唐瑞轩
（中电投电力工程有限公司 上海 200233）
引言：烟气海水脱硫工艺与石灰石-石膏工艺相比，具有投资与运行费用低、不需要吸收剂制备和副产品处理系统、不结垢等特点。我国海岸线漫长，沿海地区经济发达，燃煤电厂众多，海水脱硫技术应用于海滨电厂前景广阔积累了较成熟的经验,海水脱硫系统简洁，性能优良、运行可靠、投资节省、运行成本较低等优点，结合越南永新电厂一期工程项目海水脱硫技术进行浅析。
一、海水脱硫原理
烟气海水脱硫是利用海水的天然碱性吸收烟气中SO2的一种脱硫工艺。由于雨水将陆地上岩层的碱性物质（碳酸盐）带到海中，天然海水通常呈碱性，PH值一般大于7，其主要成分是氯化物、硫酸盐和一部分可溶性碳酸盐，以重碳酸盐（HCO3-）计，自然碱度约为1.2～2.5mmol/L，这使得海水具有天然的酸碱缓冲能力及吸收SO2的能力。
烟气进入吸收塔的底部，向上流动与下沉的海水反应。海水具有与SO2中和反应所需的碱性。烟气与海水密切接触。烟气在吸收塔内的流速≤4.0m/s。烟气从GGH进口至烟囱出入口的，整套系统（包括GGH）的脱硫率≥90%。
烟气中SO2与海水接触发生以下主要反应：
SO2(气态)+H2O→H2SO3→H++HSO3-
HSO3-→H++SO32-
SO32-+1/2O2→SO42-
上述反应为吸收和氧化过程，海水吸收烟气中气态的SO2生成H2SO3，H2SO3不稳定将分解成H+与HSO3-，HSO3-不稳定将继续分解成H+ 与 SO32-。SO32-与水中的溶解氧结合可氧化成SO42-。但是水中的溶解氧非常少，一般在7～8mg/l左右，远远不能将由于吸收SO2产生的SO32-氧化成SO42-，吸收SO2后的海水中H+浓度增加，使得海水酸性增强，PH值一般在3左右，呈强酸性，需要新鲜的碱性海水与之中和提高PH值，脱硫后海水中的H+与新鲜海水中的碳酸盐发生以下反应：
HCO3-+H+→H2CO3→CO2↑+H2O
在进行上述中和反应的同时，要在海水中鼓入大量空气进行曝气，其作用主要有：（1）将SO32-氧化成为SO42-；（2）利用其机械力将中和反应中产生的大量CO2赶出水面；（3）提高脱硫海水的溶解氧，达标排放。
从上述反应中可以看出，海水脱硫除海水和空气外不添加任何化学脱硫剂，海水经恢复后主要增加了SO42-，但海水盐分的主要成分是氯化钠和硫酸盐，天然海水中硫酸盐含量一般为2700mg/l,脱硫增加的硫酸盐约70-80 mg/l，属于天然海水的正常波动范围。硫酸盐不仅是海水的天然成分，还是海洋生物不可缺少的成分，因此海水脱硫不破坏海水的天然组分，也没有副产品需要处理。
二、烟气海水脱硫系统及工艺流程
来自于锅炉的烟气通过静电除尘器，随后通过其后侧增压风机升压，风机出口的2根50%烟道汇合进入一根脱硫原烟道进入海水脱硫装置和烟囱。来自脱硫原烟道的烟气被接入气气换热器（GGH）的入口,GGH出口的原烟气进入倾斜设计的吸收塔入口。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆净烟气从吸收塔顶部被引入GGH净烟气侧入口,从GGH净烟气侧出口的烟气被导入烟囱。
烟道由碳钢材料制成，在烟气温度低于酸露点处的碳钢烟道进行涂鳞防腐，吸收塔入口烟道部分采用涂鳞防腐。在事故状态下GGH入口高烟气温度（＞180℃）情况下，为避免损坏设备，系统自动切换至旁路。脱硫系统烟道设计有进、出口挡板门，以把海水脱硫系统和发电厂主系统隔绝，另提供一个100%烟气流量的旁路烟道，以使烟气在脱硫系统停机、锅炉工作异常货脱硫系统计划改造维护期间旁路FGD系统。挡板门的设置允许在锅炉不停运情况下可以进入FGD系统内部维修操作。挡板门配置密封空气系统。
进入烟囱前，系统设置容克式烟气-烟气换热器（GGH），GGH采用一个分仓式的壳体，中间安装有一个连续转动的蓄热原件。热烟气从壳体一侧进入GGH加热蓄热原件，被加热过的蓄热原件转动至净烟气分仓，把携带的热量传导给净烟气，由此，GGH出口净烟气被加热到>70，GGH 设置在吸收塔塔顶。从原烟气侧到净烟气侧的漏风率最大不应超过1%。。
吸收塔体结构坚固、耐用、便于施工和维护，设计考虑了防雷、抗震、抗台风和防腐蚀等措施。该工程吸收塔采用碳钢材质，原烟气从吸收塔入口进入吸收塔（海水与烟气以逆流方式接触），在吸收塔内烟气向上流经吸收区域。在吸收塔内，烟气与海水充分接触，烟气在夏季被降温至最高43℃，在冬天最低27℃。用于脱硫系统采用机组凝汽器开式循环水，所以净烟气降温温度能和海水的温度相同。
脱硫用海水自机组虹吸井堰后经引水管自流到脱硫海水增压泵水池，经海水增压泵送至脱硫吸收塔顶部，与烟气接触，洗涤烟气并吸收SO2的海水从吸收塔排出，经管道排至海水恢复装置。凝汽器出口的循环冷却水的另一部分从排水沟引出至曝气池，与吸收塔排水在曝气池内混合。经曝气处理后，得到恢复的海水从海水恢复装置经由电厂的循环水排水口排入大海。
为控制海水在曝气池内的停留时间和流速均匀，曝气池设计多个流道，在功能上分为旁路通道、曝气通道、混合通道，池内反应分为中和、曝气、再中和，以便使海水达标排放。曝气反应需要通过曝气风机鼓入大量的空气。曝气管道和曝气喷嘴均匀布置于曝气池底部，以便对海水实施深层曝气。进入海水的氧气可使不稳定的SO32-与O2反应生成稳定的SO42-，减少海水的化学需氧量COD，增加海水中溶解氧DO，恢复海水的特有成分。在曝气池中鼓入的大量空气还加速了CO2的生成释出，并使海水的pH值恢复到允许排放的正常水平。
三、烟气海水脱硫工艺排放的关键控制指标
海水脱硫的关键在于不仅要将烟气中SO2脱除，脱硫效率要达到90％以上，还要将脱硫后的海水恢复到能够达标排放的程度，整个脱硫过程中除海水和空气外，不添加任何别的物质，不改变海水的天然成分。因此，海水脱硫系统对排放的海水控制了以下几个指标：
（1）保持SO42-增加值在天然海水SO42-浓度的正常波动范围。涨、落潮时海水中SO42-浓度差值为40～150mg/L，显然，海水脱硫工艺排水中SO42-浓度60～90 mg/L增量，大约是海水本底总量的3％左右，其影响将被海水的自然变幅完全掩蔽；
（2）pH值要符合当地排放口的水质要求。PH值是海水排放的重要指标，一类、二类海水水质要求pH达到7.8-8.5，三类、四类海水水质要求pH达到6.8-8.8。因此，对于海水脱硫系统，其排放的海水一般都要求pH大于等于6.8。
（3）溶解氧DO要适于海洋生物。氧气是把脱硫过程中产生的SO32-进行还原的重要成分，脱硫后的海水DO含量非常低。氧气是所有海洋生物生存不可缺少的物质，缺氧会对海洋生物的活动产生严重影响。脱硫海水的曝气可以减少COD，增加DO,SO32-氧化率要保持较高水平，对海洋生物无害。脱硫海水COD的增加量可以反映脱硫过程中还原性物质（以SO32-为主）的增加情况，COD增加越多说明SO32-氧化率越低。
另外，脱硫后排放的海水也要考虑海水温升以及重金属含量增加对海洋的危害。脱硫海水温升在1～2℃左右，对海洋生物的影响微乎其微。目前大型火电厂静电除尘器效率普遍较高，99％以上且投运正常，因此在海水脱硫工艺中，除尘器后烟气中残存的飞灰将溶于海水，但这些烟尘中携带增加的悬浮物或重金属与海洋本底值比较十分微小，不会对海洋生物造成危害。
论文作者:唐瑞轩
论文发表刊物:《电力设备》2016年第9期
论文发表时间:2016/7/5
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