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如何选择合适的燃煤电厂脱硫废水零排放技术

更新时间:2020-07-01 14:14 来源:洁净煤技术 作者: 阅读:778 网友评论0

我国燃煤电厂主流的烟气脱硫技术是采用石灰石-石膏法湿法脱硫。为了维持脱硫塔内的氯离子浓度低于20 000 mg/L,需外排脱硫废水。外排的脱硫废水不仅包括脱硫过程产生的废水,还包括锅炉冲洗水、机组冷却水等,导致产生的废水水质最为恶劣。

谷腾环保网 目前由于环保政策的严格要求,尤其是从2015年4月14日发布的《水污染防治行动计划》(即“水十条”),提出禁止燃煤电厂脱硫废水外排;截至2018-06-06,修编的《发电厂废水治理设计规范》规定了电厂废水处理设施的设计规范,新增多条废水的设计要求,逐步推动废水零排放的实现。

针对废水零排放的要求,许多专家学者通过分析国内外研究现状以及实际电厂案例运行结果,提出了几种脱硫废水零排放的技术路线,但技术的优劣仍需实践检验。

为了更科学有效选择脱硫废水处理技术,笔者对目前燃煤电厂脱硫废水处理技术进行汇总分析,根据实际案例详细分析各处理技术的优缺点,为燃煤电厂对脱硫废水零排放技术的选择提供参考。

01 脱硫废水技术路线选择的总原则

可靠和经济性原则;一厂一策原则;协同性原则;无害化原则

02 脱硫废水预处理技术

常见的脱硫废水的预处理技术是化学沉淀法,如电厂普遍采用的三联箱技术、双碱法、石灰-烟道气法等。

三联箱处理技术作为脱硫废水的预处理技术,虽去除了废水中大量的钙镁易结垢离子,但未能去除其中高浓度的Cl-,需与其他处理技术相结合;同时其耗药量较大,三联箱处理技术在电厂不同负荷、脱硫废水水质水量多变的情况下达不到预期的处理效果。

双碱法可利用电厂原有的处理设施,运行灵活性较高,但由于该技术要在较高的pH下运行,因此碱性药剂和纯碱(软化剂)投加量很大,污泥产生量高,系统占地面积较大。

03 浓缩减量技术

目前浓缩减量技术主要分为膜法浓缩和热法浓缩。膜法浓缩包括正渗透(FO)、反渗透(RO)、电渗析(ED)、纳滤(NF)、膜蒸馏(MD)等;热法浓缩主要是依靠蒸汽实现废水的蒸发,包括机械蒸汽再压缩(MVR)、多效蒸发(MED)、蒸汽动力压缩式(TVR)、多级闪蒸、降膜蒸发等,也可依靠电厂烟气余热进行废水的蒸发浓缩减量,该技术无需引入大量蒸汽能源,节约成本,同时又能达到预期目标,实现了电厂的废热再利用。

膜法浓缩中的反渗透(RO)应用范围广,但易发生膜污染与结垢堵塞问题;正渗透(FO)属自发过程,能耗低,无需额外压力,设备简单,其膜表面不易形成滤饼层,膜污染可逆,但需选取合适的汲取液,汲取液的再生需额外能量,同时,正渗透膜存在严重的内部浓差极化现象。电渗析(ED)技术具有优异的处理效果、较低的运行能耗等优点。

综上,膜浓缩主要存在以下4个问题:① 成本。投资成本和运行费用高,包括能耗成本、清洗成本、膜元件更换成本、设备维修、维护成本等。② 易结垢和堵塞。系统可靠性差。③ 前处理要求高。膜组件对进水要求较高,需去除废水中悬浮物等杂质,增加了废水前处理成本。④ 占地面积大。需提供专一的场地以搭建膜组件等设备。

热法浓缩中的蒸汽浓缩是利用蒸汽进行废水蒸发,常见技术包括机械蒸汽再压缩技术(MVR)、多效强制循环蒸发(MED)。MVR系统较成熟,占地面积较小,运行平稳,自动化程度高。但在盐水浓缩过程中,MVR系统运行仍存在盐浆排放过程中堵塞、风机叶轮易损坏等问题。流程上MVR技术比MED技术短,设备少,占地面积小,蒸汽的消耗量较低,但在一次性投资成本上,MVR高于MED。利用蒸汽蒸发浓缩脱硫废水,采用MVR或MED技术,投资成本均偏高。

利用低温烟气余热进行废水的浓缩减量,使电厂的低温烟气余热得到有效利用,无需引入其他蒸汽等能源;可去除预处理单元,电厂也可自行收纳产生的浓盐水;附加处理设施可利用电厂现有的设备进行改造,改造费用不高,大幅减少了投资成本;由于浓缩塔可单独隔离与拆卸,方便运行维护。该技术将成为废水浓缩减量的新趋势。

04 蒸发结晶技术

将浓缩后少量较高浓度的脱硫废水进行蒸发结晶,较为成熟的MVR蒸发结晶技术和多效蒸发结晶技术已得到普遍应用。目前利用电厂烟气余热进行蒸发结晶的技术,如旁路烟道蒸发、烟道喷雾蒸发等日渐成熟。

旁路烟道蒸发技术对电厂原有系统影响较小,河南焦作万方2×350 MW机组引入旁路烟道蒸发结晶器系统,脱硫废水的体积流量减少4.3%,工艺补充水体积流量减少14.6%。国内旁路烟道研究大多以数值模拟为主,缺少与实际拟合度较高的动力学模型;气液两相流雾化喷头孔径小,处理复杂的未经预处理的废水时,易堵塞;同时雾化器密封件材料的耐温性有待提高;酸性脱硫废水在蒸发过程中易腐蚀蒸发器,需选择合理的脱硫废水前处理工艺或对蒸发结晶器内部涂防腐材料。

除了利用旁路蒸发结晶器蒸发,还可采用蒸发塔蒸发。虽然蒸发塔能较好实现废水的蒸发结晶,但应用过程中存在许多技术风险:结垢风险、维护困难、可利用率差、关键设备进口、占地面积大。

烟道喷雾蒸发工艺简单、占地面积小、无需加药,减少了投资运行维护费用,对除尘器无明显影响,不影响粉煤灰品质。但烟道蒸发受负荷的影响较大,处理量不足;喷嘴易堵塞;同时,空预器后烟温偏低。

05 废水零排放产物去向

脱硫废水零排放产物去向是零排放技术选择的关键。目前废水蒸发产生的结晶盐及高浓度含盐水主要有4种处理途径:① 转移入灰渣、液态排渣或粉煤灰中;② 产生的结晶盐可分为杂盐和纯盐,杂盐的利用价值较低,纯盐可被部分行业利用,如在废水除硬过程中产生的Mg(OH)2可回收利用;③ 产生的高盐水可电解制氯,产生的次氯酸盐可用于循环水消毒;④ 高浓度盐水进行水泥固化制备建筑材料(如制砖、低品级建材),或直接抛弃。

06 脱硫废水盐分制备净水剂

脱硫废水盐分制备净水剂解决了脱硫废水高浓度氯离子难处理问题,使得废水能够二次利用,制得的净水剂可进行自用或外销,产生一定的经济效益;该工艺产生的复合型净水剂,结合了聚合硫酸铁、聚合氯化铝、聚合氯化铁等净水剂的优势,能够对废水中的多种污染成分进行有效处理;此工艺不对电厂系统进行改造,对整体电厂系统无影响。

07 结语

谷腾环保网 1)大多数旧电厂的预处理技术仍采用三联箱设备,或对现有设备进行改造;对于新建电厂,针对不同电厂的废水特点,预处理环节有时可省略,减少废水处理的投资及运行成本。

2)对于硬度较低的废水可利用膜法进行浓缩处理,可实现较高的浓缩倍率,但其较高的投资及运行成本有待解决。

3)废水零排放技术路线需结合电厂的生产特点选择。由于电厂废水水质普遍较差,对电厂烟气余热的利用是未来废水处理技术的发展趋势,尤其在低温余热利用,但仍存在诸多问题。

4)脱硫废水的盐分制备净水剂,具有对电厂运行无影响、产生的净水剂能够二次利用等安全性与经济性优势,值得进行深入研究。

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