煙氣海水脫硫應用及改進分析

文_高亮明 深圳媽灣電力有限公司

1 煙氣海水脫硫應用

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

深圳媽灣電力有限公司4號機組300MW海水煙氣脫硫項目作為我國第一個引進的海水脫硫示范工程于1999年3月投入運行，在借鑒消化吸收的基礎上對脫硫設備進行國產化及系統優化改進。目前國內已投產的300～1000MW機組應用海水脫硫工藝的臺數有40余臺。

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計范圍內變化，影響吸收塔效率的設計因素主要有：

2.1 液氣比

液氣比越高脫硫效率越高，但會增加脫硫運行電耗，也不利于海水恢復系統的混合，因此液氣比需保證煙氣中SO2充分吸收并保持合適的裕量。本工程設計液氣為5～7L/Nm3，吸收塔內煙氣流速2.5m/s,煙氣停留反應時間約8s。

2.2 海水分布均勻性

采用槽式海水分配器，海水經過二級分布噴淋至下方填料層，海水流量變化會對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對其分布均勻性造成影響。

2.3 吸收塔內煙氣流場

吸收塔為立方形填料塔，進口煙道煙氣流速6m/s，其流場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，壓降低等優點。

2.5 除霧器

本工程設計一級除霧器，起到除去煙氣中攜帶的水滴和水霧作用，其結構型式決定著煙氣攜水量，攜水中含有亞硫酸鹽SO32-會再次轉化為SO2，造成脫硫效率下降。本工程煙氣含水量低于100mg/m3。

3 影響海水水質恢復因素分析

海水在吸收塔吸收SO2后轉化形成SO32-和H+流入曝氣池,其吸收轉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，不能滿足水質排放要求。同時防止不穩定的亞硫酸鹽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行恢復處理，海水恢復效果與稀釋比、曝氣速度、曝氣時間、稀釋方式有關。海水恢復系統設計牽涉到海水稀釋設計、流場設計、曝氣設計，牽涉到兩相流場變化以及各流場中的化學反應等復雜過程，本工程排放海水恢復性能如表1。

表1 排放海水性能

3.1 稀釋設計

為盡量提高排放海水pH值，通過稀釋比及曝氣速度等參數設計，滿足海水排放標準第三類。

3.2 曝氣設計

4#機組脫硫曝氣系統由兩臺曝氣風機、3根曝氣管網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臺機組脫硫曝氣系統由兩臺曝氣風機、5根曝氣管網及其曝氣支管和曝氣柵格噴嘴組成，屬深層曝氣，通過增加風機壓頭提高曝氣速度，加強空氣與海水。后期又增加了分段曝氣隔離門。

4 海水排放水質相關情況分析

4.1 海水排放水質監測結果

4#機組脫硫系統性能考核試驗，在滿負荷工況，晉北煙煤含硫量0.65%。表2

從試驗結果分析，海水對SO2吸收能力較強、pH值未達到完全飽和狀態，亞硫酸鹽轉化率接近100%，海水恢復效果較好，各水質指標均優于設計值，耗氧量COD和溶解氧達到海水水質標準第一類（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，遠低于海水水質標準第一類中人為增量小于10mg/L的標準。

4.3 海水中重金屬汞濃度

燃用晉北煙煤時海水中汞濃度估算為0.047μg/L，燃用神華煤時海水中汞濃度低于0.013μg/L，上述兩種煤種海水汞濃度達到海水水質低于0.05μg/L標準。

4.4 排放海水對附近海域水質影響監測

通過對pH、懸浮物、COD、石油類、銅、鋅、鉛、鎘、總鉻、總汞、氰化物和揮發酚等污染物監測，結果其各污染物含量均低于《海水水質標準》(GB3097-1997)中的第三類標準。對銅、鉛、鋅、鎘、總汞、總鉻、砷、總有機質和硫化物等9項海洋沉積物按照《海洋沉積物質量》(GB18668-2002)調查， 7個監測站位所有監測指標均未出現超標現象，符合海洋沉積物質量標準第三類。

4.5 排放海水對海洋生態環境影響監測

葉綠素a和初級生產力狀況有好轉、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、底棲生物體內重金屬殘毒均未出現超標生物，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漏引起脫硫效率下降，本工程后續進行了取消脫硫旁路煙道工作，將脫硫旁路擋板拆除并對其兩端煙道進行封堵，形成可見的物理隔離點。改造中將增壓風機與引風機合并，煙道重新設計后減少煙道阻力300Pa。

6 吸收塔局部改造

為實現鍋爐出口煙氣排放SO2濃度低于35mg/Nm3的超低排放要求，對吸收塔進行提效改造。

（1）原槽式二級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等優點，增強海水吸附SO2的能力，但填料層阻力會略微增加。

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

7 結論及應用建議

煙氣海水脫硫相對于其他脫硫工藝具有技術成熟、工藝簡單、可靠性高、投資和運行維護費用低等特點，且具有節約淡水資源、沒有副產品產生、不存在廢棄物等優點。深圳媽灣電力有限公司在引進、消化吸收的基礎上對部分設備國產化并不斷地改進工藝過程，吸收塔脫除SO2的效率超過97%，排放海水pH值滿足海水水質標準第三類（GB3097-1997），沒有發現對附近海域及海洋生態環境造成不良影響，說明煙氣海水脫硫工藝應用成熟可靠。

煙氣海水脫硫工藝應用相對來說有一定的局限性，僅適用濱海區域且燃料的含硫量不能太高，其應用達標的主要條件有如下幾點：

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

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

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

（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組出力。如果煙氣海水脫硫系統運行的燃煤含硫量達到1.5%～2%時需在海水中添加NaOH、白泥等堿性物質，或者增加稀釋水量，滿足海水達標排放。

（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排放標準。