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燃煤电厂石灰石-石膏湿法:脱硫废水零排放、烟道喷雾工艺

2018-11-09 16:31:10     来源:污染防治技术

燃煤电厂石灰石-石膏湿法脱硫废水经常规中和、沉淀、絮凝、浓缩、澄清处理后,仍具有高含盐量、强腐蚀性,回用途径有限,不能达到脱硫废水“零排放”要求。文中介绍了国内电厂主要使用的脱硫废水零排放技术———烟道喷雾工艺,主要包括预处理及软化、废水浓缩除盐处理(纤维过滤、超滤、二级反渗透处理)以及烟气余热蒸发结晶(烟道喷雾)工艺,并提出了烟道喷雾工艺对脱硫装置的影响。该工艺是一种火电厂脱硫废水处理低成本零排放技术。


在全国已投运的烟气脱硫机组中,石灰石-石膏湿法脱硫是主要的脱硫方法,占 92%,而脱硫废水处理是石灰石-石膏湿法脱硫处理的重点之一。


“十二五”期间,电力行业加大了燃煤电厂脱硫废水治理和节能减排管理力度,国务院印发《水污染防治行动计划》、国家三部委出台《煤电节能减排与升级改造行动计划(2014—2020)年》,充分彰显了国家全面实施废水治理的决心和信心。如今水资源短缺日益突出,水资源已成为中国电力工业发展的重要问题,因此积极推进火电厂脱硫废水“零排放”工作刻不容缓。


1 现有常规石灰石-石膏脱硫废水处理工艺


脱硫装置浆液内的水在不断循环的过程中,会富集重金属元素和Cl-等,一方面加速脱硫设备的腐蚀,另一方面影响石膏的品质,因此,现有脱硫装置排放的废水,进入 FGD 废水处理系统,经中和、反应、絮凝、沉淀等处理过程,上层清水达标后回用或送至指定排放口排放,浓缩池底部污泥经过板框压滤机脱水,形成泥饼外运。现有常规石灰石-石膏脱硫废水处理流程见图 1。


燃煤电厂石灰石-石膏湿法:脱硫废水零排放、烟道喷雾工艺

图 1 现有常规石灰石 - 石膏脱硫废水处理流程


(1) 废水中和


三联箱由 3 个隔槽组成,每个隔槽充满后自流进入下个隔槽。在脱硫废水进入第 1 隔槽(中和箱)的同时加入一定量 5% 左右的石灰乳浆液,通过不断搅拌,其 pH 值可从 5. 5 左右升至 9. 0以上。


(2) 重金属沉淀


Ca(OH) 2 的加入不但升高了废水的 pH 值,而且使 Fe3+ 、Zn2+ 、Cu2+ 、Ni2+ 、Cr3+ 等重金属离子生成氢氧化物沉淀。当 pH 值达到 9. 0 ~ 9. 5 时,大多数重金属离子均形成了难溶氢氧化物。同时,石灰浆液中的 Ca2+ 还能与废水中的部分 F-反应,生成难溶的 CaF2 ;与 As3+ 络合生成 Ca3(AsO3 )2 等难溶物质。此时 Pb2+ 、Hg2+ 仍以离子形态留在废水中,所以在第 2 隔槽(沉降箱)中加入有机硫化物(TMT -15),使其与 Pb 2 + 、Hg 2 + 反应形成难溶的硫化物沉积下来。


(3) 絮凝


经前 2 步化学沉淀反应后,废水中还含有许多细小而分散的颗粒和胶体物质,所以在第 3 隔槽(絮凝箱)中加入一定比例的絮凝剂 FeClSO 4 ,使它们凝聚成大颗粒而沉积下来。在废水反应池的出口加入助凝剂(PAM),来降低颗粒的表面张力,强化颗粒的长大过程,进一步促进氢氧化物和硫化物的沉淀,使细小的絮凝物慢慢变成更大、更易沉积的絮状物,同时脱硫废水中的悬浮物也沉降下来。


(4) 浓缩/澄清


絮凝后的废水从反应池溢流进入装有搅拌器的澄清/浓缩池中,絮凝物沉积在底部并通过重力浓缩成污泥,上部则为净水。大部分污泥经污泥泵进入板框压滤机进行污泥脱水,小部分污泥作为接


触污泥返回中和箱中,提供沉淀所需的晶核。上部净水通过澄清/浓缩池周边的溢流口自流到出水箱,出水箱设置了监测净水 pH 值和悬浮物的在线监测仪表,如果 pH 和悬浮物达到排水设计标准则通过净水泵外排,否则将其送回三联箱继续处理,直到合格为止。


2 现有脱硫废水处理特点


现在大部分燃煤电厂都采用常规脱硫废水处理工艺,该技术可去除悬浮物和大部分重金属、氟化物。出水水质可达到《火电厂石灰石-石膏湿法脱硫废水水质控制指标》(DL/T997 - 2006)标


准。但系统出水仍具有含盐量高、氯离子及氟离子含量高,以及含有痕量的重金属的特点。但是常规的处理工艺不能脱盐,废水中还可能含有硒、硝酸盐及有机物等成分不能通过常规处理工艺去除,高含盐的废水排到自然水体也会对水体造成一定污染,废水处理后回用途径有限,用于水力除灰渣系统、灰场喷淋等,并不能达到脱硫废水“零排放”要求。


3 脱硫废水零排放技术


废水“零排放”是指脱硫废水经过重复使用后,将这部分含盐量和污染物高浓缩成废水全部回收再利用,无任何废液排出工厂。国内真正实现“零排放”的电厂较少,主要原因是国内起步晚,技术难度大、投资费用较高。废水“零排放”技术是在脱硫废水进行常规处理工艺的基础上提出改进策略,其中烟道喷雾法是目前国内主要使用的脱硫废水零排放技术之一。


烟道喷雾法是利用泵送至除尘器前烟道,经压缩空气将脱硫废水在除尘器前烟道内雾化,废水中不溶物与盐类与飞灰一起被除尘器捕集而达到不排废水的目的,该方法投资较少,运行成本较低,但是需要对锅炉、汽机、脱硫设备、除尘设备、煤质等进行系统性的研究及核算,根据运行参数、烟气量、烟气温度等进行详尽的系统设计,否则可能会对相关设备造成不利影响。


烟道喷雾技术主要包括预处理及软化、废水浓缩除盐处理(纤维过滤、超滤、二级反渗透处理)以及烟气余热蒸发结晶(烟道喷雾)工艺。


3. 1 脱硫废水预处理及软化


经过常规废水处理系统出水仍具有含盐量高、氯离子及氟离子含量高,以及含有少量重金属的特点。由于除盐处理超滤系统以及反渗透系统对硬度要求较高,防止膜结垢,因此需要进一步对废水进行软化处理。


软化处理主要去除废水中钙镁硬度,解决后续设备的结垢问题,同时使大部分重金属和 F 沉淀。石灰(或烧碱)-碳酸钠软化工艺在废水软化处理中较多用到,熟石灰提高了絮状氢氧化镁的沉降性能,带入了更多 Ca 2 + 可形成硫酸钙沉淀,大大降低出水硫酸根离子含量,部分脱硫废水经石灰碳酸钠工艺软化后含盐量大大降低了。脱硫废水预处理及软化流程见图 2。


燃煤电厂石灰石-石膏湿法:脱硫废水零排放、烟道喷雾工艺


图 2 脱硫废水预处理及软化流程


预处理系统在原有常规废水处理系统上进行改造,首先在三联箱前增加氧化箱,加入 NaCLO 去除废水中的 COD、BOD。另外在中和箱和沉降箱中分别加入石灰(或烧碱)和碳酸钠进行软化。


3. 2 脱硫废水浓缩除盐处理


预处理系统的出水在出水箱收集,用盐酸调整pH 至中性,输送至一级纤维过滤系统。纤维过滤系统可有效去除水体中的悬浮颗粒,使出水浊度降低到 5 度,之后出水进入超滤系统,进一步除去水中的悬浮微粒、胶体和微生物,使出水浊度降低到1 度,降低了除盐模块负荷、延长了反渗透膜的使用寿命。超滤出水进入二级反渗透系统,系统产水淡水 70% ~ 80% 以上回收利用至工艺水箱,20%~30%的浓水进入烟道蒸发结晶系统。脱硫废水除盐浓缩流程见图 3。

燃煤电厂石灰石-石膏湿法:脱硫废水零排放、烟道喷雾工艺

图 3 脱硫废水浓缩除盐流程


反渗透单元组,运行良好,回收率高达 60%;淡水作为工艺水回用,浓水随烟气回用于脱硫系统,可以做到脱硫废水完全回收利用,减少了电厂水耗量,节能减排,实现电厂脱硫废水“零排放”。


3. 3 烟气喷雾蒸发结晶零排放单元


反渗透浓水进入烟道蒸发器系统,采用雾化喷嘴将其雾化,喷入电除尘器和空预器之间的烟道蒸发器,利用烟道内的高温余热烟气将雾化后的浓水蒸发为水蒸汽,蒸气随除尘后的烟气进入脱硫塔,在脱硫塔的喷淋冷却作用下,水分凝结进入脱硫塔的浆液循环系统;蒸发结晶物随灰尘一起进入电除尘器随灰外排。


4 烟道喷雾工艺对脱硫装置的影响


(1) 烟道喷雾对烟气温度的影响:烟道温度一般在 120℃到 160℃左右,酸露点温度一般在 90℃到 100℃左右。经过烟道喷雾后,温度降低严格控制在 5℃安全范围内(2. 2℃),大大高于酸露点,而干燥的结晶物则随粉煤灰一起在电除尘排出,不会对烟道及电除尘器造成腐蚀 。


(2) 烟道喷雾对除尘器的影响:反渗透产生的浓水,经过烟道蒸发结晶后,烟道温度降低,烟气湿度增加,降低粉煤灰的比电阻,提高除尘器的除尘效率 。


(3) 烟道喷雾对烟道的影响:反渗透产生的20% ~30%的浓水,经过烟道蒸发结晶后,不会接触烟道壁,在一定距离内可以完成蒸发,在烟道内部不发生结垢现象,同时也不会发生烟道积灰现象。


5 结论


脱硫废水的常规处理方法虽然比较成熟,工艺流程、建设成本以及运行费用都比较低,但无法做到废水零排放。烟气喷雾蒸发结晶工艺采用锅炉烟气余热对废水进行蒸发,处理系统极大简化,废水处理流程短,设备投资少,占地面积少,操作检修简单;利用锅炉烟气余热对废水进行蒸发结晶,无需电厂其它热源,属余热利用,整体运行费用低,不会产生新的固体废物;该工艺除盐处理结合锅炉烟气余热蒸发技术用于脱硫废水零排放系统是以最简洁的工艺,真正实现了电厂脱硫废水的“零排放”,为火电厂脱硫废水处理提供了一种低成本零排放技术,可在适用条件的电厂加快推广。

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