城市污水的新伙伴海水脱硫的智慧

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,使得海水脱硫技术得到显著发展。据统计,截至2006年,有超过31,000兆瓦(MW)的排气设施采用了海水脱硷法进行处理,其中富士化水工业公司的项目规模约为9,500兆瓦。通常情况下,这些沿海火力发电厂会大量使用海水作为冷却系统中的冷却介质。当这些冷却过程中产生的海水与原始状态相同时,如果将其通过脱硫装置吸收排气中的二氧化硫(SO2),便可以在回流到大洋之前进行利用。相比于传统的脱硷系统,海水脱硷系统具有简单运行、低运营成本等优势。这项技术已经被多家公司考虑应用,以减少用户如火力发电厂的运营费用,并开发新的接触部分以提高效率。

为了验证新开发的海水脱硷系统性能并收集数据,一台试验装置已被安装在泰国的一座沿岸发电厂中,对该设备对煤燃烧锅炉排气进行了实际实验现场展示了新型设备及其试验结果:

(1)原理、特点及试验装置

通常,海水pH值位于7.6至8.4之间,不同区域可能略有不同,其碱度约为100-120毫克/升CaCO3形式。这种碱性主要由重碳酸盐离子(HCO3-)和碳酸盐离子(CO32-)共同存在,而这两种离子与吸收SO2后的酸性条件反应,将产生中性的产品。此外,还包括鼓风机、吸收塔、混合槽、吸收部分、高温分离器等组成部件。

为了确保高效去除SO2,我们采用无堰式多孔板,这种板结构能够促进活跃液体和气体间移动现象。在最新版本中,我们进一步优化了这一设计,将充填物嵌入于多孔板间隙,以最大限地增加表面积用于接触。

我们的泰国沿岸试验站设立了一套基本反应机构,如下所示:主要反应包括SO2相关反应式(式1)(式2)以及CO32相关反应式(式3)(式4)。通过这些反应,可以生成亚磺酸盐离子HSO3-(或亚磺酸盐离子SO23-)并最终形成正磺酸盐离子(SO42-)。

然而,由于氧气存在,在一定程度上自然氧化使得一部分能转变为正磺酸盐,但完全氧化仍需额外添加O2(如公式[2])。因此,我们利用雾化分離器来曝露新的分離出的含有HSO3-(或SO23-)之含浓溶液,在塔底部与未使用之含浓溶液混合,并强制曝露以加速H+消耗过程,最终导致返回大洋之含浓溶液pH值降至较低水平(pH 5.0~4.0)左右;此外,此过程也提高了放出之含浓溶液中的DOC(Dissolved Organic Carbon,即解散有机 碳)内容。此外,该曝氣過程还提升了放出之含浓溶液中的DOC(Dissolved Organic Carbon,即解散有机 碳)内容。

相比于传统石灰石膏法,基于海洋环境自身提供资源而不需要药品和副产品处理,因此没有附属设备需求,如药品融合系统、药品存储罐及抽取设备等,从而简化总体体系,大幅度减少生产成本。此外,由于其操作简单且维护成本较低,它在运行方面也是极具优势的一个选项。(二)试验性能及结果

为了比较两种不同的设计方式——一种是单纯无堰样板结构,无堰样板与充填物结合方式——我们设置一个测试装备,与目前可用的基准设施并行进行实验。在所有条件相同的情况下,当达到90%以上去除效率时,可见L/G变化明显显示出第二种方法L/G比第一种方法要小。这意味着,在相同条件下的排放控制情况下,用第二种方法需要更少量的地面用途,这直接影响到能源消耗并缩短过渡时间。而且,这一改进同时带来了更高效能和更多利益,比如当95%有效率时,只需用掉原来半数地面资源即可实现目标效果,所以采用这个方案可以节省预算开支,同时还能获得额定标准内优异成绩后续计划将继续开展实测工程,并推广给各个企业以期达到最佳经济效果,同时保证环境保护要求满足。如果成功实施,则未来对于像火力发电这样的行业来说,将是一个巨大的革新,为他们带来前所未有的经济收益同时还能保护环境安全。不仅如此,也将成为其他行业发展参考案例之一,让整个社会都受益匪浅。

标签: