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数量显著增加,这直接导致了海水脱硫技术的广泛应用。据统计,截至2006年,全世界有超过31,000兆瓦(MW)的排气系统采用了海水脱硷法,其中富士化水工业公司的项目占比约为9,500兆瓦。
通常情况下,沿海火力发电厂会利用丰富的海水作为冷却塔的冷却介质。在冷却过程中,流出的海水保持着相同的碱性。如果将这些排气中的SO2吸收后,在回归到大洋之前,可进行进一步处理。与传统脱硷系统相比,海水脱硷系统具有明显优势:运行成本低廉、操作简单,不需要添加任何化学药剂。
为了降低运营成本并提高效率,该公司开发了一种新型无堰式多孔板和充填物结合方式。为了验证新技术性能,并收集数据,他们在泰国沿岸的一座发电厂安装了一个试验装置,对煤燃烧锅炉排气进行实际实验。
以下是新的海水脱硷系统及其试验结果:
原理、特长和试验装置
普通的大西洋盐度范围从7.6到8.4,有些地方略有不同,而碱度大约在100-120毫克/升CaCO3之间。大西洋中的碱成分主要由HCO3-和CO32-组成,它们与吸收SO2后的酸性大西洋反应,可以中和放出的酸性液体。大西洋脱硷系统由两个鼓风机、一座吸收塔、大西洋处理槽、吸收部分、一座烟囱及雾化分离器等组成。排气从吸收塔底部进入,从冷却器出来的大西亚热量主要注入上部。大亚热量与排气在吸收塔中间接触,以促进SO2被捕捉。此外,为确保高去除率,我们使用无堰式多孔板,这种板能够促进活泼的气体与液体移动现象。目前开发的一种设备以减少运行费用为目标,将吸收部分进行改进,将充填物插入多孔板间隙。这一设计可以最大化气体与液体接触表面积。
泰国沿岸的一座煤燃烧锅炉火力发电厂内装设的一个测试装置展示了基本反应机构,如式(1)~式(4)。主要反应包括SO2相关反应(如式[1]及[2])以及CO23-相关反应(如式[3]及[4]). 排放中的SO2通过吸取部分的大亚热量被捕捉产生HSO3-(或S03-) (见式[1]), 并根据条件可能生成S02-. HSO3^- 和 SO_23^- 都是COD含有的COD成分,在放出前必须对HSO_3^- 和 S03^- 进行处理。在排放时,由于存在氧气(O_2), 根据 O_2 与 SO_2 浓度考虑一部分自然氧化成为磺酸盐离子(S04^--), 但由于完全氧化需额外添加 O_2 (见式 [5]). 因此,用雾化分离器使得新产生的大亚热量曝露给空气,然后再下方池塘及大亚热量处理槽强制氧化。在这两个工序中,由于同时发生H+释放(见式 [1], [5]), 大亚热变成了酸性(pH 25 - 40). 通常,大亚热用途远超过用于大亚提取所需数量。但是在大亞熱處理槽,使得原来的酸性深渊之所以能恢复其pH值,同时未使用的大亞熱也加入其中利用未经使用的小亞熱来调整返回最终深渊之所以pH值可达到较高效率。此外曝氣还有提升溶存氧(DOC)效果。此外,与火力发电厂通常采用的石灰石膏法相比,大亞熱法具有许多优点尤其是在设备费以及运行费两方面。大亜熱法不需要药品也不需要副产品,因此不需要附加设备(如药品溶解系統、藥品貯存罐與離濕系統等)。因此,该总體隔離系統非常簡單且運營費用便宜。此外,在運營方面,由於它是一個簡單系統,所以操作簡單維護費用也較低。(二)試驗設備性能、試驗結果
為了解無堰雙層間隔結構方式(稱為「一」方法)與無堰雙層間隔結構與充填物結合方式(稱為「二」方法),並將這兩種方法進行比較,並將L/G變數進行研究,以及考慮當消耗90%以上時,這意味著L/G變數差異,這樣就能看出當消耗95%時,就會發現「二」方法比「一」方法少約50%,因此採用「二」方法可以減少運行成本。而且還能提高去除率。
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