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燃煤電廠廢水零排放系統開發與工程應用

隨著社會經濟的快速發展,人們生活質量提高,工業也得到了迅猛進步,因而在日常生活生產中對水資源的需求也在逐漸加大。作為水資源緊張的國家,水資源供需矛盾和水資源污染問題一直是國家重點關注的問題。

為了提高水資源的利用率,加快對水資源的保護,在工廠生產中應該采取廢水循環利用策略,加快對工業廢水的優化處理?,F階段,電廠作為水資源需求量大且廢水生產量大的主要場所,加快電廠廢水零排放處理,不但可以解決廢水排放的問題,而且可以使水資源得到循環利用,減少水源的浪費。

不過廢水零排放處理會增加處理成本,且關于廢渣處理和落實的有效性也有待進一步探索研究,所以如何優化廢水處理工藝是當下火電廠生產運營中需要重點考慮的問題之一。

1傳統處理技術

早期國家對燃煤電廠脫硫廢水處理的限制較少,傳統的處理工藝較為粗放,主要有煤場噴灑、灰場噴灑與水力沖灰等。煤場噴灑和灰場噴灑是出于安全和抑塵等目的將脫硫廢水噴灑入煤場和灰場,在實際應用中存在廢水用量小的問題,其次由于工藝未對污染物本身進行任何處理,在其轉移過程中容易對周邊環境造成一定的污染。

水力沖灰是將脫硫廢水混入水力除灰系統,能同時對灰分起到輸送和中和作用,但該工藝不能用于氣力清灰等類型機組,對廢水的用量較少,難以消納每小時數噸甚至十余噸的新生廢水,而且由于氯離子含量高,會對相關的金屬管道造成一定的腐蝕。

2脫硫廢水處理技術

為了保證石膏品質和脫硫系統穩定運行,需要排放一定量的脫硫廢水以嚴格控制氯離子濃度<2×104mg/L。以尚未投入生產的工程進行參考,比較常用的處理技術,即混凝沉淀法、廢水回用法、預處理+濃縮結晶+固體廢物處理法、煙道處理法、微濾/超濾+反滲透法用于實際工程的優缺點,選出最經濟高效的廢水處理技術。

2.1混凝沉淀法

混凝沉淀法(俗稱三聯箱工藝)是傳統的物理化學法,主要由中和、沉淀、絮凝、澄清4部分構成。

具體工藝過程:(1)中和。通過在中和箱中加入石灰乳或其他堿性化學試劑,使pH值升高到9.0~9.5之間,鋅、鎳、鉻等重金屬離子可以生成難溶氫氧化物。同時,石灰乳漿液中的鈣離子與廢水中的氟離子生成難溶的氟化鈣。

(2)沉淀。通過在沉淀箱中加入有機硫化物,可以使鉛離子、汞離子反應生成難溶硫化物沉淀。

(3)絮凝。通過在絮凝箱中加入絮凝劑,可以使膠體顆粒與懸浮物顆粒凝聚成較大顆粒,助凝劑的加入可以強化絮凝,促進氫氧化物和硫化物的沉淀過程。

(4)澄清。絮凝后的廢水進入澄清池中澄清。澄清池上部分是凈水,通過pH調節達標后可直接外排;沉積在澄清池底部的是污泥,大部分污泥經過壓濾后形成泥餅,被外運集中處理,小部分污泥作為接觸污泥繼續返回中和箱。

采用混凝沉淀法可對脫硫廢水中的重金屬、懸浮物以及氟離子等污染物進行有效去除,但對于鈣離子、氯離子、硫酸根離子等溶解性物質去除效果不佳。此外,該技術藥物消耗大,運行成本高,若火電廠的燃煤來源發生變化,則該技術會表現出較差的適應性。

2.2廢水回用法

廢水回用法可用于煤場噴灑或水力沖灰及除渣系統

2.2.1用于煤場噴灑或水力沖灰

將脫硫廢水噴灑進煤堆,煤含水率增量小,不影響煤的燃燒性能,但所含鹽分因水分蒸發而結晶,會導致鍋爐設備的腐蝕。此外,水力除灰系統也可摻和少量廢水。由于脫硫廢水的含量<灰水量,其對灰水的成分影響小,故該法不適于采用氣力除灰的電廠。

為了減少揚塵,濕化飛灰是一種將脫硫廢水噴灑到飛灰中的節水做法。隨著飛灰逐漸采用干態運輸,該法也逐漸被淘汰。

2.2.2用于除渣系統

將脫硫廢水作為補給水引入除渣系統,高溫爐渣含有大量堿性氧化物,能夠與呈酸性的脫硫廢水進行中和反應,沉淀廢水中的重金屬離子。爐渣可吸附廢水中的懸浮物及金屬氫氧化物沉淀,脫硫廢水蒸發結晶過程所需的熱量也可以直接從爐渣廢熱中獲取一部分。但此法會引起系統堵塞,設備及管道腐蝕問題。

2.2.3廢水回用法的特點

以上2種廢物回收利用方式均高效節能,但目前絕大多數電廠干灰利用良好,缺乏煤場噴灑、水力沖灰的實施條件?;谏鲜鲈?,脫硫廢水的回用處理法只能消耗少量的脫硫廢水。

2.3預處理+蒸發結晶+固體廢物處理法

蒸發結晶法是利用蒸發器對脫硫廢水進行濃縮,得到的濃縮水在結晶干燥后形成固體鹽,得到的產品水可直接進行回用。蒸發結晶法對廢水水質和燃煤品種的適應性較廣,目前應用也較多。

國內的河源電廠和恒益電廠均采用蒸發結晶工藝處理脫硫廢水,不同的是河源電廠在蒸發器前設置了預處理系統,通過投加石灰、碳酸鈉2級軟化,再加上沉淀和澄清處理,使得最終得到的結晶鹽成分較純,可作為商品鹽出售。此外,增加預處理系統可顯著降低設備結垢的可能性,從而減少設備維護費用。

預處理系統的設置為后續處理工藝正常進行打下了良好的基礎,常用的預處理方法包括石灰軟化法、碳酸鈉軟化法和離子交換法。西安熱工院采用石灰-蘇打2級化學沉淀預處理工藝,使得鈣、鎂離子的含量滿足蒸發結晶進水水質要求。華能長興電廠采用軟化預處理+反滲透+正滲透+MVR立式降膜蒸發器+強制循環結晶的組合工藝,脫硫系統穩定運行數年,可實現零排放。

2.4煙道處理法

煙道處理法的原理是將脫硫廢水送至空氣預熱器與電除塵器之間的煙道內,使用霧化噴嘴將脫硫廢水霧化,高溫煙氣產生的熱量能夠蒸發廢水液滴,蒸發后殘留的固體物質隨飛灰一起被電除塵器收集。

該法工藝簡單、投資與占地較少,具有極高的節能和環保價值。但需要嚴格控制廢水在煙道內的蒸發過程,確保其在進入除塵器電極前完全蒸發,否則會腐蝕除塵器電極板,減少除塵器的使用壽命。實際運行中,煙氣濕度增大可能會導致除塵器板結、煙氣排放溫度過低等問題。

按照蒸發位置的不同,煙道蒸發技術可分為低溫煙道蒸發技術和高溫煙道旁路蒸發技術。低溫煙道蒸發技術采用空氣預熱器后的低溫煙氣為廢水蒸發熱源,不會影響到機組煤耗。但其運行風險大,容易引起煙道結垢、腐蝕等問題。

高溫煙道旁路蒸發技術利用高溫煙氣余熱將水分蒸發,產生的結晶鹽和固體雜質能夠返回至主煙道,最終被電除塵器捕捉。脫硫廢水高溫旁路煙氣蒸發系統結構簡單,可以實現液滴的完全高效蒸發,對主煙道的影響較小。

2.5超濾/微濾+反滲透法

由于反滲透工藝對入口水的SDI指數要求<4~5,選擇超濾/微濾作為反滲透的預處理工藝,可提高進水水質,為后續處理提供保障。經三聯箱處理后的脫硫廢水,由澄清池進入超濾/微濾膜,可以截留剩余的懸浮物和金屬化合物。

與傳統的蒸發結晶技術相比,反滲透膜脫鹽率達到90%以上,有的甚至高達98%。反滲透設備工藝簡單且自動化監測程度高,當超濾膜、微濾膜、反滲透膜出現問題時,也可單獨進行更換,操作較為方便。當膜的產水能力降低時,說明此時出現了膜污染及膜堵塞,需要定期進行清洗或采取離線清洗。

3結語

處理燃煤電廠脫硫廢水的主要難點包括廢水污染組分差別大、水量波動大、硬度高易結垢及氯離子濃度高易腐蝕等。近年來,許多學者在零排放處理技術方面進行了大量的研究,隨著組合工藝的開發與新技術路線的提出,脫硫廢水的近零排放或零排放可基本實現。隨著燃煤電廠脫硫廢水處理工藝的愈加完善,在未來,這些技術不僅可以用來處理脫硫廢水,還能對其他電廠廢水(如含油廢水、循環水排污水、水處理車間廢水、鍋爐排污水等)進行深度處理。
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