摘要：隨著海水脫硫技術及其工藝的完善，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)電機組的海水脫硫系統(tǒng)的成功投運，介紹了海水脫硫技術在國內(nèi)外的應用情況、工作原理、工藝流程及關鍵排放指標，

關鍵詞：海水脫硫；工藝；關鍵排放指標

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)和應用已有近30年的歷史。煙氣海水脫硫技術最初在挪威廣泛應用于煉油廠工業(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，其最大單機容量已達到670MW。煙氣海水脫硫工藝與石灰石-石膏工藝相比，具有投資與運行費用低、不需要吸收劑制備和副產(chǎn)品處理系統(tǒng)、不結垢等特點，系統(tǒng)也日趨成熟完善。我國沿海地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達，海水脫硫應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，運行維護方便，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，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物質(zhì)作為吸收劑分為兩類：一類是不添加其它化學物質(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反應如下：

SO2＋H2O =SO32-＋2H+

SO32-＋1/2O2 =SO42-

CO32-＋2H+=CO2＋H2O

上述反應為吸收和氧化過程，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，遠遠不能將由于吸收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，PH值一般在3左右，呈強酸性，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：

　　HCO3- + H+ → H2CO3 → CO2↑ + H2O

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

　　從上述反應中可以看出，海水脫硫除海水和空氣外不添加任何化學脫硫劑，海水經(jīng)恢復后主要增加了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)、海水供應系統(tǒng)、海水恢復系統(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)進口擋板門進入脫硫增壓風機，升壓送入回轉再生式煙氣-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)進出口擋板門之間通常設置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，曝氣池一般設計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)反應分為中和、曝氣、再中和，以便使海水達標排放。曝氣反應需要通過曝氣風機鼓入大量的空氣。曝氣管道和曝氣噴嘴均勻布置于曝氣池底部，以便對海水實施深層曝氣。進入海水的氧氣可使不穩(wěn)定的SO32-與O2反應生成穩(wěn)定的SO42-，減少海水的化學需氧量COD，增加海水中溶解氧DO，恢復海水的特有成分。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，設置增壓風機以克服脫硫系統(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)增壓風機升壓、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)生化學反應，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，增壓風機一般設計在原煙氣側，對GGH則要求其換熱元件表面涂搪瓷。關于吸收塔的設計，一種為填料塔，應用業(yè)績較多，塔內(nèi)設多層填料，通過不斷改變水流方向延長海水滯留時間并促進煙氣與海水的充分結合；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，空塔設計中有時在吸收塔下部還設計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鍵控制指標

　　海水脫硫的關鍵在于不僅要將煙氣中SO2脫除，脫硫效率要達到90％以上，還要將脫硫后的海水恢復到能夠達標排放的程度，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)設計時對排放的海水要重點考慮如下幾個指標：

（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?shù)嘏欧趴诘乃|(zhì)要求。PH值是海水排放的重要指標，一類、二類海水水質(zhì)要求pH達到7.8－8.5，三類、四類海水水質(zhì)要求pH達到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結束語

煙氣海水脫硫工藝系統(tǒng)以其工藝簡單，運行維護方便，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，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、擴建電廠及老廠改造環(huán)保項目優(yōu)先考慮的煙氣脫硫系統(tǒng)。