海水脱硫系统对燃煤电厂直流供水冷却系统的影响分析.doc

海水脱硫系统对燃煤电厂直流供水冷却系统的影响分析 张国罡 （中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，广东广州510663） 摘要：采用海水脱硫的燃煤电厂中海水脱硫系统和直流供水冷却系统是一个有机整体，关系非常密切。现从水量、水位、水质等方面分析海水脱硫系统对电厂直流供水冷却系统的影响，可供采用海水脱硫系统的燃煤电厂供水系统设计参考。 关键词：燃煤电厂；海水脱硫；直流供水冷却 0引言 烟气海水法脱硫是一项成熟可靠的烟气脱硫技术，其系统简单、维护方便、运行费用低，适用于沿海燃烧低硫煤并以海水为机组冷却水的电厂，目前在国内外已有大量应用。 海水脱硫采用的海水一般取自机组冷却水排水，海水脱硫中的海水供排水系统与机组供水冷却系统是一个有机整体，双方有着密切的联系。采用海水脱硫的直流供水冷却系统和常规直流供水冷却系统存在一定的差异。本文从水量、水位、水质等方面分析了海水脱硫系统对电厂直流供水冷却系统的影响，可供采用海水脱硫系统的燃煤电厂供水系统设计参考。 1海水脱硫工艺简介 海水烟气脱硫工艺是利用海水的天然碱性吸收烟气中二氧化硫的一种脱硫工艺，主要工艺流程如下：一部分海水被送入吸收塔与进入吸收塔的烟气接触混合，吸收烟气中的二氧化硫生成亚硫酸根离子和氢离子变成酸性海水；酸性海水从吸收塔排入曝气池，与未参与脱硫反应的大量海水混合，并鼓入大量的空气，使不稳定的亚硫酸根离子与空气中的氧气反应生成稳定的硫酸根离子，随海水排入大海，从而达到脱硫的目的；同时，在曝气池中鼓入的大量空气还加速了二氧化碳的生成释出，并使海水的pH值和溶解氧量恢复到允许排放的正常水平，最终把水质合格的海水排回大海。海水脱硫工艺一套完整的系统通常包括：海水供应系统、二氧化硫吸收系统、烟气系统及海水水质恢复系统等。 由于海水脱硫需要大量的海水，为海水脱硫系统单独设置一套海水供排水系统既不经济，也没有必要。因此，电厂海水脱硫往往利用机组冷却水系统的排水。在经过凝汽器之后，机组冷却水排水中一部分被用泵抽至吸收塔与烟气 发生反应，反应后的酸性海水排至曝气池与剩下的未发生反应的冷却水排水混合并曝气，水质恢复后排入大海。典型的采用海水脱硫的直流供水冷却系统流程图如图1所示。 2海水脱硫系统对循环水系统水量的影响分析 常规电厂直流供水系统水量一般是根据机组冷却要求以及环境限制通过冷端优化计算确定。但采用海水脱硫的直流供水冷却系统水量除了需要考虑自身冷却要求外，还需要考虑海水脱硫系统的海水水量需求。 海水脱硫中海水主要用于二氧化硫吸收系统和海水水质恢复系统。二氧化硫吸收系统海水用水量主要与海水碱度、温度、烟气量、烟气含硫量以及脱硫效率有关。海水碱度越高，温度越低，需要的海水量越少；而烟气量、烟气含硫量以及要求的脱硫效率越高，需要的海水量相应越多。而海水水质恢复系统海水用水量主要与海水pH值、曝气池面积、曝气强度、酸性海水量以及pH值有关。海水pH值、曝气池面积越大，曝气强度越高，需要的海水量越少；而酸性海水量越大，pH值越低，需要的海水量越大。 对于福建、广东以及东南亚等热带、亚热带地区，海水温度较高，电厂冷却水系统一般选择较高的冷却倍率，机组冷却水量较大，一般都能够满足海水脱硫用水量需求。但对于北方寒冷地区，海水温度较低，机组冷却水冷却倍率相对较低，机组冷却水量较少，可能满足不了海水脱硫用水量的需求，就需要另外设置海水脱硫取水泵或者增大冷却水取水量。比如山东华能日照电厂，根据机组冷却水取排水方案、电厂取水区域的水温条件、汽轮机参数对汽轮机冷端进行优化，冷端设计优化结果为循环水冷却倍率为55倍，冷却水量为68000m3/h，结合脱硫方案优化，为使海水脱硫后水质恢复，满足排放要求，将冷却水量由68000m3/h调为80000m3/h，造成循环水泵流量和扬程相应加大，对电厂经济性造成了一定影响。但随着海水脱硫技术的不断成熟，可以从加大曝气强度入手，如增加曝气池面积、增加曝气头数量等措施，以减少海水取水量。 3海水脱硫系统对循环水系统水位的影响分析 海水脱硫系统对电厂循环水系统设计最主要的影响就是对循环水设计水位的影响。图2为采用海水脱硫的直流供水冷却系统高程示意图，与常规直流供水系统相比，在循环水系统排水端增加了海水脱硫曝气池以及曝气池排水堰，增 加了循环水排水阻力，从而影响到循环水泵的扬程计算。 从海水脱硫系统设计考虑，曝气风机的出力会随着曝气池水位变动，随着曝气池水位的升高，曝气风机出力也相应提高。因此，为了获得稳定的曝气池水位，避免外海潮位的影响，从海水脱硫系统考虑，曝气池排水堰应该按较高潮位设计，这样可以减少曝气池深度，降低曝气风机出力以及运行能耗。但是从整个循环水系统考虑，提高曝气池堰顶标高的同时，也雍高了虹吸井水位，这样就造成机组虹吸利用高度降低，循环水泵扬程提高，增加了循环水系统的投资和运行费用。 比如某工程，单台机组循环水量Qw=28m3/s，如果曝气池堰顶标高抬高1m，曝气风机功率降低约50kW，但循环水泵功率需要增加大约300kW，可见，虽然对于海水脱硫系统，曝气池堰顶标高抬高降低了曝气风机的能耗，但是同时大大增加了循环水泵的能耗，对电厂整体来说是得不偿失的。 在以往的设计过程中，循环水系统一般根据海水脱硫厂家要求进行高程设计，曝气池堰顶标高一般较高，虽然对脱硫系统有利，但对循环水系统来说不够优化。从电厂整体设计考虑，曝气池堰顶标高建议按循环水系统要求进行设计。如果这样造成曝气池的停留时间不满足要求，建议尽可能扩大曝气池面积，减少曝气池深度。如果曝气池深度增加不可避免，导致水泵扬程增加很多，在曝气池后还可以增加尾水发电措施以回收能量。 同时，由于曝气池出口也设置了排水堰，造成虹吸井中的堰常年处于淹没状态，已经失去了原来的作用。因此，在没有旁路的带海水脱硫的直流供水冷却系统中，合理设计曝气池出口堰标高，可以取消虹吸井堰，同时，可以减小虹吸井面积，按调压井设计虹吸井；当曝气池与机组凝汽器距离很近时，经过瞬态计算保证机组安全稳定运行的情况下，虹吸井可以完全取消，进一步优化循环水系统。 4海水脱硫系统对循环水系统排水水质的影响分析 电厂循环水系统对海水水质的主要影响就是海水水温的升高，因此，常规采用直流供水冷却系统的电厂循环水系统设计在水质方面主要需要考虑的就是排水温度。但采用海水脱硫之后，海水水质会发生比较多的变化。首先，海水在吸收塔与烟气发生反应吸收二氧化硫的同时，也与烟气进行接触换热，使循环水排水温度进一步升高，一般可以使循环水排水温度升高1左右。其次，由于海水吸收了二氧化硫，海水中硫酸根离子含量会升高。第三，烟气中的重金属在经过海水喷淋洗涤后会进入海水。此外，海水的悬浮物、COD、DO以及pH值等都会发生一定的变化。 由于环保法规对电厂循环水排水温度都有比较严格的限制，因此，海水脱硫系统的温升对循环水系统设计有较大影响。比如越南某电厂，当地环保要求排水温度不能超过40，而当地夏季最高水温32.4。因此如果不考虑海水脱硫，循环水温升可以达到7.6；但考虑了海水脱硫温升后，循环水温升必须降低1左右，循环水取水量就需要大大增加，整个循环水系统工程量也都相应增加很多。 另外，随着环保要求的提高，海水脱硫系统对海水水质的影响，尤其是重金属含量的增加，日益受到人们关注，设计过程中必须充分考虑。 5结论 采用海水脱硫的燃煤电厂的直流供水冷却系统与常规直流供水冷却系统有一定差异，海水脱硫系统对电厂直流供水冷却系统从水量、水位到水质各方面都有比较大的影响，在设计中不可忽视。 （1）机组冷却水量在满足冷却要求的同时也需要满足脱硫海水用水量的需求。建议在满足环保要求的前提下，尽量按机组冷却水量进行脱硫系统设计，以降低电厂投资和运行费用。 （2）海水脱硫系统一定会增加循环水排水阻力，曝气池堰顶标高需要通过电厂整体设计优化确定，虹吸井设计可以进一步优化。 （3）海水脱硫会增加循环水排水温升，考虑电厂排水温度的时候必须考虑海水脱硫的影响；同时，海水脱硫对海水水质的其他影响也需要进一步关注。 参考文献 1毛卫兵，杨小华，汤东升，等.海水脱硫直流供水冷却系统应用研究J.给水排水，xx（10）：57-59. 2DL/T5339xx火力发电厂水工设计规范S. 3高坤华.海水脱硫对直流循环冷却水系统的影响J.电力勘测设计，xx（1）：39-41. 4陈进生.烟气海水脱