì)面積上吸收溶質(zhì)的量，在實際工作中， 要計算執(zhí)行指定的吸收任務(wù)所需設(shè)備的尺寸，或核算用已知設(shè)備吸收混合氣體 所要達到的吸收程度，均需知道吸收速率。 對于吸收過程的速率關(guān)系，可賦予如下形式： 吸收速率 = 吸收推動力 / 吸收阻力 其中的吸收推動力，自然是指濃度差。吸收

42、阻力的倒數(shù)稱為吸收系數(shù)，于是 吸收速率方程式可寫為： 吸收速率 = 吸收系數(shù) 吸收推動力 在穩(wěn)定操作的吸收設(shè)備內(nèi)任一部位上，相界面兩側(cè)的氣、液膜層中的傳質(zhì)速 率應(yīng)是相同的（否則會在界面處有溶質(zhì)積累） 。因此，其中任何一側(cè)有效膜層中 的傳質(zhì)速率都能代表該部位上的吸收速率。 氣膜吸收速率方程 根據(jù)前述對流擴散速率方程，即 式中 NA被吸收組分 A 的傳質(zhì)速率，kmol/（m2.s） ； kG氣膜傳質(zhì)分系數(shù)，kmol/（m2.s.Pa） ； pBm惰性組分 B 在氣膜層中的對數(shù)平均分壓，Pa lnln BiBBBi Bm BiB BiB pppp p pp pp 式中 pBi，pB惰性組分 B 在氣

43、液界面和氣相主體中的分壓，Pa； 液膜吸收速率方程 式中 kL液膜傳質(zhì)分系數(shù)，m/s。 總傳質(zhì)速率方程 前面所講的吸收速率方程實際應(yīng)用上是有困難的，首先 kG和 kL難以得到， 更重要的是界面濃度 pi、ci很難測量。為了避開難以測量的界面濃度，采用流體 兩相主體濃度的某種差值來表示總推動力而寫出總吸收速率方程式。這種方程 式中的吸收系數(shù)稱為總系數(shù)。以 K 表示。 )( i BmG A pp pRTZ DP N )( iG ppk )(cc cZ DC N i smL A )(cck iL 令 111 LGG k HkK 得： 上式稱為氣相總吸收速率方程，KG稱為氣相吸收總系數(shù)。KG包括了氣、

44、液兩個 分系數(shù)。即總阻力相當于氣、液兩膜阻力之和。 用同樣的方法，可以導(dǎo)出液相總吸收速率方程 得： KL與 kG、kL的關(guān)系用下式表示： 上式即為液相總吸收速率方程，KL為液相吸收總系數(shù)。 吸收總系數(shù) KG和 KL可以通過實驗獲取，也可以通過經(jīng)驗公式或準數(shù)關(guān)聯(lián) 式求得。 由上述關(guān)系式可以看出 KG、KL和 kG、kL的關(guān)系。同時還可以據(jù)此判斷吸收 過程主要是氣膜控制（阻力主要集中在氣膜） 、液膜控制（阻力主要集中在液膜） 還是兩膜共同控制（二膜阻力相差不大） 。 對于難溶氣體，由于溶解度系數(shù) H 很小，可知， ，說明 阻力集中在液膜，傳質(zhì)過程主要由液膜控制。 對于易溶氣體，由于溶解度系數(shù) H

45、很大,可知， ，說明 阻力集中在氣膜，傳質(zhì)過程主要由氣膜控制。 對于中等溶解度的氣體，由于 H 不大也不小，傳質(zhì)過程由兩膜共同控制。 表 1-3 列舉了部分吸收過程中膜控制情況。 表 1-3 部分吸收過程中膜控制情況 氣 膜 控 制液 膜 控 制氣、液 膜 控 制 1.水或氨水吸收氨 2.濃硫酸吸收三氧化硫 3.水或稀鹽酸吸收氯化氫 4.酸吸收 5%氨 5.堿或氨水吸收 SO2 6.氫氧化鈉溶液吸收硫化氫 7.液體的蒸發(fā)或冷凝 1.水或弱堿吸收二氧化碳 2.水吸收氧氣 3.水吸收氯氣 1.水吸收 SO2 2.水吸收丙酮 3.濃硫酸吸收二氧化氮 4.水吸收氨 5.堿吸收硫化氫 )( ppKN G

46、A LGL Kk H k 11 )(ccKN LA LLGL Kkk H k 111 GGGL KkkHk 1111 用水吸收氨，過去認為氣膜控制，經(jīng)實驗測知液膜阻力占總阻力的 20%。 1.2.2.4 化學(xué)吸收 若被吸收的氣體組分與吸收液的組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，則稱為化學(xué)吸收，例 如應(yīng)用堿液吸收SO2。應(yīng)用固體吸收劑與被吸收組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而將其從煙 氣中分離出來的過程，也屬于化學(xué)吸收，例如爐內(nèi)噴鈣（CaO）煙氣脫硫也是化 學(xué)吸收。 在化學(xué)吸收過程中，被吸收氣體與液體相組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，有效的降低 了溶液表面上被吸收氣體的分壓，增加了吸收過程的推動力，即提高了吸收效 率又降低了被吸收氣體的氣相

47、分壓。因此，化學(xué)吸收速率比物理吸收速率大得 多。 物理吸收和化學(xué)吸收都受氣相擴散速度（或氣膜阻力）和液相擴散速度 （或液膜阻力）的影響，工程上常用加強氣液兩相的擾動來消除氣膜與液膜的 阻力。在煙氣脫硫中，瞬間內(nèi)要連續(xù)不斷地凈化大量含低濃度SO2的煙氣，如單 獨應(yīng)用物理吸收，因其凈化效率很低，難以達到SO2的排放標準。因此，煙氣脫 硫技術(shù)中大量采用化學(xué)吸收法。 化學(xué)吸收是由物理吸收過程和化學(xué)反應(yīng)兩個過程組成的。在物理吸收過程 中，被吸收的氣體在液相中進行溶解，當氣液達到相平衡時，被吸收氣體的平 衡濃度，是物理吸收過程的極限。被吸收氣體中的活性組分進行化學(xué)反應(yīng)，當 化學(xué)反應(yīng)達到平衡時，被吸收氣體的

48、消耗量，是化學(xué)吸收過程的極限。這里用 CaCO3溶液吸收SO2 加以說明。 SO2（g） SO2（aq） SO2（aq）+ CaCO3 + H2O CaSO3 H2O +CO2 化學(xué)吸收過程中，被吸收氣體的氣液平衡關(guān)系，即應(yīng)服從相平衡關(guān)系，又應(yīng)服 從化學(xué)平衡關(guān)系。 1.2.2.5 化學(xué)吸收過程的速率及過程阻力 化學(xué)吸收過程的速率，是由物理吸收的氣液傳質(zhì)速度和化學(xué)反應(yīng)速度決定 的?；瘜W(xué)吸收過程的阻力，也是由物理吸收氣液傳質(zhì)的阻力和化學(xué)反應(yīng)阻力決 定的。 在物理吸收的氣液傳質(zhì)過程中，被吸收氣體氣液兩相的吸收速率，主要取 決于氣相中被吸收組分的分壓，和吸收達到平衡時液相中被吸收組分的平衡分 壓之差。

49、此外，也和傳質(zhì)系數(shù)有關(guān)，被吸收氣體氣液兩相間的傳質(zhì)阻力，通常 取決于通過氣膜和液膜分子擴散的阻力。 煙氣脫硫通常是在連續(xù)及瞬間內(nèi)進行，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是極快反應(yīng)、快反 應(yīng)和中等速度的反應(yīng)，如NaOH、CaCO3和Ca(OH)2等堿液吸收SO2。為此，被吸 收氣體氣液相間的傳質(zhì)阻力，遠較該氣體在液相中與堿液進行反應(yīng)的阻力大得 多。對于極快不可逆反應(yīng)，吸收過程的阻力，其過程為傳質(zhì)控制，化學(xué)反應(yīng)的 阻力可忽略不計。例如，應(yīng)用堿液或氨水吸收SO2時，化學(xué)吸收過程為氣膜控制， 過程的阻力為氣膜傳質(zhì)阻力。液相中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，是快反應(yīng)和中等速度的 反應(yīng)時，化學(xué)吸收過程的阻力應(yīng)同時考慮傳質(zhì)阻力和化學(xué)反應(yīng)阻力。

50、 1.2.2.6 堿液濃度對傳質(zhì)速度的影響 應(yīng)用堿液吸收酸性氣體時，堿液濃度的高低對化學(xué)吸收的傳質(zhì)速度有很大 的影響。當堿液的濃度較低時，化學(xué)傳質(zhì)的速度較低；當提高堿液濃度時，傳 質(zhì)速度也隨之增大；當堿液濃度提高到某一值時，傳質(zhì)速度達到最大值，此時 堿液的濃度稱為臨界濃度；當堿液濃度高于臨界濃度時傳質(zhì)速度并不增大。 為此，在煙氣脫硫的化學(xué)吸收過程中，當應(yīng)用堿液吸收煙氣中的SO2時，適 當提高堿液的濃度，可以提高對SO2的吸收效率。但是，堿液的濃度不得高于臨 界濃度。超過臨界濃度之后，進一步提高堿液的濃度，脫硫效率并不能提高。 可以得出，在煙氣脫硫中，吸收SO2的堿液濃度，并非愈高愈好。堿液的最

51、佳濃 度為臨界濃度，此時脫硫效率最高。 煙氣脫硫效率的計算公式為： =（c入-c出）/（c入） 其中： 為脫硫裝置的脫硫效率，%； c入為吸收塔入口煙氣二氧化硫濃度，mg/m3或 ppm； c出為吸收塔出口煙氣二氧化硫濃度，mg/m3或 ppm； 在化學(xué)吸收煙氣脫硫中，吸收劑的性能從根本上決定了SO2吸收的效率，因 而對吸收劑的性能有一定的要求： 1）吸收能力高要求對SO2具有較高的吸收能力，以提高吸收速率，減少吸 收劑的用量，減少設(shè)備體積和降低能耗。 2）選擇性能好要求對SO2具有良好的選擇性能，對其它組分不吸收或吸收 能力很低，確保對SO2 具有較高的吸收能力。 3）揮發(fā)性低，無毒，不易燃

52、燒，化學(xué)穩(wěn)定性好，凝固點低，不發(fā)泡，易再 生，粘度小，比熱小。 4）不腐蝕或腐蝕小，以減少設(shè)備投資及維護費用。 5）來源豐富，容易得到，價格便宜。 6）便于處理及操作，不易產(chǎn)生二次污染。 完全滿足上述要求的吸收劑是很難選擇到的。只能根據(jù)實際情況，權(quán)衡多方 面的因素有所側(cè)重地加以選擇。石灰（CaO）、氫氧化鈣Ca（OH）2、碳酸鈣 （CaCO3），是煙氣脫硫較為理想的吸收劑，因而在國內(nèi)外煙氣脫硫中獲得最廣 泛地應(yīng)用。 1.2.2.7 吸收設(shè)備 實現(xiàn)對氣體組分高效率的吸收，目前所采用的方式和設(shè)備很多。但其最基本 的要求是實現(xiàn)氣體與吸收劑液體的密切接觸，也就是要提供盡可能大的有效接 觸面積和高強度的

53、界面更新，并最大限度地減小阻力和增大推動力。 吸收塔是煙氣脫硫系統(tǒng)的核心裝置，在塔內(nèi)要完成以下主要工藝步驟： （1）石灰石漿液吸收SO2氣體； （2）煙氣與石灰石漿液分離； （3）漿液的中和； （4）中間產(chǎn)物氧化成石膏； （5）石膏結(jié)晶析出。 要求吸收塔氣液接觸面積大，氣體吸收反應(yīng)良好，壓力損失小，并且適用于 大容量煙氣處理。塔器類主要包括噴淋塔（俗稱空塔） 、填料塔、板式塔、湍球 塔、鼓泡塔等。 噴淋塔一般有34個噴淋層，每層有多個噴嘴，石灰石漿液經(jīng)噴嘴霧化后均 勻噴淋于塔中。煙氣可與液滴緊密接觸，順流、逆流方式均可。逆流運行利于 煙氣和吸收液充分接觸，但壓力損失也大。氣流帶出的液態(tài)霧滴由除

54、霧器捕獲。 由于塔內(nèi)構(gòu)件少，大大減少結(jié)垢和堵塞的機會，壓力損失也小。 填料塔用于脫硫劑為清潔液體，且脫硫過程中不產(chǎn)生沉淀物的情況。填料延 長了氣液接觸的停留時間，從而獲得更高的脫硫效率。填料塔內(nèi)裝有各種型 式的固體填充物，即填料。液相由塔頂噴淋裝置分布于填料層上，靠重力作用 沿填料表面流下，氣相則在壓強差推動下穿過填料的間隙，由塔的一端流向另 一端。氣、液在填料的潤濕表面上進行接觸，其組成沿塔高連續(xù)變化。 板式塔內(nèi)沿塔高裝有若干層塔板（或稱塔盤） ，液體靠重力作用由頂部逐板 流向塔底，并在多塊板上形成流動的液層；氣體則靠壓強差推動，由塔底向上 依次穿過各塔板上的液層而流向塔頂。氣、液兩相在塔內(nèi)

55、進行逐級接觸，兩相 的組成沿塔高呈階梯式變化。板式塔又根據(jù)板的型式不同分成各種類型，如泡 沫塔、泡罩塔、噴射板塔、浮閥塔等等。用于煙氣脫硫的板式塔主要為篩板塔， 由于煙氣量較大，操作狀態(tài)為噴射工況以提高塔內(nèi)氣速。但大直徑的塔在工業(yè) 中較少應(yīng)用。 湍球塔又稱流化填料塔，它和填料塔在設(shè)計上沒有根本的區(qū)別，其填料是空 心或?qū)嵭男∏?，在高的操作氣速的推動下，小球高速湍動而成流化狀態(tài)。液體 由塔頂噴下潤濕小球表面而與氣相密切接觸且高強度更新，增強了兩相的接觸 傳質(zhì)，提高了吸收效率。 鼓泡塔又稱鼓泡反應(yīng)器，塔內(nèi)裝滿吸收液，氣體以各種方式鼓入塔內(nèi)，氣體 成分散相，液體是連續(xù)相。煙氣脫硫中也常用噴射鼓泡塔。

56、1.2.3 濕式石灰石石膏法脫硫原理濕式石灰石石膏法脫硫原理 石灰石石膏法煙氣脫硫(Flue Gas Desulphurization,FGD)技術(shù)是用含石灰石的 漿液洗滌煙氣，以中和（脫除）煙氣中的SO2，故又稱之為濕式石灰石/石膏法煙 氣脫硫（簡稱WFGD） 。這種方法是應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最為成熟的煙氣SO2排放 控制技術(shù)。其特點是SO2脫除率高，脫硫效率可達95%以上，能適應(yīng)大容量機組、 高濃度SO2含量的煙氣脫硫，吸收劑石灰石價廉易得，而且可生產(chǎn)出副產(chǎn)品石膏， 高質(zhì)量石膏具有綜合利用的商業(yè)價值。隨著石灰石/石膏法FGD系統(tǒng)的不斷簡化 和完善，不僅運行、維修更加方便，而且設(shè)備造價也有所降低

57、。據(jù)統(tǒng)計，目前 世界上已經(jīng)投運或正在計劃建設(shè)的脫硫系統(tǒng)中，WFGD工藝占80%左右。從近年 國內(nèi)脫硫?qū)嵺`看，脫硫投資已有大幅度的降低。綜合各方面的情況，WFGD最適 合大機組脫硫的需要。 1.2.3.1 脫硫工藝過程化學(xué)原理 眾所周知，在濕式石灰石石膏法脫硫工藝中作為液相化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果使 氣態(tài)物質(zhì)和液態(tài)懸浮液之間發(fā)生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化而吸收 SO2，這是一個氣液傳質(zhì)過程， 該過程大致分為如下幾個階段： 氣態(tài)反應(yīng)物質(zhì)從氣相主體向氣-液界面的傳遞； 氣態(tài)反應(yīng)物穿過氣-液界面進入液相，并發(fā)生反應(yīng)； 液相中的反應(yīng)物由液相主體向相界面附近的反應(yīng)區(qū)遷移； 反應(yīng)生成物從反應(yīng)區(qū)向液相主體的遷移。 用水吸收SO2一般被

58、認為是物理吸收過程，吸收過程的機理可用雙膜理論來分析。 根據(jù)雙膜理論，在氣液之間存在一個穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)各存在一個很 薄的氣膜和液膜，SO2分子是以分子擴散的方式通過此二個膜層的。在膜層以外 的中心區(qū)，由于流體的充分湍動，SO2的濃度是均勻的，也就是說，SO2分子由 氣相主體傳遞到液相主體的過程中，其傳遞阻力為氣膜阻力與液膜阻力之和。 研究發(fā)現(xiàn)，SO2在氣相中的擴散常數(shù)遠遠大于液相擴散常數(shù)，所以SO2遷移的主 要阻力集中在液膜。 為了克服液膜阻力，使SO2的吸收過程能在較大推動力下以較快的速度進行， 工程上采用了兩項措施：一是增加液氣比，并使之高度湍動，同時使液滴的顆 粒盡可能的小，以增

59、大氣-液傳質(zhì)面積；二是在吸收液中加入化學(xué)活性物質(zhì)，比 如加入CaCO3。 由Henry定律可知，由于活性反應(yīng)物的加入，使得SO2的自由分子在液相中的 濃度比用純水吸收時大為降低，從而使SO2的平衡分壓大大降低。這樣，在總壓 P一定的情況下，會大大提高溶解的推動力，使吸收速率加快。 SO2的吸收 SO2進入液相，首先發(fā)生如下一系列反應(yīng)： SO2+H2OH2SO3 H+ HSO3-2H+ SO32- 上式表示的溶液成分與溶液的pH值有關(guān)，圖1-4表示了這種關(guān)系。從圖1-4中可以 看出，在pH值為7.2時，溶液中存在亞硫酸根和亞硫酸氫根離子；而pH值為5.0以 下時，只存在亞硫酸氫根離子。當pH值繼

60、續(xù)下降到4.5以下時，隨著pH值的降低， SO2水化物的比例逐漸增大，與物理溶解SO2建立平衡。在本工藝中，吸收液的 pH值基本上在5.06.0之間，所以進入水中的SO2主要以亞硫酸氫根離子HSO3的 形式存在。 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 00.20.40.60.81 mol/L pH 1 2 圖1-4 SO2在水中的溶解 注：2線以上的區(qū)域為SO32-離子存在區(qū)域 2線以下1線以上的區(qū)域為HSO3-離子存在區(qū)域 1線以下的區(qū)域為SO2+H2O與H2SO3平衡區(qū)域 硫酸鹽的形成 根據(jù) Miller 等人對 SO2在水溶液中氧化動力學(xué)的研究，如圖 1-5 所示，亞硫 酸氫根離