电厂脱硫培训—石灰石及石膏湿法FGD原理和主要参数.docx

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1、电厂脱硫培训一石灰石/石膏湿法FGD原理和主要参对于一般的湿法脱硫技术喷淋塔而言，吸收液通过喷嘴雾化喷入脱硫塔，分散成细小的液滴并覆盖脱硫塔的整个断面。这些液滴与塔内烟气逆流接触，发生传质与吸收反应，烟气中的SO2、SOs及HC1、HF被吸收。S02吸收产物的氧化和中和反应在脱硫塔底部的氧化区完成并最终形成石膏。为了维持吸收液恒定的PH值并减少石灰石耗量，石灰石被连续加入脱硫塔,同时脱硫塔内的吸收剂浆液被搅拌机、氧化空气和脱硫塔循环泵不停地搅动，以加快石灰石在浆液中的均布和溶解第一节主要运行变量概念1、脱硫塔烟气流速脱硫塔烟气流速是脱硫塔内饱和烟气的平均流速，在标准状态下，它等于饱和烟气的体积

2、流量除以垂直于烟气流向的脱硫塔断面面积。上述计算中，脱硫塔横断面积不扣除塔内支撑件、喷淋目管和其他内部构件所占有的面积，因此又称为空塔烟气平均流速。2、液气比液气比表示洗涤单位体积饱和烟气(m3)的浆液体积数(1),即1/G。3、脱硫塔PH值脱硫塔PH值表示脱硫塔中H的浓度，是FGD工艺控制的一个重要参数，PH的高低直接影响系统的多项功能。4、脱硫塔浆液循环停留时间脱硫塔浆液循环停留时间(t)表示脱硫塔浆液全部循环一次的平均的时间，此时间等于脱硫塔中浆液体积(V)除以循环浆液流量(1),即t(min)=60V1o5、浆液在脱硫塔中的停留时间浆液在脱硫塔中的停留时间(t)又称为固体物停留时间。它

3、等于脱硫塔浆液体积(V)除以脱硫塔排出泵流量(B),BPt(h)=VBo固体停留时间也等于脱硫塔中存有固体物的质量(kg)除以固体副产物的产出率(kgh)06、吸收剂利用率吸收剂利用率()等于单位时间内从烟气中吸收的SO2摩尔数除以同时间内加入系统的吸收剂中钙的总摩尔数，即n(100%)=已脱除的SO?的摩尔数/加入系统中的Ca的摩尔数X1OO机吸收剂利用率也可以理解为在一定时间内参与脱硫反应的CaC0,的数量占加入系统中的Caeo3总量的百分比。7、氧化率氧化率(H)等于脱硫塔中氧化成硫酸盐的SO2摩尔数除以已吸收的SO2总摩尔数，即n=已氧化的SO2摩尔数/已吸收的SO2摩尔数。氧化率也可

4、看作离开工艺过程的硫酸盐总摩尔数除以烟气中已吸收的S(总摩尔数，用固体副产物中硫酸盐和亚硫酸盐摩尔数来表示，即n二副产物中SO1摩尔数/副产物中S(VSO1摩尔数。8、氧化空气利用率氧化空气利用率(n)是指氧化已吸收的SO2理论上所需要的氧化空气量与强制氧化实际鼓入的氧化空气之比，也可指理论上需要的气量与实际鼓入量之比。氧硫比是氧化空气利用率的另一种表示方法，指氧化ImOIS实际鼓入的。2的摩尔数。理论上0.5mo12可氧化In1oIS(,如果强制氧化InIoIS实际鼓入的空气中。2的摩尔数为1.5,那么氧硫比二1.5,氧化空气或。2的利用率n=0.5/1.5,因此n（100%）=0.5/氧硫

5、比XIOO虬第二节FGD系统中的化学反应原理一、气体吸收过程的机理吸收过程中进行的方向与极限取决于溶质（气体）在气液两相中的平衡关系，当气相中溶质的实际分压高于与液相成平衡的溶质分压时，溶质便由气相向液相转移，即发生吸收过程。实际分压与平衡分压相差越大，吸收的速率也越大，或称吸收的推动力也越大。反之，如果气相中溶质的分压低于与液相成平衡的溶质分压时，溶质便由液相向气相转移，即吸收的逆过程，这种过程称为解吸（或脱吸）。不论是吸收还是解吸，均与气液平衡有关。气体吸收的平衡关系是指气体在液相中的溶解度。平衡状态下气相中的溶质分压称为平衡分压或饱和分压，液相中溶质浓度称为平衡浓度或饱和浓度。它们的大小

6、随温度和压力而改变的，所谓气体在液相的溶解度，就是一定条件下气体在液体中饱和浓度。气体在液体中溶解度表明一定条件下，吸收过程可能达到的极限程度。要确定吸收设备内任何位置气、液实际浓度与其平衡浓度的差距，需明了系统的平衡关系。在一定温度下，溶液的平衡浓度（即溶解度）随溶解的气体的压力增大而增大。在一定温度下，表示溶液中气体溶质的组成与气体平衡压力关系的曲线称为气体的溶解度曲线或平衡曲线，各种系统的曲线一般都是根据实验结果做出。互成平衡的气、液两相彼此依存，而且任何平衡状态都是有条件的。1）亨利定律对于单组分的物理吸收有P*=f（t,X,P）的关系，当总压不很高时（如小于5atm）,上式又可简化为

7、P*=f（t,X）；若确定在一定温度下，则P*只是的X函数，即P*=f（X）,即被吸收气体的平衡分压只与其在液相中的浓度有关，对于稀溶液，上列平衡关系式可以是一条通过原点的直线，即气液两相的浓度成正比,此即著名的亨利定律，它表示总压不很高时，一定温度下，当溶液达到平衡时，稀溶液上方溶质A的平衡分压与其在溶液中浓度成正比。P*=EX式中：X一被吸收组分在液相中摩尔分率（无因次）E亨利系数，单位与P*相同，Pa在恒定温度下，对指定的物系进行实验，测得一系列平衡状态下的X与P*,将其在普通的直角坐标系中进行表示，求出浓度趋近于O时的P*X值，便是系统在该温度下的亨利系数。对于一定的体系，E是温度的函

8、数，一般来说，温度上升则E增大，表明温度升高不利于气体的吸收，在同一溶剂中，难溶气体E值很大，反之则小。2）传质机理与吸收速率吸收操作是溶质从气相转移到液相的过程，其中包括溶质由气相主体向气液界面的传递，及由界面向液相主体的传递，因此，要研究传质机理，首先就要搞清楚物质在单一相（气相或液相）中的传递规律。物质在单一相的传递是靠扩散作用。发生在流体中的扩散有分子扩散与涡流扩散两种。前者发生在静止或滞流流体中，凭借流体分子的热运动传递物质，后者发生在湍流流体中，凭借流体质点的湍动和旋涡传递物质。在静止或滞流流体中，分子运动是漫无边际的，若一处某种分子的浓度较邻近的另一处为高，则这种离子离开的便比进

9、入的多，其结果自然是物质从浓度较高的区域扩散到浓度较低的区域，两处的浓度差，便成了扩散的推动力。用来描述分子扩散速率的定律是著名的菲克定律，或称菲克第一定律，即气相中稳定分子扩散；等分子反向扩散发生在静止的或在垂直于浓度方向上作滞流运动的流体中，是一种最单纯的分子扩散过程。一组分通过另一停滞组分的扩散，这种情况出现于气体的吸收过程，例如氨和空气的混合物沿盘内的水面成滞流缓慢流过，空气不溶于水，在水面上方积累起来一薄层，氨通过这一停滞的空气薄层扩散到水面并溶解下来，这一部分氨的溶解是通过分子扩散实现的。另外，随着氨分子的溶解，将会在界面附近出现空缺，于是将有混合气体的沿着扩散方向流动过来，以补充

10、空缺。这种现象成为包括氨和空气在内的总体流动。由于总体流动的发生，加大了氨的传递速率。在总体流动中，氨和空气所占的份额与其摩尔分率相同。显然，在氨溶解过程中，氨的传递总量应等于氨的分子扩散通量和总体流动中氨的传递通量之和。一组分通过另一停滞组分的传质速率之所以增大，是因为出现了与扩散方向一致的总体流动。物质在湍流流体中传递，主要是依靠流体质点的无规则运动，湍流中发生的旋涡，引起各部流体间的剧烈混合，在有浓度差存在的情况下，物质便向其浓度降低的方向传递，这种凭借流体质点的湍动和旋涡来传递物质的现象，称为湍流扩散。对流扩散是湍流主体与相界面之间的涡流扩散和分子扩散这两种传质作用的总称。吸收过程是一

11、个相际传质过程，而工业上所遇到的吸收过程是一个相间的传质过程，即溶质先从气相主体扩散到气液界面，穿过界面，再由界面向液相主体扩散。关于吸收这样的相际传质机理，刘易斯和惠特曼在本世纪二十年代提出的双膜理论一直占有重要地位。双膜理论的基本论点为：相互接触的气液两相流间存在稳定的相界面，界面两侧各有一个很薄的有效滞流膜层，吸收质以分子扩散方式通过此二膜层；在相界面处，气液两相达于平衡；在膜层以外的中心区，由于流体充分湍动，吸收质浓度是均匀的，即两相中心区内浓度梯度皆为零，全部浓度变化集中在两个有效膜区内。通过以上假设，就把整个相际传质过程简化为经由气液两膜的分子扩散过程。双膜理论认为相界面上处于平衡

12、状态，这样整个相际传质过程的阻力便全部集中在两个有效膜层内，在两相主体浓度一定的情况下，两膜的阻力便决定了传质速度率的大小。因此，双膜理论也可以称为双阻力理论。双膜理论把复杂的相际传质过程大为简化，对于具有固定相界面的系统及速度不高的两流体间的传质，双膜理论与实际情况是相当符合的。根据这一理论的基本概念所确定的相际传质速度关系，至今仍是传质设备设计的主要依据，这一理论对于生产实践具有重要的指导意义。但是，对于具有自由相界面的系统，尤其是高度湍流的两流体间的传质，双膜理论表现出它的局限性，因为在这种情况下，相界面已不再是稳定的，界面两侧存在的稳定的有效滞流膜层及物质以分子扩散的形式通过此二膜层的

13、假设都很难成立。气体吸收可分为物理吸收和化学吸收两种。如果吸收过程不发生显著的化学反应，单纯是被吸收气体溶解于液体的过程，称为物理吸收，如用水吸收S02。物理吸收的特点是随着温度的升高，被吸气体的吸收量减少。化学吸收是指溶质与溶剂发生化学反应的吸收操作，化学吸收可大幅度地提高溶剂对溶质组分的吸收能力。物理吸收过程涉及两相间的物质传递，它包括三个步骤：（1）溶质由气相主体传递到两相界面，即气相内的物质传递；（2）溶质在界面上的溶解，由气相转入液相，即界面上发生的溶解过程；（3）溶质自界面被传递至液体主体，即液相内的物质传递。一般来说，第（2）步界面上发生的溶解过程是很易进行的，其阻力很小。因此，

14、通常认为界面上气液两相的溶质浓度满足平衡关系。这样，总传质过程速率将由两个单相即气相与液相内的传质速率所决定。不论气相或液相，物质传递的机理有两种：（2）分子扩散当流体内部存在着某一组分的浓度差，则因分子的无规律热运动使该组分由浓度较高处传递至浓度较低处，这种现象称为分子扩散。如香水的气味扩散。分子扩散也可由温度梯度、压力梯度产生，由温度梯度产生的分子扩散叫热扩散,如湿木棍一头加热，另一端会冒出热气或水滴。在此讨论的分子扩散仅因浓度梯度产生的。分子扩散与传热中由于温度差而引起的热传导相似。该现象可通过亨利定律解释：在总压不很高（V5atm=时，一定温度下，当溶解达到平衡时，稀溶液上方溶质的平衡

15、分压与其在溶液中的浓度成正比。图4-2溶液忠溶质的摩尔分率与气体中溶质的平衡压力根据亨利定律P*=EX,其中P*为平衡分压；E为亨利系数，随温度升高而增大；X为被吸收组分在液相中的摩尔分率。该公式指出：被吸收气体的平衡分压只与其在液相中的浓度有关。对于稀溶液，上式平衡关系可以是一条通过原点的直线（见上图S02的溶解度曲线），即气液两相的浓度成正比。1855年费克揭示了分子扩散的基本规律一一费克定律。表明只要混合物中存在浓度梯度，必产生物质的扩散流，定律指出：对于T、P一定的一维定态的分子扩散速率与浓度梯度成正比，即工8器或者，=-NB能Ja-扩散速率通量，kmo1m2.sDMr组分A在A、B双

16、组分混合物中的扩散系数，m7s参-浓度梯度，kmo1m,（2）对流扩散在流动的流体中的传质不仅会有分子扩散，而且有流体的宏观运动也将导致物质的传递，这种现象称为对流传质。对流传质与对流传热类似，且通常是指流体与某一界面之间的传质。物理吸收的程度，取决于气一液平衡，只要气相中被吸收的分压大于液相呈平衡时该气体分压时，吸收过程就会进行。由于物理吸收过程的推动力很小，吸收速率较低，因而在工程设计上要求被净化气体的气相分压大于气液平衡时该气体的分压。因为物理吸收速率较低,所以在现代烟气中很少单独采用物理吸收法。3）化学吸收法的基本原理若被吸收的气体组分与吸收液的组分发生化学反应，则称为化学吸收，例如应用碱液吸收So2。应用固体吸收剂与被吸收组分发生化学反应，而将其从烟气中分离出来的过程，也属于化学吸收，例如炉