脱硫脱硝精析：日本CT-121FGD湿法烟气脱硫工艺

查看全部 · 发表于 2021-4-25 09:32:29

1971年，日本千代田公司开发了第一代烟气脱硫工艺——CT-101工艺，它以含铁催化剂的稀硫酸作吸收剂、副产物为石膏。目前，该装置在日本已有十余套在运行。1976年，在CT-101基础上，千代田公司又开发了第二代烟气脱硫系统CT-121，这项技术将SO2的吸收、氧化、中和、结晶和除尘等几个工艺过程合并在一个吸收塔内完成，这个吸收塔反应器即是此工艺的核心，叫做喷射式鼓泡反应器（Jet Bubbling Rearctor, JBR）。

在美国电力研究所（EPRI）的资助下，1978年8月 - 1979年 6 月，千代田公司在美国佛罗里达州Sneads海湾电力公司的斯考兹电厂建设了第一套配23MW机组的 CT-121FGD工艺的示范装置，取得了工业装置运行的经验，开始了较大范围的推广。到目前为止，已有30 多套CT-121脱硫系统在运行，其最大的机组容量为1000MW，1998年在日本东北电力公司原町电厂投运，处理烟气量 2895 km3/h（标准状态下），设计SO2浓度8.8*10^-4(体积分数），脱硫率 92% ，副产品用于制作石膏板和水泥。

我国重庆长寿化工厂 (1995年7月投运一套，广东省台山电厂2台 600MW 新建燃煤机组配套的CT-121工艺也将于 2004 年底投运，日本荏原公司引进千代田技术，在中国持有独占性的技术实施权。

作为一项新技术CT-121FGD工艺被授予许多奖项，如日本能源研究机梅授予的“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”和美国乔治亚洲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的“1993年度国内发明奖”，等等。

CT-121的工艺流程如图，来自锅炉的原烟气经增压风机增压后进入换热器如GGH，冷却后的烟气被引入到烟道的烟气冷却区域，在此区域喷入补给水和吸收液，使得烟气被冷却到饱和状态，之后进入反应塔入口舱。装在入口舱下层板的喷射管将烟气导入吸收塔鼓泡区的石灰石液面以下区域，在鼓泡区域发生如下反应：1) SO2的吸收；2) 亚硫酸盐发生氧化反应生成硫酸盐；3) 硫酸盐发生中和反应生成石膏；4) 石膏结晶并析出。干净的烟气经过除雾器、GGH后进入烟囱。

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JBR改变了CT-101工艺中吸收塔的方式，使吸收剂成为连续相而吸收质成为分散相，从而大大降低了传质阻力，加快了反应速度，增大了设备的处理能力。整个装置系统简单，占地面积小，投资省，运转费用低。

在石灰（石灰石）脱硫工艺中，为提高效率并防止结垢，液气比越来越大，吸收液在塔外的循环量越来越多，造成投资和运行费用增加。千代田公司早年研究、开发的JBR技术是将烟气通过气体分布装置 JBR 内的吸收液中，形成气泡层进行脱硫反应，下图所示的 JBR 有两个区：一个喷射鼓泡区与一个反应区。烟气被气体所分散，该装置的开口在液面下100-400mm处。这种气体分散方法使表观气体流速达到数千米3/米2/时，是通常鼓泡塔气速的十倍。该装置产生一喷射鼓泡层，其中液体被气拌，而气泡则被液体运动所细分。在这一层中，由于气液界面大，液体作涡流运动，效率高。在喷射鼓泡层内气相停留时间短（0.5-1.5g），液相在JBR内的停留时间则长达 1-4h。

在反应区（包含液相主要部分），由于空气鼓泡与机械搅拌（有的JBR反应器安装有机械作用），使空气与液体充分混合。由于有悬浮的石膏晶种和足够的停留时间，可使石膏晶粒长至需要的大小。

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喷射鼓泡反应器

喷射鼓泡区与反应区的液体流动

上图表示喷射鼓泡区与反应区的液体流动情况，气泡在喷射鼓泡区引起的液体环流代替了泵（通常石灰/石灰石法用泵使液体在塔外循环）的作用。

下图是气体喷射装置，当气体由出气口以5-20m/s的速度水平喷射至液体中时，在出气口水平附近形成气体喷射泡，然后由于浮力作用而曲折向上。气泡被急剧分散，形成喷射鼓泡层。

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在喷射鼓泡层中，气体塔藏量与浸入深度及释放气速有关，浸入越浅或释放气速越快，则气体塔藏量越高。液体深度为100-400mm范围时，气体塔藏量为 0.5-0.7 在这些条件下，气泡相当于直径为 3-20mm 范围的球。

JBR的另一个重要特点是氧气和钙不断地被补充到起吸收作用的反应区和气泡层，因此 SO2的吸收、氧化和中和一并进行。

由于强烈的氧化作用，在该反应器系统中只有 SO4^2- 而没有 SO3^2-。

我国重庆长寿化工厂的35t/h锅炉上采用了CT-121烟气脱硫装置，它由日本工程技术振兴协会与中方合作实施，由千代田化工建设负责装置的设计和制作，并负责运至上海。土建、安装及国内运输由长寿化工总厂负责，1995年 7 月投运。主要设计参数如表 0 ? & 所示，采用电石渣作脱硫剂。

长寿化工厂CT-121脱硫工艺流程如下图所示，锅炉烟气经原有水膜除尘器除尘后，通过排烟引风机进入喷射鼓泡反应器JBR，排烟管道的JBR 入口处为气体冷却器，烟气在这里被冷却，然后在JBR里被喷到吸收液（石膏浆液）中形成气泡层进行脱硫反应，经过脱硫后的烟气在除雾器中除雾后经烟囱排放到大气中，被吸收的SO2直接由JBR下部吹入的空气及烟气中的氧气氧化，进而与电石渣反应，形成石膏结晶体。JBR中吸收液的 pH 值可通过加入电石渣的量进行调整。

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1—锅炉；2—水膜除尘器；3—脱硫风机；4—原引风机；5—烟囱；6—除雾器；7—JBR；8—烟气冷却器；9—氧化风机；10—石膏处理槽

为使石膏浆液浓度保持在一定范围内，部分吸收液从JBR中抽出，石膏则在石膏处理槽内自然沉淀分离。石膏处理槽分为三个，一个一个地切换，重复沉淀分离、脱水（浸流）和石膏的移动。经过脱水的堆积石膏首先由斗式吊车送到附近的石膏堆放场，然后出厂。上清液经母液槽回收，并返回到JBR。JBR、除雾器及烟道均采用日本制作的增强玻璃纤维塑料管 FRP。

长寿化工厂CR-121FGD脱硫工艺的主要设计参数

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CT-121脱硫工艺主要存在以下问题：

（1）吸收过程动力消耗过大。由于接触吸收方式是鼓泡反应方式，因此会加大反应塔的压力损失，尤其在为了获得较高的脱硫效率时，更是如此。这样，与传统的 FGD 系统相比，就明显地增加了吸收工序的动力消耗。

（2）烟气温度降低太多。由于气体是从液体中涌出，因此净化后烟气的温度低，需要安装烟气再热装置，以满足烟气温度的抬升高度及防止烟囱的腐蚀。

（3）设备需做防腐处理。由于反应塔处于低 pH 值运行状态，因此需加装防腐内衬。