海水法烟气脱硫工艺在国内火电厂的应用研究.pdf

2 0 0 7年 8月 第 3 5 卷 第 4期 总第 1 9 1期 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c Po we r Au g． 2 0 0 7 Vo 1 ． 3 5 No ． 4 S e r ． No ． 1 9 1 海水法烟气脱硫工艺在 国内火 电厂的应用研究 Ap p l i c a t i on o f Se a wa t e r FGD Te c hn i c s i n Po we r Pl a n t a t Ho me 吕 慧 ， 兰凤春 1 ． 东北电力设计院， 吉林 长春 1 3 0 0 2 1 ； 2 ． 华能伊敏煤电有限责任公司， 内蒙古 伊敏0 2 1 1 3 0 摘 要 针对海水法 烟气脱硫工艺在 国内刚起 步的现状 ， 简述 海水 法烟气脱硫 工艺 的原 理、 流 程 ； 对 深圳西部 电厂 和漳州后石 电厂 已建成 的海水脱硫 系统及厦 门嵩屿 电厂正在建设 中的海水脱硫 系统进行 了介绍 ， 对 比其工程概 况 及主要参数 ， 并提供某单 机容量 3 0 0 Mw 机组 海水法烟气脱硫 项 目的主要技 术参数 ， 为海滨燃 用低硫 煤火力发 电 厂烟气脱硫系统 的比选与海水法烟 气脱 硫系统的前期设计提供参考 。 关键词 烟 气脱硫 ； 海水法 ； 火 力发 电； 工 程实例 中图分类号 X7 0 1 ． 3 文 献标 识码 B 文章编 号 1 0 0 9 - 5 3 0 6 2 0 0 7 0 4 - 0 0 2 3 - 0 4 为加快我国烟气脱硫的产业化步伐 ， 我国在 自 行开发烟气脱硫技术的同时， 于 2 0世纪 9 0年代后 期开始引进 国外先进 的烟气脱硫 F GD技术 ， 如湿式 石灰石一 石膏法、 旋转 喷雾干燥法 、 电子束 法、 海水 法、 L I F AC法等技术 。目前 ， 在 国内火 电厂大型机组 F GD建设 中， 国内企业 通过采取 引进技术 、 联合设 计等方式 ， 逐步掌握 了脱硫主要技术经济指标 、 主设 备选型及工艺系统设计等关键技术。 海水法烟气脱硫工艺在国内的发展也经历了这 样 的历程。广东省深圳市能源集团西部电厂 4号机 组 3 0 0 Mw 从挪威 AB B引进首套纯海水烟气脱 硫系统 。该项 目作为示范工程 ， 于 1 9 9 9 年 3月投入 运行。福建省漳州市后石发电厂 6 6 0 0 MW 海水 烟气脱硫系统由 日本富士化水株式会社设计 ， 是 目 前 国内电力系统 内安装 的最大 的海水 烟气 脱硫装 置 ， l号和 2号机组海水烟气脱硫装置分别在 l 9 9 9 年 l 1月和 2 0 0 0年 6月投入运行 。东方锅炉厂引进 德国鲁奇公司的海水烟气脱硫技术， 为厦门嵩屿 电 厂 4 3 0 0 MW 设计的海水烟气脱硫装置 ， 于 2 0 0 5 年 6 月完成初步设计。这是 国内第一套以引进技术 的方式 ， 由国内脱硫公司设计的海水烟气脱硫装置 ， 为将 来 自行设 计燃 煤电厂海水 烟气脱硫 系统 打下 基础 。 1 海水法烟气脱硫工艺简述 1 ． I 工作 原理 自然界海水呈碱性 ， 通常 p H值约为 7 ． 5 ～8 ． 5 ， 碱度约为 2 ． 2 ～2 ． 7 mmo l ／ L， 一般含盐质量分数为 3 ． 1 ～3 ． 5 ， 其 中碳 酸盐 占 0 ． 3 4 ， 硫 酸盐 占 l 0 ． 8 ， 氯化物 占 8 8 ． 5 ， 其他盐分 占 0 ． 3 6 均为 质量分数 。 元素硫是海洋生物必需的元素之一 。 海 水 中被消耗的硫 由大 自然 如海水水下或陆地火山 的喷发产生的硫元素、 大气中酸雨沉降溶解海水中 的硫元素等 维持平衡 。海水对酸性气体如 S O 和 S O。 具有 很 强 的吸 收 中和 能力 ； S O 被海 水 吸 收后 ， 最终产物为可溶性硫酸盐 ； 海水 中的碳 酸盐与新溶 的硫酸盐进行新的化学平衡中和。由于海水连续不 断地 冲刷海床和海岸碱性沉积物 ， 同时河流也连续 输送溶解的石灰石到海水 中， 充实海水 中的碳酸盐 维持海水 的碱性平衡 ， 使海水依 旧保持故有 的碱性 ， 海洋生物及其生物链 因而不受影响。经过上亿年的 自然进化演变 ， 这些硫酸盐形成为海水 的主要成分 之一 。 基于人们对海水的不断认识 ， 国外公司先后开 发多种不同的海水脱硫技术 。工艺设计的基本出发 点是截断工业生产排放的有害硫化物气体进入大气 而破 坏 环境 的渠 道 ， 将 有 害 气 体 硫 氧化 成 硫 酸盐 的 形式直接排 回大海， 在不破坏海洋宏观化学组分的 条件下参与恢复海水 中硫 的 自然循环平衡 ； 同时也 起到了维持和加强海洋生物尤其是微生物所需的硫 元素， 对海洋所起 的作用是积极 的。 上述观点是相关 专业人士的共识 。海水法烟气脱硫虽然不同技术流 派的工艺有所不 同， 但原理是一致的， 具体如下 S 0 十H 0 一S O； 一 2 H 收稿 日期 2 0 0 7 0 3 0 2 作者简介 吕 慧 1 9 8 O 一 ， 女 ， 助理 工程 师， 从 事电厂 除灰 脱硫 专业设计工作 。 23 维普资讯 2 0 0 7年 8月 第 3 5卷 第 4期 总第 1 9 1期 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c P o we r Aug． 2 0 07 Vo 1 ． 3 5 No ． 4 S e r ． No ． 1 9 1 S O。 十H。 O1 ／ z O。 十 一S O； 一 2 H S O。 十H。 O S O； 一 2 H HC O H C O2 十H2 O 海水湿法烟气脱硫工艺系统的原理是简单的 ， 但所进行的化学平衡反应是复杂的。含有有害气体 S O 等组分的烟气通过与脱硫塔 内多层海水喷淋雾 化装置而释放出的海水雾直接接触 ， 并控制烟气的 合理流速使烟气在脱硫塔的脱硫层有必要的滞留时 间 而被 海水 洗 涤 液 “ 洗 涤 ” ， S O 被 海 水 吸 收氧 化 成 溶解于海水的硫酸盐 ， 以化学组分为亚硫酸根离子 和硫酸根离子状态形成的海水溶液排出脱硫塔进入 曝气池 。 洗涤过烟气的海水之 p H值随之降低 。 在洗 涤过程中， 海水 中的碳酸氢根离子、 氢离子与烟气中 的其他组分均发生了新的化学反应， 生成水和二氧 化碳 ， 同时也进 行 了多层 次 的化 学平 衡反 应 ， 进 而 实 现阻滞或缓和海水洗涤液 的 p H 值继续下降， 有 利 于脱硫塔海水洗涤液对 S O 的吸收。洗涤烟气后的 海水为酸性 ， 在海水恢复系统中经曝气处理进行海 水水质恢复 ， 再排人大海。 1 ． 2工艺 流程 典 型 的海 水 法 烟 气脱 硫 工 艺 的工 艺 流程 包 括 烟气系统、 S O 吸收系统、 海水供排系统和海水水质 恢复系统等。 1 ． 2 ． 1 烟气 系统 ， 进入脱硫系统的烟气 ， 通过增压风机升压后 ， 直 接进入吸收塔 在塔 内脱除 S O 并冷却， 从脱 硫塔 排出的清洁烟气经烟囱排人大气 。升压后的烟气流 速较高 ， 进入吸收塔要结合吸收塔 的直径 和喷淋层 的层数及喷淋雾化海水水量控制烟气在吸收塔内的 流速和通过时间 ， 以便 S O 能充分氧化吸收。同时 对烟气在吸收塔内通过时间的控制防止烟气静电水 膜把 S O 带人大气 中。考虑脱硫系统检修或停运时 不影响锅炉的正常运行 ， 在脱硫装置的烟气系统的 进、 出口设置挡板门。挡板 门前设有烟气旁路 ， 其上 设有旁路挡板门。 1 ． 2 ． 2 S O 吸 收系统 烟气 中 S O。 和 S O。 吸收系统是脱硫系统 的核 心装置 。海水法烟气脱硫工艺要求待处理的烟气必 须 以相应的流速进入吸收塔与喷淋层高度雾化的海 水水雾充分接触 ， 同时使 烟气在喷淋层必须保持必 要的滞留化学平衡反应时间才能去除烟气 中的 S O。 和 S O。 。海水吸收剂 由海水升压泵提供到吸收塔 内 各喷淋层 ， 以保证吸收塔 内的液气 比， 保 证 S O。 和 S O。 的吸收效率。 必要时吸收塔 内可以装设填料层 。 2 4 脱硫后的干净烟气经除雾器除去携带的水雾从吸收 塔塔 顶排 出 。 1 ． 2 ． 3 海水水质恢复系统 海水恢复系统通常 由混合池、 曝气池和排水池 组成 。来 自虹吸井的凝汽器出口循环冷却水与吸收 塔脱硫后 自流来的酸性排水在混合池 中进行混合 ， 然后进入曝气池进行机械强制曝气， 使曝气池内海 水溶氧量达到饱和状态 ， 将亚硫酸根离子 S O； 一 氧 化成硫酸根离子 S O 一 ， 同时通过曝气过程使海水 中的碳 酸氢根离子 HC O 与氢离子 H 中和 生 成水 H。 O并释放出 C O。 ， 恢复海水的碱性平衡 。恢 复水质的海水排到排水池然后排出。 1 ． 2 ． 4 海水 供排 系统 脱硫 系 统所需 海水 取 自机组 凝汽 器 出 口的循 环 冷却水。循环冷却水的一部分经海水升压泵送至吸 收塔进行充分雾化 ， 与烟气充分接触 ， 洗涤烟气并吸 收 S O 。 洗涤烟气后 的酸性海水从吸收塔排 出， 经管 道排至海水恢复装置。循环冷却水的另一部分直接 引 入海 水恢 复 装 置 ， 在海 水 恢 复装 置 中与脱 硫 洗 涤 烟气的海水进行混合。海水水质恢复处理后经消能 装 置 排 回大海 。 1 ． 3工艺 特点 海 水 法 烟 气脱 硫 技 术 是 引进 国外 的成 熟 技术 ， 在国内已经实施并进行生产运行。从国内生产使用 的实际情况 ， 结合国外电厂使用业绩 ， 归纳海水法烟 气 脱硫 工艺 特点 如下 a ． 技术成熟 ， 工艺简单 ， 系统可靠 ； b ． 脱硫效率及其保证率高； C ． 建设用地少 ， 对环境影响小 ； d ． 投 资 少， 运 行 费 用低 ， 作业 环 境 场 所 清 洁 卫生 。 2 国内海水法烟气脱硫 工艺的应用 2 ． 1 国内关 于海水 法 烟气脱 硫 工艺 的相关 规定 目前国内已投入运行的海水法烟气脱硫系统运 行稳定， 设备状态 良好 ， 主要性能指标均可满足国家 环保部 门的要求 ， 并达到或超过设计指标。 2 0 0 0年 6 月， 国家环保总局召开了阶段总结汇报会 ， 建议可将 海水法脱硫工艺作为一种 比选 的烟气脱硫方案推广 应用。D L ／ T5 1 9 6 2 0 0 4 火力发电厂烟气脱硫设计 技术规程 中也已做出明确规定 燃用收到基硫 的质 量分数低于 1 煤 的海滨电厂， 在海域环境影响评 价取得 国家有关部 门审查通过 ， 并经过全面技术经 维普资讯 2 0 0 7年 8月 第 3 5 卷 第 4期 总第 1 9 1期 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c Po we r Aug． 2 0 0 7 Vo 1 ． 3 5 No ． 4 S e r ． No ． 1 9 1 济比较合理后 ， 可以采用海水法脱硫工艺 ； 脱硫率宜 保证 在 9 0 以上 。这为 海水法 烟 气脱 硫工 艺在 国内 烟气脱硫保护环境领域进一步推广和应用奠定 了良 好 的基础 。 2 ． 2 国内海水法烟气脱硫工艺应用实例 2 ． 2 ． 1 深圳西部电厂海水烟气脱硫系统 深圳西部 电厂国产 4号机组 3 0 0 MW 引进挪 威 AB B公司海水法烟气脱硫技术和设备。 锅炉燃用 晋北 烟煤 ， 收 到基 硫 的质 量分 数 为 0 ． 6 3 ， 处理 1 0 0 烟气 ， 脱硫率不低于 9 0 。 锅炉烟气经高效电 锅炉烟气 除尘器除尘 ， 由增压风机升压 ， 并通过气 一气加热器 GG H 降温后 ， 进入 吸收塔与喷淋 的雾化海水接 触 ， 去除烟气 中的 S O 和 S O。 ， 脱硫后的干净烟气经 除雾器除去携带 的水雾 自吸收塔塔顶排出， 经气一 气 加热器 G GH 加热至不低于 7 0 r C后排人烟囱。考 虑到脱硫系统停运或检修的状况 ， 烟气系统设有旁 路烟道 。吸收塔喷淋层海水取 自机组虹吸井 内的凝 汽器出 口循环冷却水 ， 脱硫后的海水与虹吸井 内的 海水混合、 曝气合格后直接排人大海。 基本工艺流程 见图 1 。 入 口挡 板 图 1 西部 电厂海水脱硫 系统流程 2 ． 2 ． 2 漳州后 石 电厂 海水 烟气 脱硫 系统 漳州 后石 电厂 6 6 0 0 MW 超 临界 机组 海 水 烟 气脱 硫 系统 由 日本 富士 化 水 株式 会 社 设 计 ， 采 用海 水加氢氧化钠脱硫法 ， 初期先采用海水烟气脱硫 脱 硫效率大于 9 O 。每台锅炉采用 2座吸收塔对烟 气进行处理 。烟气经过电除尘器和引风机后直接送 入预冷器内用工业水进行冷却 ， 冷却后 的烟气进入 吸收塔与喷下的吸收液逆 向接触以除去烟气中的二 氧化硫及少部分的灰 ， 脱硫后的烟气通过吸收塔 内 的除雾器 ， 然 后 直接 由烟 囱排人 大气 。 吸收塔 排 出的 脱硫后 的海水与虹吸井的海水混合后进入曝气池 ， 使海 水 p H值 达标后排人 大海。基本 工艺流程 见 图 2 。 漳州 后 石 电厂 6 0 0 MW 机组 海 水 脱硫 系统 与 深 圳 西 部 3 0 0 MW 机组 海 水 脱 硫 系统 相 比 ， 主 要 区别 如下 。 a ． 后石 电厂海水烟气脱硫 系统 1台机组安装 2 座吸收塔 ， 各处理一半的烟气量 。 b ． 烟气系统不设旁路烟道 ， 系统不另设增压 风 机， 而是利用引风机 的压头。 脱硫系统的阻力在锅炉 整体设 计 中 已予 以考虑 。 C ． 系统未设计气一 气换热器 ， 烟气的冷却通过预 冷 器 实现 。 d ． 脱硫后的烟气温度较低 3 0 C左右 ， 对脱硫 系统及尾部烟道和烟囱的内部防腐都有严格的设计 和施 工 要求 。 2 ． 2 ． 3 厦门嵩屿电厂海水烟气脱硫系统 厦 门嵩屿电厂 4 3 0 0 MW 亚临界燃煤机组 ， 引进德 国鲁奇公司 的海水烟气脱硫技术 ， 由东方锅 炉厂负责设计 、 施工。锅炉燃用晋北烟煤 ， 收到基硫 质 量 分 数 为 0 ． 6 3 ， 每 座 吸 收塔 处 理 每 台锅 炉 1 0 0 0A烟气量 ， 脱硫率 9 5 。 锅炉烟气经高效电除尘 器 除 尘 ， 由增 压 风 机 升 压 ， 并 通 过 气一 气 加 热 器 GGH 降温后 ， 进 入吸收塔与 喷淋 的雾化海 水接 触 ， 去 除烟气 中的 S O 和 S O。 ， 脱硫 后 的干净 烟气 经 除雾器除去携带 的水雾 自吸收塔塔顶排 出， 经气一 气 加热器 GGH 加热 至不低于 7 0℃后排人 烟囱。考 虑 脱 硫 装 置 停 运 或 检 修 的状 况 ， 烟 气 系 统 设 有 1 0 0 烟气旁路烟道 。系统设置氧化风机， 在吸收塔 下部的海水池内对脱硫后的海水进行初步氧化 。吸 收塔喷淋层海水取 自机组虹吸井内的凝汽器出口循 环冷却水 ， 经初步氧化 的脱硫海水与虹吸井 内的海 2 5 维普资讯 2 0 0 7年 8月 第 3 5 卷 第 4期 总第 1 9 1期 吉 林 电． 力 J i l i n El e c t r i c Po we r Au g． 2 00 7 Vo 1 ． 3 5 No ． 4 S e r ． No ． 1 9 1 锅炉烟气 图 2 后石 电厂 海水脱硫 系统流程 水混合 、 曝气合格后直接排人大海 。 基本工艺流程与 主要 的区别在于 在嵩屿 电厂脱硫后海水的恢复过 深圳西部电厂基本相同， 区别在于前者曝气池上安 程中， 经过吸收塔海水池 内曝气和曝气池曝气两级 装 的是曝气风机而不是氧化风机 ， 吸收塔上增装氧 曝气处理 。 化风机 。 2 ． 3 主要数据对比分析 厦 门嵩屿 电厂 4 3 0 0 Mw 机组海水脱硫系 统与深圳西部 3 0 0 MW 机组海水脱硫系统相比， 为了便于具体工程设计 中参考， 现将上述 3 个 不 同的海水法烟气脱硫项 目的主要技术参数给出见 表 1 。 裹 1 海水脱硫项 目主 要参数 26 下转 第 3 O页 维普资讯 2 0 0 7年 8月 第 3 5卷 第 4期 总 第 1 9 1期 Au g．2 0 0 7 Vo 1 ． 3 5 No ． 4 S e r ． No ． 1 9 1 应及 时发 现 、 清 理 和疏 通 回粉 管 ， 防止 堵 塞严 重后 ， 放粉过 程 中影 响锅炉燃 烧 。如果 必须 在 调峰过 程 中 进行放粉时， 可投入油枪助燃。 b ． 每天在机组进行 5 0 负荷调峰前 ， 所有的油 枪试投一次 ， 确保各油枪畅通和电动快投油枪的程 序好用 ， 同时也要检查点火枪好用 ， 避免当锅炉燃烧 不 稳时延 误最 佳投 油 时间或 发生 锅炉 灭火后 影 响机 组的恢 复时 间 。 C ． 对于进行 5 0 负荷调峰的锅炉 ， 在保 证原煤 斗上煤质量的同时， 上煤不能过湿 ， 防止发生制粉系 统故障 ， 影响锅炉的燃烧 。 d ． 机组在进行 5 0 负荷调峰期间， 值班员每小 时进行定期巡 回检查 时， 应投入运行 中的制粉 系统 落煤管和原煤斗 的震荡器运行 5 mi n ， 防止 因发生 落 煤 管堵 煤 和 原 煤 斗 棚 煤 等 现 象 ， 造 成 锅 炉 燃 烧 恶化 。 e ． 如果 只需 1台机组进行 5 0 负荷调峰 ， 可根 据 2台机组锅炉的燃烧情况以及是否有主要辅机设 备需要利用低负荷进行消缺来确定参与调峰机组 。 4 结束语 上接 第 2 6页 2 ． 4 3 0 0 Mw 燃煤 机 组 海 水烟 气 脱硫 系统 的主 要 技术经济指标 目前 国 内建 成 与 在 建 的海 水 烟气 脱 硫 项 目中 ， 设计燃用煤种多为含硫量较低的晋北烟煤 收到基 硫 的质量分数为 0 ． 6 3 ， 除漳州后石 电厂单 台机 组为 6 0 0 Mw， 采用一炉配两塔的方式外 ， 其余单台 机组容量为 3 0 0 Mw 的项 目， 多采用一炉配一塔的 方式。鉴于此， 下面提供某单台机组容量 3 0 0 Mw ， 采用一 炉配一 塔 方式 的海 水法烟 气脱 硫 系统 的主要 技术经济参数 ， 仅供工程设计中参考 。 a ． 用水量 。其中海水量为 4 3 2 0 0 m。 ／ h ； 设备冷 却水量约 1 0 m。 ／ h ； 复用水量为 3 0 m。 ／ h 除雾器在 线 冲 洗 、 GG H 低 压 冲 洗 水 量 1 2 0 m。 ／ h 停 机 冲洗 。 b ． 占地 面积 4 0 0 0 m。 。 C ． 耗 电量 。最 大 电耗 小 于 5 7 0 0 k W ； 脱 硫所 需 3 0 长山厂通过对 2台 6 7 0 t ／ h锅 炉燃烧器改造以 及机组运行方式的调整， 有效地解决 了机组 5 0 负 荷调峰时锅炉燃烧不稳 的问题 。自 2 0 0 5年以来 ， 2 台机组共进行 5 0 负荷调峰 3 4次 ， 没有 出现过 因 锅炉 燃 烧 不稳 影 响 机组 调 峰 、 锅 炉 长 时间 投 油助 燃 和灭火事故。 经过实际运行发现 ， 以上采取措施后增 强 了锅 炉燃 烧 的稳定 性 ， 即使 在 燃煤 质 量 稍 差 的情 况下 ， 锅 炉也 能在 机组 调峰 过程 中保证 燃烧 稳 定 ， 而 且还 减少 了锅 炉正 常运 行时 因煤 质下 降投 油助燃 的 次数和时间， 在机组启停过程 中， 锅炉退出助燃油和 投入助燃油时的负荷由原来 的 1 1 0 ～1 2 0 Mw 降至 9 5 ～ 1 0 5 Mw ， 缩 短 了投 入 助燃 油 的 时间 ， 减少 了燃 油消耗 ， 降低了发电成本 ， 通过对采取措施前后的锅 炉耗油量进行统计和 比较 ， 2台锅炉每年节省助燃 用油约 3 0 0 t ， 节约资金 1 6 0余万元。 总之 ， 大唐长山热电厂通过采取锅炉稳燃措施 ， 2台 6 7 0 t ／ h锅炉不但能够满足电网调峰的需要 ， 而 且还提高了机组运行的安全性和经济性 。 编辑郝竹 筠 的 6 k V 负荷为 5 6 7 7 ．4 k W ； 脱硫所需的 3 8 0 V负 荷 为 7 2 0 k W 。 3 结语 结合国家现有的产业政策， 为更合理地利用有 限的不可再生资源， 保护好我们的生存环境 ， 国内一 些海 滨 电厂尝 试 应 用海 水 法 烟气 脱 硫 工 艺 ， 取得 了 一 些成功的运行经验。基于海水法烟气脱硫工艺技 术成熟 ， 运行简单 ， 可靠性好 ， 能够实现主要设备 国 产化 ， 运行费用低 ， 所以在燃低硫煤滨海火电厂和热 电厂 的脱 硫系 统设 计 中可 以考虑 采用海 水 法烟气 脱 硫 工 艺 。 编辑 田淑 华 维普资讯