烟气海水脱硫技术的运行探讨

烟气海水脱硫技术的运行探讨

郑向阳

（深圳妈湾电力有限公司广东深圳518000）

摘要：烟气海水脱硫技术在我国沿海地区火电厂的脱硫项目中广泛应用，本文结合深圳妈湾电力有限公司#1--#6机组烟气海水脱硫系统自投运以来积累的丰富的运行经验，探讨运行中存在的一些问题和优化改进的建议。

关键词：海水脱硫；脱硫效率；碱度

一、烟气海水脱硫系统介绍

天然海水中含有大量的可溶盐，其主要成分是氯化物和硫酸盐，也含有一定量的可溶性碳酸盐。海水通常呈碱性，自然碱度为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能力。利用海水这种特性洗涤并吸收烟气中的SO2，达到烟气净化之目的。

与他脱硫技术相比，海水脱硫有以下优点：

1、技术成熟、工艺简单、运行维护方便、设备投资费用低。

2、系统脱硫效率高，一般可达90％。

3、只需要海水和空气，不需任何添加剂，避免了石灰石的开采、加工、运输和贮存等。

4、不存在副产品及废弃物，脱硫后循环水的温升≤1℃，PH值和溶解氧有少量降低。国外对海水脱硫工艺对环境和生态影响的研究表明，其排放的重金属和多环芳烃的浓度均未超过规定的排放标准。

海水脱硫工艺主要由烟气系统、供排海水系统、海水恢复系统等组成。其主要流程是：锅炉排出的烟气经除尘器后，送入气一气换热器的热侧降温，然后进入吸收塔，在吸收塔中被来自循环冷却系统的部分海水经吸收泵增压后洗涤，烟气中的SO2在海水中发生以下化学反应：

SO2（气）--SO2（液）

SO2（液）+H2O—SO32-+H+

在吸收塔中，通过向下喷射与烟气逆向流动的海水洗涤脱去烟气中的SO2，形成亚硫酸根SO32-和氢离子H+。亚硫酸是一种不稳定的中等程度的酸，易分解成SO2和H2O。为使溶于水中形成的亚硫酸固定下来，向海水处理曝气池中鼓入大量的空气，使亚硫酸根离子（SO32-）与空气中的氧（O2）反应生成稳定的硫酸根离子（SO42-）和一部分硫酸盐；同时，利用海水中的碳酸根离子（CO32-）和碳酸氢根离子（HCO32-）中和氢离子（H+）使海水的PH值得以恢复。

CO32-+H+--HCO32-

HCO32-+H+--CO2+H2O

S032-+1/2O2—SO42-

其系统流程如下：

二、现阶段脱硫系统存在的问题和优化建议

从妈湾公司#1—#6机组脱硫系统自10多年的运行状况来看，基本上是非常稳定的。但目前面临以下几方面的困难：

1、因地处深圳前海自贸区，环保要求极其严格，甚至是环保指标一票否决制，6台机组执行超低排放指标，出口SO2浓度要求不超35mg/km³；

2、300MW在电网中已经成为调峰机组，机组负荷峰谷波动大而且频繁，公司6台机组均已完成汽机通流改造，机组最大连续出力均已提升至330MW（其中#1和#2机组为320MW），机组顶峰出力增加脱硫系统的运行压力，经常出现机组接近顶峰出力时，脱硫系统的出力到达极限，影响机组的发电能力。

3、公司为了应对不利的电力生产形势，降低运行成本，采购了性价比更高的煤种进行混烧，高硫分煤种偏离设计值，增加的脱硫系统的运行压力。

三、影响脱硫效率的因素和应对措施

从烟气海水脱硫工艺的原理可知，GGH漏风和吸收塔内海水对二氧化硫的溶解直接影响脱硫效率，天然海水对二氧化硫的吸收能力有限，导致目前的烟气海水脱硫系统仅适用处理中、低硫分煤种燃烧产生的烟气。

研究表明，海水对二氧化硫的吸收能力主要与海水的温度、碱度、盐度、烟气温度和烟气中二氧化硫的分压有关，还与海水和烟气中二氧化硫的接触时间、混合强度有关。因此降低海水温度、提高海水碱度和盐度、增加海水和二氧化硫的接触时间和混合强度都有利于海水对烟气中的二氧化硫的吸收能力。

（一）减少GGH漏风，

大部分烟气海水脱硫机组在吸收塔入口配置烟气冷却装置，妈湾公司采取配置GGH的方案，不仅可以冷却进入吸收塔的烟气，还可加热进入烟囱的排气。GGH漏风会直接造成部分未经吸收塔的烟气通过GGH漏风通道直接排入大气，直接影响脱硫效率，妈湾公司6台机组GGH转子都设置了轴向密封和径向密封，整体泄露水平已经较低，为进一步降低GGH泄漏率，结合现场的实际情况，对于原设备的密封系统进行改造。

1）增设一台新的低泄漏风机，为GGH提供隔离风和置换风系统。

2）更换顶部扇形板，新的扇形板中间部位开设有流通隔离风的槽孔，而靠近原烟气侧的位置则开设有流通置换风的槽孔。

3）将原设计的可调式密封改为VN密封方式，取消原顶部扇形板以及轴向密封板的调节装置，增加顶部和底部的内缘环向密封片，更换热端外缘环向。

（二）降低海水温度和烟气温度

进入吸收塔的海水来自凝汽器冷却水回水，降低凝汽器冷却水出入口温差就是降低进入吸收塔入口的海水温度，运行可以从以下几方面：

1、保证凝汽器冷却水入口二次滤网的有效可靠运行，二次滤网脏污会减少通过凝汽器钛管内的海水量，从而使回水温度升高；

2、保证合适的循泵出力，对机组真空来说，最经济的真空为高真空带来的机组经济性的提升和为提高真空导致的循泵电耗增加之前的一个平衡，在脱硫系统达到极限时，可以适当调节循泵的运行方式，提高凝汽器冷却水通水量，从降低凝汽器冷却水回水温度。

凝汽器冷却水进回水温差直接影响凝汽器真空，影响机组厂用电率水平，可酌情采用。

降低吸收塔内烟气温度可以产生和降低海水温度一样的效果，提高海水对二氧化硫的吸收能力。GGH换热面的清洁度直接影响了换热效果，加强GGH受热面的清洁度维护，可降低进入吸收塔的烟气温度。定期对GGH受热面采用压缩空气进行吹灰，不定期对GGH受热面采用高压水进行冲洗，利用停机机会对GGH受热面进行人工冲洗。

（三）增加海水碱度和盐度

有研究表明利用碱厂废弃白泥（主要成分CaCO3和Mg（OH）2）以及电厂半干法脱硫废灰（主要成分Ca（OH）2和CaSO3）•1/2H2O）作为海水脱硫添加剂，增加海水碱度，提高海水吸收SO2能力，此法以废治废，且适用不同硫分的煤，无二次污染。

另有研究结果显示氧化镁可极大的提高海水的溶硫性能，在室温条件下，氧化镁投加量0.5g/L时，强化海水的SO2的吸收效果最好，吸收容量为普通海水的3-6倍。

（四）增加海水流量

在海水对SO2的吸收能力一定的情况下，增加进入吸收塔内的海水流量可以起到提高脱硫效率的作用。每台机组都设置有3台吸收泵，正常运行中2台运行，1台备用，实际运行中，针对短时的机组出口SO2超标，启动3台吸收泵运行可以达到明显降低出口SO2浓度的目的，但此法需多运行一台吸收泵，使厂用电耗增加，且在有吸收泵检修的情况下，机组的发电能力有受限风险。

（五）吸收塔的合理设计和可靠运行

烟气海水脱硫工艺中海水对SO2的吸收主要在吸收塔内完成，保证在吸收塔内海水和烟气有充分的接触强度和接触时间是保证脱硫效率的关键，妈湾公司的6台机组吸收塔内均设计有塔式填料层和除雾器。填料层内设多层填料，传质过程主要发生在填料表面的液膜内，众多的空心薄片填料保证了液、气两相流体具有尽可能大的有效传质面，并通过填料不断改变水流方向，延长海水滞留时间，促进烟气与海水的充分结合。优点是海水与烟气的混合均匀充分，脱硫效率有保证；缺点是烟气阻力大，运行电耗高。海水经过吸收泵增压后被引至吸收塔上部的若干层喷嘴，喷嘴将海水在吸收塔中雾化成颗粒细小、均匀分布的液滴，雾状下行的液滴与烟气逆流混合，达到脱除烟气中SO2的目的。

长时间运行后，海水喷嘴就会有堵塞的情况，导致进入吸收塔的海水减少，脱硫效率降低。可在吸收泵入口增设滤网，提高进入吸收塔内喷嘴的海水的清洁度，降低喷嘴堵塞的速度和程度。

（六）入炉煤质管理

在烟气海水脱硫系统脱硫效率一定的情况下，对入炉煤种进行合理的掺烧，针对不同负荷时段配煤进行提前优化，尽量降低入炉煤种所含硫分，降低海水脱硫系统的运行压力。

结束语

烟气海水脱硫具有投资和运行成本低、工艺简单、脱硫效率高、无二次污染等众多优点，在吸收吸取国内外设计和运行经验的基础上，海水脱硫已成为我国沿海地区新建和扩建电厂及老厂进行环保改造项目优先考虑的技术方案。进一步对海水脱硫系统进行总结完善和优化，提高脱硫系统的运行的可靠性和成本，对提高电厂效益和环保效益有重大意义。

参考文献：

[1]辛国华.《深圳妈湾电厂2x300MW机组培训教材之二锅炉部分》

[2]张晓梅.《300MW火力发电机组丛书第二册燃煤锅炉机组》.第二版.中国电力出版社.2014-06-01

[3]王思粉，冯丽娟等.《海水烟气脱硫技术改进探讨》.电力科技与环保.2010-06