深圳西部电厂4机组300MW海水烟气脱硫工程及示范作用

摘要:介绍海水烟气脱硫原理及工艺流程,深圳西部电厂海水FGD工程概况及工艺特点。三年来的运行结果表明,该设备运行正常,系统主要性能指标均达到或超过设计值。海水脱硫工艺排水跟踪检测及研究工作阶段总结认为,工艺排水未对海水水质和海生物产生不良影响。该工艺系统简单,投资、运行费用低,脱硫效率高,是一种适合在我国沿海地区应用的脱硫工艺。
关键词:火电厂 海水烟气脱硫示范作用
前言
海水脱硫工艺是利用天然海水脱除烟气中SO2的一种湿式烟气脱硫方法。海水脱硫技术最初在挪威广泛用于炼铝厂、炼油厂等工业锅炉的烟气脱硫,先后有近20套脱硫装置投入运行。近年来,海水脱硫工艺在电厂的应用取得了较快的进展。继印度TATA电厂在500MW机组上安装2台处理烟气量为44.5×104Nm3/h的海水脱硫装置之后,西班牙在4台80MW机组安装了海水脱硫装置,运行良好。印度尼西亚某电厂的 4 X 670MW新建机组配套安装的海水脱硫装置,已投入运行。英国苏格兰电力公司的Longanet电厂4 x 600MW机组的海水脱硫装置已得到政府批准,并开始建设。马来西亚3×750MW机组配套的海水脱硫装置正在安装。
我国深圳西部电厂4号300MW机组立项建设中,深圳西部电力公司进行了大量的脱硫方案论证工作,经国家环保总局和原电力部批准采用海水脱硫工艺。通过国际招标,由开发并应用海水脱硫技术20余年的原挪威ABB环保工程公司中标,提供设计、供货和技术服务。深圳能源集团为此成立了深圳能源环保工程公司,负责该项海水脱硫工程建设、技术研究和产业开发。该工程已于1999年3月投运,三年多来运行正常,各项性能指标均达到或超过了设计值。系统脱硫率达到92%-97%,工艺排水满足海水水质各项标准。该工程作为国家环保总局与国家电力公司的示范项目,受到各有关部、局的关注和大力支持。1999年9月6日由国家环保总局主持,国家电力公司等参加对西部电厂海水脱硫工程通过验收。根据国家电力公司和国家环保总局的要求,在该工程建设的同时,开展了脱硫工艺排水对附近海域水质、海生物及海底沉积物影响的跟踪监测与研究项目.于2000年6月15,16日,由国家环保总局主持召开了阶段汇报会,与会领导与专家通过对检测结果的分析,一致认为海水脱硫工艺排水对海洋水质和海生物未产生不良影响,认为在有条件的海边电厂可以作为一种比选脱硫工艺推广应用。
在工程建设的同时,国电公司电力环境保护研究所与深圳西部电力公司承担了原电力部下达的《沿海燃煤电厂应用海水脱硫技术的试验研究》课题,在深圳西部电厂建成小型工业试验装置,针对该工艺的关键技术进行了试验研究。1998年7月,国家电力公司主持召开了技术鉴定会,该研究成果在广度和深度上达到国际先进水平,为进一步消化和掌握海水脱硫技术,自主国产化设计、建设海水脱硫装置打下基础。目前,深圳西部电厂5、6号机组(2×300MW)续建工程国产化配套建设的海水脱硫工程已进入详细设计,设备采购,紧张的施工阶段。
1.海水脱硫工艺原理
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。
海水脱硫工艺按是否添加其他化学物质作吸收剂分为2类:(l)不添加任何化学物质,用纯海水作为吸收液的工艺,以挪威ABB公司开发的Flakt-Hydro工艺为代表。这种工艺已得到较多的工业化应用。(2)在海水中添加一定量石灰,以调节吸收液的碱度,以美国Bechte公司为代表。这种工艺在美国建成了示范工程,但未推广应用。以下介绍的海水脱硫工艺均指第1类。纯海水脱硫工艺的基本流程如图1所示。

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、电气、控制系统等组成。其主要流程是:锅炉排出的烟气经除尘器后,由FGD系统增压风机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洗涤,烟气中的SO2在海水中发生以下化学反应:
SO2+H2O→H2 SO3
H2 SO3→H++HSO-3
HSO-3 →H++SO23-
SO23-+1/2O2→SO24-
以上反应中产生的H+与海水中的碳酸盐发生如下反应:
CO23-+H+→HCO3-
HCO3-+H+→H2CO3→CO2+H2
吸收塔内洗涤烟气后的海水呈酸性,并含有较多的SO32-,不能直接排放到海水中去。吸收塔排出的废水流入海水处理厂,与来自冷却循环系统的海水混合,用鼓风机鼓入大量空气,使SO32-氧化为SO42-;,并驱赶出海水中的CO2。混合并处理后海水的PH值、COD等达到同类海水水质标准后排入海域。净化后的烟气通过GGH升温后经烟囱排入大气。
2.深圳西部电厂4号机组海水脱硫工程
2.1电厂概况
深圳西部电厂位于深圳市南头半岛西南端的妈湾港码头区。一期工程(2×300MW)机组属妈湾电力有限公司,二期工程(2 X 300MW)机组属西部电力有限公司,目前,正在建设的5、6号机组亦属西部电力有限公司。整个电厂占用妈湾港的 9.10.11号泊位。电厂西面临珠江口的内伶仃洋,厂区基本为开山填海而成,除东侧沿山地带为陆域外,其余为海域。西部电厂建设规模为 4 X 300MW,安装 2台引进型国产燃煤机组,3号机组已于1996年9月并网发电,4号机组于1997年10月建成投产。5、6号机组正在建设中。锅炉采用哈尔滨锅炉厂生产的HG-1025/18.2-YM6型,除尘器采用兰州电力修造厂生产的双室四电场除尘器,除尘效率> 99%。每两台炉各合用1 座高210米,出口直径7米的套筒烟囱,外简为钢筋混凝土结构,内简用耐腐蚀合金钢制成。
2.2 FGD系统主要设计依据
2、2.1 燃煤
设计煤种采用晋北烟煤,含硫量 0.63%。校核煤种为到货混合煤,含硫量为0.75℅。汽机T-ECR工况时,锅炉实际耗煤量为114.4t/h;锅炉B一MCR工况时,锅炉实际耗煤量126.9t/h。
2.2.2 烟气
FGD系统处理烟气量的设计值为T-ECR工况的锅炉烟气量,即 110万m3/h,FGD系统按锅炉 B一MCR工况设计。FGD系统入口烟温设计值为123℃,烟气温度变化范围 104-145℃。
2、2、3 海水
以4号机组凝汽器循环冷却水作为脱硫吸收液。海水流量设计值为12t/S,凝汽器出口海水温度为27-40℃。海水盐度 2.3%。
2、3 西部电厂海水FGD系统
西部电厂4号机组海水 FGD工艺流程见图2。该工艺由烟气系统、吸收系统、海水供排水系统及恢复系统、电气及监测控制系统组成。
2.3.1烟气系统
FGD系统处理的烟气自4号机组引风机出口联络烟道引出,系统设进、出口挡板门及旁路烟道挡板门。FGD系统正常运行时,旁路挡板门关闭,全部烟气经脱硫系统后由烟囱排出。FGD系统停止运行时,旁路烟道开启,FGD系统进、出口烟道挡板门关闭,烟气直接进入烟囱排放。FGD系统内的烟气经增压风机进入GGH降温后再到吸收塔,净化后的烟气经GGH升温后,由烟囱排入大气。
2.3、2 SO2吸收系统
FGD系统的吸收塔采用填料塔型,为钢筋混凝土结构。烟气自吸收塔下部引进,向上流经吸收区,在填料表面与喷入吸收塔的海水充分反应,净化后的烟气经塔顶部的除雾器除去水滴后排出塔体。洗涤烟气后的海水收集在塔底部,并依靠重力排入海水恢复系统。
2.3.3海水供排水系统
西部电厂循环水采用的海水为直流式单元制供水系统,冷却水取自伶仃洋矾石水道,由2号取水口取深层海水供4号机组使用。FGD系统水源直接取自4号机组凝汽器排出口的虹吸井,部分海水进入吸水池,经升压泵送人吸收塔内洗涤烟气,吸收塔排出的海水自流进入曝气池,在此与虹吸并直接排入曝气池的海水汇流、充分混合并曝气,处理后的合格海水经4号机组排水沟入海。
2.3.4海水恢复系统
海水恢复系统的主体构筑物是曝气池,来自吸收塔的酸性海水与凝汽器排出的偏碱性海水在爆气池中充分混合,同时通过曝气系统向池中鼓入适量压缩空气,使海水中的亚硫酸盐转化为稳定无害的硫酸盐,同时释放出CO2,使海水的水质达到同类海水水质标准后排入海中。
2.3.5 电气
FGD系统用电电压为 6kV和 380V,大于或等于200kw的电动机采用6kV供电,200kW以下的电机采用380V供电。
2.3.6 仪表与控制
FGD系统的仪表控制系统具备以下主要功能:(1)数据采集功能。连续采集和处理反映FGD系统运行工况的重要测点信号,如 FGD系统进出口烟气的SO2、O2浓度及烟温等。曝气池排放口处pH、COD、水温等。(2)控制功能。对烟气挡板的前后压差进行闭环控制,其他设备采用顺序控制。(3)配备各种必要的烟气、海水现场监测仪表。
2.4 海水FGD系统运行状况
负责承建西部电厂4号机组海水脱硫工程的深圳市能源环保工程公司,在深圳市能源集团公司和各级政府有关职能部门的支持下,经过参建单位2年多的紧张施工,已使该工程于1999年3月8日顺利通过72h的连续运行,并移交生产。1999年6月底及7月初,由中、外双方对投运后的海水烟气脱硫系统进行了性能考核测试,中国环境监测总站对海水烟气脱硫装置进行了验收前的现场监测工作。测试结果表明:该脱硫系统运行稳定,设备状况良好,主要性能指标均满足国家的审查要求,达到或超过了设计值。
有关运行、设计资料见表1。海水脱硫系统性能保证设计值、实测值见表2、表3。
3 西部电厂示范工程的作用及应用前景
3.1 海水脱硫工艺的特点
海水脱硫工艺与湿式石灰石一石膏工艺、旋转喷雾脱硫工艺、炉内喷钙及增湿活化脱硫工艺主要性能的比较见表4。
由表4可看出海水脱硫工艺有以下特点:
(l)采用天然海水作吸收液,不添加其他任何化学物质,节省了吸收剂制备系
统,工艺简单。
(2)吸收系统不会产生结垢、堵塞等运行问题,系统可用率高.
(3)洗涤烟气的海水经处理符合环境要求后排入海中,无脱硫灰渣生成,不需灰渣处置设施。
(4)脱硫效率较高,有明显的环境效益。
(5)投资和运行费用较低,通常比湿式石灰石一石膏法低1/3.
3.2 西部电厂海水脱硫工程的示范作用
随着大气环保法规的颁布和实施,我国对SO2排放的限制愈来愈严格。在酸雨控制区和 SO2污染严重的地区,应用烟气脱硫技术控制SO2排放量,减少酸雨的危害已是十分紧迫的任务。但是,脱硫工程投资高,运行费用大,一直是阻碍我国脱硫技术发展和应用的重要问题。多年来,国家经贸委、国家电力公司、国家环保总局等一直致力于开发适合我国国情的投资省、运行费用低,运行可靠的脱硫技术。海水脱硫技术的特点符合上述要求,是一种适合我国应用的脱硫工艺。
我国的海岸线长,沿海地区经济发达,工业发展迅速,人口稠密,环境保护要求严格。沿海火电厂的新、改、扩建工程较多,因此海水脱硫工艺在我国有广泛的推广应用市场。
国家环保总局于1999年9月主持召开了“深圳西部电厂海水脱硫示范工程验收及总结研讨会”。出席会议的国家电力公司。中国环境监测总站、广东省、深圳市环保局等有关单位,对海水脱硫工艺能否在我国沿海地区进一步推广及国产化等问题进行了广泛深入的讨论。会议认为深圳西部电厂的海水脱硫系统各项性能指标均达到或超过了设计值,满足国家对该项目审查的要求,符合环保标准;中国环境监测总站对曝气池水面上空SO2浓度监测结果表明:曝气过程中没有SO2溢出情况,不会对周围环境造成不良影响;
根据国家电力公司和国家环保总局的要求,在该工程建设的同时,开展了脱硫工艺排水对附近海域水质、海生物及海底沉积物影响的跟踪监测与研究项目,自1997年以来,中国水利水电研究院和中科院南海研究所对电厂排水口附近海域进行了脱硫系统投运前的本底检测和投运后多次检测,深能集团公司对脱硫系统内的水质进行了同期的检测.2000年6月15,16日,由国家环保总局主持召开了阶段总结汇报会,与会领导与专家通过对检测结果的分析,一致认为海水脱硫工艺排水对海洋水质和海生物未产生不良影响,并认为在有条件的海边电厂可以作为一种比选脱硫工艺推广应用。国家环保总局于2000年9月30日以环监字【2000】111号通知,将该会议纪要印发给全国各有关单位。历时5年的海洋跟踪监测已完成了大纲要求的全部内容,国家环保总局在组织总报告的编写。以上的监测、研究工作为我国沿海地区火电厂推广应用海水脱硫技术提供了有力的科学依据。
总之,海水脱硫工艺利用海水的天然碱度脱硫,不添加任何化学试剂,系统简单,运行可靠,脱硫效率高,投资、运行费用较低,易于实现国产化设备配套。深圳西部电厂海水脱硫示范工程和相关的试验研究,以及目前进行的5、6号机组续建工程海水脱硫国产化建设项目,都将为我国推广应用海水脱硫技术及国产化设计、设备配套及施工建设奠定基础和积累经验。

图2 深圳西部电厂#4机组海水烟气脱硫工艺流程
表1 运行工况

表4 不同脱硫工艺主要性能比较

参考文献
[1]中国环境监测总站深圳西部电厂3#、4#机组环保设施及4#机组海水脱硫示范工程竣工验 收报告 (1999年9月)
[2]国家环保总局环监函〖2000〗111号 关于印发《深圳西部电厂海水脱硫工程排水跟踪检测阶段总结汇报会议记要》的通知(2000年9月)