石灰石—石膏湿法脱硫反应原理及效率的影响因素分析

石灰石—石膏湿法脱硫反应原理及效率的影响因素分析

摘要：本文通过对我公司石灰石-石膏湿法脱硫运行分析，发现影响石灰石-石膏

湿法脱硫效率的部分原因，通过此平台，与相关人员进行学习讨论。

关键词：石灰石—石膏湿法脱硫；原理；影响因素

石灰石-石膏湿法脱硫技术的发展已逐渐成熟。石灰石-石膏湿法脱硫技术主要是运用石灰石浆液作为吸收剂，与烟气中的SO2进行一系列的化学反应，达到净

化气体，保护环境的目的。

1.反应原理。石灰石-石膏湿法脱硫工艺的主要反应场所是吸收塔。在此工艺中，送入吸收塔的吸收剂-石灰石浆液与烟气接触混合，烟气中的SO2与吸收剂

浆液中的CaCO3以及鼓入的空气中的O2发生化学反应，生成CaSO4•2H2O即石膏；脱硫后的烟气依次经过除雾器除去雾滴，烟气再热器加热升温后，经烟囱排

入大气。

1.1吸收反应的机理。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）

吸收反应是传质和吸收的过程，水吸收SO2属于中等溶解度的气体组分的吸收，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。

1.2 氧化反应的机理。部分HSO3-在吸收塔喷淋区被烟气中的氧所氧化，其他

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++HSO42-

氧化反应的机理基本同吸收反应，不同的是氧化反应使液相连续、气相离散。水吸收O2属于难溶解度的气体组分的吸收，根据双膜理论，传质速率受液膜传

质阻力的控制。

1.3中和反应的机理。吸收剂浆液被引入吸收塔内中和H+，使吸收塔保持一

定PH值。中和后的浆液在塔内再循环。中和反应如下：

Ca2++CO32-+2H++SO42-+H2O→CaSO4•2H2O+ CO2↑；2H++CO32-

→H2O+CO2↑

中和反应伴随着石灰石的溶解和中和反应及结晶，由于石灰石较难溶，因此

本环节的关键是增加石灰石的溶解度，反应生成的石膏应尽快结晶，以降低石膏

过饱和度。

2.影响石灰石-石膏湿法脱硫效率的主要因素有：①吸收塔入口参数②石灰

石粉的品质、纯度和粒度的影响③运行因素的影响。

2.1吸收塔入口烟气参数的影响。脱硫效率随吸收塔进口烟气温度的降低而上升，这是因脱硫反应时放热反应，温度升高不利脱除SO2 反应的进行。实际中有

的电厂在吸收塔原烟气入口处安装喷淋装置以降低烟温，提高脱硫效率。

2.2烟气中SO2 浓度的影响。在钙硫比一定的条件下，当烟气中SO2浓度降

低时，据化学反应动力学，其吸收速率较低，吸收塔出口SO2浓度与入口SO2浓

度相比降幅不大。因此，工程上普遍认为烟气中SO2浓度低不易获得很高的脱硫

效率，浓度较高时容易获得较高的脱硫效率。

2.3 烟气中O2 浓度的影响。在吸收剂与SO2反应过程中，O2 参与其化学反应，使HSO3-氧化成HSO4-，有利于SO2的吸收，脱硫效率呈上升趋势，但当烟

气中O2 很高时，可能是系统漏风严重，进入吸收塔烟气量增加，烟气在塔内停

留时间减少，将导致脱硫效率下降。

2.4 烟气含尘浓度的影响。烟气中的飞灰经过吸收塔洗涤后绝大部分留在了浆

液中，浆液中的飞灰在一定程度上会阻碍石灰石的消溶，从而使浆液pH值降低，脱硫效率下降；同时飞灰中溶出的一些Hg、Mg、Zn等离子也会抑制Ca2+与

HSO3-的反应，进而影响脱硫效率。

2.5 石灰石粉品质和粒径对脱硫运行的影响。石灰石中的杂质对石灰石的溶解

起阻碍作用，杂质中的Mg、Al等杂质对脱硫效率虽有有利一面，但更不利的是

F-与Al3+化合成F-Al络合物，形成包膜覆盖在石灰石颗粒表面，降低了石灰石的

利用率。杂质中的MgCO3、Fe2O3、Al2O3均为酸易容物，它们进入吸收塔后均

能生产易容的镁、铁、铝盐，这些非钙离子盐类富集增加将弱化CaCO3的溶解和

电离，所以石灰石这些杂质含量增加将影响石灰石的利用率和脱硫效率。

2.6 运行因素的影响

2.6.1 浆液pH值对SO2 吸收的影响。浆液pH值升高，一方面因液相传质系

数增大，SO2 的吸收速率增大，另一方面，因在pH值较高（大于6.2）的情况下

脱硫产物主要是CaSO3•1/2H2O，其溶解度很低，极易达到过饱和而结晶在塔壁

和部件表面上，形成很厚的垢层，造成系统严重结垢。浆液pH降低，SO2 的吸

收速率减小，但结垢倾向减弱。当pH值降到4.0以下时，浆液几乎不在吸收SO2。

2.6.2 浆液的pH值对石灰石、CaSO3•1/2H2O、CaSO4•2H2O溶解度的影响。

随着pH的升高，CaSO3•1/2H2O的溶解度显著下降。同时随着SO2的吸收，浆液pH降低，反应产生的CaSO3•1/2H2O的量增加并会在石灰石颗粒表面形成一层液膜，液膜内部的石灰石的溶解又使pH值升高进而CaSO3•1/2H2O析出并沉积在

石灰石颗粒表面，使石灰石颗粒表面钝化。钝化的外壳阻碍了石灰石的继续溶解，导致脱硫效率和石灰石利用率下降。由此可见，低pH值有利于石灰石的溶解和CaSO3•1/2H2O的氧化，高pH值有利于SO2的吸收。选择一合适的pH对烟气脱

硫很重要，实际的吸收塔浆液pH通常选择5～6之间。

2.6.3 液气比L/G的影响。在其他参数值一定的情况下，提高液气比相当于增

大了吸收塔内的喷淋密度，使液气间的接触面积增大，吸收过程中的推动力增大，脱硫效率也将增大。但液气比超过一定程度，吸收率将不会显著提高。对于实际

运行的石灰石湿法FGD系统，提高L/G将使浆液循环泵的流量增大，使设备投资

和运行成本相应增大。

2.6.4 浆液循环量的影响。新鲜的石灰石浆液喷淋下来与烟气接触后，SO2等

气体与吸收剂的反应并不完全，需要不断的循环反应，以提高石灰石的利用率。

增加浆液循环量，提高L/G的同时，也就增加了浆液与SO2的接触反应时间，从

而提高了脱硫效率。但是过高的浆液循环量将导致初投资和运行费用增加。

2.6.5.浆液停留时间的影响。浆液在反应池内停留时间长将有助于浆液中石灰

石与SO2完全反应，并能使反应生成物CaSO3有足够时间完全氧化成CaSO4，形

成粒度均匀，纯度高的优质石膏。

2.6.6 吸收剂过饱和度的影响。石灰石浆液吸收SO2后生成SO3 和CaSO4。石

膏结晶速度依赖于石膏过饱和度，在运行中，当超过某一更高值时，石膏晶体会

在其他物质表面上生长，导致吸收塔浆液表面结垢。正常运行的脱硫系统过饱和

度一般控制在120%～130%。

2.6.7 Ca/S的影响。在保持液气比不变的情况下，钙硫比增大，注入塔内吸收剂的量相应增大，引起浆液pH值上升，可增大中和反应的速率，提高脱硫效率。但是，由于石灰石的溶解度降低，其供给量的增加将会引起石灰石过饱和度凝聚，使反应的表面积减小，脱硫效率降低。对于石灰石湿法FGD，吸收塔浆液Ca/S在

1.02～1.03之间。

2.6.8 吸收塔内烟气流速的影响。在其他参数维持不变的情况下，提高吸收塔内烟气流速，可以提高气液两相的湍动，增加脱硫效率。但烟气流速增大，则烟气在吸收塔内的停留时间减小，脱硫效率下降。因此，从脱硫效率的角度来讲，吸收塔内烟气流速有一最佳值，高于或低于此气速，脱硫效率将会降低。

3.结束语

总而言之，对我国燃煤火电企业来说，在很长时间内都需要运用石灰石—石膏湿法脱硫技术对SO2进行处理。因此，相关人员应充分考虑各种因素对石灰石-石膏湿法脱硫效率的影响，采取有效的措施，提高脱硫效率，减少SO2的排放量，保障我国居民的健康生活。