part3FGD工藝化學(xué)原理概述ppt課件

1、FGD 工藝化學(xué)原理概述第 3 部分學(xué)習(xí)目的 了解基本的化學(xué)概念 了解洗滌塔內(nèi)全面的化學(xué)反應(yīng) 理解 FGD 工藝中的傳質(zhì) 了解亞硫酸鹽氧化反應(yīng)及氧化如何影響結(jié)垢學(xué)習(xí)目的(續(xù)) 了解相對(duì)飽和度、沉淀及溶解，它們?nèi)绾斡绊懴到y(tǒng)可靠性及性能 了解決定晶體大小及形狀的因素 了解洗滌塔內(nèi)溶解的化學(xué)物質(zhì)形式如何會(huì)影響石灰石溶解速率 了解可引起FGD系統(tǒng)內(nèi)結(jié)垢及固體沉積的工藝過(guò)程 了解化學(xué)添加劑如何增強(qiáng) FGD 系統(tǒng)性能溶解度Solubility定義: 產(chǎn)生飽和溶液所需某種物質(zhì)的數(shù)量. 這種物質(zhì)為溶質(zhì)solute. 溶解進(jìn)入的液體物質(zhì)為溶劑solvent.溫度影響溫度影響:糖或鹽糖或鹽典型典型石膏石膏CaSO

2、3石灰石石灰石溶解度溶解度溫度溫度酸和堿pH1714定義定義:酸酸 = pH 7胃酸亞硫酸醋典型洗滌塔水石灰石石灰硫酸可口可樂(lè)二元酸血Draino堿液緩沖劑定義: 可吸收一個(gè) H+ 離子并緩和 pH 變化的化學(xué)物質(zhì)CaCO3 + 2H+ Ca+ + HCO3- + H+ Ca+ + H2CO3石灰石強(qiáng)制氧化 FGD 系統(tǒng)總的化學(xué)過(guò)程二氧化硫石灰石氧氣水石膏二氧化碳+SO2 + CaCO3 + O2 + H2O CaSO4 . 2H2O + CO2氣體 固體 氣體 液體 固體 氣體 傳質(zhì)步驟包括氣、液及固相LSFO FGD 工藝中的化學(xué)步驟 洗滌塔中SO2 吸收 中和吸收的 SO2 以保持 SO

3、2 汽壓低使更多 SO2 可被吸收 石灰石吸收劑溶解以提供中和用的堿度及沉淀用的鈣離子 吸收的 SO2 氧化形成硫酸鹽 (SO4) 鈣和硫酸鹽沉淀形成石膏濕法石灰石強(qiáng)制氧化工藝化學(xué)原理SO2 吸收吸收:SO2 + H2O H2SO3H2SO3 H+ + HSO3石灰石溶解石灰石溶解:CaCO3 + H2O Ca+ + HCO3 + OH-濕法石灰石強(qiáng)制氧化工藝化學(xué)原理(續(xù))氧化氧化:HSO3 + O2 H+ + SO4=沉淀沉淀:Ca+ + SO4= + 2H2O CaSO4 * 2H2O發(fā)生在FGD系統(tǒng)幾個(gè)位置的傳質(zhì)及反應(yīng)步驟 吸收塔 反應(yīng)槽 固-液分離發(fā)生在FGD系統(tǒng)幾個(gè)位置的傳質(zhì)及反應(yīng)步

4、驟(續(xù))吸收塔SO2 吸收吸收劑溶解CO2 逸出或吸收亞硫酸鹽氧化固體沉淀HCl 和 HF 吸收發(fā)生在FGD系統(tǒng)幾個(gè)位置的傳質(zhì)及反應(yīng)步驟(續(xù))反應(yīng)槽石灰石溶解洗滌塔固體沉淀發(fā)生在FGD系統(tǒng)幾個(gè)位置的傳質(zhì)及反應(yīng)步驟(續(xù))固-液分離固體濃縮重力沉降 (例如濃縮池)水力旋流器過(guò)濾離心傳質(zhì)及反應(yīng)步驟概述 氣氣-液傳質(zhì)液傳質(zhì) 二氧化碳二氧化碳 解吸解吸碳酸鹽碳酸鹽二氧化硫二氧化硫 吸收吸收氧氣氧氣 吸收吸收HCl 吸收吸收液-固傳質(zhì) 鈣 鎂鈉碳酸根溶解石灰石沉淀硫酸鈣亞硫酸根硫酸根H+Cl-F-CO32- + H+ HCO3-SO32- + H+ HSO3-氣相氣相液相液相固相固相吸收劑傳質(zhì) 鈣 鎂鈉碳

5、酸根石灰石溶解氣相氣相液相液相固相固相二氧化碳解吸碳酸鹽氣氣-液傳質(zhì)液傳質(zhì)液液-固傳質(zhì)固傳質(zhì)SO2 吸收/沉淀傳質(zhì)氣-液傳質(zhì)液-固傳質(zhì)硫酸鈣沉淀亞硫酸根硫酸根氣相氣相液相液相固相固相二氧化硫 吸收氧氣 吸收+ O2其它氣相物質(zhì)的吸收氣-液傳質(zhì)液-固傳質(zhì)H+Cl-F-氣相氣相液相液相固相固相HClHF吸收酸堿平衡反應(yīng)SO2(g) + H2O H2SO3 H+ + HSO3 2H+ + SO3=CO2(g) + H2O H2CO3 H+ + HCO3 2H+ + CO3=SulfurousAcidBisulfiteSulfiteCarbonicAcidBicarbonateCarbonate增加增

6、加 pH降低降低 pH液相堿度Liquid-Phase Alkalinity 就 SO2 吸收而言為堿性的液體物質(zhì)的濃度 抑制氧化FGD工藝堿度的主要來(lái)源液相堿度(續(xù))例子:吸收SO2 + H2O H+ + HSO3-氣中和SO3= + H+ HSO3-CO3= + H+ HCO3-水總的CO3= + SO2 + H2O HSO3- + HCO3- 水 氣固相堿度 吸收塔內(nèi)石灰石溶解補(bǔ)充堿度，使洗滌繼續(xù) 強(qiáng)制氧化 FGD 工藝堿度的主要來(lái)源固相堿度離子:吸收SO2 + H2O H+ + HSO3氣溶解CaCO3 Ca+ + CO3= 固中和 CO3= + H+ HCO3-水總的CaCO3= +

7、 SO2 + H2O Ca+ + HSO3 + HCO3- 固 氣H2O亞硫酸鹽氧化反應(yīng)SO3= + Fe+ SO3* + Fe+其中 SO3* 為一個(gè)自由基SO3. + 1/2O2 SO4=Ca+ + SO4= + 2H2O CaSO4 . 2H2O (石膏) 亞硫酸鹽氧化取決于:O2:SO2的比率溶液化學(xué)組成及性質(zhì)pHSO3=微量金屬溫度固-液平衡 確定石灰石是否溶解 確定石膏是否沉淀 溶解指得是溶液中固體形成離子 沉淀指得是溶液中離子形成固體液相組成離子:Ca+, Na+, Mg+, SO4=, Cl-, 等.離子對(duì):CaCO3, CaHCO3+, MgHSO3-, MgSO3, CaS

8、O4, 等.所有液相反應(yīng)以下平衡:Ca+ + CO3= CaCO3Ca+ + HCO3- CaHCO3+固-液平衡 溶液不呈現(xiàn)出 “理想的” 特征 溶液中離子間的吸引及相互作用使其少移動(dòng)且遇到與之反應(yīng)的其它離子的可能性較小固-液平衡(續(xù)) 用來(lái)校正非理想特征的活性及活性系數(shù):活性 = 離子濃度 x 活性系數(shù) 活性系數(shù)取決于離子強(qiáng)度、離子配對(duì)及溫度 活性將決定物質(zhì)是溶解還是沉淀相對(duì)飽和問(wèn):石灰石溶解嗎?相對(duì)飽和度 = （R.S.）答:是 R.S. 1 (過(guò)飽和的)Ca+ . CO3=KspCa+ = Ca+ 活性CO3= = CO3= 活性 Ksp = CaCO3 溶度積常數(shù)問(wèn): 石膏 (CaS

9、O4 . 2H2O) 沉淀嗎? Ca+ . SO4= . H2O2 Ksp答: 是 R.S. 1 否 R.S. 1R.S. =兩類石膏沉淀 晶核形成 (自發(fā)的) 晶體成長(zhǎng) (受控的)平安結(jié)垢晶體成長(zhǎng)晶體成長(zhǎng)晶核形成晶核形成石膏沉淀速率石膏沉淀速率, rG1.3 1.4石膏相對(duì)飽和度石膏相對(duì)飽和度, RSG決定石膏沉淀類型的因素 溶液的相對(duì)飽和度 足夠數(shù)量晶種固體的存在石膏沉淀動(dòng)力學(xué)rG = kaCV (RSG 1)其中:rG= 石膏沉淀速率k= 速率常數(shù)a= 每單位重量石膏的活性表面積C= 石膏固體的濃度V= 反應(yīng)槽體積RSG= 石膏相對(duì)飽和度晶體大小、形狀及慣態(tài) 影響固體的脫水及處置性質(zhì) 由

10、下列因素決定: FGD 工藝或設(shè)計(jì) 晶體種類 (石膏或亞硫酸鈣) 晶體中的污染物 晶體慣態(tài)調(diào)節(jié)劑石膏晶體: 三斜晶系(無(wú)對(duì)稱軸)亞硫酸鈣晶體: 正交晶系(三, 2-折對(duì)稱軸) FGD 石膏固體常規(guī)強(qiáng)制氧化常規(guī)強(qiáng)制氧化 (250X)Ct-121 工藝工藝 (250X)抑制石灰石溶解 石灰石必須在洗滌塔溶解以提供堿度 一定的溶解化學(xué)物質(zhì)會(huì)大大減緩或阻止石灰石的溶解 抑制 溶解變慢 閉塞 溶解明顯變慢或停止 高濃度的溶解氯化物及鎂會(huì)抑制溶解 這種抑制的機(jī)理被稱為 “共離子” 效應(yīng)石灰石閉塞 在強(qiáng)制氧化工藝中, 高濃度的溶解亞硫酸鹽或氟化鋁絡(luò)合物會(huì)導(dǎo)致石灰石閉塞 亞硫酸鹽或氟化鋁絡(luò)合物會(huì)在石灰石顆粒表

11、面反應(yīng) 堵塞溶解場(chǎng)所 氟化鋁閉塞經(jīng)常由高濃度的進(jìn)口飛灰引發(fā) 亞硫酸鹽閉塞由不完全的氧化引發(fā)FGD 系統(tǒng)內(nèi)結(jié)垢的緣由高石膏相對(duì)飽和度:高相對(duì)飽和度引起固體成核，從而導(dǎo)致吸收塔內(nèi)表面及除霧器上出現(xiàn)結(jié)垢高相對(duì)飽和度通常導(dǎo)致不足的晶種物質(zhì)除霧器結(jié)垢可由低質(zhì)沖洗水引起 (水中石膏飽和或接近飽和)FGD 系統(tǒng)內(nèi)結(jié)垢的緣由濕/干界面:出現(xiàn)在熱煙氣被冷卻的吸收塔區(qū)域氣流及氣體分布的波動(dòng)引起結(jié)垢. 引起沿?zé)煹辣诨蚱渌鼉?nèi)部結(jié)構(gòu)區(qū)域從濕態(tài)變成干態(tài)如果漿液被帶回到該區(qū)域, 被干燥且以硬垢形式積聚，由硫酸鈣和/或飛灰組成FGD 系統(tǒng)內(nèi)結(jié)垢的緣由濕/干界面:由濕/干界面引起的結(jié)垢可通過(guò)下列措施消除：改進(jìn)吸收塔進(jìn)口的結(jié)構(gòu)設(shè)

12、計(jì)以消除流動(dòng)干擾通過(guò)改進(jìn)煙氣冷卻方式控制濕/干界面的位置FGD 系統(tǒng)內(nèi)結(jié)垢的緣由差的吸收劑利用率夾帶在處理后煙氣中的漿液液滴在吸收塔除霧器中除去如果吸收劑利用率低，漿液液滴含有高濃度的石灰石，石灰石會(huì)附著在除霧器表面 除霧器上的石灰石會(huì)反應(yīng)，除去留在煙氣中的 SO2 ，導(dǎo)致結(jié)垢形成 增強(qiáng)性能的化學(xué)添加劑 起到提高液相堿度及增強(qiáng)脫除的作用 例子: 己二酸 二元酸 (DBA) (己二酸、谷氨酸及丁二酸的混合物) 甲酸 鎂化學(xué)添加劑 化學(xué)添加劑的損失機(jī)理 液體排放 化學(xué)降級(jí) 與洗滌塔固體共沉淀 化學(xué)添加劑可: 增強(qiáng)洗滌塔的脫硫性能 使部分泵關(guān)閉降低液氣比而降低吸收塔動(dòng)力消耗 提高排放液體的 COD/BOD 作為晶體調(diào)節(jié)劑，影響固體沉降及處置特性