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基于液气比的湿法脱硫系统的运行优化研究

北极星环保网来源:电力科技与环保 作者:杨世璠2017/7/14 10:55:03我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:湿法脱硫 液气比 脱硫技术

北极星环保网讯:石灰石—石膏湿法烟气脱硫是一种比较成熟、脱硫效率较高的脱硫技术。阐述了这种方法的化学基础和过程动力学,研究了影响烟气脱硫效率的主要因素,并讨论了液气比对提高脱硫效率和降低成本的影响。通过对某公司脱硫系统的优化调整,系统运行稳定,节能效果明显。根据机组负荷控制液气比在11L/m3左右,脱硫系统的安全性和经济性均可保证,并有广泛地推广空间。

湿法脱硫

关键词:过程动力学;烟气脱硫;液气比

随着我国电力工业的快速发展,火电行业SO2排放比重将持续增大,控制SO2排放是我国当前环保工作的重点之一。石灰石—石膏湿法烟气脱硫技术具有技术成熟、设备运行可靠;投资较省且具备足够高的脱硫效率;工艺简单、运行成本低;脱硫吸收剂要有稳定可靠的来源等特点。

影响石灰石—石膏湿法脱硫性能的主要技术参数有烟气量、液气比、原烟气SO2浓度、吸收剂浆液pH、循环浆液固体物浓度和固体物停留时间。pH值的大小影响着脱硫效率、钙/硫比、石灰石的利用率和石膏的品质,因此pH值的调整范围也是有限的。

pH值越高,脱硫效率越高,但石灰石耗量会增加,并使石膏中碳酸钙含量增加,石膏纯度降低。在实际运行中,根据脱硫效率和石膏品质等因素的制约,pH值做为重要参数在已投运的FGD系统中得以严格控制。由于目前各发电机组的运行负荷与脱硫设计工况相差较大,液气比是影响脱硫系统运行的重要参数,研究液气比对脱硫效率的影响具有重要意义。

1湿法脱硫的化学基础与过程动力学

石灰石—石膏湿法烟气脱硫是利用石灰石浆液作吸收剂,吸收烟气中的SO2,经过一系列的化学反应,最后生成石膏。世界发达国家20世纪80年代开始进入第2代石灰石湿法工艺,在吸收塔内实现了烟气预冷却及SO2吸收、氧化、结晶的一体化。

湿法烟气脱硫大都采用停滞膜理论[1],将俘获SO2的物理吸收过程假定以薄膜扩散方式进行的。在气、液间的相界面处形成两个有效的气膜和液膜层流区,在这两个膜层中发生的物质迁移主要是分子扩散的结果,物质迁移方向界面垂直,不受外部湍流液体的干扰。

涉及的动力学步骤主要包括:SO2气相主体扩散;SO2气膜扩散;SO2溶解于脱硫液相中;SO2与水生成H2SO3、H+和HSO-3;HSO-3;离解成SO2-3;SO2水合物和离子液膜扩散;Ca(OH)2或CaCO3的溶解;Ca(OH)2或CaCO3与H+反应得到Ca2+;Ca2+与SO2-3生成沉淀物CaSO3。

同时,伴随着发生中和、氧化反应和结晶、分离过程,在具体的工程操作过程中,许多实际因素和条14件都影响整个脱硫过程。研究表明,石灰石湿法烟气脱硫的动力学控制主要集中在两相膜的质量传递过程中,主体扩散与界面反应阻力相对很小。

脱硫塔内液滴的物质交换主要受两种因素的主导:液体内部的流动和物质的浓度梯度。由于存在液滴内部湍流造成液体内部的循环流动,使液滴中的物质交换加剧,液体中溶解的物质从内部迁移到相界面,使相界面上与气体接触的反应物浓度变化缓慢,并保持长时间的接触,足以使反应物浓度在返回到液滴内部前与气态物发生反应。

在液体中的化学反应也会使反应物的浓度梯度加大,加速物质的交换,液滴内部的物质交换和发生的化学反应也比界面上的物质交换速度快。石灰石湿法烟气脱硫随着系统的不断简化和改进,脱硫率可达到95%以上,其可靠性也得到了大幅度的提高,投资费用也有较大程度的降低。

尽管如此,实际应用中仍有许多问题急需解决,投资和运行费用仍较高,复杂的三相脱硫系统中几乎不可能确定准确的反应速度以及反应组分的状态,许多脱硫工艺及主要建立在经验的基础上,根据工程来选定合适的设计和运行参数仍是每个FGD系统所必须首要面对的重要实际问题。

2温度和液气比对脱硫效率的影响

吸收塔洗涤液的温度对脱硫效率影响较大。从传质方程来看,吸收液温度对传质的影响有两个方面:首先,在其他参数不变的情况下,温度越低,总传质系数越大,从这个方面看,低温有利于传质的强化;另一方面,吸收液温度越低,SO2溶解度越大,也导致总传质系数越大,从这个方面看,低温也是有利于传质。

另外,温度较高,SO2溶解生成H2SO3后可能会重新分解出SO2,从而使脱硫效率下降。在一定范围内调节液气比可显著地影响吸收温度,当液气比增大时,加大了液雾喷淋密度,相当于增大了传质单元数,在提高了脱硫效率的时候,由于烟气与大面积吸收液相接触,热湿交换程度提高,进入烟气中的水蒸汽量增多,导致出口烟气温度降低。

延伸阅读:

湿法脱硫液气比的影响因素及参数确定分析

湿法脱硫关键参数如何选取?

石灰石-石膏湿法脱硫效率分析

600MW湿法脱硫系统制浆方式优化及电石渣应用效果评价

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