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2影响石灰石湿法烟气脱硫效率的因素
2.1脱硫反应原理
石灰石-石膏湿法脱硫工艺脱硫过程的主要化学反应为:
(1)在脱硫吸收塔内,烟气中的S02首先被浆液中的水吸收,形成亚硫酸,并部分电离:见公式(1)
SO2+H2O→H2SO3→H++HSO3-→2H++SO32-(1)
(2)与吸收塔浆液中的CaCO3细颗粒反应生成CaSO3˙1/2H2O细颗粒:见公式(2)(3)
CaCO3+2H+→Ca2++H2O+CO2↑(2)
Ca2++SO32-→CaSO3˙1/2H2O↓+H+(3)
(3)CaSO3˙1/2H2O被鼓入的空气中的氧氧化,最终生成石膏CaSO4˙2H2O:见公式(3)(4)
HSO3-+1/2O2→H++SO42-(3)
Ca2++SO42-+2H2O→CaSO4˙2H2O↓(4)
上述反应中第一步是较关键的一步,即S02被浆液中的水吸收。根据S02的化学特性,S02在水中能发生电离反应,易于被水吸收,只要有足够的水,就能将烟气中绝大部分S02吸收下来。
但随着浆液中HSO3-和SO32-离子数量的增加,浆液的吸收能力不断下降,直至完全消失。因此要保证系统良好的吸收效率,不仅要有充分的浆液量和充分的气液接触面积,还要保证浆液的充分新鲜。上述反应中第二和三步其实是更深一步的反应过程,目的就是不断地去掉浆液中的HSO3-和SO32-离子,以保持浆液有充分的吸收能力,以推动第一步反应的持续进行。
2.2烟气温度
FGD系统正常运行时,入口处原烟气温度应在规定范围之内,否则FGD系统联锁保护启动,即锅炉MFT。如果原烟气温度超过运行规定的最大值,吸收塔内的设备因高温而损坏。实际运行过程中,机组负荷变化较为频繁,入口处的原烟气温度也会随着波动,也一定程度的影响FGD系统的性能指标。一方面,吸收塔烟气温度越低,越有利于SO2气体溶于浆液,形成HSO3¯;另一方面,脱硫化学平衡反应是放热反应,温度低有利于向生成硫酸钙方向进行。
2.3石灰石浆液的影响
石灰石特性对吸收塔性能的影响教大,主要体现在石灰石的纯度和活性。石灰石的活性可以用消溶速率来表示。在石灰石颗粒粒度和消溶条件相同的条件下,消溶速率大则活性高。石灰石消溶速率最主要与石灰石品种有关。这是由于石灰石的形成过程和晶体结构不同造成的。石灰石纯度对脱硫有很大的影响。石灰石中Mg、Al等杂质对提高脱硫效率虽有有利的一面,但是更不利的是,当吸收塔PH值降至5.1时,烟气中的氟离子与铝离子化合成氟铝复合体,形成包膜覆盖在石灰石颗粒表面。镁离子的存在对包膜的形成有很强的促进作用。
这种包膜的包裹引起石灰石的活性降低,也就降低了石灰石的利用率。另一方面,杂质碳酸镁、氧化铁、氧化铝均为酸易溶物,它们进入吸收塔浆液体系后均能生成易溶的镁、铁、铝盐类。由于浆液的循环,这些盐类将会富集起来,浆液中大量增加的非钙离子,将弱化碳酸钙在溶解体系中的溶解和电离。所以,石灰石这些杂质含量较高,会影响脱硫效果。由于石灰石纯度越高价格也越高,因此采用纯度高的石灰石做脱硫剂将使运行成本增加,但这可以通过出售高品质石膏以弥补,对于石灰石湿法烟气脱硫,石灰石纯度至少控制在90%以上。石灰石颗粒粒度越小,质量比表面积就越大。由于石灰石的消溶反应是固液两相反应,其反应速率与石灰石颗粒比表面积成正比关系,因此石灰石颗粒性能好各种反应速率也高,脱硫效率和石灰石的利用率就高,同时石膏中的石灰石含量低,有利于提高石膏的品质。
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