1 036MW機組海水脫硫效率的影響因素分析及其運行優化

胡立川，李 威，魏世哲

（華能海門電廠，廣東 汕頭 515132）

0 概 述

為滿足環境保護的要求，在某2×1 036MW機組系統中，設置了2臺除塵效率達99.85%的二列三室四電場靜電除塵器、煙氣脫硝和煙氣海水脫硫裝置。

在該電廠的海水脫硫系統中，采用了一次直流方式吸收煙氣中的SO2，不需增加再循環系統。來自冷凝器的海水一部分進入逆流式填料吸收塔，分布到填料層的表面。排放的煙氣經吸收塔底部進入吸收塔內，與填料層的海水充分接觸，煙氣中SO2被海水吸收，生成了亞硫酸根離子和氫離子。吸收塔排出的酸性海水流入海水恢復系統，并與來自冷凝器的原海水（堿性）在混合區中混合?；旌虾蠛Ｋ膒H值被提高至5左右，再通過曝氣擴散裝置（曝氣頭）鼓入大量空氣，將亞硫酸根氧化成穩定的硫酸根，通過曝氣還可以使大量CO2從海水中釋出，消耗更多海水中的氫離子，使海水的pH值得以恢復并提高至6.8以上，并使化學需氧量、溶解氧等恢復到水質標準的要求，最終將水質合格的海水排回大海。凈化后的煙氣通過氣－氣加熱器（gas gas heater，GGH）升溫后，經煙囪排入大氣。海水煙氣脫硫系統的工藝流程，如圖1所示。

圖1 海水脫硫系統流程

1 海水脫硫原理

利用海水的天然堿度（HCO3－和CO23－）吸收煙氣中的SO2生成SO23－，脫硫后的海水與新鮮海水混合時，由于SO23－是1種較強的還原性物質，在一定的pH值條件下，海水中的溶解氧極易將其氧化為穩定無害的SO24－。在曝氣池中，通入補充大量的空氣，利用氧化反應消耗海水中溶解氧，并進一步氧化殘余的SO23－，使海水中的CO2剝離，從而提高海水的pH值，以達到國家海水排放標準［1］。各階段的主要化學反應過程為：

吸收塔內：

曝氣池前段：

曝氣池后段：

2 海水脫硫工藝的特點

2.1 脫硫工藝簡單

海水脫硫系統主要由吸收塔、氣－氣加熱器和曝氣池等部分組成，脫硫原理及工藝簡單。海水脫硫工藝利用海水吸收SO2，不再采用其他添加劑，因此系統不會結垢或堵塞，具有極高的系統利用率［2］。

2.2 脫硫效率高

采用海水脫硫工藝的脫硫效率可達90%以上，完全能夠滿足環保部門關于削減排放的要求。系統的構成簡單，運行穩定可靠，因而很容易獲得較高的脫硫效率。

2.3 不產生其它廢棄物

脫硫后的產物是硫酸鹽，這種產物也是海水的天然組分。排放時不會產生任何氣態或固態廢棄物，最大程度地減少了脫硫裝置運行時對環境帶來的負面影響。

2.4 投資少及運行費用低

海水脫硫的投資費用僅為采用石灰石－石膏濕法脫硫工藝投資費用的2／3，運行費用約為后者的1／2～2／3。海水脫硫裝置的直接運行費用絕大部分為系統電耗（約占電廠發電量的1%～1.5%），除此之外無需采購、運輸、制備其他添加劑［3］。

3 海水脫硫效率的影響因素分析

3.1 煙氣中SO2濃度

在海水流量、海水水質、煙氣流量、煙氣其它成分基本不變的情況下，當煙氣中SO2濃度變化時，隨著SO2濃度的增加，脫硫效率近似直線下降。

運行結果表明，當其他條件不變時，海水脫硫效率隨系統進口SO2濃度的增加而降低，其脫硫效率曲線的變化，如圖2所示。

圖2 煙氣中SO2濃度與脫硫效率的關系曲線

當進口煙氣SO2濃度變化時，吸收塔內吸收SO2的量并無大的變化，低濃度煙氣中的SO2將被充分吸收，從而被吸收SO2的比率增高，因而脫硫效率提高。這也是海水脫硫工藝更適合中、低含硫量燃煤的原因。因此，按照設計煤種的要求，采用一定比例的摻配煤，保證入爐煤的含硫量小于l%，即可滿足海水脫硫系統的運行要求，使吸收塔有一個較高的脫硫效率。

3.2 煙氣量

在海水流量、海水水質、煙氣其它成分基本不變的情況下，當煙氣量變化時，煙氣量和脫硫效率的關系近似直線變化。隨著煙氣量的增大，脫硫效率逐漸下降。

煙氣量與脫硫效率的關系近似于直線關系，隨著煙氣量的增大，液氣比（海水流量與煙氣流量之比值，單位為L／m3）減小，脫硫效率下降，其效率曲線的變化，如圖3所示。

圖3 吸收塔入口煙氣量與脫硫效率的關系曲線

隨著煙氣量的增大，塔出口海水中pH值呈減小趨勢。這是因為海水量不變、煙氣中SO2濃度不變時，隨著煙氣量的增大，溶于水中的SO2生成的H＋增多，pH值減小。另外，水中SO2量的增多，溶解推動力減弱，使pH值減小的趨勢變緩。

3.3 煙氣溫度

在海水流量、海水水質、煙氣流量、煙氣其它成分基本不變的情況下，當煙氣溫度變化時，根據亨利定律：在一定的壓力下，氣體在水溶液中的溶解度隨溫度升高而降低。煙氣海水脫硫是利用海水吸收SO2，SO2溶于海水后，生成 H2SO3又離解為 H＋、HSO－3，因此，SO2的吸收除滿足亨利定律外，與H2SO3的離解常數有關［4］，其平衡式為：C2＝55.56 PSO2／H SO2＋（55.5K1×P SO2／H SO2）0.5，在此式中，C2為SO2在水溶液中達到吸收平衡時的濃度，PSO2為 SO2平衡壓，HSO2為亨利常數；K1為H2SO3一級離解平衡常數。脫硫效率與吸收塔入口煙氣溫度的關系曲線，如圖4所示。

圖4 吸收塔入口煙氣溫度與脫硫效率的關系曲線

實際運行證明，當系統中吸收塔的工作條件已定后，海水吸收SO2的能力主要與海水在吸收塔內的溫度有關，因此，運行中密切監視GGH換熱器傳熱元件的壓差變化，若壓力大于700Pa時，需用蒸汽吹掃GGH換熱器，使其具有較好的換熱效果。盡量降低吸收塔入口煙氣溫度，采用氣一氣回轉式換熱器（GGH）設備，可將煙氣的溫度由123℃降至85℃，利用季節溫度的變化，將循環水的排水溫度控制在30～38℃，以保證SO2的吸收溫度穩定在較低的水平。據實測，在我國北方沿海地區采用海水脫硫工藝，脫硫的效果會更好。

當煙氣溫度低于60℃時，脫硫效率與溫度呈現較大的相關性，曲線斜率較大。當煙氣溫度在60℃以上時，脫硫效率隨溫度升高而呈現緩慢下降的趨勢。當煙氣溫度低于60℃時，pH值顯著增大；高于60℃時，pH值上升緩慢。說明溫度較低時，對SO2的溶解度增大，脫硫效率高；當溫度上升至60℃，SO2的溶解速度變緩，脫硫效率也會緩慢下降。

3.4 海水流量變化時

在海水水質、煙氣流量、煙氣其它成分基本不變的情況下，當吸收塔入口海水流量發生變化時，液氣比也會相應變化，液氣比對脫硫效率的影響呈線性變化，液氣比越大，吸收效率越高。

該吸收塔入口海水的設計流量為不低于14 000 m3／h，由2臺海水升壓泵升壓后進入吸收塔。隨著吸收塔入口海水流量下降，海水吸收SO2能力下降，造成脫硫效率下降。當停運1臺海水升壓泵時，脫硫效率下降至70%以下，表明脫硫效率隨吸收塔入口海水流量下降而下降。由于海水流量的下降造成吸收塔內溫度上升，海水溶解SO2能力下降，脫硫效率亦下降。

液氣比對該塔出口海水的pH值也有一定的影響。當海水流量增大，SO2的溶解量也增多，脫硫效率升高，從而使pH值呈上升趨勢。

3.5 海水中Na＋含量的變化

在海水流量、煙氣流量、煙氣成分不變的情況下，當海水中Na＋的含量變化時，對效率影響的曲線，如圖5所示。

圖5 海水中Na＋含量與脫硫效率的關系曲線

隨著海水中Na＋濃度的增加，吸收塔的脫硫效率由逐漸增大的趨勢變化到逐漸減小的趨勢，效率最大點出現在海水中Na＋濃度在正常范圍時。

海水中的Na＋濃度對塔出口海水的pH值影響較大，Na＋濃度越大，該塔出口海水的pH值越小。說明海水中Na＋濃度的增加，有利于SO2的溶解和反應。

3.6 液氣比與脫硫效率的關系

液氣比與脫硫效率有著直接的關系。液氣比與脫硫效率的關系曲線，如圖6所示。由圖6可知，當液氣比為5.8時，脫硫效率為95%。當液氣比為5.3時，脫硫效率為90%。

圖6 液氣比與脫硫效率的關系曲線

4 海水脫硫系統的運行優化

4.1 提高脫硫效率的途徑

從脫硫效率的影響因素可知，降低燃料中的含硫量，提高燃燒效率，減少SO2生成量是提高脫硫效率的根本，控制海水的消耗速率也是關鍵因素。若含硫量超過1.2%時，需要配煤（含硫量高與低相混）燃燒，減少SO2生成量。對于經濟性相近的機組，在調節機組負荷時應盡量保持相同的負荷，從而減少因吸收塔內煙氣流量的變化而對脫硫效率產生影響。

4.2 利用擋板開度調整排水的pH值

當海水恢復系統排水的pH值小于6.8，且15 min后仍不返回正常值時，啟動FGD旁路的低位擋板門，以每隔60s開啟20%的方式緩慢開啟，系統重新設定增壓風機的工作點，減少進入FGD系統的煙氣量，使海水恢復系統的排水pH值≥6.8。

當煙氣中SO2的濃度低于設計值或海水恢復系統排水pH值恢復至正常值時，且5min之后各參數不再波動，可將FGD旁路的低位擋板門以每隔60s關閉20%的方式緩慢關閉，系統重新設定增壓風機工作點。

4.3 調整降氣系統控制排放的海水pH值

為使排放海水的pH值大于6.8，還可從多方面采取措施。（1）提高曝氣風機壓頭，使H＋和O2參與反應更充分，確保海水的混合及湍流程度達到預期狀態，以提高排水的PH值。（2）在額定工況下，根據環境溫度的變化，及時啟、停曝氣風機，控制曝氣風機的運行臺數，增加曝氣效果。（3）定期檢查曝氣池內的空氣噴嘴，發現問題應及時采取措施。

5 結 語

對海水脫硫系統的運行進行優化后，使系統的海水排放達到了環保要求。海水脫硫工藝利用海水吸收SO2，不再利用其他添加劑進行脫硫處理，不會在換熱器中產生結垢和堵塞現象，并可使脫硫效率達到90%以上，完全能夠達到海水排放的要求。