石灰石-石膏法烟气脱硫环保系统设计及其反应原理分析
摘要：石灰石-石膏法烟气脱硫环保技术是现代工业发展过程中重要的环保生产技术，对于社会发展和环境保护具有重要的作用。本文研究和介绍了石灰石-石膏法烟气脱硫环保系统组成及其设计反应原理，从系统的组成，系统设计的反应原理，特别是化学反应两个方面全面进行了分析，对于实际工业生产具有重要的参考价值。
关键词：石灰石-石膏法，烟气脱硫环保系统，反应原理，化学反应
1引言
石灰石-石膏法烟气脱硫技术已经有几十年的发展历史,技术成熟可靠,适用范围广泛,据有关资料介绍,该工艺市场占有率已经达到85%以上。由于反应原理大同小异，本设计总结了一些通用的规律和设计准则，基本适用于目前市场上常用的各种石灰石-石膏法烟气脱硫技术，包括喷淋塔、鼓泡塔、液柱塔等。
2典型的系统构成
典型的石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺流程如图1所示，实际运用的脱硫装置的范围根据工程具体情况有所差异。
图1石灰石/石灰-石膏湿法烟气脱硫工艺流程
3反应原理
3.1 吸收原理
吸收液通过喷嘴雾化喷入吸收塔，分散成细小的液滴并覆盖吸收塔的整个断面。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、SO3及HCl 、HF被吸收。SO2吸收产物的氧化和中和反应在吸收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，石灰石被连续加入吸收塔，同时吸收塔内的吸收剂浆液被搅拌机、氧化空气和吸收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。
3.2 化学过程
强制氧化系统的化学过程描述如下：
(1)吸收反应
烟气与喷嘴喷出的循环浆液在吸收塔内有效接触,循环浆液吸收大部分SO2，反应如下：
SO2+H2O→H2SO3(溶解)
H2SO3⇋H++HSO3-(电离)
吸收反应的机理：
吸收反应是传质和吸收的的过程，水吸收SO2属于中等溶解度的气体组份的吸收，根据双膜理论，传质速率受气相传质阻力和液相传质阻力的控制，
吸收速率=吸收推动力/吸收系数(传质阻力为吸收系数的倒数)
(2)氧化反应
一部分HSO3-在吸收塔喷淋区被烟气中的氧所氧化，其它的HSO3-在反应池中被氧化空气完全氧化，反应如下：
HSO3-+1/2O2→HSO4-
HSO4-⇋H++SO42-
氧化反应的机理：
氧化反应的机理基本同吸收反应，不同的是氧化反应是液相连续，气相离散。水吸收O2属于难溶解度的气体组份的吸收，根据双膜理论，传质速率受液膜传质阻力的控制。
(3)中和反应
吸收剂浆液被引入吸收塔内中和氢离子，使吸收液保持一定的pH值。中和后的浆液在吸收塔内再循环。中和反应如下：
Ca2++CO32-+2H++SO42-+H2O→CaSO4·2H2O+CO2↑
2H++CO32-→H2O+CO2↑
中和反应的机理：
中和反应伴随着石灰石的溶解和中和反应及结晶，由于石灰石较为难溶，因此本环节的关键是，如何增加石灰石的溶解度，反应生成的石膏如何尽快结晶，以降低石膏过饱和度。中和反应本身并不困难。
(4)其他副反应
烟气中的其他污染物如SO3、Cl、F和尘都被循环浆液吸收和捕集。SO3、HCl和HF与悬浮液中的石灰石按以下反应式发生反应：
SO3+H2O→2H++SO42-
CaCO3 +2 HCl<==>CaCl2 +CO2 +H2O
CaCO3 +2 HF <==>CaF2 +CO2 +H2O
副反应对脱硫反应的影响及注意事项：
脱硫反应是一个比较复杂的反应过程，其中一些副反应，有些有利于反应的进程，有些会阻碍反应的发生，下列反应应当在设计中予以重视：
a)Mg的反应
浆池中的Mg元素，主要来自于石灰石中的杂质，当石灰石中可溶性Mg含量较高时(以MgCO3形式存在，由于MgCO3活性高于CaCO3会优先参与反应，对反应的进行是有利的，但过多时，会导致浆液中生成大量的可溶性的MgSO3，它过多的存在，使的溶液里SO32-浓度增加，导致SO2吸收化学反应推动力的减小，而导致SO2吸收的恶化。
b)AL的反应
AL主要来源于烟气中的飞灰，可溶解的AL在F离子浓度达到一定条件下，会形成氟化铝络合物(胶状絮凝物)，包裹在石灰石颗粒表面，形成石灰石溶解闭塞，严重时会导致反应严重恶化的重大事故。
c)Cl的反应
在一个封闭系统或接近封闭系统的状态下，FGD工艺的运行会把吸收液从烟气中吸收溶解的氯化物增加到非常高的浓度。这些溶解的氯化物会产生高浓度的溶解钙,主要是氯化钙,如果高浓度的溶解的钙离子存在FGD系统中,就会使溶解的石灰石减少,这是由于“共同离子作用”而造成的,在“共同离子作用”下，来自氯化钙的溶解钙就会妨碍石灰石中碳酸钙的溶解。控制CL离子的浓度在12000-20000ppm是保证反应正常进行的重要因素。
4 结语
石灰石-石膏法烟气脱硫环保系统整体工程设包含了很多方面，本文主要对系统组成及其设计反应原理两个方面进行了分析，特别是对各个化学反应进行了细致的分析和描述。这些具体的内容对于实际的石灰石-石膏法烟气脱硫环保系统建设具有重要的参考价值。
参考文献
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[2] 陈年. 西部大开发中重庆应大力发展环保产业[J]. 西南师范大学学报(自然科学版)，2000,4
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