1. 工藝概述

  　千代田自行開發(fā)的CT-121脫硫工藝是一種先進(jìn)的濕式石灰石法脫硫工藝。無論是對于低硫煤,高硫煤還是燃油,這種工藝都顯示出優(yōu)越的性能。這種工藝能夠達(dá)到95%以上穩(wěn)定,連續(xù)的脫硫率,10mg/Nm3以下的粉塵排放率以及優(yōu)異的可靠性和實(shí)用性。

　　2. CT-121的歷史和現(xiàn)狀

  　1971年, 千代田開發(fā)出了第一個(gè)脫硫工藝CT-101,并建成了13個(gè)商業(yè)裝置。千代田公司繼續(xù)改進(jìn)和發(fā)展這項(xiàng)技術(shù),于1976年開發(fā)出了更為先進(jìn)的CT-121工藝。這項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)將二氧化硫的吸收,氧化,中和,結(jié)晶以及除塵等幾個(gè)必不可少的工藝過程合并到一個(gè)單獨(dú)的氣相-液相-固相反應(yīng)器中進(jìn)行。這個(gè)反應(yīng)器就叫做鼓泡式反應(yīng)器(JBR)。在電力研究院(EPRI)的經(jīng)濟(jì)資助下, 千代田于1978年8月至1979年6月間,在位于美國佛羅里達(dá)州Sneads海灣電力公司的Scholz電廠建成了23MW的CT-121示范工程。自此,千代田在世界范圍內(nèi)獲得了30多個(gè)CT-121脫硫工藝商業(yè)裝置建設(shè)合同。千代田公司以10,000MW裝機(jī)容量的脫硫裝置在世界范圍的煙氣脫硫市場享有極大的影響力。由于CT-121工藝以其先進(jìn)性和可靠性被日本的幾大公用事業(yè)公司任可。最近幾年,在日本的煙氣脫硫領(lǐng)域競爭激烈,但CT-121商業(yè)裝置數(shù)量直線上升。荏原制作所已引進(jìn)千代田的CT-121技術(shù),并在中國已有獨(dú)占性的實(shí)施權(quán)。

　　3. CT-121獲得的獎(jiǎng)項(xiàng)

　　CT-121工藝作為一種杰出的FGD技術(shù),被授予了多項(xiàng)著名的獎(jiǎng)項(xiàng)。諸如日本能源研究機(jī)構(gòu)授予的”1990年度獎(jiǎng)”;電力雜志授予的美國伊利諾斯州Abbott電站CT-121裝置”1990年度電站獎(jiǎng)”和美國喬治亞州Yates”1994年度電站獎(jiǎng)”;國際電力雜志授予的日本愛知縣Hekinan電站CT-121裝置”1993年度電站獎(jiǎng)”,以及日本發(fā)明和創(chuàng)新協(xié)會為CT-121工藝發(fā)展和應(yīng)用所授予的”1993年度國內(nèi)發(fā)明獎(jiǎng)”。

　　4. 工藝介紹

　　JBR(鼓泡塔)是CT-121工藝的核心部分。

　　JBR提供了高效的氣-液接觸方式,可以在穩(wěn)定和可靠的基礎(chǔ)上高效的脫出SO2和粉塵。通過鼓泡裝置,煙氣均勻的擴(kuò)散到漿液中,使得JBR達(dá)到很高的性能。

　　煙氣先進(jìn)入煙氣冷卻煙道。在這里,煙氣是通過JBR的循環(huán)液,輔以補(bǔ)充水和濾液被冷卻到飽和狀態(tài)。然后,煙氣通過浸沒在石膏漿液幾英寸下的許多噴射管分布到漿液中去噴入漿液的煙氣產(chǎn)生了一個(gè)氣泡層,這個(gè)氣泡層促進(jìn)了煙氣中SO2的吸收。此外,JBR在設(shè)計(jì)上將酸性物質(zhì)的中和,亞硫酸鹽的沉淀,亞硫酸鹽氧化生成石膏以及石膏的結(jié)晶等幾個(gè)過程同時(shí)JBR中進(jìn)行。最后,處理后的煙氣通過除霧器除去攜帶的液滴,然后經(jīng)GGH升溫后排放至煙囪。

　　5. CT-121的工藝特點(diǎn)

　　CT-121工藝的優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn):

　　l 二氧化硫脫除率高

　　l 粉塵脫除率高

　　l 不易結(jié)垢

　　l 裝置被簡化,可靠性高

　　l 優(yōu)異的煙氣流量分配

　　l 極高的石灰石利用率

　　l 無廢水運(yùn)行穩(wěn)定

　　l 高效和可靠的除霧器功能

　　l 維護(hù)保養(yǎng)方便

　　l 運(yùn)行成本低，大顆粒,高質(zhì)量的石膏晶體

　　濕法煙氣脫硫的原理

　　1 濕法煙氣脫硫的基本原理

　?。?）物理吸收的基本原理

　　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)反應(yīng)，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SO2。物理吸收的特點(diǎn)是，隨著溫度的升高，被吸氣體的吸收量減少。

　　 物理吸收的程度，取決于氣--液平衡，只要?dú)庀嘀斜晃盏姆謮捍笥谝合喑势胶鈺r(shí)該氣體分壓時(shí)，吸收過程就會進(jìn)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(jì)上要求被凈化氣體的氣相分壓大于氣液平衡時(shí)該氣體的分壓。物理吸收速率較低，在現(xiàn)代煙氣中很少單獨(dú)采用物理吸收法。

　?。?）化學(xué)吸收法的基本原理

　　若被吸收的氣體組分與吸收液的組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，則稱為化學(xué)吸收，例如應(yīng)用堿液吸收SO2。應(yīng)用固體吸收劑與被吸收組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而將其從煙氣中分離出來的過程，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)反應(yīng)，有效的降低了溶液表面上被吸收氣體的分壓。增加了吸收過程的推動力，即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。

　　物理吸收和化學(xué)吸收，都受氣相擴(kuò)散速度（或氣膜阻力）和液相擴(kuò)散速度（或液膜阻力）的影響，工程上常用加強(qiáng)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SO2的煙氣，如單獨(dú)應(yīng)用物理吸收，因其凈化效率很低，難以達(dá)到SO2的排放標(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(jìn)行煙氣脫硫，技術(shù)上比較成熟，操作經(jīng)驗(yàn)比較豐富，實(shí)用性強(qiáng)，已成為應(yīng)用最多、最普遍的煙氣脫硫技術(shù)。

　?。?）化學(xué)吸收的過程

　　化學(xué)吸收是由物理吸收過程和化學(xué)反應(yīng)兩個(gè)過程組成的。在物理吸收過程中，被吸收的氣體在液相中進(jìn)行溶解，當(dāng)氣液達(dá)到相平衡時(shí)，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(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，被吸收氣體的消耗量，是化學(xué)吸收過程的極限。這里用Ca(OH)2溶液吸收SO2加以說明。
SO2（氣體）
||     
SO2（液體）+Ca(OH)2 → CaSO3+H2O←
 
　　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。

　　（4）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)反應(yīng)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)反應(yīng)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，和吸收達(dá)到平衡時(shí)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(kuò)散的阻力。

　　煙氣脫硫通常是在連續(xù)及瞬間內(nèi)進(jìn)行，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是極快反應(yīng)、快反應(yīng)和中等速度的反應(yīng)，如NaOH、Na2CO3、和Ca(OH)2等堿液吸收SO2。為此，被吸收氣體氣液相間的傳質(zhì)阻力，遠(yuǎn)較該氣體在液相中與堿液進(jìn)行反應(yīng)的阻力大得多。對于極快不可逆反應(yīng)，吸收過程的阻力，其過程為傳質(zhì)控制，化學(xué)反應(yīng)的阻力可忽略不計(jì)。例如，應(yīng)用堿液或氨水吸收SO2時(shí)，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)反應(yīng)，是快反應(yīng)和中等速度的反應(yīng)時(shí)，化學(xué)吸收過程的阻力應(yīng)同時(shí)考慮傳質(zhì)阻力和化學(xué)反應(yīng)阻力。

　?。?）堿液濃度對傳質(zhì)速度的影響

　　研究得出，應(yīng)用堿液吸收酸性氣體時(shí)，堿液濃度的高低對化學(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(shí)，化學(xué)傳質(zhì)的速度較低；當(dāng)提高堿液濃度時(shí)，傳質(zhì)速度也隨之增大；當(dāng)堿液濃度提高到某一值時(shí)，傳質(zhì)速度達(dá)到最大值，此時(shí)堿液的濃度稱為臨界濃度；當(dāng)堿液濃度高于臨界濃度時(shí)傳質(zhì)速度并不增大。

　　為此，在煙氣脫硫的化學(xué)吸收過程中，當(dāng)應(yīng)用堿液吸收煙氣中的SO2時(shí)，適當(dāng)提高堿液的濃度，可以提高對SO2的吸收效率。但是，堿液的濃度不得高于臨界濃度。超過臨界濃度之后，進(jìn)一步提高堿液的濃度，脫硫效率并不能提高?？梢缘贸?，在煙氣脫硫中，吸收SO2的堿液濃度，并非愈高愈好。堿液的最佳濃度為臨界濃度，此時(shí)脫硫效率最高。

　?。?）主要化學(xué)反應(yīng)

　　在濕法煙氣脫硫中，SO2和吸收劑的主要化學(xué)反應(yīng)如下

　?。?）同水的反應(yīng)

　　SO2溶于水形成亞硫酸

　　H2O+SO2 ──→ H2SO3  ──→ H+HSO3  ──→ 2H+ + SO32
　　←── ←── ←──

　　溫度升高時(shí)，反應(yīng)平衡向左移動。

　　（8）同堿反應(yīng)

　　SO2及易與堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成亞硫酸鹽。堿過剩時(shí)生成正鹽；SO2過剩時(shí)形成酸式鹽。
　　2MeOH+SO2 ─→Me2SO3+H2O
　　Me2SO3+SO2+H2O ─→ 2MeHSO3
　　Me2SO3+MeOH ─→ Me2SO4+H2O
　　亞硫酸鹽不穩(wěn)定，可被煙氣中殘留的氧氣氧化成硫酸鹽：
　　Me2SO3+1/2O2─→MeSO4

　?。?）同弱酸鹽反應(yīng)

　　SO2易同弱酸鹽反應(yīng)生成亞硫酸，繼之被煙氣中的氧氣氧化成穩(wěn)定的硫酸鹽。如同石灰石反應(yīng)：
　　CaCO3+SO2+1/2H2O ─→CaSO3·1/2H2O+CO2↑
　　2CaSO3·1/2H2O+O2+3H2O ─→2CaSO4·2H2O