煙氣海水脫硫應(yīng)用及改進(jìn)分析

文_高亮明 深圳媽灣電力有限公司

1 煙氣海水脫硫應(yīng)用

海水煙氣脫硫最早由美國(guó)加州伯克利大學(xué)Bromley LA教授于上世紀(jì)60年代提出，70年代初挪威Norsk水電局開發(fā)海水脫硫工藝，挪威Alstom公司等相繼開發(fā)出海水煙氣脫硫工業(yè)化技術(shù)。

深圳媽灣電力有限公司4號(hào)機(jī)組300MW海水煙氣脫硫項(xiàng)目作為我國(guó)第一個(gè)引進(jìn)的海水脫硫示范工程于1999年3月投入運(yùn)行，在借鑒消化吸收的基礎(chǔ)上對(duì)脫硫設(shè)備進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化及系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)。目前國(guó)內(nèi)已投產(chǎn)的300～1000MW機(jī)組應(yīng)用海水脫硫工藝的臺(tái)數(shù)有40余臺(tái)。

2 影響吸收塔SO2脫除效率因素分析

在燃煤含硫量、煙氣量及煙氣溫度等邊界條件下，海水pH值、海水鹽度、海水堿度及海水溫度均在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)變化，影響吸收塔效率的設(shè)計(jì)因素主要有：

2.1 液氣比

液氣比越高脫硫效率越高，但會(huì)增加脫硫運(yùn)行電耗，也不利于海水恢復(fù)系統(tǒng)的混合，因此液氣比需保證煙氣中SO2充分吸收并保持合適的裕量。本工程設(shè)計(jì)液氣為5～7L/Nm3，吸收塔內(nèi)煙氣流速2.5m/s,煙氣停留反應(yīng)時(shí)間約8s。

2.2 海水分布均勻性

采用槽式海水分配器，海水經(jīng)過二級(jí)分布噴淋至下方填料層，海水流量變化會(huì)對(duì)海水分布均勻性造成影響，分配槽水平度偏差的安裝精度也會(huì)對(duì)其分布均勻性造成影響。

2.3 吸收塔內(nèi)煙氣流場(chǎng)

吸收塔為立方形填料塔，進(jìn)口煙道煙氣流速6m/s，其流場(chǎng)及其氣體分布狀況好壞影響著吸收塔效率。

2.4 填料

采用聚丙烯雪花型填料，其比表面積138m2/m3,孔隙率97%，此類型填料具有接觸面積大，壓降低等優(yōu)點(diǎn)。

2.5 除霧器

本工程設(shè)計(jì)一級(jí)除霧器，起到除去煙氣中攜帶的水滴和水霧作用，其結(jié)構(gòu)型式?jīng)Q定著煙氣攜水量，攜水中含有亞硫酸鹽SO32-會(huì)再次轉(zhuǎn)化為SO2，造成脫硫效率下降。本工程煙氣含水量低于100mg/m3。

3 影響海水水質(zhì)恢復(fù)因素分析

海水在吸收塔吸收SO2后轉(zhuǎn)化形成SO32-和H+流入曝氣池,其吸收轉(zhuǎn)化過程中耗去大量氧離子，使海水的耗氧量COD成十幾倍急劇上升同時(shí)溶解氧幾乎降為0，流入曝氣池的海水pH值降至3.1左右，不能滿足水質(zhì)排放要求。同時(shí)防止不穩(wěn)定的亞硫酸鹽SO32-再次還原為SO2從海水中析出。

為此需將從吸收塔流入曝氣池的酸性海水進(jìn)行恢復(fù)處理，海水恢復(fù)效果與稀釋比、曝氣速度、曝氣時(shí)間、稀釋方式有關(guān)。海水恢復(fù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)牽涉到海水稀釋設(shè)計(jì)、流場(chǎng)設(shè)計(jì)、曝氣設(shè)計(jì)，牽涉到兩相流場(chǎng)變化以及各流場(chǎng)中的化學(xué)反應(yīng)等復(fù)雜過程，本工程排放海水恢復(fù)性能如表1。

表1 排放海水性能

3.1 稀釋設(shè)計(jì)

為盡量提高排放海水pH值，通過稀釋比及曝氣速度等參數(shù)設(shè)計(jì)，滿足海水排放標(biāo)準(zhǔn)第三類。

3.2 曝氣設(shè)計(jì)

4#機(jī)組脫硫曝氣系統(tǒng)由兩臺(tái)曝氣風(fēng)機(jī)、3根曝氣管網(wǎng)及其曝氣柵格噴嘴組成，屬淺層曝氣，其氣泡析出快，氣液混合狀況好。

其它5臺(tái)機(jī)組脫硫曝氣系統(tǒng)由兩臺(tái)曝氣風(fēng)機(jī)、5根曝氣管網(wǎng)及其曝氣支管和曝氣柵格噴嘴組成，屬深層曝氣，通過增加風(fēng)機(jī)壓頭提高曝氣速度，加強(qiáng)空氣與海水。后期又增加了分段曝氣隔離門。

4 海水排放水質(zhì)相關(guān)情況分析

4.1 海水排放水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果

4#機(jī)組脫硫系統(tǒng)性能考核試驗(yàn)，在滿負(fù)荷工況，晉北煙煤含硫量0.65%。表2

從試驗(yàn)結(jié)果分析，海水對(duì)SO2吸收能力較強(qiáng)、pH值未達(dá)到完全飽和狀態(tài)，亞硫酸鹽轉(zhuǎn)化率接近100%，海水恢復(fù)效果較好，各水質(zhì)指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計(jì)值，耗氧量COD和溶解氧達(dá)到海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)第一類（GB3097-1997）,海水溫升約為0.8℃。

4.2 海水中增加懸浮物濃度

一般情況下海水中增加懸浮物濃度估算為0.38mg/L，遠(yuǎn)低于海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)第一類中人為增量小于10mg/L的標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 海水中重金屬汞濃度

燃用晉北煙煤時(shí)海水中汞濃度估算為0.047μg/L，燃用神華煤時(shí)海水中汞濃度低于0.013μg/L，上述兩種煤種海水汞濃度達(dá)到海水水質(zhì)低于0.05μg/L標(biāo)準(zhǔn)。

4.4 排放海水對(duì)附近海域水質(zhì)影響監(jiān)測(cè)

通過對(duì)pH、懸浮物、COD、石油類、銅、鋅、鉛、鎘、總鉻、總汞、氰化物和揮發(fā)酚等污染物監(jiān)測(cè)，結(jié)果其各污染物含量均低于《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB3097-1997)中的第三類標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)銅、鉛、鋅、鎘、總汞、總鉻、砷、總有機(jī)質(zhì)和硫化物等9項(xiàng)海洋沉積物按照《海洋沉積物質(zhì)量》(GB18668-2002)調(diào)查， 7個(gè)監(jiān)測(cè)站位所有監(jiān)測(cè)指標(biāo)均未出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，符合海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)第三類。

4.5 排放海水對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境影響監(jiān)測(cè)

葉綠素a和初級(jí)生產(chǎn)力狀況有好轉(zhuǎn)、浮游植物多樣性和均勻性變化不大，底棲生物的生物量及棲息密度變化不大、底棲生物體內(nèi)重金屬殘毒均未出現(xiàn)超標(biāo)生物，汞/鉻/鎘/鉛等殘毒量沒有上升。

5 取消脫硫煙氣旁路

為減少二氧化硫排放，避免脫硫旁路擋板內(nèi)漏引起脫硫效率下降，本工程后續(xù)進(jìn)行了取消脫硫旁路煙道工作，將脫硫旁路擋板拆除并對(duì)其兩端煙道進(jìn)行封堵，形成可見的物理隔離點(diǎn)。改造中將增壓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)合并，煙道重新設(shè)計(jì)后減少煙道阻力300Pa。

6 吸收塔局部改造

為實(shí)現(xiàn)鍋爐出口煙氣排放SO2濃度低于35mg/Nm3的超低排放要求，對(duì)吸收塔進(jìn)行提效改造。

（1）原槽式二級(jí)海水分配器改造為超低壓大口徑噴嘴海水分配器，使海水在填料層均勻交錯(cuò)覆蓋，提高海水分布均勻性提高脫硫效率。

（2）在填料層上部布置聚苯烯多面體新型填料，該填料具有比面積大和水珠破碎能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，增強(qiáng)海水吸附SO2的能力，但填料層阻力會(huì)略微增加。

（3）適當(dāng)增加噴淋層與填料層的距離，以適應(yīng)噴淋的均勻交錯(cuò)的廣覆蓋，減少噴淋死區(qū)。

7 結(jié)論及應(yīng)用建議

煙氣海水脫硫相對(duì)于其他脫硫工藝具有技術(shù)成熟、工藝簡(jiǎn)單、可靠性高、投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低等特點(diǎn)，且具有節(jié)約淡水資源、沒有副產(chǎn)品產(chǎn)生、不存在廢棄物等優(yōu)點(diǎn)。深圳媽灣電力有限公司在引進(jìn)、消化吸收的基礎(chǔ)上對(duì)部分設(shè)備國(guó)產(chǎn)化并不斷地改進(jìn)工藝過程，吸收塔脫除SO2的效率超過97%，排放海水pH值滿足海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)第三類（GB3097-1997），沒有發(fā)現(xiàn)對(duì)附近海域及海洋生態(tài)環(huán)境造成不良影響，說明煙氣海水脫硫工藝應(yīng)用成熟可靠。

煙氣海水脫硫工藝應(yīng)用相對(duì)來說有一定的局限性，僅適用濱海區(qū)域且燃料的含硫量不能太高，其應(yīng)用達(dá)標(biāo)的主要條件有如下幾點(diǎn)：

（1）適用于海水水質(zhì)要求在第三類以下的濱海區(qū)域，處理后的海水排放口要求在易擴(kuò)散的區(qū)域。

（2）煙氣海水脫硫工藝介質(zhì)為海水，要求取水口盡量靠近海平面以下位置，當(dāng)海水堿度低于1.8，pH值高于7.5時(shí)，對(duì)SO2吸收和海水水質(zhì)恢復(fù)將造成重要影響。

（3）脫硫入口要求安裝高效除塵器，可減少汞等重金屬排放，同時(shí)能將排放海水懸浮物增量濃度降至最低，使海水水質(zhì)不會(huì)發(fā)生類別上的變化。

（4）燃料含硫量推薦低于1%，取消脫硫旁路后，燃用高硫煤不僅使脫硫效率下降而且可能造成排放海水污染，有必要控制入爐煤含硫量或被迫限值機(jī)組出力。如果煙氣海水脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的燃煤含硫量達(dá)到1.5%～2%時(shí)需在海水中添加NaOH、白泥等堿性物質(zhì)，或者增加稀釋水量，滿足海水達(dá)標(biāo)排放。

（5）燃料中重金屬含量盡量低些，如入爐煤中汞含量高于70μg/kg，不能滿足第一類水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)。