1000MW機組培訓(xùn)教材A版(脫硫分冊)

1000MW機組培訓(xùn)教材A版（脫硫分冊）

華潤電力（賀州）

培訓(xùn)教材

（脫

硫分冊）

刖6

華潤電力（賀州）有限公司培訓(xùn)教材系列主要包括

集控、鍋爐、汽機、

電氣、化學(xué)、除灰、脫硫、輸煤八個分冊。本冊？1OOOMTV

機組培訓(xùn)教材系列脫

硫分冊?在學(xué)習(xí)輔控專業(yè)知識和機組調(diào)試期間參考使用，

本版為試運版。

本教材主要依據(jù)中南設(shè)計院、北京博奇及各輔機廠

家提供的設(shè)

計圖紙、制造及使用維護說明書編寫而成。在編寫過程

中，由于工程未竣工，

難免存在遺漏和缺乏，在學(xué)習(xí)參考時請大家注意，并及時

提出修改、補充意

見，以使教材進一步完善。

本教材由華潤電力（賀州）有限公司生產(chǎn)準(zhǔn)備部歸

口負責(zé)解釋。

本教材由華潤電力（賀州）有限公司生產(chǎn)準(zhǔn)備部起

草。

編寫：呂新鋒

劉元偉、廖開太

審定:

目錄

第一章煙氣脫硫的總體介

紹..........................................................

..........................................................................................1

第一節(jié)概

述..........................................................

...............1

第二節(jié)我公司煙氣脫硫概

述..........................................................

第二章S02吸收系

統(tǒng)..........................................................

.........................................................................................................................6

第一節(jié)S02吸收系統(tǒng)概

述.......................................................

...........................................................................6

第二節(jié)工藝流程及設(shè)備標(biāo)

準(zhǔn).......................................................

................................................................20

第三節(jié)運行的檢查與調(diào)

整11一????????????????????????????????????????????????????????

..........................................................................24

第三章石灰石漿液系

統(tǒng).......................................................

.....................................................................................28

第一節(jié)石灰石漿液制

備.......................................................

.................................................................................28

第二節(jié)運行的檢查與調(diào)

整.......................................................

..........................................................................29

第四章石膏脫水系

統(tǒng).......................................................

........................................................................................................32

第一節(jié)石膏系統(tǒng)的概

述.......................................................

............................................................................................32

第二節(jié)主要設(shè)

備.......................................................

33

第三節(jié)運行的檢查與調(diào)

整」—????????????????????????????????????????????????????????

....................................................................................38

第五章公用系

統(tǒng).......................................................

..40

第一節(jié)工藝水和冷卻水系

統(tǒng).......................................................

..............................40

第二節(jié)排放系

統(tǒng).......................................................

????????????????????????????????????????????????????????a

45

第三節(jié)儀用和雜用空氣系

統(tǒng).......................................................

..............................46

第六章脫硫廢水處

理.......................................................

...........................................48

第一節(jié)系統(tǒng)概

述.......................................................

48

第二節(jié)脫硫廢水處理工藝流

程.......................................................

.....................................................................55

第七章脫硫系統(tǒng)啟

停.......................................................

...........................................................................................................58

第一節(jié)啟停說

明.......................................................

58

第二節(jié)脫硫系統(tǒng)啟

動.......................................................

...................................................................................................58

第三節(jié)脫硫系統(tǒng)停

運.......................................................

...................................................................................................62

第八章脫硫系統(tǒng)運行與維

護.......................................................

................................................................................64

第一節(jié)概

述.......................................................

?????????????????????????????????????????????????????????a?

..........64

第二節(jié)正常運行方

式.......................................................

................................................................................................66

第三節(jié)日常維

護.......................................................

?????????????????????????????????????????????????????????

67

第九章脫硫效率影響因素及常見問題處

理.......................................................

....................................70

第一節(jié)影響脫硫效率的主要因

....................................................

..............................70

第二節(jié)脫硫常見問題及處

理.......................................................

....................................72

華潤電力（賀州）培訓(xùn)教材（A版）

脫硫分冊

第一章煙氣脫硫的總體介紹

第一節(jié)概述

我公司一期（2X1000MW）每臺機組配備1臺最大連續(xù)出

力3033t/h的鍋爐，煙氣經(jīng)靜電除

塵器（三室四電場）除塵。每臺鍋爐各配1套FGD裝置，采用

石灰石一石膏濕法煙氣強制氧化脫

硫工藝，主要包括有S02吸收系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、石灰石漿液制

備系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)；工藝水冷

卻水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、排放系統(tǒng)及廢水輸送等公用系統(tǒng)。

一、脫硫工藝介紹

我公司煙氣脫硫采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫。

脫硫簡要流程如下：外購石灰石粉加水制成含固量約為

3096的漿液作為脫硫吸收劑，泵入吸

收塔與煙氣充分接觸混合，煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣

以及從塔下部漿池鼓入的氧化空

氣進行反響生成硫酸鈣，硫酸鈣到達一定飽和度后，結(jié)晶形成二

水石膏。從吸收塔排出的石膏漿

液經(jīng)濃縮、脫水，使其含水量小于10%,然后用輸送機送至石膏

貯倉堆放。脫硫后的煙氣經(jīng)過除

霧器除去霧滴后經(jīng)煙囪排入大氣。石灰石一石膏濕法煙氣洗滌工

藝分為自然氧化和強制氧化兩

種，其主要區(qū)別為是否在吸收塔底部的持液槽中通過空氣把亞硫

酸鈣氧化成石膏(CaSO??2H0)o

42

目前，強制氧化工藝已成為優(yōu)先選擇的脫硫工藝。

煙氣脫硫原理如下：

1.煙氣中的二氧化硫溶解于水，生成亞硫酸并離解成

I1S0—2-

和SO離子。

33

+

SO+HOfH+HSO

223

-+2-

HSO->H+S0

33

2.產(chǎn)生的H+

2+2-2-

促進CaCO溶解，生成一定濃度的Ca

與SO或HSO結(jié)合，生成CaSO和

3

333

Ca(HSO)o

32

2+2-

Ca++S0fCaSO

33

Ca+HSOTa(HSO)

2+332

3.反響過程中，一局部SO2-

2--

和HSO被氧化成

SO和HSOo

33-

44

2-2-

SO+1/20-SO

324

HSO+1/20-HSO

324

4.溶液中存在的大量SO2-

2-

及HSO被鼓入的空

氣強制氧化轉(zhuǎn)化為S0,而生成石膏結(jié)晶

33

4

(CaS0??2H0)o

42

2+2-

Ca+S0+2H0->CaS0??2H0o

4242

二、濕法煙氣脫硫(WFGD)的技術(shù)特點及優(yōu)點

濕法煙氣脫硫(WFGD)的技術(shù)特點是整個脫硫系統(tǒng)位于燃

煤鍋爐煙道的尾部、除塵器之后，

不會對鍋爐機組的熱效率、利用率產(chǎn)生任何影響；其脫硫過程在

溶液中進行，脫硫劑和脫硫生產(chǎn)

物均為濕態(tài)。

濕法煙氣脫硫的主要優(yōu)點是：

1.脫硫效率高，鈣的利用率高可達9096以上;

2.單機煙氣處理量大，可與大型鍋爐單元匹配;

3.對煤種的適應(yīng)性好，煙氣脫硫過程在鍋爐尾部煙道以

后，不會對鍋爐機組的熱效率、利

用率產(chǎn)生任何影響；

-1-

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脫硫分冊

4.石灰石作為脫硫吸收劑其來源廣泛且價格低廉，便于就

地取材；

5.副產(chǎn)品石膏經(jīng)脫水后即可回收，具有較高的綜合利用價

值。

三、煙氣脫硫的根本術(shù)語及其意義

1.煙氣脫硫效率

煙氣脫硫效率表示脫硫能力的大小，一般用百分比表示，是

衡量脫硫系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟性的最

重要的指標(biāo)。脫硫系統(tǒng)的設(shè)計脫硫效率為在鍋爐正常運行中（包

括各種負荷條件和最差鍋爐工況

下），并注明在給定的鈣硫摩爾比的條件下，所能保證的最低脫

硫效率。脫硫效率除了取決于所

采用的工藝和系統(tǒng)設(shè)計外，還取決于排煙煙氣的性質(zhì)等因素。

脫硫效率也是考核煙氣脫硫設(shè)備運行狀況的重要指標(biāo)，是計

算S02排放量的根本參數(shù)。對于

連續(xù)運行的脫硫設(shè)備，入口S02的濃度是隨時間變化的，而且

變化幅度有時很大，因此，實時計

算的脫硫效率也是隨時間變化的。因此，某一監(jiān)測時段內(nèi)設(shè)備的

脫硫效率，應(yīng)取整個時段內(nèi)脫硫

效率的平均值。在計算脫硫效率時，只計入SO的脫除率，而通

常不考慮so的脫除率。

2

3

2.煙氣流速

煙氣流速是指設(shè)計處理煙氣量的空塔截面流速，以m/s為

單位，因此，煙氣設(shè)計流速決定

了吸收塔的橫截面面積，也就確定了塔的直徑。煙氣設(shè)計流速越

高，吸收塔的直徑越小，可降低

吸收塔的造價。但另一方面，煙氣流速越高，煙氣與漿液的接觸

和反響時間相應(yīng)減少，煙氣攜帶

液滴的能力也相應(yīng)增大，引風(fēng)機的電耗也加大。

比擬典型的逆流式吸收塔煙氣流速一般在2.5~5m/s內(nèi)范

圍內(nèi)，大多數(shù)的FGD裝置吸收塔

的煙氣設(shè)計流速選取為3m/s,并趨向于更高的流速。國外FGD

裝置的運行經(jīng)驗說明，在S02脫除

率恒定的情況下，液氣比L/G隨著吸收塔煙氣流速的升高而降

低，帶來的直接利益是可以降低吸

收塔和循環(huán)泵的初投資，雖然引風(fēng)機的電耗要增加，但可由循環(huán)

泵降低的電耗沖減。

因此，吸收塔煙氣設(shè)計流速的選取是一個技術(shù)經(jīng)濟的綜合比

擬，隨著吸收塔的設(shè)計不斷改

進，煙氣和漿液的反響吸收過程不斷改善，設(shè)計和運行的煙氣流

速也在趨于提高。

3.液氣比

液氣比是指洗滌每立方米煙氣所用的洗滌液量，單位是

L/m3。比率為：循環(huán)漿液流量/處理

煙氣流量，一般表示為：L/1000Nm3。

4.漿液的pH值

漿液的pH值是FGD裝置運行中需要重點檢測和控制的化

學(xué)參數(shù)之一，它是影響脫硫率、氧

化率、吸收劑利用率及系統(tǒng)結(jié)垢的主要因素之一。漿液的pH值

高，意味著堿度大，有利于堿性

溶液與酸性氣體之間的化學(xué)反響，對脫除S02有利，但會對副

產(chǎn)物的氧化起抑制作用。降低pH

值可以抑制II2-

2

SO分解為SO，使反響生成物大多為易溶性的Ca

HSO,從而減輕系統(tǒng)內(nèi)的結(jié)垢

233

3

傾向。漿液的pH值是靠補充新鮮的石灰石漿液來維持的。通常

噴淋吸收塔漿池的pH值維持在

5.0-5.8之間，較低的PH值不但增強了石灰石的溶解和亞硫

酸鹽的氧化顯著提高了石灰石的利

用率，而且消除了除霧器中的結(jié)垢。

5.鈣硫摩爾比

從化學(xué)反響的角度，無論何種脫硫工藝，在理論上只要有一

個鈣基吸收劑分子就可以吸收

一個SO2分子，或者說，脫除Imol的硫需要lmol的鈣。但

在實際反響設(shè)備中，反響的條件并不

處于理想狀態(tài)，因此，一般需要增加脫硫劑的量來保證吸收過程

的進行。鈣硫摩爾比就是用來表

示到達一定脫硫效率時所需要鈣基吸收劑的過量程度，也說明在

用鈣基吸收劑脫硫時鈣的有效利

用率。一般用鈣與硫的摩爾比值表示，即Ca/S比，所需的Ca/S

越高，鈣的利用率那么越低。

以應(yīng)用最為廣泛的石灰石脫硫吸收劑為例，CaC03的分子量

為100,S的分子量為32,理論

上，每脫除1kg的硫需要3.125kg的CaCO3。鈣硫摩爾比由下

式計算：

Ca/S(32/100)XCaC03/S

反過來，如果為到達一定脫硫效率所需的鈣硫摩爾比時，也

可以由上式求出所需參加

的石灰石量G。通常情況下，石灰石的消耗量占鍋爐燃煤量的百

分比小于6%o

濕法脫硫工藝的反響是在氣相、液相和固相之間進行的，反

響條件比擬理想，因此，在脫

硫效率為90%以上時，其鈣硫摩爾比略大于1,目前國外脫硫

公司的先進技術(shù)一般不超過L05,

最正確狀態(tài)可達1.01?1.02。我公司脫硫裝置設(shè)計的鈣硫摩爾

比為《1.03。

-2-

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6.吸收塔漿液循環(huán)停留時間

吸收塔漿液循環(huán)停留時間（t）表示吸收塔漿液全部循環(huán)一

次的平均的時間，比時間等于吸

收塔中漿液體積（V）除以循環(huán)漿液流量（L）,即t（min）6OV/L0

7.漿液在吸收塔中的停留時間

漿液在吸收塔中的停留時間（t）又稱為固體物停留時間。

它等于吸收塔漿液體積（V）除以

吸收塔排出泵流量⑻,即t（h）V/Bo固體停留時間也等于

吸收塔中存有固體物的質(zhì)量（kg）

除以固體副產(chǎn)物的產(chǎn)出率（kg/h）o

8.吸收劑利用率

吸收劑利用率（n）等于單位時間內(nèi)從煙氣中吸收的S02摩

爾數(shù)除以同時間內(nèi)參加系統(tǒng)的吸

收劑中鈣的總摩爾數(shù)，即n（100%）已脫除的S02的摩爾數(shù)/

參加系統(tǒng)中的Ca的摩爾數(shù)X100%。

吸收劑利用率也可以理解為在一定時間內(nèi)參與脫硫反響的

CaCO3的數(shù)量占參加系統(tǒng)中的

CaCO3總量的百分比。

9.氧化率

氧化率（n）等于吸收塔中氧化成硫酸鹽的SO摩爾數(shù)除以

已吸收的SO總摩爾數(shù),即:

2

2

n已氧化的so摩爾數(shù)/已吸收的so摩爾數(shù)。

22

氧化率也可看作離開工藝過程的硫酸鹽總摩爾數(shù)除以煙氣

中已吸收的S02總摩爾數(shù)，用固體

副產(chǎn)物中硫酸鹽和亞硫酸鹽摩爾數(shù)來表示，即：

n副產(chǎn)物中S02-2-2-

摩爾數(shù)/副產(chǎn)物中SO+S0摩爾

數(shù)。

434

10.氧化空氣利用率

氧化空氣利用率(n)是指氧化已吸收的S02理論上所需

要的氧化空氣量與強制氧化實際鼓

入的氧化空氣之比，也可指理論上需要的0氣量與實際鼓入0

量之比。氧硫比是氧化空氣利用

22

率的另一種表示方法，指氧化ImolSO實際鼓入的。的摩爾數(shù)。

理論上0.5mol0可氧化ImolSO,

22

22

如果強制氧化ImolSO實際鼓入的空氣中0的摩爾數(shù)為1.5,

那么氧硫比1.5,氧化空氣或。

22

2

的利用率n0.5/1.5,因此nxioo%

11.其它術(shù)語

FGD：FlueGasDesulfurize煙氣脫硫。

CEMS：煙氣監(jiān)測系統(tǒng)。

PH：溶液酸度及堿度的量度標(biāo)準(zhǔn)。

氧化：FGD系統(tǒng)中吸收的SO

2-

與0反響形成硫酸鹽SOo

224

LSFO：LimestoneForcedoxidation石灰石強制氧化。

石灰石CaCO:參加到FGD系統(tǒng)的一種堿性礦石它與煙氣中的

酸性SO反響并中和，是裝置中鈣

3

2

離子Ca2+的來源。

第二節(jié)我公司煙氣脫硫概述

一、我公司FGD總設(shè)計原那么

1.采用石灰石一石膏濕法脫硫工藝，一爐一塔，單塔煙氣處理

能力為一臺鍋爐BMCR工況時的

煙氣量。

2.脫硫裝置可用率不小于95%o

3.脫硫系統(tǒng)不設(shè)置脫硫增壓風(fēng)機，整個脫硫系統(tǒng)的阻力由鍋爐

引風(fēng)機克服

4.吸收劑采用外購滿足脫硫要求的成品石灰石粉，廠內(nèi)制漿。

5.脫硫副產(chǎn)品一石膏經(jīng)真空皮帶脫水機脫水后含水率要求不

大于10%,石膏運至綜合利用用戶

或在灰場單獨堆放處理。

6.脫硫廢水處理后到達？火電廠石灰石灰石一石膏濕法脫硫廢

水水質(zhì)控制指標(biāo)?DL/T997-2006。

7.雜用、儀用壓縮空氣由全廠統(tǒng)一的壓縮空氣供給中心供給，

脫硫島內(nèi)設(shè)儲氣罐。

-3-

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脫硫分冊

8.脫硫島的設(shè)備冷卻水來自電廠工業(yè)水管，脫硫工藝水來自

電廠設(shè)備冷卻水的回用水。

9.本期脫硫工程10kV系統(tǒng)采用分散供電方案，脫硫島內(nèi)不設(shè)

置10kV配電裝置。

10.脫硫島不沒單獨的脫硫保安柴油機組，脫硫島內(nèi)設(shè)置保安

MCC,電源由主體工程保安PC提

供。

11.脫硫島內(nèi)單設(shè)一套直流系統(tǒng)及UPS系統(tǒng)。

12.脫硫島設(shè)置一套區(qū)域火災(zāi)報警系統(tǒng)，與主廠房火災(zāi)報警系統(tǒng)

通訊連接。

13.煙氣脫硫系統(tǒng)采用一套獨立的分散控制系統(tǒng)FGD-DCSo

14.脫硫島設(shè)置一個脫硫控制室。

15.FGD-DCS與機組DCS之間的聯(lián)鎖、保護及重要信號采用硬

接線方式。FGD-DCS預(yù)留SIS、遠

動RTU的通訊接口。

16.脫硫島采用一套工業(yè)電視系統(tǒng)，并與全廠工業(yè)電視系統(tǒng)聯(lián)

網(wǎng)。

二、我公司FGD設(shè)計的主要參數(shù)與指標(biāo)

表1-1

序號指標(biāo)名稱

單位參數(shù)

3

1FGD進口煙氣量（標(biāo)態(tài)，濕基，實際0）

Nm/h3199463

2

3

2FGD進口煙氣量（標(biāo)態(tài)，干基，實際0）

Nm/h3008665

2

3FGD進口煙氣污染物濃度

3

—S02濃度（標(biāo)態(tài)，干基，6%0）

mg/Nm5223

2

3

一含塵濃度（標(biāo)態(tài)，干基，6%0）

mg/NmW100

2

4FGD出口煙氣污染物濃度

3

—S02濃度（標(biāo)態(tài)，干基，6%0）

mg/Nm200

2

3

含塵濃度（標(biāo)態(tài)干基，6%0）

mg/Nm50

2

5FGD進□煙氣溫

度℃

119

6FGD進□最高煙

溫℃

180

7FGD出□煙氣溫

度℃

49.1

8系統(tǒng)脫硫效率（保證

值）%

296.17

9負荷變化范

圍

%30-100

10石灰石漿液濃度

(%)%

30

11吸收塔漿液池內(nèi)漿液濃度

(%)%

20

12吸收塔漿池C1濃度（mg/1

mg/1W20000

13液氣比（1/Nm）

17.64

14鈣硫比Ca/S(mol/mol)

WL03

3

15吸收塔除霧器出口煙氣攜帶水滴含量

mg/NmW75

16FGD石膏品質(zhì)

3

—含濕量取決于灰塵負荷100mg/m（標(biāo)態(tài)，干

態(tài)）％

10

純度

質(zhì)量-%干90

-C1(水溶性）

質(zhì)量T干<0.01

CaSO??1/2HO

%WO.01

32

CaCO和

MgCO%

WO.35

33

17工藝水耗

t/h2X190.5

-4-

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序號指標(biāo)名稱

單位參數(shù)

18石灰石消耗

t/h2X28.61

3

20儀用壓縮空氣消耗量

Nm/min5

旦

21設(shè)備冷卻水耗里

t/h100（兩臺機組）

23電耗

kWh/h15864（兩臺機組）

24FGD系統(tǒng)壓力損失

Pa1700

25引風(fēng)機出口至吸收塔入口原煙氣煙道阻力

Pa325

26吸收塔出口至煙囪入口阻力

Pa175

27廢水量

t/h27.6

28系統(tǒng)可用

率%

295

29脫硫裝置年利用小時數(shù)

小時5500

30FGD裝置效勞年限

年30

-5-

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第二章S02吸收系統(tǒng)

第一節(jié)S02吸收系統(tǒng)概述

SO吸收系統(tǒng)是煙氣脫硫系統(tǒng)的核心。主要是由吸收塔、除

霧器、循環(huán)漿液泵、噴淋層及噴

2

嘴、吸收塔攪拌器及氧化風(fēng)機等設(shè)施、設(shè)備組成。

在吸收塔內(nèi)，煙氣中的SO被吸收漿液洗滌并與漿液中的

CaCO發(fā)生反響，在吸收塔底部的

23

循環(huán)漿池內(nèi)被氧化風(fēng)機鼓入的空氣強制氧化，最終生成石膏晶

體，由石膏漿排漿泵排出吸收塔送

入石膏處理系統(tǒng)脫水。在吸收塔的出口設(shè)有兩級除霧器，以除去

脫硫后煙氣攜帶的細小液滴，使

煙氣在含液滴量低于75mg/Nm3下排出。

X1043

m/h干煙氣，t=

℃,過?？諝庀禂?shù)為1.422,設(shè)計煤種。吸收塔為鋼結(jié)構(gòu)圓柱

體，內(nèi)襯防腐蝕襯里；上

局部為吸收塔和除霧器兩局部，底部為循環(huán)漿池。吸收塔采用5

臺循環(huán)漿液泵，5層噴淋層每

層噴淋層由一臺循環(huán)漿泵單獨供漿，3臺強制氧化風(fēng)機，二臺

運行、一臺備用。以及相應(yīng)的攪

拌設(shè)備。

在脫硫系統(tǒng)解列或出現(xiàn)事故停機需要檢修時.，吸收塔內(nèi)的吸

收漿液由石膏排漿泵排出存入事

故漿液罐中，以便對脫硫塔進行維修。

在塔槽內(nèi)生成的石膏通過石膏排漿泵送至石膏脫水車間進

行脫水處理，采用兩臺100%容量

的石膏排漿泵，一臺運行、一臺備用。

此外，兩臺機組的脫硫設(shè)施共用一座事故漿液罐。在發(fā)生故

障或認為有必要時，吸收塔中的

漿液可迅速排入事故漿液罐。此事故漿液罐的容量按可容納一臺

機組全部的漿液量設(shè)計。事故漿

液罐內(nèi)設(shè)置攪拌器及漿液返回泵。

石灰石一石膏煙氣脫硫（WFGD）是由物理吸收和化學(xué)吸收兩

個過程組成。在物理吸收過程中

SO2溶解于吸收劑中，只要氣相中被吸收氣體的分壓大于液相呈

平衡時該氣體分壓時，吸收過程

就會進行，吸收過程取決于氣-液平衡，滿足亨利定律。由于物

理吸收過程的推動力很小，所以

吸收速率較低。而化學(xué)吸收過程使被吸收的氣體組分發(fā)生化學(xué)反

響從而有效地降低了溶液外表上

被吸收氣體的分壓，增加了吸收過程的推動力，吸收速率較快。

WFGD反響速率取決于四個速率

控制步驟，即SO的吸收、HSO氧化、石灰石的溶解和石膏的結(jié)

晶。

23

一、FGD系統(tǒng)中的化學(xué)反響原理

1.氣體吸收過程的機理

吸收過程中進行的方向與極限取決于溶質(zhì)（氣體）在氣液兩

相中的平衡關(guān)系，當(dāng)氣相中溶質(zhì)

的實際分壓高于與液相成平衡的溶質(zhì)分壓時，溶質(zhì)便由氣相向液

相轉(zhuǎn)移，即發(fā)生吸收過程。實際

分壓與平衡分壓相差越大，吸收的速率也越大，或稱吸收的推動

力也越大。反之，如果氣相中溶

質(zhì)的分壓低于與液相成平衡的溶質(zhì)分壓時?，溶質(zhì)便由液相向氣相

轉(zhuǎn)移，即吸收的逆過程，這種過

程稱為解吸（或脫吸）。不管是吸收還是解吸，均與氣液平衡有

關(guān)。

氣體吸收的平衡關(guān)系是指氣體在液相中的溶解度。平衡狀態(tài)

下氣相中的溶質(zhì)分壓稱為平衡分

壓或飽和分壓，液相中溶質(zhì)濃度稱為平衡濃度或飽和濃度。它們

的大小隨溫度和壓力而改變的，

所謂氣體在液相的溶解度，就是一定條件下氣體在液體中飽和濃

度。

氣體在液體中溶解度說明一定條件下，吸收過程可能到達的

極限程度。要確定吸收設(shè)備內(nèi)任

何位置氣、液實際濃度與其平衡濃度的差距，說明了系統(tǒng)的平衡

關(guān)系。在一定溫度下，溶液的平

衡濃度［即溶解度)隨溶解的氣體的壓力增大而增大。在一定溫

度下，表示溶液中氣體溶質(zhì)的組

成與氣體平衡玉力關(guān)系的曲線稱為氣體的溶解度曲線或平衡曲

線，各種系統(tǒng)的曲線一般都是根據(jù)

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脫硫分冊

實驗結(jié)果做出?；コ善胶獾臍狻⒁簝上啾舜艘来?，而且任何平衡

狀態(tài)都是有條件的。

(1)亨利定律

對于單組分的物理吸收有P*f(t,X,P)的關(guān)系，當(dāng)總壓

不很高時1如小于5atmK上式

又可簡化為P*f(t,X)；假設(shè)確定在一定溫度下，那么P*只

是的X函數(shù)，即P*f(X),即被吸收

氣體的平衡分壓只與其在液相中的濃度有關(guān)，對于稀溶液，上列

平衡關(guān)系式可以是一條通過原點

的直線，即氣液兩相的濃度成正比，此即著名的亨利定律，它表

示總壓不很高時，一定溫度下，

當(dāng)溶液到達平衡時，稀溶液上方溶質(zhì)A的平衡分壓與其在溶液

中濃度成正比。

P*EX

式中：X一被吸收組分在液相中摩爾分率(無因次〕

E—亨利系數(shù)，單位與P*相同，Pa

在恒定溫度下，對指定的物系進行實驗，測得一系列平衡狀

態(tài)下的X與P*,將其在普通的

直角坐標(biāo)系中進行表示，求出濃度趨近于0時的P*/X值，便

是系統(tǒng)在該溫度下的亨利系數(shù)。對

于一定的體系，E是溫度的函數(shù)，一般來說，溫度上升那么E

增大，說明溫度升高不利于氣體的吸

收，在同一溶劑中，難溶氣體E值很大，反之那么小。

(2)傳質(zhì)機理與吸收速率

吸收操作是溶質(zhì)從氣相轉(zhuǎn)移到液相的過程，其中包括溶質(zhì)由

氣相主體向氣液界面的傳遞，及

由界面向液相主體的傳遞，因此，要研究傳質(zhì)機理，首先就要搞

清楚物質(zhì)在單一相(氣相或液相)

中的傳遞規(guī)律。

物質(zhì)在單一相的傳遞是靠擴散作用。發(fā)生在流體中的擴散有

分子擴散與渦流擴散兩種。前者

發(fā)生在靜止或滯流流體中，憑借流體分子的熱運動傳遞物質(zhì)，后

者發(fā)生在湍流流體中，憑借流體

質(zhì)點的湍動和旋渦傳遞物質(zhì)。在靜止或滯流流體中，分子運動是

漫無邊際的，假設(shè)一處某種分子的

濃度較鄰近的另一處為高，那么這種離子離開的便比進入的多，

其結(jié)果自然是物質(zhì)從濃度較高的區(qū)

域擴散到濃度較低的區(qū)域，兩處的濃度差，便成了擴散的推動力。

用來描述分子擴散速率的定律是著名的菲克定律，或稱菲克

第一定律，即氣相中穩(wěn)定分子擴

散；等分子反向擴散發(fā)生在靜止的或在垂直于濃度方向上作滯流

運動的流體中，是一種最單純的

分子擴散過程。

一組分通過另一停滯組分的擴散，這種情況出現(xiàn)于氣體的吸

收過程，例如氨和空氣的混合物

沿盤內(nèi)的水面成滯流緩慢流過，空氣不溶于水，在水面上方積累

起來一薄層，氨通過這一停滯的

空氣薄層擴散到水面并溶解下來，這一局部氨的溶解是通過分子

擴散實現(xiàn)的。另外，隨著氨分子

的溶解，將會在界面附近出現(xiàn)空缺，于是將有混合氣體的沿著擴

散方向流動過來，以補充空缺。

這種現(xiàn)象成為包括氨和空氣在內(nèi)的總體流動。由于總體流動的發(fā)

生，加大了氨的傳遞速率。在總

體流動中，氨和空氣所占的份額與其摩爾分率相同。顯然，在氨

溶解過程中，氨的傳遞總量應(yīng)等

于氨的分子擴散通量和總體流動中氨的傳遞通量之和。

一組分通過另一停滯組分的傳質(zhì)速率之所以增大，是因為出

現(xiàn)了與擴散方向一致的總體流

動。物質(zhì)在湍流流體中傳遞，主要是依靠流體質(zhì)點的無規(guī)那么運

動，湍流中發(fā)生的旋渦，引起各部

流體間的劇烈混合，在有濃度差存在的情況下，物質(zhì)便向其濃度

降低的方向傳遞，這種憑借流體

質(zhì)點的湍動和旋渦來傳遞物質(zhì)的現(xiàn)象，稱為湍流擴散。對流擴散

是湍流主體與相界面之間的渦流

擴散和分子擴散這兩種傳質(zhì)作用的總稱。

吸收過程是一個相際傳質(zhì)過程，而工業(yè)上所遇到的吸收過程

是一個相間的傳質(zhì)過程，即溶質(zhì)

先從氣相主體擴散到氣液界面，穿過界面，再由界面向液相主體

擴散。關(guān)于吸收這樣的相際傳質(zhì)

機理，劉易斯和惠特曼在本世紀二十年代提出的雙膜理論一直占

有重要地位。雙膜理論的根本論

點為：

相互接觸的氣液兩相流間存在穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)各有

一個很薄的有效滯流膜層，吸收

質(zhì)以分子擴散方式通過此二膜層；在相界面處，氣液兩相達于平

衡；在膜層以外的中心區(qū)，由于

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脫硫分冊

流體充分湍動，吸收質(zhì)濃度是均勻的，即兩相中心區(qū)內(nèi)濃度梯度

皆為零，全部濃度變化集中在兩

個有效膜區(qū)內(nèi)。

通過以上假設(shè)，就把整個相際傳質(zhì)過程簡化為經(jīng)由氣液兩膜

的分子擴散過程。雙膜理論認為

相界面上處于平衡狀態(tài)，這樣整個相際傳質(zhì)過程的阻力便全部集

中在兩個有效膜層內(nèi)，在兩相主

休濃度一定的情況下，兩膜的阻力便;央定了傳質(zhì)速度率的大小。

因此，雙膜理論也可以稱為雙阻

力理論。

雙膜理論把復(fù)雜的相際傳質(zhì)過程大為簡化，對于具有固定相

界面的系統(tǒng)及速度不高的兩流體

間的傳質(zhì)，雙膜理論與實際情況是相當(dāng)符合的。根據(jù)這一理論的

根本概念所確定的相際傳質(zhì)速度

關(guān)系，至今仍是傳質(zhì)設(shè)備設(shè)計的主要依據(jù)，這一理論對于生產(chǎn)實

踐具有重要的指導(dǎo)意義。但是，

對于具有自由相界面的系統(tǒng)，尤其是高度湍流的兩流體間的傳

質(zhì)，雙膜理論表現(xiàn)出它的局限性，

因為在這種情況下，相界面已不再是穩(wěn)定的，界面兩側(cè)存在的穩(wěn)

定的有效滯流膜層及物質(zhì)以分子

擴散的形式通過此二膜層的假設(shè)都很難成立。

氣體吸收可分為物理吸收和化學(xué)吸收兩種。如果吸收過程不

發(fā)生顯著的化學(xué)反響，單純是被

吸收氣體溶解于液體的過程，稱為物理吸收，如用水吸收S02o

物理吸收的特點是隨著溫度的升

高，被吸氣體的吸收量減少。

化學(xué)吸收是指溶質(zhì)與溶劑發(fā)生化學(xué)反響的吸收操作，化學(xué)吸

收可大幅度地提高溶劑對溶質(zhì)組

分的吸收能力。

物理吸收過程涉及兩相間的物質(zhì)傳遞，它包括三個步驟：

1）溶質(zhì)由氣相主體傳遞到兩相界面，即氣相內(nèi)的物質(zhì)傳遞;

2）溶質(zhì)在界面上的溶解，由氣相轉(zhuǎn)入液相，即界面上發(fā)生

的溶解過程；

3）溶質(zhì)自界面被傳遞至液體主體，即液相內(nèi)的物質(zhì)傳遞。

一般來說，第2步界面上發(fā)生的溶解過程是很易進行的，

其阻力很小。因此，通常認為界面

上氣液兩相的溶質(zhì)濃度滿足平衡關(guān)系。這樣，總傳質(zhì)過程速率將

由兩個單相即氣相與液相內(nèi)的傳

質(zhì)速率所決定。

不管氣相或液相，物質(zhì)傳遞的機理有兩種：

1）分子擴散

當(dāng)流體內(nèi)部存在著某一組分的濃度差，那么因分子的無規(guī)律

熱運動使該組分由濃度較高處傳遞

至濃度較低處，這種現(xiàn)象稱為分子擴散。如香水的氣味擴散°分

子擴散也可由溫度梯度、壓力梯

度產(chǎn)生，由溫度梯度產(chǎn)生的分子擴散叫熱擴散，如濕木棍一頭加

熱，另一端會冒出熱氣或水滴。

在此討論的分子擴散僅因濃度梯度產(chǎn)生的。分子擴散與傳熱中由

于溫度差而引起的熱傳導(dǎo)相似。

2）對流擴散

在流動的流體中的傳質(zhì)不僅會有分子擴散，而且有流體的宏

觀運動也將導(dǎo)致物質(zhì)的傳遞，這

種現(xiàn)象稱為對流傳質(zhì)。對流傳質(zhì)與對流傳熱類似，且通常是指流

體與某一界面之間的傳質(zhì)。

物理吸收的程度，取決于氣一液平衡，只要氣相中被吸收的

分壓大于液相呈平衡時該氣體分

壓時，吸收過程就會進行。由于物理吸收過程的推動力很小，吸

收速率較低，因而在工程設(shè)計上

要求被凈化氣體的氣相分壓大于氣液平衡時該氣體的分壓。因為

物理吸收速率較低，所以在現(xiàn)代

煙氣中很少單獨采用物理吸收法。

(3)化學(xué)吸收法的根本原理

假設(shè)被吸收的氣體組分與吸收液的組分發(fā)生化學(xué)反響，那么

稱為化學(xué)吸收，例如應(yīng)用堿液吸收

S02o應(yīng)用固體吸收劑與被吸收組分發(fā)生化學(xué)反響，而將其從煙

氣中別離出來的過程，也屬于化

學(xué)吸收，例如爐內(nèi)噴鈣（CaO）煙氣脫硫也是化學(xué)吸收。

在化學(xué)吸收過程中，被吸收氣體與液體相組分發(fā)生化學(xué)反

響，有效的降低了溶液外表上被吸

收氣體的分壓，增加了吸收過程的推動力，既提高了吸收效率，

又降低了被吸收氣體的氣相分壓。

因此，化學(xué)吸收速率比物理吸收速率大得多。

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物理吸收和化學(xué)吸收都受氣相擴散速度（或氣膜阻力）和液

相擴散速度（或液膜阻力）的影

響，工程上常用加強氣液兩相的擾動來消除氣膜與液膜的阻力。

在煙氣脫硫中，瞬間內(nèi)要連續(xù)不

斷地凈化大量含低濃度so的煙氣，如單獨應(yīng)用物理吸收，因其

凈化效率很低，難以到達so的

2

2

排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，煙氣脫硫技術(shù)中大量采用化學(xué)吸收法。用化學(xué)

吸收法進行煙氣脫硫，技術(shù)上比

較成熟，操作經(jīng)驗比擬豐富，實用性強，已成為應(yīng)用最多、最普

遍的煙氣脫硫技術(shù)。

化學(xué)吸收是由物理吸收過程和化學(xué)反響兩個過程組成的。在

物理吸收過程中，被吸收的氣體

在液相中進行溶解，當(dāng)氣液到達相平衡時，被吸收氣體的平衡濃

度，是物理吸收過程的極限。被

吸收氣體中的活性組分進行化學(xué)反響，當(dāng)化學(xué)反響到達平衡時，

被吸收氣體的消耗量，是化學(xué)吸

收過程的極限。這里用CaCO溶液吸收SO加以說明。

32

S02（氣體〕

SO（液體）+CaCO+H0CaSO??HO+CO

232322

化學(xué)吸收過程中，被吸收氣體的氣液平衡關(guān)系，即應(yīng)服從相

平衡關(guān)系，又應(yīng)服從化學(xué)平衡關(guān)

系O

1）化學(xué)吸收過程的速率及過程阻力

化學(xué)吸收過程的速率.，是由物理吸收的氣液傳質(zhì)速度和化學(xué)

反響速度決定的?；瘜W(xué)吸收過程

的阻力，也是由物理吸收氣液傳質(zhì)的阻力和化學(xué)反響阻力決定

的。

在物理吸收的氣液傳質(zhì)過程中，被吸收氣體氣液兩相的吸收

速率，主要取決于氣相中被吸收

組分的分壓，和吸收到達平衡時液相中被吸收組分的平衡分壓之

差。此外，也和傳質(zhì)系數(shù)有關(guān)，

被吸收氣體氣液兩相間的傳質(zhì)阻力，通常取決于通過氣膜和液膜

分子擴散的阻力。

煙氣脫硫通常是在連續(xù)及瞬間內(nèi)進行，發(fā)生的化學(xué)反響是極

快反響、快反響和中等速度的反

應(yīng)，如NaOH、CaCO、和Ca(OH)等堿液吸收SO。為此，被

吸收氣體氣液相間的傳質(zhì)阻力，遠

322

較該氣體在液相中與堿液進行反響的阻力大得多。對于極快不可

逆反響，吸收過程的阻力，其過

程為傳質(zhì)控制，化學(xué)反響的阻力可忽略不計。例如，應(yīng)用堿液或

氨水吸收S02時，化學(xué)吸收過程

為氣膜控制，過程的阻力為氣膜傳質(zhì)阻力。

液相中發(fā)生的化學(xué)反響，是快反響和中等速度的反響時，化

學(xué)吸收過程的阻力應(yīng)同時考慮傳

質(zhì)阻力和化學(xué)反響阻力。

2）堿液濃度對傳質(zhì)速度的影響

應(yīng)用堿液吸收酸性氣體時，堿液濃度的上下對化學(xué)吸收的傳

質(zhì)速度有很大的影響。當(dāng)堿液的

濃度較低時，化學(xué)傳質(zhì)的速度較低；當(dāng)提高堿液濃度時，傳質(zhì)速

度也隨之增大；