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中小型電廠脫硫廢水煙道蒸發(fā)零排放處理技術(shù)

分類:行業(yè)熱點(diǎn) > 技術(shù)論壇    發(fā)布時(shí)間:2017年7月26日 13:51    作者:來(lái)源:清潔高效燃煤發(fā)電技術(shù)中心    文章來(lái)源:北極星固廢網(wǎng)

本文分析了石灰石-石膏法脫硫廢水的來(lái)源、成分及其特點(diǎn),論述了脫硫廢水的幾種處理方式。針對(duì)中小型電廠脫硫廢水水量小、含鹽量高的特性,設(shè)計(jì)了一套以煙道蒸發(fā)處理技術(shù)為核心的零排放處理工藝。

脫硫廢水

該工藝首先對(duì)廢水進(jìn)行絮凝沉淀和過(guò)濾,去除重金屬后,采用煙道噴霧蒸發(fā)處理技術(shù)對(duì)其進(jìn)行蒸發(fā)濃縮,濃縮后物質(zhì)經(jīng)過(guò)除塵裝置捕集后進(jìn)入灰?guī)爝M(jìn)而實(shí)現(xiàn)廢水零排放。該工藝不僅不會(huì)對(duì)煙道和除塵器產(chǎn)生腐蝕,同時(shí),可降低煙塵比電阻,對(duì)除塵器效率有一定程度的提高,在節(jié)能和環(huán)保領(lǐng)域具有很高的工程應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞:脫硫廢水;零排放;煙道噴霧蒸發(fā)處理技術(shù)

中國(guó)是以火力發(fā)電為主的國(guó)家,煤炭用于火力發(fā)電行業(yè)的比例在2013年占到53%,預(yù)計(jì)2020年會(huì)達(dá)到60%以上。火力發(fā)電廠燃煤會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化硫,嚴(yán)重危害自然環(huán)境和人類健康[1]。石灰石-石膏法脫硫工藝脫硫效率高、適用煤種范圍廣、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率高、工作穩(wěn)定可靠、脫硫劑來(lái)源豐富且廉價(jià),是目前世界上應(yīng)用最廣泛的一種脫硫技術(shù)[2]。

脫硫系統(tǒng)在運(yùn)行中由于工藝水循環(huán)會(huì)產(chǎn)生一定量的高濃廢水,該廢水水量較小、水量水質(zhì)波動(dòng)大、可溶性離子(Cl-、SO42-)濃度高、重金屬離子種類較多等特點(diǎn),排放前必須進(jìn)行處理[3]。目前,我國(guó)脫硫廢水常用化學(xué)沉淀法、流化床法和微濾膜法進(jìn)行處理[4],使出水水質(zhì)符合GB8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求,上述處理方法雖然能夠去除廢水中COD、SS和重金屬,但對(duì)廢水中的鹽分無(wú)法去除,無(wú)法實(shí)現(xiàn)廢水“零排放”。

目前新型的廢水零排放工藝包括以“預(yù)處理”、“膜系統(tǒng)”濃縮、“反滲透”過(guò)濾、“立式降膜MVR蒸發(fā)器”蒸發(fā)、結(jié)晶等為核心的處理工藝段組合[5],該工藝可以實(shí)現(xiàn)廢水回收再利用,無(wú)任何廢液排出工廠,但廢水處理的單位投資成本為200-350萬(wàn)元/噸水,單位運(yùn)行成本30-120元/噸水[6],上述廢水零排放高額的投資和運(yùn)行成本對(duì)于中小型電廠是難以負(fù)荷的,應(yīng)尋求低成本的廢水零排放解決方案。

而煙道處理技術(shù)[7-8]可采用霧化噴嘴將電廠脫硫廢水進(jìn)行霧化,噴入電廠空預(yù)器與電除塵器之間的煙道內(nèi),利用煙道內(nèi)高溫?zé)煔鈱㈧F化后的廢水液滴蒸干,形成細(xì)小固體顆粒結(jié)晶隨煙氣灰塵進(jìn)入電除塵器被電極捕捉,進(jìn)入除塵器灰斗隨灰外排,達(dá)到脫硫廢水零排放的目的。該工藝投資成本低、運(yùn)行效果好,在節(jié)能和環(huán)保領(lǐng)域具有很高的工程應(yīng)用價(jià)值。

1脫硫廢水水量和水質(zhì)

煤中的多種元素,如F、C1、Cd等,在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生多種化合物,隨煙氣進(jìn)入脫硫裝置吸收塔,溶解于吸收漿液中,在石膏脫水階段產(chǎn)生一定量的脫硫廢水。以齊魯制藥(內(nèi)蒙古)有限公司3×75t/h循環(huán)流化床鍋爐石灰石-石膏法脫硫工程為例,脫硫廢水平均排水量為1.3m3˙h-1,瞬時(shí)最大廢水排放量為4m3˙h-1,水質(zhì)水量波動(dòng)大。該脫硫廢水具有以下特點(diǎn)[4]:

(1)水質(zhì)不穩(wěn)定,負(fù)荷變化大。

(2)懸浮物(SS)含量高,變化大。

(3)化學(xué)需氧量(COD)超標(biāo)。在脫硫廢水中,形成化學(xué)耗氧量的主要因素不是有機(jī)物,而是還原態(tài)的無(wú)機(jī)物連二硫酸鹽[9],可生化性差。

(4)含鹽量和硬度高??扇苄喳}含量在15000~40000mg/L的范圍內(nèi),陽(yáng)離子鈣,鎂等離子含量極高,鐵、鋁含量較高,陰離子主要有C1-、SO42-、SO32-、F-等。

(5)腐蝕性強(qiáng)。pH為4.5~6.5,顯弱酸性,氯離子含量很高,腐蝕性非常強(qiáng)。

(6)含多種重金屬。含汞、鉻、鎘、鉛、砷等重金屬物質(zhì)。

脫硫廢水設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)見(jiàn)表1。

 脫硫廢水

2新興脫硫廢水零排放工藝

針對(duì)脫硫廢水的水質(zhì)特點(diǎn),目前大機(jī)組電廠廢水零排放項(xiàng)目普遍采用以下幾種處理工藝[10]:?預(yù)處理+MVR立式降膜蒸發(fā)器+強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶器;?軟化預(yù)處理+膜減量(反滲透RO)+MVR立式降膜蒸發(fā)器+強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶器;?軟化預(yù)處理+膜減量(反滲透RO)+正滲透(FO)+MVR立式降膜蒸發(fā)器+強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶器;

美國(guó)、歐洲、澳大利亞等發(fā)達(dá)地區(qū)部分火電廠廢水零排放項(xiàng)目,普遍采用工藝?的處理方式,生成的結(jié)晶鹽做填埋處理。華能長(zhǎng)興電廠2×660MW機(jī)22t/h脫硫廢水和反滲透濃水零排放項(xiàng)目采用工藝?的處理方式成功投運(yùn)。廣東河源電廠、三水恒益電廠的脫硫廢水零排放系統(tǒng)也已經(jīng)成功投運(yùn),但系統(tǒng)的投資和運(yùn)行成本過(guò)大,并且結(jié)晶鹽氯化鈉含量低,很難實(shí)現(xiàn)結(jié)晶鹽資源化。

對(duì)中小型電廠來(lái)說(shuō),脫硫廢水的產(chǎn)量相對(duì)較小,利用廢水濃縮方法固然能實(shí)現(xiàn)廢水的回收利用,但其能耗較高,投入高產(chǎn)出小,缺乏實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。而煙道處理工藝不但具有設(shè)備少,占地小,投入小產(chǎn)出高的特點(diǎn),而且廢水中的鹽類通過(guò)煙氣熱量蒸發(fā)成為固體,再由電除塵器收集,對(duì)原有煙道系統(tǒng)影響很小,因此是可以重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)處理方法。

在設(shè)計(jì)廢水煙道噴霧蒸發(fā)處理技術(shù)需要注意幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題:一、進(jìn)行熱量平衡計(jì)算,計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)排放的廢水能否在單位時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)完畢;二、噴槍的選擇和布置,噴嘴霧化粒徑的優(yōu)化,噴嘴霧化效果能否保證液滴的完全蒸發(fā);三、分析噴霧蒸發(fā)處理技術(shù)對(duì)除塵器的影響;四、分析噴霧蒸發(fā)對(duì)煙道和除塵器腐蝕。五、蒸發(fā)器的積灰控制。

3煙道噴霧蒸發(fā)處理零排放技術(shù)

高壓泵和霧化噴嘴是系統(tǒng)中的重要設(shè)備,霧化后對(duì)霧滴粒徑的控制是工藝成敗的關(guān)鍵。為防止噴嘴堵塞和結(jié)垢,煙道噴霧蒸發(fā)前端設(shè)置廢水處理系統(tǒng)。具體工藝流程如圖1所示。

脫硫廢水

3.1預(yù)處理工藝段

脫硫廢水預(yù)處理工藝段包括廢水水質(zhì)水量調(diào)節(jié)、加藥絮凝沉淀、污泥處理3個(gè)分系統(tǒng)[4]。廢水通過(guò)管路流入中和調(diào)節(jié)池,同時(shí)按比例加入制備合格的石灰乳(1m3廢水加入固體粉末3.5g),將pH調(diào)整到9.2±0.3,此pH范圍適合大多數(shù)重金屬離子的沉淀。另外,可按比例加入重金屬沉淀劑有機(jī)硫化物(TMT15),使不能以氫氧化物形式沉淀出來(lái)的重金屬得以沉淀,如Hg2+。加藥量按1m3廢水加入15%的有機(jī)硫溶液20-50mL投加。

脫硫廢水為經(jīng)過(guò)石膏旋流器和真空皮帶機(jī)抽濾后的廢水,進(jìn)入廢水系統(tǒng)的懸浮物都是顆粒比較小,沉降性差的,很難利用自然重力沉降進(jìn)行分離,為了改善固體物的沉降能力,向廢水中加入聚合FeClSO4(1m3廢水加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%聚鐵溶液0.2-0.5kg),同時(shí)向脫硫廢水中加入助凝劑聚丙烯酰胺(1m3廢水加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%聚丙烯酰胺溶液10g)。在去除懸浮物和膠體等雜質(zhì)的同時(shí),混凝生成的活性絮體共同沉淀可以吸附水中析出的細(xì)小金屬氫氧化物,增加金屬氫氧化物除去的速度和效率。

加藥混合反應(yīng)后的廢水在重力作用下流入沉淀池,進(jìn)行固液分離。沉淀池出水進(jìn)入清水箱進(jìn)行后續(xù)濃縮除鹽。為了促進(jìn)反應(yīng)和后續(xù)反應(yīng)箱中絮凝粒子的形成,在中和調(diào)節(jié)池中加入沉淀池中回流的少量恒定量的接觸泥漿。剩余污泥間歇性地利用螺桿泵輸送至板框壓濾機(jī)(或是真空皮帶機(jī))進(jìn)行脫水處理,泥餅外運(yùn)。

所有加藥裝置均包括藥箱和可調(diào)節(jié)計(jì)量泵,可以保證方便準(zhǔn)確地投配所需要的化學(xué)藥劑量。

3.2煙道噴霧蒸發(fā)工藝段

在進(jìn)行此工藝段設(shè)計(jì)時(shí),首先確定以下及幾個(gè)重要參數(shù):

1.煙道內(nèi)噴霧位置的選擇:

噴霧液滴進(jìn)入除塵器能否完全蒸發(fā)受到各種因素影響,有研究表明,煙氣速度和液滴初速度的改變對(duì)液滴蒸發(fā)速度的影響都較小[11-12]。主要受煙道結(jié)構(gòu)、煙氣入口溫度和噴霧粒徑的影響。

在實(shí)際工程中需要對(duì)煙道內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行CFD模擬,模擬實(shí)驗(yàn)和研究表明,在直短煙道內(nèi),流場(chǎng)較平穩(wěn),液滴在進(jìn)入除塵器后仍有大量的廢水液滴未蒸發(fā)完,而彎曲長(zhǎng)煙道由于煙道較長(zhǎng),液滴在煙道中的停留時(shí)間較長(zhǎng),液滴在進(jìn)入除塵器之前已被完全蒸發(fā),因此噴嘴布置位置要選擇在彎曲長(zhǎng)煙道上。

2.霧化顆粒粒徑的影響

噴嘴霧化的顆粒直徑對(duì)液滴的蒸發(fā)有著非常重要的影響。霧化粒徑越大,殘留未完全蒸發(fā)的液滴越多,與煙道壁面碰撞的液滴也越多,這是因?yàn)橐旱沃睆皆叫?,液滴的比表面積越大,蒸發(fā)所用時(shí)間越少,蒸發(fā)的速率也就越快,部分液滴在到達(dá)煙道壁面前已經(jīng)蒸發(fā)。

研究表明,當(dāng)噴霧液滴最大粒徑為105.6um時(shí),除塵器進(jìn)氣煙箱入口未完全蒸發(fā)液滴的質(zhì)量約為0.2%,除塵器進(jìn)氣煙箱出口未完全蒸發(fā)液滴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.01%,因此不會(huì)對(duì)除塵器的運(yùn)行產(chǎn)生負(fù)面影響。但是隨著霧化液滴粒徑越來(lái)越小,霧化廢水液滴所需的能耗越來(lái)越大,霧化成本也將不斷增加。同時(shí),考慮到電廠除塵器的運(yùn)行安全和系統(tǒng)的運(yùn)行成本,液滴最大直徑可定為100um。

3.煙氣蒸發(fā)溫度的選擇

有研究人員發(fā)現(xiàn)對(duì)于廢水蒸發(fā),將煙氣溫度控制在453K時(shí)單位時(shí)間內(nèi)液滴群蒸發(fā)質(zhì)量最大,可供選擇的溫度區(qū)間段413K-473K。

研究人員研究了入口煙氣溫度分別為110、115、120、125、130和135℃時(shí)的煙箱殘留液體量,發(fā)現(xiàn)當(dāng)煙氣入口溫度為127.4℃時(shí),除塵器進(jìn)氣煙箱入口未完全蒸發(fā)液滴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約0.2%,除塵器進(jìn)氣煙箱出口未完全蒸發(fā)液滴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0。

煙氣初始溫度越低,未完全蒸發(fā)液滴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大。該電廠煙氣最低溫度為140℃,可以保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。但考慮到安全性,需要在該系統(tǒng)中設(shè)置低溫保護(hù)措施,確保溫度低于135℃時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)停止運(yùn)行。

綜上所述,工程廢水排放量在1.3m3˙h-1時(shí),每臺(tái)爐除塵器前入口煙道設(shè)置10個(gè)40L/h的雙流體噴嘴,壓縮空氣壓力04-05MPa,通過(guò)調(diào)整壓縮空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)入口閥門(mén)的開(kāi)度調(diào)節(jié)氣體流量,將噴嘴霧化粒徑控制在100um以下(定為小于50um)。

布置時(shí)考慮小于50um液滴蒸發(fā)完全時(shí)液滴縱向最大運(yùn)動(dòng)距離小于0.3m,最大橫向運(yùn)動(dòng)距離小于5m。經(jīng)過(guò)物料衡算,噴霧后煙氣降溫小于5℃,煙氣濕度有一定程度的增加,但煙氣仍處于不飽和狀態(tài),煙氣溫度高于酸露點(diǎn)溫度,不會(huì)對(duì)煙道和電除塵器產(chǎn)生腐蝕。另外,煙氣濕度的增加和煙氣溫度的適當(dāng)降低,降低了除塵器中灰的比電阻,提高了除塵效率。

4煙道噴霧蒸發(fā)處理技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

目前,脫硫廢水煙道處理技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已有成功應(yīng)用的例子。國(guó)內(nèi)焦作萬(wàn)方電廠2×350MW機(jī)20t/h高鹽廢水零排放項(xiàng)目采用“軟化預(yù)處理+電絮凝+雙膜減量(超濾膜+反滲透RO膜)+煙道蒸發(fā)系統(tǒng)”的處理方式,煙道蒸發(fā)器利用高溫余熱將濃水蒸發(fā)為水蒸汽,蒸汽隨除塵后的煙氣進(jìn)入脫硫塔,在噴淋冷卻的作用下凝結(jié)出來(lái);蒸發(fā)結(jié)晶物則隨灰塵一起進(jìn)入電除塵器隨灰外排,節(jié)省了投資和運(yùn)行成本。

根據(jù)PrabhatKS,AlexanderY等人的報(bào)道[13],某國(guó)外項(xiàng)目脫硫廢水煙道處理將霧化噴嘴、管道及一定量的壓縮空氣布置在除塵器前端,處理脫硫廢水量達(dá)2.2t/h,減少了FGD運(yùn)行的水耗及電耗。

隨著國(guó)民對(duì)水資源保護(hù)意識(shí)的逐漸提高和國(guó)家對(duì)污水排放要求的日益嚴(yán)格,相信煙道噴霧蒸發(fā)處理技術(shù)在電廠廢水零排放技術(shù)中具有更加廣闊的應(yīng)用前景。


來(lái)源:清潔高效燃煤發(fā)電技術(shù)中心

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