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技术优势

自主 先进 高效 节约——海水法烟气脱硫工艺

作者:admin 来源:本站原创 发布时间:2007-04-27 点击数: 转播到腾讯微博 转播到新浪微博

自主 先进 高效 节约

——海水法烟气脱硫工艺在国家环境友好工程

(第二届中国国际脱硫脱硝技术与设备展览会暨技术研讨会演讲全文)

武汉晶源环境工程有限公司  颜卫锋

 
      一、前  言

     武汉晶源环境工程有限公司自主研发的海水法烟气脱硫工艺在福建漳州后石电厂成功应用多年,2006年,前者被评为“首届全国杰出专利工程技术项目”,后者荣获首批“国家环境友好工程”称号。
     海水法烟气脱硫技术,拥有完整的我国自主知识产权,获得多项授权发明专利。
     该工艺技术用于高可靠性治理滨海燃煤发电二氧化硫污染,漳州后石电厂(6×600MW)自首台机组运行七年来,不仅脱硫效率超过90%,而且在全国唯一实现了脱硫设备的完全投运(与发电100%同步运行)。
     与采用石灰石法工艺比较,漳州后石电厂每年节约淡水资源约500万立方米,省却矿石资源约18万吨,免除产生废渣废水约60万吨,同时大幅降低能源和土地资源消耗。
     海水法烟气脱硫工艺省却了传统工艺所需的大量淡水和矿产资源,整个工艺过程中没有任何有害废弃物排放,是大中型火电实用的资源节约型和环境友好型工艺,是绿色科技的卓越代表。
     2005年,国家发改委确认海水法烟气脱硫技术为大中型火电脱硫的两种适用技术之一(发改环资[2005]757号)和国家将大力推进的海水直接利用技术(发改环资[2005]1561号)。
     如果我国的沿海火电厂(按2005年底装机容量计)全部使用海水法烟气脱硫工艺,不仅每年节省运行费用上百亿元人民币,减少排放数千万吨废渣废水,而且每年将省却数亿立方米的淡水资源和上千万吨矿产资源消耗;而与此同时,我国日益严重的SO2和酸雨污染才能得到更加有效的遏制。

 

      二、我国自主知识产权成果

     2001年2月中国国家知识产权局技术鉴定、2004年11月中国科技法学会司法鉴定结论均为:漳州后石电厂实施的脱硫工艺系采用我国晶源环工的专利技术。

     作为我国自主知识产权战略运用成果,漳州后石电厂在我国及世界大型高效清洁能源发展史上取得了多项第一:
     第一次大型燃煤机组全烟气量海水法脱硫;
     第一次使用中国自主知识产权(授权发明专利)的主流工艺技术及装置制造技术;
     第一次在我国实现脱硫设备和发电设备的设计、建设、运行三同时;
     第一次,也是目前全国唯一实现脱硫和发电设备100%同步运行。
    2006年5月,海水法烟气脱硫技术在漳州后石电厂工程应用项目被评为“首届全国杰出专利工程技术项目”;6月,漳州后石电厂一期工程获得首批“国家环境友好工程”称号。

 

      三、电厂规模和烟气脱硫工艺特点

    华阳电业有限公司漳州后石电厂,建设规模6×600MW(目前已进入三期扩建)。一期工程2×600MW,二期工程4×600MW,一、二期工程从1996年开始连续建设。一期工程1#机组于1999年8月建成,2000年2月投入商业运行;二期工程已于2004年8月完工。

     该厂放弃原已采购的日本氧化镁法脱硫工艺,改为采用中国晶源环工自主研发的NSW(Nature Sea Water)海水法烟气脱硫工艺。
     全厂年产生二氧化硫约11.43万吨(ECR工况),经烟气脱硫装置减排二氧化硫超过10.29万吨,脱硫后排放量低于1.14万吨。
     由于该厂的海水法烟气脱硫系统不设事故旁路通道,所有发电机组和配套的脱硫设施100%同步运行,其首台机组投运至今已满7年。
     海水法脱硫工艺不消耗淡水资源,不消耗任何矿产资源和化工原料,没有废渣废水排放。在漳州后石电厂,与该厂原采购的日本氧化镁法工艺相比,全厂每年可以省却淡水资源150万m3,省却远距离采购运输氧化镁原料约3万吨,完全免除废水排放量14.1万m3(氧化镁法所排放的海水还不能满足环保要求);作为对比,如果采用石灰石法,每年将消耗淡水资源约500万m3,矿石资源约18万吨,产生废渣废水约60万吨。
     该厂原采购氧化镁法工艺装置的脱硫成本为1.3分人民币/度电;如采用石灰石法则脱硫成本为2分人民币/度电。现漳州后石电厂海水法脱硫工艺的脱硫成本为0.6分人民币/度电。这个成绩还是在利用原已从日本采购的氧化镁法单元设备作为代用品的情况下取得的。如果采用晶源环工为海水法脱硫设计的专用设备,脱硫成本还可大幅降低。
     目前漳州电厂发电利润中仅因采用先进工艺而节约的全部矿石资源和淡水资源直接转化成的发电利润增加值,每年就高达数千万元人民币。

     漳州后石电厂是目前我国投入运行的最大燃煤电厂,全部主辅设备均从美、日进口。该厂采用超临界直流锅炉,单台锅炉连续出力(MCR工况)为1,895.99T/h,烟气量为1,765,877Nm3/h,过热器出口压力25.35MPa;超临界凝汽式汽轮机。设计煤种为澳大利亚煤,含硫量为0.89%,校核煤种含硫量为0.4~1.5%,全厂年耗煤量756万吨。锅炉尾部设双室五电场静电除尘器,除尘效率99.8%。锅炉采用低NOx燃烧器,尾部预设SCR脱硝。
海水法烟气脱硫工艺装置(FGD)单台处理烟气量1,765,877Nm3/h,烟气温度128℃;FGD进口SO2浓度1,799mg/Nm3,出口SO2浓度<180mg/Nm3;海水流量69,487m3/h;FGD系统排水水质:SO42-增量<68.6mg/l,COD增量<2.5 mg/l,pH≥6.5,SS浓度增量0.16 mg/l;脱硫效率>90%。
     该海水法烟气脱硫工艺系统,主要由海水输送系统、烟气系统、吸收系统、海水水质恢复系统和监控调节系统等组成。系统不设烟气旁路及增压风机,也不对脱硫后烟气加热。

      (1)  海水输送系统
     脱硫用的海水取自凝汽器出口循环冷却水,用海水增压泵将海水从吸收塔顶部送入吸收塔,以洗脱烟气中的二氧化硫。吸收SO2后的酸性海水从吸收塔底部流出,靠自重流至海水水质恢复系统。吸收塔喷淋海水量依据不同的塔型设计会有变化,本系统最大可达39,000m3/h。

      (2)  烟气及二氧化硫吸收系统
     含尘烟气经过电场电气除尘器除尘后,进入二氧化硫吸收系统,在二氧化硫吸收塔内受到海水喷淋,从而洗脱其中大部分二氧化硫。
     二氧化硫吸收塔是FGD系统的主要设备之一,系统设置二座吸收塔,海水自塔的上部喷入,烟气自塔底向上。洗脱二氧化硫后的干净烟气经除雾器除去其中的雾沫及携带物,从塔顶经烟囱排入大气。
     吸收塔为业主原已采购用于日本氧化镁法脱硫工艺的筛板式吸收塔,直径12m,高38m,每套系统设置两座,吸收塔原设置的镁剂原料输送系统弃置不用。晶源环工经计算认为可以代用以满足海水法工艺的最低要求,虽然脱硫率裕量小,运行能耗偏大,但在漳洲后石电厂的特定条件下,作为代用设备予以保留,可以减少业主的经济损失,总体成本可以下降。

     (3) 海水水质恢复系统
     本系统用来自凝汽器的冷却海水与吸收塔排出的酸性水在系统曝气池中混合后,在曝气池中由曝气风机鼓入大量空气,使曝气池内海水中溶解氧达到饱和,并将亚硫酸盐氧化成硫酸盐,同时赶出海水中生成的CO2,使排水的pH得到恢复。曝气风机建在曝气池旁。合格后的海水由曝气池溢流至排水沟,再排入大海。
     该厂原总平面布置留有日本镁法脱硫工艺的氧化镁原料制浆池空间,正好用作布置海水法工艺的水质恢复系统曝气池。
     另外,原氧化镁法工艺必须配套的氧化镁原料转运、处理设施一律弃之不建。

 

      四、电厂烟气脱硫建设过程

     1996年4月19日,国家计委批准立项,台塑董事长王永庆先生以台塑美国公司32亿美金独资建设福建漳州后石电厂,总装机规模6×600MW。
     此前,台塑集团已采购美、日制造的600MW发电设备共13套全部主辅设备(包括烟气脱硫装置),其中7套用于台湾省六轻化工基地(麦寮)作为自备电站,另6套后安装于福建漳州后石发电厂。
     1996年7月16~18日,国家电力部于漳州后石电厂安装开工前,对其进行工程审查。审查中发现台塑已采购的日本富士化水株式会社(FKK)镁法脱硫工艺装置,存在严重的原料来源及环保标准问题。
     日本FKK的镁法工艺,其排放废水的COD>15mg/l(我国环保标准限值为5mg/l),并需要消耗大量镁矿和淡水,其三个工艺方案每年消耗镁矿分别为:20,763 吨、 32,016 吨和95,523 吨,平均数为每年49,434吨。福建省无法提供镁矿,需使用太空包装(氧化镁为危险化学品)从辽宁省长途、长年转运。高昂的经济负担和二次污染,使脱硫这一重大环保问题成为漳州电厂建设项目的拦路虎。
     1996年8月,晶源环工彭斯干先生致函王永庆先生建议改用海水法脱硫工艺,同时发表“企业选择FGD工艺的原则”等书面意见。
     1997年元月,王永庆先生亲自决定委托晶源环工重新开展烟气脱硫工程可行性研究,希望放弃原定镁法脱硫工艺、采用海水法脱硫工艺。
     1997年2月~1998年2月,晶源环工开展研发和设计。
     1998年2月10日,国家环保局、国家海洋局、电力部、农业部四部在京联合审查晶源环工正式提出的可研设计——适用于大型燃煤电厂的海水法烟气    脱硫工艺及工程方案。
     1998年6月17日,国家环保总局批准晶源环工提出的漳州后石电厂一期工程(2×600MW)海水法脱硫工艺方案。
     1999 年8月26日漳州电厂1号机组及脱硫设施建成投运。
     2000 年2月22日,国家环保总局在有关负责人现场考察了运行中的一期海水法脱硫工程之后,发文批准漳州后石电厂二期工程(4×600MW)继续采用晶源环工提出的海水法脱硫工艺方案。
     2004年8月,漳州后石电厂6台机组及脱硫设施全部建成投产。

 

      五、和谐治理三原则的成功实践

     晶源环工在为漳洲后石电厂研发和实施适用工艺的过程中,提出要有效治理大尺度环境污染,必须遵循和谐治理的三原则,即:清洁治理、费用最省和因地制宜三原则。漳洲后石电厂烟气脱硫工程的成功,正是三原则所代表的我国先进治理理念的成功实践。

      1、清洁治理原则
     环保设施为实现其环保功能需要相应的能耗和物耗,就会有相应的物质排放,而这些排放物往往会形成一定程度的“二次污染”。
     清洁治理原则要求有效防止烟气脱硫工艺的二次污染,或将其影响限制在环境质量标准限值之内。否则一种污染形态转变为另一种污染形态,甚至是更具危害性的污染物,实际上就是一边治理污染,一边制造污染。这不仅与配置环保工艺设施的目的大相径庭,也将为环保法规所不容。
     为减少、避免二次污染,必须广泛采用低能耗、低物耗、低排放的先进工艺技术,这是环境治理当中最为重要的一环。
     清洁治理原则也就是环境友好原则。漳州后石电厂烟气脱硫工程的运行实践表明,海水法脱硫工艺是典型的环境友好型工艺。

      2、费用最省原则
     费用最省原则不仅关系到业主的经济承受能力和工业设施的经济指标,更重要的还在于:资金的消费等效为一定的能耗和物耗,必然产生相应的污染物质排放;而能耗和物耗过高,将从宏观上意味着该环保设施的环保功效得不偿失。减少资金的消耗,意味着降低能耗和物耗,意味着从一开始就相对减少污染物的排放总量,这本身就是一项积极的、带根本性的环保措施。节约资源和保护环境,二者互为表里,相辅相成,不可或缺。费用最省原则其实就是资源节约原则。漳州后石电厂烟气脱硫工程七年的运行实践有力地证明,采用先进工艺技术,无须巨大的投资和消耗,更能确保环境质量,海水法脱硫工艺是典型的资源节约型工艺。

      3、因地制宜原则
     因地制宜原则是世界各国普遍遵循的重要原则。每一个成功的FGD系统,其工艺方案应该是在技术的、经济的、社会的及自然的等诸多方面因素制约之下因地制宜、优化选择的产物。同一个FGD工艺系统,因处于不同的环境条件,将具有完全不同的实际表现。
     目前世界各地FGD装置使用的脱硫吸收剂种类较多,其中钙基占了很大的比重,用石灰石(石灰)作为主要脱硫吸收剂的工艺装置超过85%,其基本原因是由于在世界上大部分地区石灰石矿储量丰富,开采价格低廉,而在另一些采用镁法、钠法或双碱法工艺的地区,也正是因当地有较丰富的碱资源可资利用。这正是因地制宜原则的典型表现。
     尽管石灰石矿在世界各地储藏极为普遍,但也发现一些厂址特别是沿海厂址却十分缺乏石灰石资源,如漳州后石电厂和深圳市西部电厂均属此类。在这些厂址如果也选用钙基脱硫剂,显然会因违背因地制宜的原则而遭遇极大的困难。
     另一方面,我国是一个严重缺水的国家,特别是在沿海地区,淡水资源更是极为缺乏。而海水是当前唯一被认为取之不尽、用之不竭的自然资源。世界上所有拥有海岸线的国家在积极开发和利用海洋资源,我国也在积极地推进海洋资源的开发和利用。充分利用海洋资源,将对减少有限资源的消耗量同时减少污染带来极大的益处。选用海水作为脱硫吸收剂,是沿海地区得天独厚的优势。
     同样,脱硫副产物是回收抑或抛弃,也应根据因地制宜的原则来确定。在考虑副产物回收方式时,切忌为回收而回收,更不可喧宾夺主,把副产物的回收凌驾于发电主业务之上。试图在副产物的回收上花费远远超过发电设备的投入,以及回收装置耗电量占了所发电力很大份额这种本末倒置的做法,是不可取的。
     综上所述,清洁治理是环境治理包括酸雨治理欲获成功所必须遵循的最根本原则,费用最省和因地制宜是实现清洁治理之必需。选择和配置FGD工艺符合上述三项原则,才能真正有效地保护环境。
     漳州后石电厂脱硫工程采用了自主、先进、高效、节约的海水法烟气脱硫技术,是我国自主知识产权战略的成功,也是我国自主提出的先进治理理念的成功。

 

      六、结    论
     2005年,国家发改委确认海水法烟气脱硫技术为大中型火电脱硫的两种适用技术之一(发改环资[2005]757号)和国家将大力推进的海水直接利用技术(发改环资[2005]1561号)。
     如果我国的沿海火电厂(按2005年底装机容量计)全部使用海水法烟气脱硫工艺,不仅每年节省运行费用上百亿元人民币,减少排放数千万吨废渣废水,而且每年将省却数亿立方米的淡水资源和上千万吨矿产资源消耗;而与此同时,我国日益严重的SO2和酸雨污染才能真正得到更加有效的遏制。

 

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