石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺的化学原理
一、概述：脱硫过程就是吸收，吸附，催化氧化和催化还原，石灰石浆液洗涤含SO
2
烟气，产生化学反应分离出脱硫副产物，化学吸收速率较快与扩散速率有关，又与化学反应速度有关，在吸收过程中被吸收组分的气液平衡关系，既服从于相平衡（液气比L/G，烟气和石灰石浆液的比），又服从于化学平衡（钙硫比Ca/S，二氧化硫与炭酸钙的化学反应）。
1、气相：烟气压力，烟气浊度，烟气中的二氧化硫含量，烟尘含量，烟气中的氧含量，烟气温度，烟气总量
2、液相：石灰石粉粒度，炭酸钙含量，黏土含量，与水的排比密度，
3、气液界面处：参加反应的主要是SO
2和HSO
3
－，它们与溶解了的CaCO
3
的反应是瞬间
进行的。
二、脱硫系统整个化学反应的过程简述：
1、? SO
2
在气流中的扩散，
2、? 扩散通过气膜
3、? SO
2
被水吸收，由气态转入溶液态，生成水化合物
4、? SO
2
水化合物和离子在液膜中扩散
5、? 石灰石的颗粒表面溶解，由固相转入液相
6、? 中和（SO
2
水化合物与溶解的石灰石粉发生反应）
7、? 氧化反应
8、? 结晶分离，沉淀析出石膏，
三、烟气的成份：火力发电厂煤燃烧产生的污染物主要是飞灰、氮氧化物和二氧化硫，
使用静电除尘器可控制99%的飞灰污染。
四、二氧化硫的物理、化学性质：
①.?二氧化硫SO
2
的物理、化学性质：无色有刺激性气味的有毒气体。密度比空气大，易液化（沸点-10℃），易溶于水，在常温、常压下，1体积水大约能溶解40体积的二
氧化硫，成弱酸性。SO
2
为酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性、还原性、氧化性、漂
白性。还原性更为突出，在潮湿的环境中对金属材料有腐蚀性，液体SO
2
无色透明，是良好的制冷剂和溶剂，还可作防腐剂和消毒剂及还原剂。
②.?三氧化硫SO
3的物理、化学性质：由二氧化硫SO
2
催化氧化而得，无色易挥发晶体，
熔点16.8℃，沸点44.8℃。SO
3为酸性氧化物，SO
3
极易溶于水，溶于水生成硫酸H
2
SO
4
,
同时放出大量的热，
③.?硫酸H
2SO
4
的物理、化学性质：二元强酸，纯硫酸为无色油状液体，凝固点为10.4℃，
沸点338℃，密度为1.84g/cm3,浓硫酸溶于水会放出大量的热，具有强氧化性（是强氧化剂）和吸水性，具有很强的腐蚀性和破坏性，
五、石灰石湿－石膏法脱硫化学反应的主要动力过程：
1、气相SO
2被液相吸收的反应：SO
2
经扩散作用从气相溶入液相中与水生成亚硫酸H
2
SO
3
亚硫酸迅速离解成亚硫酸氢根离子HSO
3－和氢离子H＋，当PH值较高时，HSO
3
二级电离才
会生成较高浓度的SO
32－，要使SO
2
吸收不断进行下去，必须中和电离产生的H＋，即降
低吸收剂的酸度，碱性吸收剂的作用就是中和氢离子H＋当吸收液中的吸收剂反应完后，如果不添加新的吸收剂或添加量不足，吸收液的酸度迅速提高，PH值迅速下降，当SO
2溶解达到饱和后，SO
2
的吸收就告停止，脱硫效率迅速下降
2、吸收剂溶解和中和反应：固体CaCO
3的溶解和进入液相中的CaCO
3
的分解，固体石
灰石的溶解速度，反应活性以及液相中的H＋浓度（PH值）影响中和反应速度和Ca2+的氧化反应，以及其它一些化合物也会影响中和反应速度。Ca2+的形成是一个关键步骤，
因为SO
2正是通过Ca2+与SO
3
2-或与SO
4
2-化合而得以从溶液中除去，
3、氧化反应：亚硫酸的氧化，SO
32－和HSO
3
－都是较强的还原剂，在痕量过渡金属离子
（如锰离子Mn2+）的催化作用下，液相中的溶解氧将它们氧化成SO
4
2－。反应的氧气来源于烟气中的过剩空气和喷入浆液池的氧化空气，烟气中洗脱的飞灰和石灰石的杂质提供了起催化作用的金属离子。
4、结晶析出：当中和反应产生的Ca2+、SO
32－以及氧化反应产生的SO
4
2－，达到一定浓
度时这三种离子组成的难溶性化合物就将从溶液中沉淀析出。沉淀产物：
①.?或者是半水亚硫酸钙CaSO
3·1/2H
2
O、亚硫酸钙和硫酸钙相结合的半水固溶体、二
水硫酸钙CaSO
4·2H
2
O。这是由于氧化不足而造成的，系统易产生硬垢。
②.?或者是固溶体和石膏的混合物。氧化充足的硫酸钙饱和溶液，不会形成二水硫酸钙硬垢
石灰石湿法工艺过程的脱硫反应速率取决于上述四个控制步骤： 七、吸收塔内的化学反应
化学总反应式：CaCO 3+2SO 2+H 2O Ca(HSO 3)2+CO 2 (吸收反应)
Ca(HSO 3)2+O 2＋CaCO 3+3H 2O 2CaSO 4·2H 2O+CO 2（氧化中和结晶） 1.?吸收区的吸收反应：
1)?在吸收区主要发生的化学反应为： SO 2+H 2O →H 2SO 3????? H 2SO 3－→H ＋+HSO 3－ 部分发生的化学反应为： H ＋+HSO 3－＋1/2O 2→2H ＋+SO 42-
2H ＋+SO 42-+CaCO 3+ H 2O →CaSO 4·2H 2O+CO 2
2)?气态二氧化硫SO 2溶解于水H 2O 中发生反应生成液态亚硫酸H 2SO 3溶液， H 2SO 3迅速离解生成氢离子和亚硫酸氢根离子H ＋、HSO 3－，部分H ＋、HSO 3－与烟气中的过剩氧和水中的溶解氧发生氧化反应，生成氢离子2H ＋和硫酸根离子SO 42-，由于喷淋的石灰石浆液在吸收区停留的时间很短，约5S 左右，只有部分固态石灰石颗粒溶解形成的CaCO 3溶液，分解出钙离子Ca 2＋与氢离子2H ＋，它们和硫酸根离子SO 42-发生中和反应，中和了H ＋
离子，生成硫酸钙CaSO 4，相对过饱和结晶析出二水石膏CaSO 4·2H 2O 。
3)在上述同时进行的化学反应过程中，在吸收区上部（PH 值高），逆流上升被吸收的SO 2基本被吸收，烟气中的过剩氧和水中的溶解氧也逐渐降低，H ＋、HSO 3－与烟气中的过剩氧和水中的溶解氧发生的氧化反应，在生成硫酸根离子SO 42-的同时，由于氧量的减少生成了大量的亚硫酸根离子SO 32-，它与石灰石浆液中的钙离子Ca 2＋中和反应生成亚硫酸钙CaSO 3，若在氧化区内不能充分氧化，在中和区易析出难以溶解的半水石膏CaSO 3·1/2H 2O 。
4)烟气中的SO 2溶入石灰石吸收浆液的过程几乎全部发生在吸收区，但由于石灰石浆液和烟气在吸收区的接触时间仅数秒钟，浆液中的CaCO 3仅中和了部分已氧化的亚硫酸H 2SO 3（以及少量被烟气中的过剩氧O 2氧化的硫酸H 2SO 4）。即在吸收区内，石灰石浆液只有少量的CaCO 3参与了化学反应。 5)吸收区吸收SO 2的控制：
