国内外海水脱硫技术的应用与发展

　摘要： 对海水脱硫技术在现状进行了论述，介绍了海水脱硫技术的工作原理、技术发展以及在国内外的应用情况；指出这是一种符合中国国情、值得在火电厂推广的脱硫工艺。 
    关键词： 海水脱硫；火电厂；应用；发展 
    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，这使得海水具有天然的酸碱缓冲能力及吸收 SO 2 能力。烟气海水脱硫技术就是利用海水的这种特性来洗涤烟气中的 SO 2 ，达到烟气净化的目的。 
    1 、海水脱硫技术原理 
    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 - 气热交换器 ( GGH ) 的热侧降温以提高吸收塔内的 SO 2 吸收效率，冷却后的烟气由吸收塔地步送入，在吸收塔中与由塔顶均匀喷洒的海水（利用电厂循环冷却水）逆向充分接触混合，经过净化后的烟气，通过 GGH 升温后，经由烟囱派入大气；其脱硫流程图如图 1 所示： 

    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 SO 2 ， 形成亚硫酸根 SO 3 2- 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 SO 2 和 H 2 O 。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（ SO 3 2- ）与空气中的氧（ O 2 ）反应生成稳定的硫酸根离子（ SO 4 2- ）和一部分硫酸盐；同时，利用海水中的碳酸根离子（ CO 3 2- ）和碳酸氢根离子（ H CO 3 2- ）中和氢离子（ H   ）使海水 的 PH 值得以恢复。其反应过程的主要化学方程式如下：

    2 、海水脱硫技术的发展及其应用 
    2.1 、海水脱硫技术的发展 
    利用天然海水脱硫的技术原理由美国加州伯克莱大学 L.A.Bromley 教授于上世纪 60 年代提出的， 1970 年美国在关岛电厂中试，英国也于 80 年代在爱丁堡附近中试。但是担心脱硫效果不好和污染海水等；美、英等国没有在燃煤发电厂应用，发展较慢，工程应用晚于湿式石灰 - 石膏法。在 1988 年以前，海水脱硫技术多用于冶金行业的炼铝厂及炼油厂；如挪威南部铝厂、挪威 Statoil Mongstad 炼油厂等的脱硫系统均采用此装置。海水脱硫技术在火电厂的应用源于 1981 年的美国关岛试验，随后在印度 TATA 电力公司 500MW 燃煤机组上进行了工业性试验并于 1988 年投入商业运行， 1995 年印度 TATA 电力公司在同一台机组上安装了第二台海水脱硫装置，使其烟气处理能力达到 44.5×10 4 标准 m 3 /l 的海水脱硫装置后；此后，海水脱硫工艺在电厂的应用取得了较快的发展。 
    根据是否添加其他化学吸收剂海水脱硫技术分为不添加其他化学物质、用纯海水作为吸收液和在海水中添加一定量的添加剂（如石灰）以调节吸收液碱度等两种工艺。 前者 以挪威 ABB 公司开发的 Flakt-Hydro 工艺为代表，这种脱硫工艺已在挪威和国外建成 20 多套装置； 印度 TATA 电力公司 建成的第一座火电厂海水烟气脱硫装置采用的就是 Flakt-Hydro 工艺 ，我国第一套海水脱硫装置 - 深圳西部电厂海水脱硫装置也引进了该海水脱硫技术，随后的电厂海水脱硫大多采用此工艺。后者 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。 
    2.2 、海水脱硫技术的应用 
    近年来，海水脱硫技术在火电厂得到了较快的应用。 1988 年和 1994 年印度 TATA 电力公司先后在 Trombay 电厂先后建成两套 125MW 机组容量的海水脱硫装置； 1995 年西班牙 Unelco 电力公司先后在 Gran Canaria 燃油电厂（ 2 × 80MW ） 和 Tenerife 燃油电厂（ 2 × 80MW ）建成 4 套 海水脱硫装置，多年来运行良好；印度尼西亚 Paicon 电力公司 的 4 × 335MWe 新建机组采用海水脱硫工艺，已于 1998 年投入运行。英国准备 2005 年开工建设位于重要生态保护区的 Longannet 电站建设 4 套 600 MWe 燃煤发电机组的海水脱硫装置；美国关岛的 Cabras 电厂拟采用挪威 ABB 公司的 Flakt-Hydro 工艺来解决日益严格的环保要求；挪威国家电力公司打算在奥斯陆附件建造一座 1200MWe 的燃煤电厂，选择 Flakt-Hydro 工艺对烟气进行脱硫；马来西亚 2 套 750MWe 机组，巴西、希腊等地的海水脱硫工程正在建设中。表 1 为海水脱硫技术在国外火电厂应用的情况概况。 

    从 1996 年开始 ， 深圳西部电厂陆续建成了 6 套 300 MWe 燃煤发电机组的海水脱硫装置。其中， 4 号国产 300MWe 燃煤机组引进挪威 ABB 公司海水脱硫技术和设备，于 1999 年 3 月完成 72h 连续试运并投入商业运行 [1,2,3] ；这套机组的 FGD 系统是我国首套海水脱硫装置，是国家环保总局和国家电力公司的示范项目，其各项性能指标均达到或超过设计值，满足国家对该项目的审查要求，符合环保标准；曝气过程中没有明显的 SO 2 溢出情况，对周围环境没有造成不良影响；工艺排水对海域水质    和海洋生物的影响很小 [4] 。 5 、 6 号机组 (2×300MW) 海水脱硫装置于 2004 年 2 月 23 日建成投运 ； 1 号、 2 号、 3 号机组海水脱硫工程正在进行，计划 2006 年投运。届时，深圳的燃煤机组全部都安装脱硫装置，深圳总的 SO 2 的排放水平可以降低一半。 
    由台塑美国公司独资兴建的 福建后石电厂陆续建成了 6 套 600 MWe 无 GGH 海水脱硫装置，于 1999 年至 2003 年陆续投入运行。 1 号机组已于 1999 年 11 月并网，同年 12 月完成 96h 满负荷试运行一次成功，于 2000 年 2 月底投入商业运行； 2 号机组于 2000 年 7 月完成 96h 满负荷试运行并一次成功，于 2000 年 8 月底投入商业运行。中国华电工程（集团）公司联合阿尔斯通电力挪威公司（ APN ）共建的青岛发电厂海水脱硫工程正在开工建设，该工程采用世界上先进海水脱硫技术，脱硫效率高达 90 以上； 2004 年第一台海水脱硫装置建成， 2005 年第二台亦将投入运行；其 1 、 2 号 300MWe 机组海水脱硫工程是国家环保总局在我国北方地区的第一个海水脱硫示范项目。其他一些沿海发电厂，如秦皇岛电厂的 2 套 300MWe 、山东黄岛发电厂的 2 套 660MWe 海水脱硫装置 也正在筹建。我国已成为世界上大型海水脱硫装置建设经验最丰富的国家。 
    3 、海水脱硫技术的优点 
    与湿式石灰石 - 石膏法、旋转喷雾法、烟气循环流化床法、炉内喷钙 - 尾部增湿活化脱硫法及电子束氨法脱硫等脱硫技术相比，海水脱硫技术有以下优点 : 
    (1) 技术成熟、工艺简单、运行维护方便、设备投资费用低。采用海水脱硫技术的一座 2 × 900 MWe 的发电厂，每年可节省运行成本 2.59 亿元（以年发电 6000 小时计），节省石灰石矿上十万吨，节省淡水 260 万吨。 
    (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。 
    ⑷ 不存在副产品及废弃物，脱硫后循环水的温升≤ 1 ℃ ， PH 值和融解氧有少量降低。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 [5] 。 
    4 、结论 
    烟气海水脱硫工艺系统以其工艺简单，运行维护方便，投资省、只需要海水和空气不需要其他添加剂、节省淡水、无废弃物排放、减少污染、节省占地等优点，在沿海地区烟气脱硫系统有较好的发展前景，是今后沿海地区新建、扩建电厂及老厂改造环保项目优先考虑的烟气脱硫系统。