摘要：隨著海水脫硫技術(shù)及其工藝的完善，海水煙氣脫硫得以快速發(fā)展，本文就華能威海電廠二期2*300MW發(fā)電機(jī)組的海水脫硫系統(tǒng)的成功投運(yùn)，介紹了海水脫硫技術(shù)在國內(nèi)外的應(yīng)用情況、工作原理、工藝流程及關(guān)鍵排放指標(biāo)，

關(guān)鍵詞：海水脫硫；工藝；關(guān)鍵排放指標(biāo)

0 前言

煙氣海水脫硫工藝是利用天然海水作為吸收劑脫除煙氣中SO2的一種濕式脫硫方法,在國外的開發(fā)和應(yīng)用已有近30年的歷史。煙氣海水脫硫技術(shù)最初在挪威廣泛應(yīng)用于煉油廠工業(yè)窯爐的煙氣脫硫，近年來在其它國家燃煤或燃油電站鍋爐上的應(yīng)用有了較快的發(fā)展，目前共有三十多套海水脫硫裝置投入或即將投入運(yùn)行，如印度TATA電廠、西班牙UNELCO電廠、印度尼西亞PAITON電廠、深圳西部電廠、漳州后石電廠、華能威海電廠等，其最大單機(jī)容量已達(dá)到670MW。煙氣海水脫硫工藝與石灰石-石膏工藝相比，具有投資與運(yùn)行費(fèi)用低、不需要吸收劑制備和副產(chǎn)品處理系統(tǒng)、不結(jié)垢等特點(diǎn)，系統(tǒng)也日趨成熟完善。我國沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，海水脫硫應(yīng)用于海濱電廠有著廣闊的市場前景。

1煙氣海水脫硫工藝介紹

1.1煙氣海水脫硫工藝原理

天然海水通常呈堿性，其主要成分是氯化物、硫酸鹽和一部分可溶性碳酸鹽，具有很強(qiáng)的酸堿緩沖和吸收SO2的能力。海水脫硫的一個基本理論依據(jù)就是自然界的硫大部分存在于海洋中，硫酸鹽是海水的主要成份之一，環(huán)境中的二氧化硫絕大部分最終以硫酸鹽的形式排入大海。海水脫硫適用于靠海邊、擴(kuò)散條件較好、用海水作為冷卻水、燃用低、中硫煤的電廠煙氣脫硫。煙氣海水脫硫工藝系統(tǒng)以其工藝簡單，運(yùn)行維護(hù)方便，投資省、只需要海水和空氣不需要其他添加劑、節(jié)省淡水、無廢棄物排放、減少污染、節(jié)省占地等優(yōu)點(diǎn)，使其在沿海地區(qū)得以快速發(fā)展。

煙氣海水脫硫工藝按是否添加其它化學(xué)物質(zhì)作為吸收劑分為兩類：一類是不添加其它化學(xué)物質(zhì)，直接用純海水為吸收劑的FLAKE-HYDRO工藝，一類是向海水中添加一定量的石灰石以調(diào)節(jié)吸收劑堿度的BECHTEL工藝,目前海水脫硫一般指FLAKE-HYDRO工藝。煙氣海水脫硫工藝的主要化學(xué)反應(yīng)如下：

SO2＋H2O =SO32-＋2H+

SO32-＋1/2O2 =SO42-

CO32-＋2H+=CO2＋H2O

上述反應(yīng)為吸收和氧化過程，海水吸收煙氣中氣態(tài)的SO2生成H2SO3，H2SO3不穩(wěn)定將分解成H+與HSO3-，HSO3-不穩(wěn)定將繼續(xù)分解成H+ 與 SO32-。SO32-與水中的溶解氧結(jié)合可氧化成SO42-。但是水中的溶解氧非常少，一般在7～8mg/l左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能將由于吸收SO2產(chǎn)生的SO32-氧化成SO42-。

　　吸收SO2后的海水中H+濃度增加，使得海水酸性增強(qiáng)，PH值一般在3左右，呈強(qiáng)酸性，需要新鮮的堿性海水與之中和提高PH值，脫硫后海水中的H+與新鮮海水中的碳酸鹽發(fā)生以下反應(yīng)：

　　HCO3- + H+ → H2CO3 → CO2↑ + H2O

在進(jìn)行上述中和反應(yīng)的同時，要在海水中鼓入大量空氣進(jìn)行曝氣，其作用主要有：（1）將SO32-氧化成為SO42-；（2）利用其機(jī)械力將中和反應(yīng)中產(chǎn)生的大量CO2趕出水面；（3）提高脫硫海水的溶解氧，達(dá)標(biāo)排放。

　　從上述反應(yīng)中可以看出，海水脫硫除海水和空氣外不添加任何化學(xué)脫硫劑，海水經(jīng)恢復(fù)后主要增加了SO42-，但海水鹽分的主要成分是氯化鈉和硫酸鹽，天然海水中硫酸鹽含量一般為2700mg/l,脫硫增加的硫酸鹽約70－80 mg/l，屬于天然海水的正常波動范圍。

硫酸鹽不僅是海水的天然成分，還是海洋生物不可缺少的成分，因此海水脫硫不破壞海水的天然組分，也沒有副產(chǎn)品需要處理。

1.2煙氣海水脫硫工藝系統(tǒng)

煙氣海水脫硫工藝主要由煙氣系統(tǒng)、S02吸收系統(tǒng)、海水供應(yīng)系統(tǒng)、海水恢復(fù)系統(tǒng)等組成。

（1）煙氣海水脫硫工藝煙氣系統(tǒng)

經(jīng)靜電除塵器除塵后的煙氣經(jīng)進(jìn)口擋板門進(jìn)入脫硫增壓風(fēng)機(jī)，升壓送入回轉(zhuǎn)再生式煙氣-煙氣換熱器(GGH) 降溫后,自下而上流經(jīng)吸收塔。在吸收塔頂部由除霧器除去霧滴的潔凈煙氣再次進(jìn)入GGH加熱升溫至70℃以上，經(jīng)出口擋板門排入煙囪。FGD系統(tǒng)進(jìn)出口擋板門之間通常設(shè)置100%煙氣的旁路煙道。

（2）煙氣海水脫硫工藝二氧化硫吸收系統(tǒng)

脫硫反應(yīng)主要是在逆流填料式吸收塔內(nèi)完成的。新鮮海水自吸收塔上部噴入,經(jīng)除塵處理和GGH降溫后的煙氣自塔底向上與海水進(jìn)行逆流接觸,煙氣中的S02迅速被海水吸收。洗滌煙氣后的酸性海水在吸收塔底收集并排出塔外。

（3）煙氣海水脫硫工藝海水供應(yīng)系統(tǒng)

脫硫用海水取自凝汽器出口的虹吸井,約六分之一的海水經(jīng)升壓泵送至吸收塔頂部用于洗滌煙氣，剩余海水自流至曝氣池,與脫硫洗滌排水混合。

（4）煙氣海水脫硫工藝海水恢復(fù)系統(tǒng)

吸收塔排出的酸性海水與來自虹吸井的大量偏堿性海水混合后進(jìn)入曝氣池，為控制海水在曝氣池內(nèi)的停留時間和流速均勻，曝氣池一般設(shè)計(jì)4－5個流道，在功能上分為旁路通道、曝氣通道、混合通道，池內(nèi)反應(yīng)分為中和、曝氣、再中和，以便使海水達(dá)標(biāo)排放。曝氣反應(yīng)需要通過曝氣風(fēng)機(jī)鼓入大量的空氣。曝氣管道和曝氣噴嘴均勻布置于曝氣池底部，以便對海水實(shí)施深層曝氣。進(jìn)入海水的氧氣可使不穩(wěn)定的SO32-與O2反應(yīng)生成穩(wěn)定的SO42-，減少海水的化學(xué)需氧量COD，增加海水中溶解氧DO，恢復(fù)海水的特有成分。在曝氣池中鼓入的大量空氣還加速了CO2的生成釋出，并使海水的pH值恢復(fù)到允許排放的正常水平

3煙氣海水脫硫工藝系統(tǒng)流程

　　煙氣系統(tǒng)與石灰石濕法類似，設(shè)置增壓風(fēng)機(jī)以克服脫硫系統(tǒng)的阻力，并通過煙氣換熱器（GGH）加熱脫硫后的凈煙氣。原煙氣經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)升壓、煙氣換熱器冷卻后送入吸收塔。吸收塔是海水脫硫系統(tǒng)的重要組成部分，SO2的吸收以及部分亞硫酸根的氧化都是在此完成的。自下部進(jìn)入的煙氣與從吸收塔上部淋下的海水接觸混合，煙氣中的SO2與海水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成SO32-和H+，海水pH值下降成為酸性海水；脫硫后的煙氣依次經(jīng)過除霧器除去霧滴、煙氣換熱器加熱升溫后由煙囪排放。海水脫硫與石灰石法脫硫相比，吸收劑溫度更低，尤其冬天，北方海水溫度較低，致使經(jīng)海水洗滌后的煙氣溫度只有30多度。為避免腐蝕，增壓風(fēng)機(jī)一般設(shè)計(jì)在原煙氣側(cè)，對GGH則要求其換熱元件表面涂搪瓷。關(guān)于吸收塔的設(shè)計(jì)，一種為填料塔，應(yīng)用業(yè)績較多，塔內(nèi)設(shè)多層填料，通過不斷改變水流方向延長海水滯留時間并促進(jìn)煙氣與海水的充分結(jié)合；還有一種吸收塔為噴淋空塔，將海水通過增壓泵引至吸收塔上部的若干層噴嘴，霧狀下行的海水與逆流煙氣混合，空塔設(shè)計(jì)中有時在吸收塔下部還設(shè)計(jì)氧化空氣以增加亞硫酸根的氧化。

 4煙氣海水脫硫工藝排放的關(guān)鍵控制指標(biāo)

　　海水脫硫的關(guān)鍵在于不僅要將煙氣中SO2脫除，脫硫效率要達(dá)到90％以上，還要將脫硫后的海水恢復(fù)到能夠達(dá)標(biāo)排放的程度，整個脫硫過程中除海水和空氣外，不添加任何別的物質(zhì)，不改變海水的天然成分。因此，海水脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時對排放的海水要重點(diǎn)考慮如下幾個指標(biāo)：

（1）保持SO42-增加值在天然海水SO42-濃度的正常波動范圍。漲、落潮時海水中SO42-濃度差值為40～150mg/L，顯然，海水脫硫工藝排水中SO42-濃度60～90 mg/L增量，大約是海水本底總量的3％左右，其影響將被海水的自然變幅完全掩蔽；

（2）pH值要符合當(dāng)?shù)嘏欧趴诘乃|(zhì)要求。PH值是海水排放的重要指標(biāo)，一類、二類海水水質(zhì)要求pH達(dá)到7.8－8.5，三類、四類海水水質(zhì)要求pH達(dá)到6.8－8.8。因此，對于海水脫硫系統(tǒng)，其排放的海水一般都要求pH大于等于6.8。

（3）溶解氧DO要適于海洋生物。氧氣是把脫硫過程中產(chǎn)生的SO32-進(jìn)行還原的重要成分，脫硫后的海水DO含量非常低。氧氣是所有海洋生物生存不可缺少的物質(zhì)，缺氧會對海洋生物的活動產(chǎn)生嚴(yán)重影響。脫硫海水的曝氣可以減少COD，增加DO。

（4）SO32-氧化率要保持較高水平，對海洋生物無害。脫硫海水COD的增加量可以反映脫硫過程中還原性物質(zhì)（以SO32-為主）的增加情況，COD增加越多說明SO32-氧化率越低。

另外，脫硫后排放的海水也要考慮海水溫升以及重金屬含量增加對海洋的危害。脫硫海水溫升在1－2℃左右，對海洋生物的影響微乎其微。目前大型火電廠靜電除塵器效率普遍較高，99％以上且投運(yùn)正常，因此在海水脫硫工藝中，除塵器后煙氣中殘存的飛灰將溶于海水，但這些煙塵中攜帶增加的懸浮物或重金屬與海洋本底值比較十分微小，不會對海洋生物造成危害。

5結(jié)束語

煙氣海水脫硫工藝系統(tǒng)以其工藝簡單，運(yùn)行維護(hù)方便，投資省、只需要海水和空氣不需要其他添加劑、節(jié)省淡水、無廢棄物排放、減少污染、節(jié)省占地等優(yōu)點(diǎn)，在沿海地區(qū)煙氣脫硫系統(tǒng)有較好的發(fā)展前景，是今后沿海地區(qū)新建、擴(kuò)建電廠及老廠改造環(huán)保項(xiàng)目優(yōu)先考慮的煙氣脫硫系統(tǒng)。