工业锅炉湿法脱硫实用技术设计

烟气中的SO₂进入脱硫塔后同脱硫剂浆液接触，SO₂先溶解于吸收液中，然后离解成H⁺和HSO₃^-：

氢氧化钙溶解：

两者中产生的H⁺和OH^-发生中和反应：

亚硫酸钙盐随之生成：

亚硫酸钙氧化成硫酸钙，可分为强制氧化和自然氧化。在脱硫塔底部循环槽中强制鼓入氧化空气，使CaSO₃强制氧化成CaSO₄，称为强制氧化工艺。利用烟气中的剩余氧气使CaSO₃氧化成CaSO₄，称为自然氧化工艺。

上面的化学反应中，SO₂从气相扩散进入液相，通过气膜和液膜的扩散过程，需要一定的反应时间。

式（4-2）表示溶解于水的SO₂离解成H⁺和SO^2-₃，式（4-3）表示Ca（OH）₂离解成Ca²⁺和OH^-，式（4-4）表示H⁺离子与OH^-产生中和反应，式（4-5）表示亚硫酸钙的生成，式（4-6）表示亚硫酸钙氧化成硫酸钙（石膏）。

脱硫化学反应速率取决于SO₂吸收速率、HSO₃^-氧化速率、石灰溶解速率和石膏的结晶速率。要提高脱硫效率，就要使上述6个化学反应式能快速向右侧进行。如何才能做到这一点呢？前人进行了许多研究。脱硫是气体吸收，是溶质（如SO₂）从气相传递到液相（如脱硫循环浆液）的过程。对于吸收机理的解释已有多种理论，如双膜理论、溶质渗透理论、表面更新理论等。其中双膜理论模型简明易懂，应用较广。

根据第3章介绍双膜理论，烟气中的SO₂进入脱硫循环液要通过气膜扩散和液膜扩散。这是式（4-1）、式（4-2）所表示的过程，也是控制湿式石灰法脱硫吸收速率的主要因素。根据双膜理论可知，通过脱硫塔吸收的SO₂为：

式中 G——通过吸收塔的烟气流量（kmol/s）；

（y_b-y_a）——通过吸收塔进出口，SO₂的摩尔分数；

K_Ga——气相总体积传质系数[kmol/（m³·s）]；(www.xing528.com)

a——单位体积吸收塔中有效传质面积（m²/m³）；

F_h——吸收塔的横截面积（m²）；

h₀——吸收区高度（m）；

Δy_m——气侧吸收推动力的对数平均值。

因为

当用石灰吸收液吸收SO₂时，亨利系数（H）值很小，则H/k_L可忽略不计，即K_Ga≈k_Ga。表明吸收过程总传质速率主要取决于气膜扩散速率。这类脱硫过程属于气膜控制过程。其脱硫效率y_S=f（K_GaaF_hh₀·Δy_m）是气相总体积传质系数、吸收塔横断面积、脱硫吸收区高度，吸收推动力对数平均值和吸收塔单位体积中有效传质面积的函数。目前还没有此函数的解析式。但可从式（4-7）得出提高脱硫效率的途径：

1）提高k_Ga可以提高η_S。由于k_Ga正比于D_G/（δ_G·T），所以增大气液两相相对速度u可以减小δ_G，可以提高k_Ga但增大u要在合理范围。从k_Ga正比可知降低温度T也可提高k_Ga值。

2）增大吸收塔横断面积F_h和a可提高脱硫效率。为了提高a值，可采用提高吸收塔液气比、减小雾化粒径或增大塔板上的鼓泡液膜面积等方法。

3）增高吸收区高度h₀，可以增大总的有效传质面积，可以增加气液两相吸收SO₂的时间，所以可以提高脱硫效率。

4）增大吸收推动力对数平均值Δy_m可以提高吸收效率。增大液气比、提高浆液碱度、增强液侧吸收推动力、降低平衡浓度可以提高Δy_m。