余熱閃蒸自結晶技術在脫硫廢水零排放處理中的應用

來源:智匯工業

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關鍵詞:脫硫廢水零排放 脫硫廢水處理 廢水零排放技術

    近年來,我國廢水排放標準的要求日益嚴格,尤其是2015年國務院頒布的《水污染防治行動計劃》“水十條”,更是將水環境保護上升到了國家戰略層面。火電作為用水、排水大戶,用水占工業總量的20%,從經濟運行和保護環境出發,節約發電用水,提高循環水的重復利用率,實現火電廠廢水“零排放”意義重大。


    脫硫廢水主要是火電廠鍋爐煙氣濕法脫硫(石灰石/石膏法)過程中吸收塔的排放水,它與電廠其它系統所產生的廢水差異較大,是火電廠水系統內水質最復雜、污染最嚴重的水體。脫硫廢水含有高濃度的懸浮物、高氯根、高含鹽量、高濃度重金屬,對環境污染性極強,因此脫硫廢水零排放勢在必行。


    1.脫硫廢水水質特點


    脫硫廢水中的污染物成分及含量與煤種、脫硫工藝與運行方式、進入煙塵量、石灰石品質、石膏脫水效果、氨逃逸率等多種因素有關,它的主要特征是:


    (1)呈現弱酸性,PH值為4-6.5;


    (2)懸浮物高,一般在6000-15000mg/L之間,但顆粒細小,主要成分為粉塵和脫硫產物(硫酸鈣和亞硫酸鈣);


    (3)含有可溶性的氯化物和氟化物、硝酸鹽等,溶解性固體總量(TDS)在25000-60000mg/L之間,其中Cl-含量一般在5000-20000mg/L之間;


    (4)含有Hg、Pb、Ni、As、Cd、Cr等重金屬離子,是電廠的一種處理難度較大的廢水。


    2.脫硫廢水處理現狀


    目前電廠脫硫廢水處理一般采用酸堿中和三聯箱處理法,利用氫氧化鈉調節pH到中性,絮凝去除懸浮物。此工藝主要處理了脫硫廢水中的固體顆粒物,但對于水中的溶解性離子沒有處理,排水中仍然含有大量的Cl-、SO42-、Ca2+、Mg2+,需要進行二次處理才能實現零排放及回收利用。


    市場通用零排放技術多采用“預處理單元+減量濃縮單元+固化單元”工藝,各單元設計彼此相輔相成,其目的在于滿足各自系統的工藝邊界條件要求,同時實現整套零排放系統的穩定可靠運行。


    預處理單元主要去除水體中的硬度離子和重金屬,以符合后續減量濃縮單元設計要求,目前主要采用二級軟化沉淀法,同時根據水質等不同,輔以重金屬去除劑和過濾等裝置。減量濃縮單元設計則根據后續固化單元水量,確定減量濃縮單元出力要求,主要包括膜濃縮和熱蒸發兩種處理工藝。從整體經濟性和成熟度考慮,目前市場上多采用膜法對廢水進行濃縮減量,經膜濃縮后廢水含鹽量可達8-12%。


    “固化單元”是脫硫廢水“零排放”系統中的關鍵,根據處理程度的不同,主要分為結晶鹽資源化利用、非資源化利用兩種。結晶鹽資源化利用處理方法,大多是針對2016年后批準的新建項目提出更高的環保要求,該處理方法需要將廢水軟化到一定程度甚至全軟化,才能進行后續的膜法或熱法分鹽及濃縮干化處理工藝,軟化藥劑費用高,老舊電廠難以承受這種經濟負擔。


    非資源化利用處理方法,則適合大多數老舊電廠的環保改造。結晶鹽非資源化利用處理方法,目前常用的主要有兩種:主煙道霧化噴灑干燥法和高溫煙氣旁路加熱蒸發干燥法。


    這兩種方法雖都能達到廢水零排放要求,但采用主煙道霧化噴灑干燥法,水蒸氣最終隨著煙氣進入煙道外排,無法對冷凝液進行回收利用,且該工藝需要在除塵器前布置噴槍或者抽取除塵器前的煙氣進行加熱,這會使得噴嘴處的濕度增大,煙氣中的灰分容易在噴槍處、旋轉噴霧處粘結,導致噴嘴堵塞、煙氣沖刷磨損、霧化效率下降,致使廢水難以干燥。


    而采用高溫煙氣旁路加熱蒸發干燥法抽取熱煙氣直接對廢水進行加熱干燥,則需要抽取300℃以上溫度的煙氣,這會影響空氣預熱器對進入鍋爐的空氣的預熱效果,導致入爐膛空氣溫度降低,從而影響鍋爐熱效率。


    3.余熱閃蒸自結晶技術


    鑒于目前脫硫廢水零排放處理工藝中存在的問題,針對脫硫廢水的水質特點,有學者提出了“余熱利用閃蒸自結晶脫硫廢水零排放技術”。該技術采用負壓多效閃蒸工藝,以廢水中石膏固體顆粒作為晶種進行廢水中污染物的自結晶,利用脫硫入口煙氣余熱為多效蒸發提供熱源,降低系統能耗。無預處理,不需加藥,排出固體物為石膏和結晶鹽混合物,無其他雜物,能達到90%的水回收利用率。


    廢水箱中的脫硫廢水經廢水給料泵直接送至三效閃蒸系統,無需經過預處理。該工藝在每臺機組脫硫吸收塔入口煙道位置安裝一臺煙道換熱器,其工作介質為工藝水,在煙道換熱器中利用煙氣余熱加熱,在一效真空泵產生的負壓工況下,生成負壓蒸汽,給脫硫廢水處理裝置提供熱源,蒸汽冷凝成水進入循環冷凝水罐,再通過加濕水泵送到煙道換熱器,蒸發冷凝進入循環冷凝水罐,換熱器內的水介質循環使用,通過工藝水定期對循環冷凝水罐進行少量補充。


    三效閃蒸系統在真空泵作用下保持負壓工況,廢水給料泵來廢水進入一效分離器,一效分離廢水通過循環管用一效強制循環泵送到一效加熱器管程,來自煙道換熱器蒸汽進入一效加熱器殼程,廢水被加熱后再回到一效分離器,在一效分離器中產生蒸汽進入二效加熱器殼程,一效分離器中的廢水繼續循環進入一效加熱器與蒸汽換熱,由于一效分離器廢水中水分蒸發,漿液濃度增加。


    廢水在一效分離器中經一效蒸發器均勻地在加熱管內壁從下向上流動,并利用一效強制循泵進行強制循環蒸發濃縮。在蒸發器上端設有專門的汽液兩相共存的沸騰區,物料在沸騰區內汽液混合物的靜壓使下層液體的沸點升高,并使溶液在加熱管中螺旋流動時只受熱而不產生汽化,沸騰物料進入一效分離室完成汽、液分離,物料在一效系統內經多次自然式循環后,完成初步濃縮的料液在壓差的作用下進入二效分離器。


    進入二效的物料運用與一效內相同的原理,利用一效分離器產生的二次蒸汽作為后部的蒸發器的熱源,并利用循泵進行強制循環蒸發濃縮。完成濃縮的料液在壓差的作用下進入三效分離器,進入三效的物料運用與一、二效內相同的原理,利用二效分離器產生的三次蒸汽作為后部的蒸發器的熱源,并利用循泵進行強制循環蒸發濃縮。當三效內濃縮物料達到設計濃度時,料液被送至增稠器進行結晶。第三效蒸發器產生的蒸汽經冷凝收集后可送至脫硫系統作為工藝水使用或其他用水。


    與其他工藝相比,余熱閃蒸自結晶技術具有無需進行預處理,利用鍋爐尾部余熱煙氣加熱脫硫廢水,不需要消耗其他熱源,系統的水回收率高(可達到90%以上),以脫硫廢水中的石膏固體顆粒作為結晶晶種,不需要對脫硫廢水進行預處理,無二次廢棄固體物產生等特點,目前已在靈州電廠、大南湖電廠和大港電廠得到了成功應用。


    余熱閃蒸自結晶技術為近年新提出的脫硫廢水零排放處理技術,雖已實現工業化應用,但因應用時間較短,尚未實現規模化應用。然而隨著脫硫廢水零排放處理的呼聲越來越高,余熱閃蒸自結晶技術的應用研究也將更為普遍和深入。


    (審核編輯: 智匯婷婷)

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