JBR((鼓泡塔)脱硫技术

　　1. 工艺概述

  　千代田自行开发的CT-121脱硫工艺是一种先进的湿式石灰石法脱硫工艺。无论是对于低硫煤,高硫煤还是燃油,这种工艺都显示出优越的性能。这种工艺能够达到95%以上稳定,连续的脱硫率,10mg/Nm3以下的粉尘排放率以及优异的可靠性和实用性。

　　2. CT-121的历史和现状

  　1971年, 千代田开发出了第一个脱硫工艺CT-101,并建成了13个商业装置。千代田公司继续改进和发展这项技术,于1976年开发出了更为先进的CT-121工艺。这项先进的技术将二氧化硫的吸收,氧化,中和,结晶以及除尘等几个必不可少的工艺过程合并到一个单独的气相-液相-固相反应器中进行。这个反应器就叫做鼓泡式反应器(JBR)。在电力研究院(EPRI)的经济资助下, 千代田于1978年8月至1979年6月间,在位于美国佛罗里达州Sneads海湾电力公司的Scholz电厂建成了23MW的CT-121示范工程。自此,千代田在世界范围内获得了30多个CT-121脱硫工艺商业装置建设合同。千代田公司以10,000MW装机容量的脱硫装置在世界范围的烟气脱硫市场享有极大的影响力。由于CT-121工艺以其先进性和可靠性被日本的几大公用事业公司任可。最近几年,在日本的烟气脱硫领域竞争激烈,但CT-121商业装置数量直线上升。荏原制作所已引进千代田的CT-121技术,并在中国已有独占性的实施权。

　　3. CT-121获得的奖项

　　CT-121工艺作为一种杰出的FGD技术,被授予了多项著名的奖项。诸如日本能源研究机构授予的”1990年度奖”;电力杂志授予的美国伊利诺斯州Abbott电站CT-121装置”1990年度电站奖”和美国乔治亚州Yates”1994年度电站奖”;国际电力杂志授予的日本爱知县Hekinan电站CT-121装置”1993年度电站奖”,以及日本发明和创新协会为CT-121工艺发展和应用所授予的”1993年度国内发明奖”。

　　4. 工艺介绍

　　JBR(鼓泡塔)是CT-121工艺的核心部分。

　　JBR提供了高效的气-液接触方式,可以在稳定和可靠的基础上高效的脱出SO2和粉尘。通过鼓泡装置,烟气均匀的扩散到浆液中,使得JBR达到很高的性能。

　　烟气先进入烟气冷却烟道。在这里,烟气是通过JBR的循环液,辅以补充水和滤液被冷却到饱和状态。然后,烟气通过浸没在石膏浆液几英寸下的许多喷射管分布到浆液中去喷入浆液的烟气产生了一个气泡层,这个气泡层促进了烟气中SO2的吸收。此外,JBR在设计上将酸性物质的中和,亚硫酸盐的沉淀,亚硫酸盐氧化生成石膏以及石膏的结晶等几个过程同时JBR中进行。最后,处理后的烟气通过除雾器除去携带的液滴,然后经GGH升温后排放至烟囱。

　　5. CT-121的工艺特点

　　CT-121工艺的优点有以下几点:

　　l 二氧化硫脱除率高

　　l 粉尘脱除率高

　　l 不易结垢

　　l 装置被简化,可靠性高

　　l 优异的烟气流量分配

　　l 极高的石灰石利用率

　　l 无废水运行稳定

　　l 高效和可靠的除雾器功能

　　l 维护保养方便

　　l 运行成本低，大颗粒,高质量的石膏晶体

　　湿法烟气脱硫的原理

　　1 湿法烟气脱硫的基本原理

　　（1）物理吸收的基本原理

　　气体吸收可分为物理吸收和化学吸收两种。如果吸收过程不发生显著的化学反应，单纯是被吸收气体溶解于液体的过程，称为物理吸收，如用水吸收SO2。物理吸收的特点是，随着温度的升高，被吸气体的吸收量减少。

　　 物理吸收的程度，取决于气--液平衡，只要气相中被吸收的分压大于液相呈平衡时该气体分压时，吸收过程就会进行。由于物理吸收过程的推动力很小，吸收速率较低，因而在工程设计上要求被净化气体的气相分压大于气液平衡时该气体的分压。物理吸收速率较低，在现代烟气中很少单独采用物理吸收法。

　　（2）化学吸收法的基本原理

　　若被吸收的气体组分与吸收液的组分发生化学反应，则称为化学吸收，例如应用碱液吸收SO2。应用固体吸收剂与被吸收组分发生化学反应，而将其从烟气中分离出来的过程，也属于化学吸收，例如炉内喷钙（CaO）烟气脱硫也是化学吸收。

　　在化学吸收过程中，被吸收气体与液体相组分发生化学反应，有效的降低了溶液表面上被吸收气体的分压。增加了吸收过程的推动力，即提高了吸收效率又降低了被吸收气体的气相分压。因此，化学吸收速率比物理吸收速率大得多。

　　物理吸收和化学吸收，都受气相扩散速度（或气膜阻力）和液相扩散速度（或液膜阻力）的影响，工程上常用加强气液两相的扰动来消除气膜与液膜的阻力。在烟气脱硫中，瞬间内要连续不断地净化大量含低浓度SO2的烟气，如单独应用物理吸收，因其净化效率很低，难以达到SO2的排放标准。因此，烟气脱硫技术中大量采用化学吸收法。用化学吸收法进行烟气脱硫，技术上比较成熟，操作经验比较丰富，实用性强，已成为应用最多、最普遍的烟气脱硫技术。

　　（3）化学吸收的过程

　　化学吸收是由物理吸收过程和化学反应两个过程组成的。在物理吸收过程中，被吸收的气体在液相中进行溶解，当气液达到相平衡时，被吸收气体 的平衡浓度，是物理吸收过程的极限。被吸收气体中的活性组分进行化学反应，当化学反应达到平衡时，被吸收气体的消耗量，是化学吸收过程的极限。这里用Ca(OH)2溶液吸收SO2加以说明。
SO2（气体）
||     
SO2（液体）+Ca(OH)2 → CaSO3+H2O←
 
　　化学吸收过程中，被吸收气体的气液平衡关系，即应服从相平衡关系，又应服从化学平衡关系。

　　（4）化学吸收过程的速率及过程阻力

　　化学吸收过程的速率，是由物理吸收的气液传质速度和化学反应速度决定的。化学吸收过程的阻力，也是由物理吸收气液传质的阻力和化学反应阻力决定的。

　　在物理吸收的气液传质过程中，被吸收气体气液两相的吸收速率，主要取决于气相中被吸收组分的分压，和吸收达到平衡时液相中被吸收组分的平衡分压之差。此外，也和传质系数有关，被吸收气体气液两相间的传质阻力，通常取决于通过气膜和液膜分子扩散的阻力。

　　烟气脱硫通常是在连续及瞬间内进行，发生的化学反应是极快反应、快反应和中等速度的反应，如NaOH、Na2CO3、和Ca(OH)2等碱液吸收SO2。为此，被吸收气体气液相间的传质阻力，远较该气体在液相中与碱液进行反应的阻力大得多。对于极快不可逆反应，吸收过程的阻力，其过程为传质控制，化学反应的阻力可忽略不计。例如，应用碱液或氨水吸收SO2时，化学吸收过程为气膜控制，过程的阻力为气膜传质阻力。

　　液相中发生的化学反应，是快反应和中等速度的反应时，化学吸收过程的阻力应同时考虑传质阻力和化学反应阻力。

　　（5）碱液浓度对传质速度的影响

　　研究得出，应用碱液吸收酸性气体时，碱液浓度的高低对化学吸收的传质速度有很大的影响。当碱液的浓度较低时，化学传质的速度较低；当提高碱液浓度时，传质速度也随之增大；当碱液浓度提高到某一值时，传质速度达到最大值，此时碱液的浓度称为临界浓度；当碱液浓度高于临界浓度时传质速度并不增大。

　　为此，在烟气脱硫的化学吸收过程中，当应用碱液吸收烟气中的SO2时，适当提高碱液的浓度，可以提高对SO2的吸收效率。但是，碱液的浓度不得高于临界浓度。超过临界浓度之后，进一步提高碱液的浓度，脱硫效率并不能提高。可以得出，在烟气脱硫中，吸收SO2的碱液浓度，并非愈高愈好。碱液的最佳浓度为临界浓度，此时脱硫效率最高。

　　（6）主要化学反应

　　在湿法烟气脱硫中，SO2和吸收剂的主要化学反应如下

　　（7）同水的反应

　　SO2溶于水形成亚硫酸

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

　　温度升高时，反应平衡向左移动。

　　（8）同碱反应

　　SO2及易与碱性物质发生化学反应，形成亚硫酸盐。碱过剩时生成正盐；SO2过剩时形成酸式盐。
　　2MeOH+SO2 ─→Me2SO3+H2O
　　Me2SO3+SO2+H2O ─→ 2MeHSO3
　　Me2SO3+MeOH ─→ Me2SO4+H2O
　　亚硫酸盐不稳定，可被烟气中残留的氧气氧化成硫酸盐：
　　Me2SO3+1/2O2─→MeSO4

　　（9）同弱酸盐反应

　　SO2易同弱酸盐反应生成亚硫酸，继之被烟气中的氧气氧化成稳定的硫酸盐。如同石灰石反应：
　　CaCO3+SO2+1/2H2O ─→CaSO3·1/2H2O+CO2↑
　　2CaSO3·1/2H2O+O2+3H2O ─→2CaSO4·2H2O