在过去的十年里,全球沿海地区的煤炭和重油燃烧锅炉火力发电站的大量使用,使得海水脱硫技术的应用显著增加。考虑到2006年的生产能力,大约有超过31000兆瓦(MW)的排气系统采用了海水脱硷法处理,其中富士化水工业公司的表现占据了大约9500兆瓦。在通常情况下,沿海岸边的火力发电厂会利用丰富的海水作为冷却塔冷却用的冷却剂。当冷却时,流出的海水和原始状态相同,不变。如果将脱硷装置用于吸收排气中的SO2,那么在返回大洋之前,可以进行利用。相比之下,海水脱硷系统主要优势在于运行成本低廉且操作简单(无需添加药品)。该公司考虑到了对用户——尤其是火力发电厂——所带来的各种优点,并致力于减少运营成本并开发新型接触部分(吸收部分)的设计。
目前开发的是结合无堰式多孔板和充填物的一种新技术。在泰国沿岸的一个试验装置上,对煤燃烧锅炉排气进行了实证实验,以确认新系统性能并收集数据。以下是新的海水脱硷系统及其试验结果:
原理、特长与试验设备:
通常,海水pH值介于7.6至8.4之间,在不同地点略有差异,其碱度约为100-120毫克/升CaCO3。重碳酸盐离子(HCO3-)和碳酸盐离子(CO32-)共存,而HCO3-量基本上远多于CO32-. 这两种离子与吸收SO2后的酸性 海 水反应,有助于中和放出的大量废弃物质。此外,该系统由鼓风机、吸收塔、搅拌槽、一系列接触部分、一台烟囱以及雾化分离器组成。排气从吸收塔底部引入,而来自冷凝器输出的主要天然淡水则通过顶部注入。这两个液体在中间接触部分相遇,将SO2转化为可溶解形式。此外,这种板能够促进活跃的事务移动现象以确保高效率。
泰国一座煤燃烧锅炉火力发电厂上的测试设施如下图展示。
主要反应包括涉及SO2相关反应式(式[1] 和 [2]) 和涉及 CO23- 相关反应式(式[3] 和 [4]). 排气中的 SO2 被 吸 收 部 分 的 天 然 淡 水 吸 收,从而产生 重 亚 硫 酸 盐 离 子 (HSO_ 3) (式[1]) 以及亚 硫 酸 盐 离 子 (SO23-) 根据具体情况也会发生。但 HSO_ 3 与 SO23- 都 是 废 尿 中 的 COD 成 分 在 放 出 之 前 必 须 进 行 处 理 因 为 存 在 O_ 2, 考虑 到 一 部 分 可 自然 氧 化 成 硫 酸 盐 禮 媲 (SO42-) 但 完 全 氧 化 需 要 额 外 的 O_ 2(式[5]). 因此, 用 雾 化 分離 器 将 新 切 割 出 来 的 天 然 淡 水 曝 晶 在 塔 下 部 水 櫥 及 天 然 淡 水 处 理 槽 进行强制氧化。在所有这些过程中,由於同时發生 H+ 解離(式[1] & [5]), 最终生成的小规模自然淡滴变得非常含氢離子(pH: pH=25~40). 通常来说,冷却塔中的天然淡滴数量远超乎所需,但是在天然淡滴处处理使得未经使用过天然淡滴被混合回向前端,再次曝露给空氣,这样可以让返回到大洋里的自然淡滴pH值恢复正常,并且通过曝晒提高还原价值。此外,还能提升放出到环境中的溶解氧浓度。
与传统石灰石膏法相比,此法具有诸多优势,尤其是在设备费用和运营费用方面。由于不需要药品或副产品,因此不需要附加设备,如药品溶解系统、药品储罐或干燥设施等。这使得整个脱除系统极其简单且经济有效。此外,由于它是一个简单易维护的人工智能控制系统,所以维护费用也很低。
试验设备性能与试验结果:
为了比较没有堰塞板方式((1)方式)与包含充填材料结合堰塞板方式((2)方式),我们设置了一台独立实验装置,在这个现有的固定位置,我们对输入4200ppm-dry SOx后进行实际测试,最终发现当达到95%以上去除效率时,无论L/G是否变化,都显示出二者L/G差异明显,即对于相同条件下的同等去除效果下,(1)方法需要更多用到的天然淡涌。而对于相同条件下的90%以上去除效果下,(1)方法只需使用半数数量左右。(即至少要80%以上去除效果才能保持一定程度平衡)
因此,当这项工作被推广至各个火力发电场时,它们将能够享受较低运行成本以及更高效率,同时实现环保目标,因为这种技术可以减少二氧化碳排放,并最小化其他污染物如氮氧化物、颗粒物等进入环境,从而保护地球资源,为人类创造更加健康宜居的地球环境提供支持。