硫酸酸雾的形成机制

一、摘自(POWERENGINEERING,AcidmistcausesproblemsforFGDsystems)1、硫酸雾形成有两个主要机制。第一种机制是形成液滴的H2O蒸气和SO3蒸发之间的反应。第二种机理是当气流温度降低到H2SO4露点以下时在气相中硫酸蒸汽冷凝。（Therearetwoprimarymechanismsforsulfuricacidmistformation.ThefirstmechanismisthereactionbetweenH2OvaporsandSO3vaporsthatformliquiddroplets.ThesecondmechanismissulfuricacidvaporcondensationinthebulkgasphasewhenthegasstreamtemperatureisloweredbelowtheH2SO4

dewpoint.）2、可以从硫酸分压与水蒸气的分压比来确定硫酸蒸汽露点的升高。尽管典型条件下H2SO4的露点为300-355°F，但由于体相温差，非理想条件和壁效应的不确定性，气体温度高达430°F时会产生雾化。（Thesulfuricacidvapordewpointelevationcanbedeterminedfromtheratioofthepartialpressureofsulfuricacidtothatofwatervapor.AlthoughthedewpointofH2SO4undertypicalconditionsis300-355F,mistformationcanoccuratgastemperaturesashighas430Fbecauseofuncertaintiesofbulkphasetemperaturedifferences,non-idealconditionsandwalleffects.）3、根据气溶胶科学，气体中的蒸汽的饱和比“S”是气体中的蒸气的分压与液体平面上的蒸气的饱和蒸汽压的比率。当S>1时，气体被称为蒸汽过饱和；当S=1时，气体饱和；当S<1时，气体与蒸汽不饱和。为了发生冷凝，硫酸蒸气必须过饱和（S>1）。然而，硫酸的冷凝可以在热力学上不可能的条件下进行。例如，当烟道气含有飞灰时，飞灰可以作为蒸汽的冷凝核。当烟气流过排放控制系统的冷却器阶段时，硫酸蒸气在飞灰上冷凝。（Accordingtoaerosolscience,thesaturationratio"S"ofavaporinagas,istheratioofthepartialpressureofthevaporinthegastothesaturationvaporpressureofthevaporoveraplaneoftheliquid.WhenS>1,thegasissaidtobesupersaturatedwithvapor;whenS=1,thegasissaturated;andwhenS<1,thegasisunsaturatedwithvapor.Forcondensationtotakeplace,sulfuricacidvapormustbesupersaturated(S>1).However,thecondensationofsulfuricacidcantakeplaceunderconditionswhereitisthermodynamicallyimpossible.Forexample,whenthefluegascontainsflyash,theflyashmayactasanucleusofcondensationforthevapor.Thesulfuricacidvaporscondenseontheflyashasthefluegasflowsthroughthecoolerstagesoftheemissionscontrolsystem.）4、硫酸冷凝的另一机制（当S<1）在较冷的表面上冷凝时，如果设备壁的温度明显低于气流的温度，则会发生。这发生在靠近壁表面的非常薄的层状边界层中。由于层状层的厚度是总气体体积的一小部分，所以即使对于热交换器表面，这种冷凝机理通常也不会产生大量的硫酸雾。Anothermechanismforsulfuricacidcondensation(whenS<1)iscondensationoncoldersurfaceswhichtakesplaceifthetemperatureoftheequipmentwallsissignificantlylowerthanthetemperatureofthegasstream.Thisoccursintheverythinlaminarboundarylayerclosetothewallsurface.Becausethethicknessofthelaminarlayerisasmallpercentageofthetotalgasvolume,evenforheatexchangersurfaces,thiscondensationmechanismwillnotgenerallyprovideaconsiderablequantityofsulfuricacidmist.5、然而，高饱和度的层流层可能是产生最大的部分硫酸液滴的最好机制。例如，在SCR系统的下游，其中烟道气体温度为约480°F，硫酸蒸气浓度为50ppm，硫酸雾形成比小于1.0。在这些条件下，已经在层状层中开始了硫酸的气相冷凝。However,thehighsaturationratiointhislaminarlayermaybethemechanismthatproducesthelargestportionofthefinestsulfuricaciddroplets.Forexample,downstreamofanSCRsystem,wherethefluegastemperatureisabout480Fandtheconcentrationofsulfuricacidvaporis50ppm,thesulfuricacidmistformationratioislessthan1.0.Attheseconditionsthegasphasecondensationofsulfuricacidhasalreadybeguninthelaminarlayer.6、当发生慢气体骤冷时，例如通过使用间接接触冷凝器，也可能发生层状层中形成雾的过程。通过缓慢的冷却过程，飞灰的存在是一个重要因素，因为它提供了一个较大的表面积，蒸气可以冷凝。这种冷却的优点是，大多数酸会在现有的飞灰颗粒和冷凝器壁。另一方面，大多数FGD系统使用快速淬火技术，其中热烟气与水的直接接触冷却。该过程通过均匀成核固有地产生大量的硫酸液滴。Theprocessofmistformationinthelaminarlayermayalsooccurwhenslowgasquenchingtakesplace,suchasthroughtheuseofanindirectcontactcondenser.Withsulfuricacid,whereregularcondensationandgrowthofparticlestakeplace,themistdropletsizeisactuallylarger.6、例如，气相中硫酸浓度为3.6％时，雾的平均直径为0.5mk。在高浓度硫酸的表面上发生类似的雾形成过程。在酸强度低于98.5％时，酸开始产生可测量的水蒸汽压力，这导致亚微米雾形成。形成的液滴的直径取决于水的平衡分压。当用硫酸表面蒸发的水分子足以与所有SO3反应时，液滴的直径是恒定的（水蒸气压0.06mmHg）。如果酸雾与水饱和的气流接触，酸滴通过吸收水而生长。如图所示。最大的液滴含有最低浓度的硫酸。然而，初始液滴尺寸取决于气相中水蒸气和三氧化硫的相对浓度。Forexampleat3.6%concentrationofsulfuricacidinthegasphase,theaveragediameterofmistis0.5mk(Table1).Asimilarprocessofmistformationtakesplaceoverasurfaceofhighconcentrationsulfuricacid.Atacidstrengthsbelow98.5%,theacidbeginstoexertameasurablewatervaporpressure,whichcausessubmicronmistformation(Fig4)[8].Thediameteroftheformeddropletsdependsontheequilibriumpartialpressureofwater.Thediameterofthedropletisconstant(watervaporpressure0.06mmHg)whenthewatermoleculeswhichvaporizewiththesulfuricacidsurfacearesufficienttoreactwithalloftheSO3[9].Iftheacidmistcontactsthewatersaturatedgasstream,theaciddropletsgrowb