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燃煤火力发电厂脱硫废水处理技术的研究
 

在燃煤火力发电厂的各种烟气脱硫方法中,石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术因其脱硫效率高、脱硫剂资源丰富且利用率高、对煤种适应性好、工艺成熟、负荷范围广、运行可靠等优点,已成为我国燃煤发电厂应用广泛的脱硫工艺。

石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统在运行过程中,随着吸收浆液的循环使用,浆液中的F-Cl-和悬浮物浓度不断升高。因此,必须定期排出废水并补充新鲜水来控制吸收浆液中F-Cl-的浓度,维持系统的物料平衡,保证脱硫系统的安全稳定运行。由于脱硫系统排放的废水具有悬浮物高、含盐量高、硬度高、容易结垢、重金属富集、化学需氧量(COD)高、腐蚀性强等特点,不能将其直接排入电厂的废水处理系统,必须设置独立的处理系统,以达到环保排放标准甚至实现脱硫废水的零排放。

目前脱硫废水处理技术包括常规处理工艺,以及在此基础上开发的深度处理技术。文章对现有的脱硫废水处理技术进行了分析和比较,为燃煤电厂的脱硫废水处理工艺选型提供参考依据。

1脱硫废水常规处理工艺

国内脱硫废水的常规处理工艺主要采用物化法,以化学、机械方法分离重金属和其它可沉淀的盐类,该方法工艺成熟、流程简单、成本低廉。通常加入石灰乳将废水的pH值调至67,通过生成CaF2沉淀去除F-。然后加入石灰乳、有机硫和絮凝剂等,将pH值升高至89,使剩余重金属离子以氢氧化物和硫化物的形式沉淀。反应过程中同时产生CaF2CaSO3CaSO4沉淀物以分离废水中的**化物、亚硫酸盐、硫酸盐等盐类物质。整个脱硫废水系统包括废水氧化、加药反应、沉淀分离、4个分系统。

1.1废水氧化

脱硫废水通过废水缓冲池,池内通入压缩空气将亚硫酸盐氧化成硫酸盐,降低COD含量。废水缓冲池配置搅拌器加快氧化速度并防止固体沉积。

1.2加药反应

脱硫废水从废水缓冲池用泵送入三联箱。三联箱由中和箱、反应箱和絮凝箱连通构成,分别完成废水的pH调整、沉淀反应和混凝澄清。

1.2.1中和箱

向中和箱中加入石灰乳,将废水的pH值调整为8.59.2,为后续处理工艺环节创造适宜的反应条件。同时,Fe3+Zn2+Cu2+等金属离子形成微溶的氢氧化物得以沉淀去除,并且废水中的部分F-Ca2+反应生成难溶的CaF2

1.2.2反应箱

向反应箱加入有机硫(TMT-15)沉淀Hg2+Pb2+等重金属离子。反应箱设高速搅拌机,快速搅拌使有机硫迅速扩散至整个反应箱与重金属离子反应后析出。

1.2.3絮凝箱

向絮凝箱中加入聚合FeClSO4去除悬浮物和胶体等杂质;同时加入絮凝剂聚丙烯酰**,生成的活性絮体可以吸附水中析出的细小金属氢氧化物,增加金属氢氧化物去除的速率。

1.3沉淀分离

脱硫废水经絮凝箱后进入澄清池。澄清池底部为锥形,采用中间进水、周边出水的形式。在澄清池中,沉淀物与水分离后沉积在锥形底部。上清液溢流至出水箱,由于废水pH9,超过了排放标准,因此在出水箱加入盐酸中和。

1.4污泥处理

澄清池中产生的底部污泥一部分回流至中和箱以增强处理效果和充分地利用投加的化学药剂,另一部分污泥利用高压偏心螺杆给料泵输送至板框压滤机进行脱水处理,泥饼外运,滤液回送至废水缓冲池循环处理。经过常规处理工艺处理的脱硫废水,出水水质可以达到《火电厂石灰石-石膏湿法脱硫废水水质控制指标》(DL/T997-2006)的排放标准,但对排放标准中不做要求的可溶解性盐则无法去除。

2脱硫废水深度处理技术

为了有效回收和利用脱硫废水,在常规处理工艺的基础上,国内外的专家学者开发了脱硫废水深度处理技术。现阶段脱硫废水深度处理技术主要有3种,分别是:多效蒸发结晶工艺,盐浓缩工艺,高温烟道蒸发工艺。

2.1多效蒸发结晶工艺

多效蒸发浓缩结晶系统由串联的5个预热器和4个蒸发器组成。经过常规处理后的脱硫废水依次进入1~5级预热器,然后逐级进入1~4效蒸发器进行蒸发结晶,系统冷凝水收集后作为淡水回用,分离出的盐经振动干燥床干燥,由包装机包装后外运。其中动力蒸汽被引入第一效,各效蒸发器产生的蒸汽依次送入下一效蒸发器和相应的预热器。

该处理工艺要单独建立一套废水蒸干系统,处理过程要耗费一定量的蒸汽和厂用电,由于其属于末端工艺,不会对电厂其它设备和系统造成影响,但建设和运行成本较高。

2.2盐浓缩工艺

盐浓缩工艺是指通过蒸汽压缩式降膜蒸发器,将来自常规处理系统的脱硫废水处理成纯净的蒸馏水。其工艺流程如下:脱硫废水经过常规处理后被加热至接近沸腾用于去除废水中的空气,然后泵送至盐溶液浓缩器并被分配到钛合金管内壁形成液体薄膜,液膜沿着管道向下流动时不断蒸发,产生的蒸汽通过除雾器到达蒸汽压缩机。压缩后的蒸汽被送至浓缩器,在管道外壁凝结并被蒸馏罐收集。未蒸发的液膜返回到盐溶液浓缩池。浓缩池中底流被旋流器处理后返回到浓缩池,溢流转移至成品罐中,冷却后形成浓度为33%的盐溶液产品。

该工艺的废水回收率高,除部分干燥蒸发损失外,废水全部回收利用,无废液排放。蒸发回收水水质较好,回收的水内溶解物浓度约45mg/L;产生的盐溶液可用于高速公路建设相关的领域。系统设备每年仅需化学清洗12次,管理维护费用较低;系统设备采用露天布置。

2.3高温烟道蒸发工艺

该工艺是将脱硫废水经水泵送至电除尘前的烟道,采用雾化喷嘴喷入电除尘前的高温烟道,雾化后的脱硫废水立刻在烟道内蒸发,废水中的杂质以固体物质的形式和飞灰一起随烟气进入除尘设备,经过除尘器,颗粒物被捕捉下来随灰一起外排。

该方法在发达国家已有较多的应用案例,其运行结果表明,脱硫废水喷入烟气后,烟气湿度增加0.5%左右,烟气温度降低5左右,但烟气仍处于不饱和状态,高于酸露点温度,不会对烟道和电除尘器产生腐蚀。因此,不需要对脱硫废水喷入点后烟道及电除尘器进行改造。

该工艺系统仅包含雾化喷嘴、管道及压缩空气系统,因此该系统的初期投入及设备运行费用较低;系统投运后,由于烟气湿度的增加和烟气温度的降低,可有效降低粉尘比电阻,提高除尘效率;还可以减少脱硫系统运行的减温水补水量及运行电耗。

3脱硫废水工艺对比

脱硫废水常规处理工艺是以化学、机械方法分离重金属和其它可沉淀的盐类。常规处理工艺成熟、流程简单、维护方便且成本低廉、投资较低。处理后的废水能达到《火电厂石灰石-石膏湿法脱硫废水水质控制指标》(DL/T997-2006)的排放标准,比较适合目前的燃煤电厂脱硫废水处理。但该工艺得到的处理水含有大量可溶性盐,不能被高效利用。一般情况下,脱硫废水经过常规处理后主要用于煤场喷洒及灰场拌湿等,造成大量的水资源浪费,并加大了环境保护的压力。

多效蒸发结晶工艺是将经过常规处理后的脱硫废水送入预热器加热,送入蒸发器蒸发结晶,然后得到冷凝水和结晶盐。该工艺属于末端工艺,不会对电厂其它设备和系统造成影响。但投资成本较高,且运行过程中要消耗一定的蒸汽和厂用电。

盐浓缩工艺是将经过常规处理后的脱硫废水通过蒸汽压缩式降膜蒸发器处理成蒸馏水,并得到得到蒸馏水和33%盐溶液。系统包括除气罐、降膜蒸发器、蒸汽压缩器以及盐溶液回收系统,投资较高。盐浓缩工艺能够实现真正意义上的脱硫废水零排放,得到的盐溶液可以作为工业盐使用,蒸发回收水水质较好;但其设备复杂,运行设备的管理、维护成本也较高。

高温烟道蒸发工艺直接将脱硫废水经雾化喷嘴送入电除尘前烟道蒸发,可以实现脱硫废水的零排放目标,且有能提高后续电除尘和脱硫系统的效率。系统仅包含雾化喷嘴、管道及压缩空气系统。该工艺系统结构简单,建设和运行维护费用均较低。

4结论

本文对目前的脱硫废水常规处理工艺及深度处理技术进行了分析研究,得出以下结论:

1)脱硫废水的常规处理方法工艺成熟、流程简单、成本低廉,处理后的废水能达到《火电厂石灰石-石膏湿法脱硫废水水质控制指标》(DL/T997-2006)的排放标准,但没有实现废水的零排放,存在环保压力。

2)在脱硫废水常规处理工艺的基础上,多效蒸发结晶工艺和盐浓缩工艺可以得到水质较高的回收水和盐产品,实现了废水高效处理,达到零排放,但建设和运营成本较高。

3)高温烟道蒸发工艺建设和运营成本较低,但是脱硫废水直接进入高温烟道蒸发,没有进行高效回收利用。因此,各电厂可根据实际情况和国家对水污染排放的要求,合理选择适宜的脱硫废水处理工艺。

 
 
 
 
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