湿法脱硫(Wet Flue Gas Desulfurization,WFGD)是目前应用最广泛的脱硫技术,其中石灰石-石膏法占湿法脱硫装机容量的90%以上。
石灰石-石膏湿法脱硫的原理是:烟气与喷淋而下的石灰石浆液在吸收塔内充分接触,烟气中的SO2被浆液吸收,与石灰石(CaCO3)发生化学反应,生成亚硫酸钙(CaSO3)。亚硫酸钙被氧化风机送入的空气氧化,最终生成石膏(CaSO4·2H2O)。
吸收反应:SO2 + H2O → H2SO3(亚硫酸)
中和反应:CaCO3 + H2SO3 → CaSO3·1/2H2O + 1/2CO2 + H2O
氧化反应:CaSO3·1/2H2O + 1/2O2 + 3/2H2O → CaSO4·2H2O(石膏)
整个反应在吸收塔内连续进行,烟气自下而上通过吸收塔,浆液自上而下喷淋,气液充分接触。
吸收塔是湿法脱硫的核心设备,内部设置多级喷淋层、除雾器、氧化空气分布系统。烟气从塔底进入,与上部喷淋而下的石灰石浆液逆流接触,SO2被吸收净化。塔顶设置高效除雾器,去除烟气中携带的液滴,防止"石膏雨"现象。
液气比:浆液循环量与烟气量之比,液气比越大脱硫效率越高,但运行成本也增加。
pH值:控制石灰石浆液pH在5.0-5.8范围,既保证SO2吸收效率又防止石灰石浪费。
氧化空气量:保证亚硫酸钙充分氧化为石膏,否则会导致石膏品质下降。
湿法脱硫的副产物是石膏(CaSO4·2H2O),纯度大于90%的石膏可以作为建筑材料(水泥缓凝剂、石膏板等)销售,实现资源综合利用。部分电厂的石膏甚至供不应求。
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石灰石-石膏湿法脱硫的化学反应分为气相传质、液相吸收、氧化结晶三个过程:
气相传质:烟气中的SO₂从气相扩散到石灰石浆液表面,穿过气液界面进入液相。
液相吸收与反应:SO₂与浆液中的CaCO₃反应生成亚硫酸钙(CaSO₃):
SO₂ + CaCO₃ + ½H₂O → CaSO₃·½H₂O + CO₂
氧化结晶:亚硫酸钙在氧化风机曝气作用下被空气中的O₂氧化为硫酸钙(石膏):
CaSO₃·½H₂O + ½O₂ + 2H₂O → CaSO₄·2H₂O
吸收塔是湿法脱硫的核心设备,内部结构包括:
喷淋层:通常设置3-4层喷淋层,石灰石浆液通过循环泵送至喷嘴雾化喷淋。喷嘴通常采用碳化硅材质,耐磨耐腐蚀,雾化粒径1-3mm。
除雾器:安装在吸收塔顶部,用于去除净烟气中携带的液滴。除雾器通常为两级折板式,效率>99%,出口液滴浓度<50mg/m³。
氧化空气分布系统:氧化风机将空气通过分布管送入吸收塔底部浆池,使亚硫酸钙充分氧化为石膏。
搅拌器:塔底浆池设置搅拌器,防止石膏沉淀和结垢。
液气比(L/G):循环浆液量与烟气量之比,液气比越高脱硫效率越好,但运行成本也越高。通常设计液气比8-15L/m³。
浆液pH值:pH值控制在5.2-5.6范围,pH值过低脱硫效率下降,pH值过高易结垢。
石灰石品质:石灰石中CaCO₃含量越高、细度越细,反应活性越好,脱硫效率越高。
烟气SO₂浓度:入口SO₂浓度越高,脱硫效率越难控制,需要更高的液气比。
湿法脱硫产出的石膏(CaSO₄·2H₂O)纯度>90%即可作为建材使用。品质指标包括:纯度、附着水含量(<10%)、pH值、粒径分布等。优质石膏可销售给水泥厂、纸厂或石膏板厂,每吨价格50-150元。
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