CN101269872B - 一种水质恢复方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海水烟气脱硫工艺中的水质恢复方法，特别是一种对燃煤发电厂脱硫系统中水质恢复多级曝气的选择方法，该方法包括根据以下公式(4)对曝气装置进行调整。通过以下公式(4)所得实时的强制氧化SO₂所需的氧化气体总量OAF与强制氧化SO₂所需的氧化气体总量设计值OAF₀进行比较，以确定曝气处理装置的运行，从而实现根据不同燃煤的含硫量和海水水质的不同选择不同的曝气量。通过本发明所述的方法，可以有效地采用各自曝气或者联合曝气，既满足完全氧化和防止结垢的要求，又能根据燃煤中硫含量和所用海水水质的不同进行调整，最大幅度降低电耗，减少设备维护的成本，从而有效地实现水质恢复。

Description

一种水质恢复方法 

技术领域

本发明涉及海水烟气脱硫工艺中的水质恢复方法，特别是一种对燃煤发电厂脱硫系统中水质恢复多级曝气的选择方法，适用于消除含有能导致酸雨发生的二氧化硫等酸性物质。 

背景技术

在我国，燃煤发电厂在电力行业中占有很大的比重，燃煤烟气中含有大量的二氧化硫，二氧化硫的排放不仅影响空气的质量危害人体健康，而且是酸雨形成的直接原因。由于环境保护的需要，燃煤电厂所排放的烟气在排入大气之前，必须脱除其中的一部分或大部分二氧化硫，通常称为烟气脱硫工艺，大多数烟气脱硫工艺系统虽然能较好的脱除烟气中的二氧化硫，但其造价高昂且二氧化硫吸收剂和副产品等因素引起的运行费用也很高，往往因为环境保护的需要而为企业带来沉重的经济负担，形成环境效益和经济效益的矛盾。 

天然海水由于其所具有的自然碱度，使其成为廉价而优良的二氧化硫吸收剂，在沿海地区利用天然海水洗涤烟气以去除烟气中的二氧化硫的方法，其脱硫效果较好，工艺设施的造价及运行费用低，没有副产物产生，其排水符合我国海洋环境水质标准，对海洋生态环境安全无害。该方法是将总的用于脱硫的海水水量的一部分送往洗涤塔洗涤烟气中的酸性气体，再将洗涤酸性气体后的酸性海水与未用于洗涤酸性烟气的剩余部分海水混和，然后对该混和后的海水鼓入氧化气体曝气，以进行氧化将例如亚硫酸盐和亚硫酸氢盐氧化成硫酸盐，从而使海水达到环境质量要求后排放。 

但是，很多情况下煤炭中硫的含量变化很大，例如我国某些煤矿的煤炭中硫的含量为0.1％～10％不等，如果二氧化硫的含量很高，吸收的二氧化硫生成亚硫酸盐后不能完全被氧化成硫酸盐，运行过程中容易因亚硫酸盐造成系统结垢堵塞，从而给发电厂脱硫系统的正常运行、维护，尤其是海水脱硫系统中的水质恢复带来了很大的困难。以往的方法中大多是对混和后的海水进行曝气处理，国内仅有厦门嵩屿电厂采用吸 收塔和曝气池两段曝气氧化，但本领域中并没有在吸收烟气后针对二氧化硫的含量进行曝气量的选择，以及根据用水水质的不同选择不同的曝气量，从而有效地实现水质恢复的方法。 

本发明的目的在于，克服现有海水脱硫方法存在的缺点，为沿海地区的火力发电厂海水烟气脱硫中曝气量的选择提供一种可行的方法，进而有效地实现水质恢复。 

发明内容

本发明的目的之一在于提出一种海水脱硫系统中有关水质恢复曝气量的选择方法，适应不同硫含量的燃煤以及水质中需要恢复的成分的大幅变化，在洗涤塔和曝气池中均有曝气装置，可以有效地采用各自曝气或者联合曝气。 

通过对含有O₂的氧化气体消耗量进行分析，可以知道氧化气体的消耗总量应为自然氧化气体总量和强迫氧化需要气体总量之和。其中，自然氧化是指烟气中的O₂被吸收后对已吸收的SO₂发生的非人为控制的氧化反应；强制氧化是向已经吸收SO₂的海水中鼓入氧化气体进行曝气，将可溶性亚硫酸盐和亚硫酸氢盐几乎完全氧化成硫酸盐。其中所述“几乎完全氧化成硫酸盐”是指氧化的程度足以满足工业生产和环境保护的需要、以及相应的本领域检测标准，例如＞99％，优选完全氧化。 

因此，可以确定氧化气体消耗总量的数学模型如下所示： 

OAT＝OAF·η_f+OAA·η_a        (1) 

其中： 

OAT--理论上氧化SO₂需要的氧化气体总量； 

OAF--强迫氧化所需的氧化气体总量； 

η_f--强迫氧化的氧化气体利用率； 

OAA--自然氧化SO₂氧化气体总量； 

η_a--自然氧化的氧化气体利用率。 

理论上氧化SO₂需要的氧化气体总量又是由入口烟气流量和已吸收的SO₂含量决定的，而氧化一分子SO₂需要1/2分子的O₂。设氧化气体中氧气的含量为C，例如，在使用空气作为氧化气体的情况下，其通常为21％，因此理论上氧化SO₂需要的氧化气体总量的计算式如下： 

$\mathrm{OAT}=\frac{Q_1(S_1-S_2){\×10}^{-6}}{2C}---\left(2\right)$

其中： 

Q₁--入口烟气流量，Nm³/h，干 

S₁--入口SO₂含量，ppm，干 

S₂--出口SO₂含量，ppm，干 

C--氧化气体中的氧含量。 

其中，一般将吸收塔吸收区发生的氧化称为自然氧化，自然氧化SO₂ 的氧化气体总量与入口烟气量和入口氧含量有关，而氧化气体中氧气的含量为C，因此自然氧化SO₂氧化气体总量的计算公式如下： 

$\mathrm{OAA}=\frac{Q_1{C}^{\′}}{C}---\left(3\right)$

C′--入口氧含量，％ 

吸收塔对O₂的吸收速率、已吸收的SO₂量与溶解O₂量之比决定了亚硫酸盐的自然氧化率，自然氧化气体利用率是喷淋区面积、喷淋量和喷淋区高度的函数。多数情况下，自然氧化气体的利用率偏低，一般在0.5％以下，且0.2％是很常见的数值。对于具体实施方案中的η_a，本领域技术人员可以根据实际情况加以测定。 

强制氧化气体利用率η_f是浆液中氯、镁离子、反应温度、氧化气体压力、氧化气体分散程度、单位容积内亚硫酸盐浓度等因素的函数，其中反应温度、氧化气体压力、氧化气体分散程度等因素在设计过程中已经确定，因此在海水脱硫系统运行的过程中，强制氧化气体利用率η_f主要受氯、镁离子含量的影响，即： 

η_f＝f(Cl^-，Mg²⁺) 

其影响趋势见图1-2所示。 

要达到本发明所需的“几乎完全氧化”，例如，氧化程度优选地大于99％，通常氧化1mol被吸收的SO₂应鼓入过量的氧气。例如，在本发明一个例示性的方案中，对于1mol被吸收的SO₂鼓入大约1.5mol的氧气，其相当于标态干空气160L，该情况下氧/硫摩尔比为1.5，氧化气体的利用率为33.3％。 

通过公式推导可以得到强制氧化SO₂所需的氧化气体总量的数学表达式为： 

$\mathrm{OAF}=\frac{\frac{Q_1(S_1-S_2)\×{10}^{-6}}{2C}-\frac{Q_1{C}^{\′}}{C}{\mathrm{\η}}_a}{{\mathrm{\η}}_f}---\left(4\right)$

在本发明一个例示性的方案中，η_a＝0.2％，η_f＝33.3％。 

上式中实时Q₁、S₁、S₂及O₂可以从脱硫运行控制室中电脑系统(DCS)读取获得，从而可以根据公式(4)计算得到实时的强制氧化SO₂所需的氧化气体总量OAF′，与强制氧化SO₂所需的氧化气体总量设计值OAF₀的值进行比较。 

-当烟气中的含硫量极小，OAF′＜C′·OAF₀时，浆液中吸收的SO₂可以被烟气中的氧气自然氧化，海水脱硫系统中只需要在吸收洗涤塔中进行曝气处理即可； 

-当C′·OAF₀＜OAF′＜80％OAF₀，水质恢复系统中的曝气处理需要打开，因为有20％的过量的氧气，吸收洗涤塔的曝气装置不需开动； 

-当OAF′＞80％OAF₀时，为了防止亚硫酸盐结垢，过量的氯离子在水循环使用过程中富集后对设备造成腐蚀，应将吸收洗涤塔和水质恢复系统中的曝气处理完全打开，以达到根据不同燃煤的含硫量和海水水质的不同选择不同的曝气量。 

通过本发明所述的方法，例如可以有效地采用各自曝气或者联合曝气，从而实现三档曝气配置，既满足了完全氧化和防止结垢的要求，又能根据燃煤中硫含量和所用海水水质的不同进行调整，最大幅度降低电耗，减少设备维护的成本，从而合理、有效地实现水质恢复。 

附图说明

图1显示本发明的η_f受氯离子含量的影响趋势。 

图2显示本发明的η_f受镁离子含量的影响趋势。 

具体实施方式

在发电厂脱硫运行控制室中电脑系统(DCS)上可以读到通过CEMS在线监测系统所测量的入口烟气流量Q₁、入口SO₂含量S₁、出口SO₂含量S₂和入口氧含量C′，编程将数据带入本发明所述计算式(4)： 

$\mathrm{OAF}=\frac{\frac{Q_1(S_1-S_2)\×{10}^{-6}}{2C}-\frac{Q_1{C}^{\′}}{C}{\mathrm{\η}}_a}{{\mathrm{\η}}_f}$

中进行计算，得到实时强迫氧化气体总量OAF′，比较OAF′与OAF₀的值。 

当烟气中的含硫量极小，OAF′＜C′·OAF₀时，海水吸收的SO₂可以被烟气中的氧气自然氧化，海水脱硫系统中只需要在吸收洗涤塔中进行曝气处理即可； 

当C′·OAF₀＜OAF′＜80％OAF₀，水质恢复系统中的曝气处理需要打开，因为有20％的过量的氧气，吸收洗涤塔的曝气装置不需开动； 

当OAF′＞80％OAF₀时，为了防止亚硫酸盐结垢，过量的氯离子在水循环使用过程中富集后对设备造成腐蚀，应将吸收塔和水质恢复系统中的曝气处理完全打开，以达到根据不同燃煤的含硫量和不同的海水水质进行调整。 

实施例1 

在该实施例中，设计值OAF₀＝11000Nm³/h，从脱硫运行控制室中电脑系统(DCS)上读到：Q₁＝2×10⁶Nm³/h、S₁＝800ppm、S₂＝30ppm和C′＝8％，氧化气体采用空气，该处空气中氧气含量为21％，η_a＝0.2％，η_f＝33.3％，将上述条件带入公式(4)得到 

${\mathrm{OAF}}^{\′}=\frac{\frac{2\×{10}^6\×(800-30)\×{10}^{-6}}{2\×21\%}-\frac{2\×{10}^6\×8\%}{21\%}\×0.2\%}{33.3\%}=6435N{m}^3/h$

通过计算比较知道 

8％×11000Nm³/h＝880Nm³/h＜6435Nm³/h＜8800Nm³/h＝80％×11000Nm³/h 

则根据曝气量的选择方法确定：打开水质恢复系统中的曝气处理，吸收洗涤塔中的曝气装置则未开动。 

实施例2 

对于实施例1中所采用的方法，增大煤的含硫量，则烟气中SO₂的含量随之增大，在本实施例中，从DCS上读到：Q₁＝2×10⁶Nm³/h、S₁＝980ppm、S₂＝30ppm和C′＝6％，其它条件与实施例1相同，则带入公式(4)得到 

$\mathrm{OA}{F}^{\′}=\frac{\frac{2\×{10}^6\×(980-30)\×{10}^{-6}}{2\×21\%}-\frac{2\×{10}^6\×6\%}{21\%}\×0.2\%}{33.3\%}=10153N{m}^3/h$

通过计算比较得知： 

10153Nm³/h＞8800Nm³/h＝80％×11000Nm³/h 

为了防止亚硫酸盐结垢，根据曝气量的选择方法，此时将吸收塔和水质恢复系统中的曝气处理完全打开。 

在上述实施例中，在不同的情况下，使用本发明的方法均有效地实现了水质恢复，并能根据燃煤中硫含量和所用海水水质的不同进行调整，最大幅度降低了电耗，减少了设备维护的成本。 

Claims (8)

1.一种用于海水脱硫系统中恢复水质的方法，其特征在于，该方法包括根据以下公式(4)对曝气装置进行调整：

其中：

OAF——强迫氧化所需的氧化气体总量；

η_f——强迫氧化的氧化气体利用率，其为33.3％，此时对于1mol被吸收的SO₂鼓入1.5mol的氧气，该情况下氧/硫摩尔比为1.5；

η_a——自然氧化的氧化气体利用率

Q₁——入口烟气流量；

C′——入口氧含量；

C——氧化气体中的氧含量；

S₁——入口SO₂含量，ppm，干；

S₂——出口SO₂含量，ppm，干；

其中，通过以上公式(4)所得实时的强制氧化SO₂所需的氧化气体总量OAF′与强制氧化SO₂所需的氧化气体总量设计值OAF₀进行比较，以确定曝气处理装置的运行，从而实现根据不同燃煤的含硫量和海水水质的不同选择不同的曝气量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的氧化气体为空气。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于空气中的氧气含量为21％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的η_a小于或等于0.5％。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述的η_a为0.2％。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于OAF′＜C′·OAF₀时，海水脱硫系统中只在吸收洗涤塔中进行曝气处理。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于C′·OAF₀＜OAF′＜80％OAF₀，水质恢复系统打开曝气处理装置，吸收洗涤塔中的曝气处理则不需开动。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于OAF′＞80％OAF₀时，将吸收洗涤塔和水质恢复系统中的曝气处理完全打开。

Images