海水脱硫技术的基本原理和工艺流程

1.海水脱硫技术原理

天然海水中含有大量的可溶性盐,其主要成分是氯化物和硫酸盐,也含有一定量可溶性碳酸盐。海水脱硫过程中,烟气中的SO 首先溶于海水生成HSO – 和SO 2- ,海水的高离子强度有利于离子化的稳定,使SO 的溶解度增大,促进海水对其的吸收,最终达到烟气净化的目的。

科学实验证明,影响SO 在海水中吸收量的主要因素有海水的碱度、盐度、反应温度和烟气中SO 的浓度。其中关键要素:一是海水的碱度,可使烟气中强酸性的SO 源源不断地被海水吸收、中和,转化为HSO – 和SO 2- ;二是海水中二氧化碳系统的作用,使海水具有缓冲溶液的特性,维持pH值约为8.1,而且具有一定的恒定性,此过程H 与海水中的CO 2- 、HCO – 反应生成CO 和H O,这就使得海水对SO 具有较大的吸收容量。反应过程中的主要化学方程式如下。

SO (气)→SO (液)

SO (液)+H O→HSO – +H →SO 2- +2H +

CO 2- +H →HCO 3

HCO – +H → CO +H O

此外,海水中含有的Cl – 和Fe 2+ 、Mn 等痕量金属离子对SO 的吸收也有一定的促进作用。

海水对烟气中SO 的脱除是在以上三种因素的协同作用下实现的。这三种因素对海水脱除烟气中SO 的影响程度从大到小依次为海水天然碱性、Cl – 和Fe 2+ 、Mn 等痕量金属离子的催化作用、海水离子强度。

2.海水脱硫工艺流程

海水脱硫装置主要由烟气处理系统、海水恢复系统、海水供排系统、电气控制系统等组成。主体设备包括增压风机、曝气风机、气-气热交换器(GGH)、混合池、曝气池、吸收塔、烟囱,以及进出口和旁路挡板等部件。烟气脱硫的主要工艺流程是炉内烟气经除尘器除尘后,由增压风机送向GGH进行冷却,再进入吸收塔。来自循环冷却系统的部分海水由喷淋泵打进吸收塔,在吸收塔内形成雾状液滴,与烟气接触、混合,达到脱除二氧化硫的目的。脱硫后的烟气经GGH升温后排出。吸收塔排出的海水经过海水恢复系统,达标后排放入海。

3.海水脱硫技术发展前景

近年来,海水脱硫已成为一种技术成熟、工业应用发展较快的烟气脱硫工艺。目前,我国海水脱硫在燃煤或燃油电厂烟气脱硫中的应用规模不断增大,单机容量由不足100兆瓦向1000兆瓦扩展。火电厂烟气脱硫已成为这项技术主要的应用领域。实践表明,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,以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,工艺流程简单,运行维护方便,设备投资费用低。

② 海水偏碱性,具有一定的碱度,而且其缓冲能力比淡水强得多。因此,其对SO 有较大的吸收容量,可用做烟气脱硫的天然吸收剂,系统脱硫效率较高,一般可达90%以上。曝气后的低pH值吸收液,用未吸收SO 的海水以1:1中和,可使其pH值上升到排放标准,对海洋环境不造成影响。

③ 海水脱硫技术只需要海水和空气,不需要任何添加剂。因此,避免了石灰石的开采、加工、运输和储存等耗费,而且无固体或液体废物产生,不存在任何副产品,是一项经济的且无二次污染产生的技术,适用于沿海地区SO 的控制。

但是,根据海水脱硫技术当前所处研究和开发应用的水平,国内现有海水脱硫装置还存在以下一些不足之处。

① 海水对SO 的吸收容量较小。不能处理高含硫烟气,目前仅适用于处理中低硫煤(含硫量1.5%)燃烧产生的烟气。

② 脱硫率和排水pH值普遍低。

③ 曝气池占地面积较大,造成烟气脱硫装置规模过于庞大,成本增加。

④ 脱硫后的烟气由于结露而呈现严重的腐蚀性,加上脱硫后的海水呈酸性,这对脱硫设备使用的材料有更高要求。

⑤ 烟气脱硫技术和关键设备国产化率较低。我国已投运和在建的海水烟气脱硫装置所采用的关键技术和关键设备(如烟气换热器的蓄热元件、吸收塔内的填料、除雾器、塔内海水分配元件、曝气装置等)大多数从国外引进。

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