力来说很小
,
故溶解阻力成为反应的控制阻力
,
随
着反应的进行
,
气膜阻力逐渐增大
,
同时
SO
2
(g)
溶
解阻力由于
Ca (OH)
2
吸附的水分逐渐蒸发也呈递
增趋势
,
液相溶解阻力仍是整个反应的控制阻
力 。在实际的反应过程中
,
当烟气中
SO
2
浓度较低
暴露时间足够长时
,
浆滴中已经电离出来的
Ca
2 +
可以完成吸收过程
;
而当
SO
2
浓度较高时
, Ca
2 +
从
Ca (OH)
2
颗粒上的溶出速率低于
Ca
2 +
和亚硫酸根
的扩散和反应速率
,
并且生成物
CaSO
4
的摩尔分
子体积为
52. 16 mL/ mol ,
大于
Ca (OH)
2
的摩尔分
子体积
33. 04 mL/ mol ,
容易造成反应通道的堵塞
,
导致吸收速率下降 。半干法烟气脱硫涉及气液固
三相
,
一般经以下反应过程
:
CaO( S) + H
2
O
→
Ca (OH)
2
(aq)
( 1)
SO
2
( g) + H
2
O(l)
→
H
2
SO
3
(l)
( 2)
Ca (OH)
2
(aq) + SO
2
→
CaSO
3
( s) + H
2
O(l)
( 3)
Ca (OH)
2
( s) + SO
2
(g)
→
CaSO
3
( s) + H
2
O(l) ( 4)
CaO( s) + H
2
SO
3
( 1)
→
CaSO
3
( s) + H
2
O
( 5)
Ca (OH)
2
( s) + H
2
SO
3
(l)
→
CaSO
3
( s) + 2H
2
O ( 6)
CaO( s) + SO
2
(g)
→
CaSO
3
( s)
( 7)
CaSO
3
( s) + 1/ 2O
2
→
CaSO
4
( s)
( 8)
SO
2
在
60
℃时溶解度为
0. 0 839
×
10
- 6
mmHg ,
而且式
( 2)
在
50
℃时的反应平衡常数为
0. 532 ,
生
成
H
2
SO
3
较少
,
因此
,
式
( 5)
及
( 6)
可以忽略 。式
( 4)
和
( 7)
描述的是干燥吸收剂脱硫反应
,
实验结果
[3 ]
表明
,
在较低的脱硫温度下
( < 200
℃
) ,
即使经过
蒸汽活化的吸收剂
,
在气固反应条件下
,
转化率也
很低 。因此
,
半干法烟气脱硫反应
,
主要反应为式
( 1)
、
( 3)
、
( 8)
[4 ]
。
2
半干法烟气脱硫的主要影响因素
2. 1
钙硫比
钙硫比是影响半干法烟气脱硫的主要因素之
一
,
随着钙硫比的增加
,
脱硫效率提高 。
当
Ca/ S
小
于
1
时
, CaO
的喷入量起控制作用
,
随着吸收剂的
增加
,
所脱除的
SO
2
量几乎成正比增加
;
当
Ca/ S
大于
1
时
,
随
CaO
的增加
,
由于进料率 、
固气比 、
粘
度 、反应生成物浓度对脱硫率的综合影响导致脱
硫效率的增加趋缓
,
最后趋于恒定 。一般地
,
脱硫
效率高于
60 %
时
,
要求
Ca/ S
不能低于
2
。利用再
循环灰渣中的钙镁铁等金属盐
,
钙硫比小于
1
时
,
脱硫效率可保持在
80 %
以上 。
2. 2
吸收塔出口烟温
吸收塔出口烟温也是影响脱硫效率的重要因
素
, SO
2
与
CaO
的反应为放热反应
,
温度升高对反
应不利
,
因此一方面要求有足够低的温度
,
满足脱
硫化学反应的需要
,
另一方面又要保证高于露点
,
防止设备和烟道的腐蚀与湿壁现象的发生 。张凡
等
[5 ]
研究发现
,
温距从
18 K
降到
11 K,
脱硫效率
增加
30 % ,
温距越低
,
脱硫效率越高 。但温距降到
11 K
以下
,
塔中各点的温度维持在露点以上很困
难 。
2. 3
烟气含湿量
由于
Ca (OH)
2
和
SO
2
的反应为离子化反应
,
根据钱枫
[6 ]
等的研究
,
维持反应的潮湿气氛
,
保持
一定的相对湿度对脱硫效率的提高有决定的意
义 。在低温干燥的条件下
,SO
2
在钙基物质表面的
吸附很难发生
,
当存在吸附水
(
或蒸汽
)
时
,
一方面
吸收剂颗粒吸收烟气中的水蒸气消化
,
并且在其
表面形成一层水分子膜
,
膜的厚度与烟气含湿量
有着直接的关系 。
含湿量越大分子膜越厚
,
反之则
变薄 。另一方面吸附水
(
或蒸汽
)
通过与
SO
2
结合
成中间产物
,
改变了
SO
2
在吸着剂表面的吸附性
能
,
增加了
SO
2
的吸附量
,
从而提高了反应速率 。
水起着类似于催化剂在表面反应中的活性点作
用 。
2. 4
脱硫灰的循环利用
纯超细脱硫剂粉末
,
可以提高脱硫效率
,
但对
于设备操作维护不利 。
相同条件下
,
脱硫灰循环利
用比纯脱硫剂的脱硫效率高
,
这是因为在脱硫反
应过程中
,
在吸附剂表面生成
CaSO
4
,
致密的产物
层阻碍了脱硫反应的进行 。脱硫灰的循环利用就
是利用这部分未反应的钙基参与脱硫反应
,
大大
提高了脱硫效率
,
而且操作方便 。
当脱硫灰循环利
用比例是
2( 1
份脱硫剂
, 2
份脱硫灰
) ,
脱硫效率
可达
80 %
[7 ]
以上
,
相当于
Ca/ S
为
1. 7
。
3
成熟的半干法技术
3. 1
旋转喷雾干燥法
旋转喷雾干燥法是
20
世纪
70
年代中 、末期
发展起来的
,
是美国
JOY
公司和丹麦
NIRO
公司
联合研制出的新工艺
,
具有经济效益好
,
操作简便
等优点 。自
1978
年北美安装了第一套工业装置以
来
,
发展迅猛
,
已有
12
个国家采用
,
其市场占有率
张 凡等 半干法钙基烟气脱硫技术
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45
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