半干法脱硫工艺的应用与探讨
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摘要：半干法脱硫工艺的优点是工艺过程简单，无污水、污酸处理问题，能耗低，特别是净化后烟气温度较高，有利于烟囱排气扩散，不会产生“白烟”现象。本文就半干法脱硫工艺的应用进行了深入的探讨，提出了自己的建议和看法，具有一定的参考价值。
关键词：半干法；脱硫工艺；应用
前言
干法脱硫是指应用粉状或粒状吸收剂、吸附剂或催化剂来脱除烟气中的SO2。它的优点是工艺过程简单，无污水、污酸处理问题，能耗低，特别是净化后烟气温度较高，有利于烟囱排气扩散，不会产生“白烟”现象，净化后的烟气不需要二次加热。本文就半干法脱硫工艺的应用进行探讨。
2．脱硫原理
该技术主要是根据循环流化床理论和喷雾干燥原理,采用悬浮方式,使吸收剂在吸收塔内悬浮、反复循环,与烟气中的SO2充分接触、反应来实现脱硫的一种方法。烟气脱硫工艺分7个步骤:①吸收剂存储和输送;②烟气雾化增湿调温;③脱硫剂与含湿烟气雾化颗粒充分接触混合;④二氧化硫吸收;⑤增湿活化;⑥灰循环;⑦灰渣排除。其中第1、第2、第3和第4个步骤均在吸收塔中进行。
（1）化学过程
雾化水经过双流体雾化喷嘴在吸收塔中雾化,并与烟气充分接触,烟气冷却并增湿,氢氧化钙粉颗粒同H2O、SO2、H2SO3反应生成干粉产物。整个反应分为气相、液相和固相3种状态,反应步骤及方程式如下。
①SO2被液滴吸收。
SO2(g)+H2O →H2SO3(L)
②H2SO3溶液同吸收剂反应生成亚硫酸钙。
Ca(OH)2(L)+H2SO3(L) →CaSO3(L)+2H2O
Ca(OH)2(s)+H2SO3(L) →CaSO3(L)+2H2O
③液滴中CaSO3饱和后即开始结晶析出。
CaSO3(L) →CaSO3(s)
④部分溶液中的CaSO3与溶于液滴中的氧反
应,氧化成硫酸钙。
CaSO3(L)+1/2O2(L) →CaSO4(L)
⑤CaSO4(L)溶解度低,从而结晶析出。
CaSO4(L) →CaSO4(s)
⑥对未来得及反应的Ca(OH)2(s),以及包含在CaSO3(s)、CaSO4(s)内的CaO(s)进行增湿雾化。
Ca(OH)2(s) →Ca(OH)2(L)
SO2(g)+H2O→ H2SO3(L)
Ca(OH)2(L)+H2SO3(L) →CaSO3(L)+2H2O
CaSO3(L) → CaSO3(s)
CaSO3(L)+1/2O2(L) →CaSO4(L)
CaSO4(L) → CaSO4(s)
⑦布袋除尘器脱除的烟灰中的未反应的
Ca(OH)2(s),以及包含在CaSO3(s)、CaSO4(s)内的
Ca(OH)2(s)循环至吸收塔内继续反应。
Ca(OH)2(s) →Ca(OH)2(L)
SO2(g)+H2O →H2SO3(L)
Ca(OH)2(L)+H2SO3(L) →CaSO3(L)+2H2O
CaSO3(L) → CaSO3(s)
CaSO3(L)+1/2O2(L) →CaSO4(L)
CaSO4(L) → CaSO4(s)
（2）物理过程
物理过程系指液滴的蒸发干燥及烟气冷却增湿过程。液滴从蒸发开始到干燥所需的时间,对吸收塔的设计和脱硫率都非常重要。影响液滴干燥时间的因素有液滴大小、液滴含水量以及趋近绝热饱和的温度值。液滴的干燥大致分为2个阶段:第1阶段由于浆料液滴中固体含量不大,基本上属于液滴表面水的自由蒸发,蒸发速度快而相对恒定。随着水分蒸发,液滴中固体含量增加,当液滴表面出现显著固态物质时,便进入第2阶段。由于蒸发表面积变小,水分必须穿过固体物质从颗粒内部向外扩散,干燥速率降低,液滴温度升高并接近烟气温度,最后由于其中水分蒸发殆尽形成固态颗粒而从烟气中分离。
反应塔内反应灰的高倍率循环使循环灰颗粒之间发生激烈碰撞,使颗粒表面生成物的固形物外壳被破坏,里面未反应的新鲜颗粒暴露出来继续参加反应,客观上起到了加快反应速度、干燥速度以及大幅度提高吸收剂利用率的作用。另外由于高浓度密相循环的形成,反应塔内传热、传质过程被强化,反应效率、反应速度都被大幅度提高。
在反应塔内设置有2级增湿活化装置。经过增湿活化后原来位于反应物产物层内部的Ca(OH)2从颗粒内部向表面发生迁移,并形成亚微米级细粒,沉积在颗粒表面或与表层产物层相互夹杂。迁移还改变了颗粒的孔隙结构。这些综合效果使反应剂重新获得反应活性。
3．脱硫效率的主要影响因素
SO2的吸收是一个复杂的物理化学应过程，那些影响喷雾干燥过程的热量传递和质量传递的参数都会影响吸收效果。其中，比差温度，雾滴粒径化学当量对SO2吸收的三个过程有较大是关键的过程参数。
（1）吸收塔出口比差温度
比差温度是出口烟气温度和烟气饱和温度的差值。这是影响脱硫效率的一个重要因素。比差温度越小脱硫率越高。从反应机理上可看出，反应的基本条件是吸收剂雾滴必须有水分，吸收塔出口在接近饱和温度下运行，可增加干燥过的固体颗粒中水份，并影响所有三个质量传递过程，越接近饱和温度则烟气湿度越大，高湿度延长蒸发期，也增加了固体颗粒中的残余水分。
（2）钙硫比
钙硫比即进入系统内的Ca(OH)2与进入系统内的SO2的化学当量比，其大小表示加入到吸收塔中吸收剂量的多少。它对钙离子在最终两个传质过程有重要的影响。大量试验表明，随着钙硫比的增加，脱硫率也增加，其增大的幅度由大到小，最后趋于平稳。从其变化规律可以看出，当钙硫比小于1，即所提供的Ca(OH)2不足以完全吸收SO2时，Ca(OH)2加入量起控制作用，随吸收剂的增加脱除的SO2几乎成比例地增加;当喷入Ca(OH)2过量之后(即钙硫比大于l)，在Ca(OH)2增加的同时，进料率、含固量、粘度、反应生成物浓度也同时增大，这些因素都有碍于SO2的脱除反应，故脱硫率的增加逐渐减缓，最后趋于饱和。因此有一个合适的钙硫比范围.在此范围内运行，运行费用较低。
（3）雾滴粒径
雾化方式雾滴粒径是一个重要的过程参数，在反应机理上最影响SO2吸收的三个传质过程。特别就气相SO2在液滴表面传递而言，作为一个气液传质需要大的传质表面积，这就必须有良好的雾化效果和极细的雾滴粒径。但雾滴粒径又必须大到一定程度，可保证在产生满意反应之前不至于干涸，因为反应取决于是否存在水分。因此存在一个合理的雾化程度产生合适尺寸的雾滴。
（4）石灰的熟化
由于熟化的各种技术能对石灰的反应能力和表面积产生巨大影响，因此熟化方式是工艺设计中重要的设计之一，这包括选择熟化参数。在不好的参数下熟化，如过长的熟化时间或使用含液解固体过量的质量不好的水进行的熟化，将导致熟化石灰颗粒较大且孔隙较少，导致反应下降。在运行中可控制的熟化参数有熟化时间、熟化起始温度、熟化压力等。
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