烟气海水脱硫工艺的实践经验及改进

第26卷第9期2005年9月
电力建设
Electric Power Construction
Vol.26 No.9
Sep，2005
・环境保护・
烟气海水脱硫工艺的实践经验及改进
黄宗汉
（中南电力设计院，武汉市，430071）
［摘要］深圳西部电厂4号机组是国内最先采用、被国家环保总局确定为示范工程的烟气海水脱硫项目。

烟气海
水脱硫的基本原理是利用海水中含有的过量可溶性碳酸钙和碳酸钠，使得海水具有大量吸收、中和SO
2
的能力。

4号
机组烟气海水脱硫实践的基本经验是：该烟气海水脱硫工艺适合烧中、低硫煤的海边电厂；应降低吸收SO
2
的温度和
增加相际接触面和相际湍动程度以提高脱硫效率；其脱硫效率随进口SO
2
浓度增加而降低。

在4号机组烟气海水脱硫工艺成功运行的基础上，5、6号机组在建设烟气海水脱硫系统时，其主要改进有：提升排水pH值；缩小曝气池面积；
提高设备国产化率。

［关键词］火电厂烟气海水脱硫实践经验技术改进
中图分类号：X701.3 文献标识码：B 文章编号：1000-7229（2005）09-0059-03
Practice Experiences and Improvement of Flue-gas
Desulfurization Via Seawater
Huang Zonghan
（Central Southern China Electric Power Design Institute，W uhan City，430071）［Keywords］thermal power plant；flue-gas desulfurization via seawater；practice experience；technical improvement
深圳西部电厂4号300M W机组烟气海水脱硫系统采用挪威ABB公司的技术及设备，现已投入商业运行。

5年的运行实践表明：该系统运行状况良好，各项性能指标均达到或优于设计要求，其脱硫效率在92%以上，排水的pH值在6.7以上，5年来累计减排SO
2
3.7万t以上，环境状况明显改善，取得了良好的社会效益和环保效益。

4号机组烟气海水脱硫装置运行成功后，现该电厂5，6号机组海水脱硫装置已投入商业运行。

全套装置国产化率约65%，技术上吸取了4号机组的经验，做了进一步改进，投资大幅度下降，性能稳定，各项性能指标优于4号机组。

现该厂1，2，3号机组海水脱硫项目的建设正在实施中。

1 烟气海水脱硫的基本原理
海水中含有2.3%～3.5%的盐分，碳酸盐约占海水中盐分的0.34%。

由于内陆河流不断地将可溶性石灰石送入大海，而海水又不断与海底和沿岸的碱性沉淀物接触来维持海水中碳酸盐的平衡，所以，海水中的过量可溶性碳酸钙和碳酸钠，使得海水具有大量吸收、中和SO
2
的能力。

海水脱硫的主要化学反应式如下。

（1）在吸收塔中：
SO
2
+H
2
O→HSO-
3
+H+；HSO
3
-→SO2-
3
+H+。

（2）在曝气池中：
SO2-
3
+1/2O
2
→SO2-4；
CO2
3
+H+→HCO-
3
；
HCO-
3
+H+→CO
2
+H
2
O。

海水脱硫工艺吸收SO
2
最终生成无害的硫酸盐，它是海水中盐分的主要成分，该成分对海洋生物是不可缺少的。

海水脱硫的主要工艺流程见图1。

2 4号机组海水脱硫实践的基本经验
4号机组是全国第1个烟气海水脱硫项目。

为了解烟气海水脱硫对海域的影响，国内进行了长达3年半、14次海域水质跟踪观测。

根据4号机组烟
收稿日期：2005-03-18
作者简介：黄宗汉（1937-），教高工，长期从事火电厂的设计与研究。

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电力建设第26卷
气海水脱硫运行经验和监测数据，总结出以下经验。

2.1 海水脱硫适合烧中、低硫煤的海边电厂
烟气海水脱硫吸收剂系采用电厂循环水排水，
吸收剂量是循环水量的1/6左右，大吸收剂量和气、
液2相大传质面保证了充分吸收烟气中的SO
2
，因
而可获得较高的脱硫效率。

图1 海水脱硫主要工艺流程
表1为4号机组脱硫前、后SO
2
的排放量及减
排SO
2
量。

从表1可知，脱硫效果十分显著。

表1 4号机组脱硫前、后SO
2排放量及减排SO
2
量
项目小时排放量
/（t・h-1）
年排放量
/（t・年-1）
排放质量浓度
/（mg・m-3）
投产来累计
排放/万t
脱硫前 1.42385381160/
脱硫后0.11468793/
减排量 1.3097851106737896
2.2 降低吸收温度可提高脱硫效率
根据亨利定律：在一定的压力下，气体在水溶液中的溶解度随温度升高而降低。

烟气海水脱硫是利
用海水吸收SO
2，SO
2
溶于海水后，生成H
2
SO
3
，
H
2SO
3
又离解为H+、HSO
3
-，因此，SO
2
的吸收，除
满足亨利定律外，也与H
2SO
3
的离解常数有关。

其
平衡浓度计算式为：C
SO2=55.56P
SO2
/H
SO2
+（55.56
K
al ×P
SO2
/H
SO2
）0.5。

式中，C
SO2
为SO
2
在水溶液中
达到吸收平衡时的浓度，mol/L；P
SO2为SO
2
平衡分
压；H
SO2为亨利常数；K
a1
为H
2
SO
3
一级离解平衡常
数。

实践证明，当吸收塔在系统中的工作条件决定后，海水的吸收SO
2
的能力主要与海水在吸收塔内
的温度有关。

图2是SO
2
气体溶解度与温度的关系曲线。

因此，海水脱硫工艺使烟气通过气-气回转式换热器（GGH），将烟温由123℃降至85℃，利用随季节温度控制在30～38℃的循环水排水，以保证
SO
2
的吸收温度稳定在较低的水平。

据实测：即使
在深圳夏季，海水的吸收温度能维持在34.5～38
℃，这保证了海水的吸收效率。

如果在我国北方沿
海地区使用该工艺，
吸收效果会更好。

图2 SO
2
气体溶解度与温度的关系
2.3 增加相际接触面和相际湍动程度可提高脱硫
效率
该电厂的填料吸收塔为气、液两相提供了充分
接触的表面和两相逆流的湍动程度，吸收塔内的传
质主要发生在填料表面的液膜内，众多的空心轮状
薄片填料保证了两相流体有良好的、尽可能大的有
效传质面，即α=A/V值大。

另外，应选择合适的
液、气比和空塔流速，以保持气、液两相流的合适湍
动程度。

该电厂的液气比为6.0L/m3左右，比石灰
石-石膏法脱硫工艺要求的液气比小得多。

其烟气
空塔流速约为2.5m/s，要取得脱硫高效率有较大
的裕度。

2.4 脱硫效率随进口SO
2
浓度增加而降低
运行实践表明，当其他条件不变时，海水脱硫效
率随系统进口SO
2
浓度的增加而降低。

如图3所示。

其物理意义为：当进口烟气SO
2
浓度变化时，吸收塔吸收剂的量并无大的变化，烟气
中较低浓度的SO
2
将被较充分吸收，而被吸收SO
2
的比率则会增高，因而脱硫效率提高。

这也是海水
脱硫工艺更适合中、低含硫量燃煤的原因。

现在各
电厂使用的燃煤，烟气含SO
2
的质量分数一般均在
6×10-4以下，因此，脱硫效率达到92%以上是能实
现的，
可满足环保对脱硫效率的要求。

图3 进口SO
2
浓度与脱硫效率的关系曲线
2.5 旁路烟道及旁路挡板门的运行
从图1可知，为了启动、试运和事故时能使烟气・
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第9期烟气海水脱硫工艺的实践经验及改进
从旁路排至烟囱，因而设置了进、出口和旁路3个挡
板门。

由于烟道尺寸大，3个门的尺寸分别为5m×
6m、5m×5.2m和5m×6.5m。

挡板门又在高温
条件下工作，虽均为进口设备，但挡板门变形、卡涩
和操作不灵的现象在长时间使用后可能发生。

运行
中，为了不发生事故，现均不关闭旁路挡板，在任何
时候，均为常开状态，故可能出现部分烟气从旁路泄
漏，这有待改进。

3 5，6号机组海水脱硫工艺的改进
在4号机组烟气海水脱硫工艺成功运行的基础
上，5，6号机组烟气海水脱硫系统主要有以下改进。

3.1 提升排水pH值的改进
提升烟气海水脱硫排水的pH值，主要依赖曝
气池。

4号机组烟气海水脱硫系统排水的pH值要
求不小于6.5，而国家环保标准要求5，6号机组烟
气海水脱硫系统排水的pH值提升至6.8。

为满足
国家标准的要求，改进措施如下：（1）提高曝气风机
压头，使H+和O
2
参与反应更充分，以提高排水的
pH值；（2）曝气池横向布满空气喷嘴，虽然5，6号
机组曝气池面积比4号机组小，但空气喷嘴覆盖的
面积比4号机组大。

5，6号机组脱硫曝气池投产
后，池中海水混合及湍流程度明显比4号机组强烈，
实测的pH值均在6.8以上，达到了预期效果。

3.2 减少曝气池的面积
烟气海水脱硫系统中，曝气池是水质恢复系统
的主要构筑物，其占地面积较大。

在4号机组运行
后，采取充分发挥曝气池作用的措施来缩小曝气池
面积，取得了明显的效果。

表2为曝气池改进前、后
对比。

反应区面积或总面积均有大幅度降低，总面
积减小了25.07%；反应池面积减小了23.14%。

这
对于降低造价和减少占地，效果十分显著。

表2 4号机组与5，6号机组曝气池面积的比较
机组名称池总长
/m
池总宽
/m
总面积
/m2
反应池
长/m
反应池
宽/m
反应池面
积/m2
4号机组58.037.0214644.232.151421.03 5，6
号机组
53.630.0160843.025.401092.20
3.3 提高国产化率
4号机组烟气海水脱硫系统的设计和设备均为外国负责和供应，国产化程度很低。

通过4号机组的建设与运行，已积累了经验。

在国家支持下，5，6号机组烟气海水脱硫工程实施了国产化战略，设备尽可能由国内制造，整个系统的国产化率已达65%以上，为烟气海水脱硫装置技术的进一步推广打下了基础。

4 进一步改进海水脱硫技术的探讨
通过5，6号机组烟气海水脱硫装置的运行，为进一步改进烟气海水脱硫的技术提供了可能。

目前，进一步改进海水脱硫工艺正用于正在实施的1，2，3号机组的烟气海水脱硫工程中。

4.1 进一步减少曝气池的面积
5，6号机组曝气池面积比4号机组已明显减小，但占地面积仍较大。

从反应池的空气喷嘴布置来看，纵向喷嘴并未布满，它们之间的空档仍较大，仍有2.2m的空档。

可适当缩小其间隙，这样，可使整个曝气池面积缩减约20%左右。

4.2 进一步优化吸收塔的设计
海水脱硫工艺中，烟气中SO
2
的吸收主要在吸收塔内完成。

为提高吸收率，进入吸收塔的海水量约占循环水总量的1/6，大量的海水与烟气接触保证了脱硫效率。

与石灰石-石膏法脱硫工艺相比，目前，该电厂海水脱硫的液气比太小，吸收塔的空塔流速很小，设计较保守。

可适当提高这些指标，以得到较高的脱硫效率。

因此，在进一步测试和试验的基础上，可优化吸收塔设计，为更小型化努力。

4.3 旁路烟道及旁路挡板的设置
按目前旁路挡板常开的运行方式，旁路挡板形同虚设。

可取消旁路挡板或不设旁路烟道，以保证在机组运行时，必须运行脱硫系统；或定期切换旁路挡板，以保证挡板的灵活和可靠。

4.4 进一步提高国产化率
通过实践和积累经验，已逐步掌握烟气海水脱硫技术，烟气海水脱硫设备的国产化率正逐步提高。

目前，国内已具备吸收塔内部组件、GGH、曝气池组合件等的生产能力，这些组件的制造工艺水平在逐步提高。

该电厂1，2，3号机组烟气海水脱硫设备的国产化率可以进一步提高，不久，该设备的国产化率可达到95%左右。

5 结束语
火电厂的烟气用海水脱硫工艺具有以下优点：适合燃烧中、低硫煤的沿海电厂，其工艺较简单，投资及运行费用较低，不存在需处理脱硫产生的废弃物问题，脱硫效率较高。

应在吸取国外设计及国内运行经验的基础上，对海水脱硫装置进行改进和提高。

（责任编辑：王苹志）
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