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廢水 “ 零排放 ” 下燃煤電廠脫硫廢水水量的確定
時間:2019-05-08 09:33:19

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摘要:脫硫廢水水量的確定不僅關系到煙氣超低排放處理系統的運行,而且直接影響到脫硫廢水處理工藝的選擇以及投資、運行成本。脫硫廢水水量的確定需要考慮脫硫漿液氯離子含量、石膏品質控制、脫硫工藝水水質、機組運行的煤質及煙氣溫度等多個因素。對影響脫硫廢水水量的因素進行了深入分析,提出了減少脫硫廢水水量的措施。

關鍵詞:脫硫廢水;水量確定;氯離子;漿液品質;超低排放

0 引言

隨著燃煤電廠煙氣處理超低排放改造工程的推進,對煙氣中SO2排放濃度的要求日益嚴格,對石灰石-石膏濕法脫硫系統的運行產生了重要影響。為保證濕法脫硫系統的穩定達標運行,須更為嚴格地控制脫硫漿液的品質,由此造成部分電廠濕法脫硫系統的脫硫廢水排放量有所增加。與此同時,國務院于2015年4月正式發布的《水污染防治行動計劃》,對各類污廢水的處理和排放提出了更高的要求,部分地方政府也相繼出臺地方標準對外排廢水的含鹽量做出嚴格要求:河北省發布的DB13/831—2006《氯化物排放標準》增加了對廢水排放中氯離子的限值(350mg/L);在DB37/599—2006《山東省南水北調沿線水污染物綜合排放標準》與DB37/676—2007《山東省半島流域水污染綜合排放標準》等標準中規定,2016年1月1日起,外排水全鹽量指標限值為1600mg/L,以城市中水或循環水為主要水源的企業,全鹽量指標限值為2000mg/L;2013年,北京市出臺的DB11/307—2013《水污染物綜合排放標準》規定,排入地表水體的水污染物中可溶性固體總量小于1600mg/L。

根據近年來國內外燃煤電廠廢水“零排放”改造工程的實施情況來看,脫硫廢水的“零排放”處理在整個工程投資中占比較大,直接關系到整個工程的投資和運行成本。脫硫廢水的水量既要保證脫硫系統穩定達標運行,又要盡可能減少廢水排放量,降低廢水處理系統的投資和運行成本。合理降低脫硫廢水排放量對于降低廢水“零排放”改造系統投資和運行成本具有重要意義。

1 脫硫廢水水量的確定

脫硫廢水由于具有含固量高、重金屬離子超標、含鹽量高、水質復雜等特點,成為廢水處理中的重點和難點。常規的“中和—絮凝—沉淀”等工藝能夠處理以脫硫廢水、酸堿再生廢水為代表的高含鹽廢水(含鹽量>2000mg/L)中的固體懸浮物、重金屬離子等,但是對降低其含鹽量沒有明顯的作用,常規工藝處理后仍然難以達到新的排放標準;而含鹽量<2000mg/L的廢水可以用作脫硫工藝水、循環水補水、灰渣系統補水等,不需要外排,即部分地區對燃煤電廠外排水含鹽量的要求間接達到了廢水“零排放”。

1.1 氯離子含量控制

總體來講,脫硫廢水的水量可以根據脫硫漿液中氯離子的質量濃度來確定。根據DL/T5196—2016《火力發電廠石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統設計規程》,脫硫吸收塔漿池運行氯離子質量濃度按不超過20000mg/L設計,接觸吸收塔漿液的部件材料防腐能力應按氯離子質量濃度不超過40000mg/L設計。不過在實際運行中,脫硫漿液氯離子質量濃度的控制還需要考慮漿燃煤煤質、液品質、石膏品質等因素。脫硫漿液中的氯離子主要來自燃煤煙氣氯元素的溶解以及脫硫工藝水的攜帶。

1.1.1 燃煤煤質

燃煤煙氣中氯元素主要來自煤中攜帶的氯元素在燃燒過程中形成的HCl以及以灰分中攜帶的NaCl,KCl,CaCl2,化學反應方程式為

我國煤中氯的質量分數一般較低,通常在0.01%~0.20%之間,平均為0.02%,絕大部分在0.05%以下,少部分在0.05%~0.15%之間?;曳衷礁?,煤中氯的質量分數越高。以1臺300MW機組為例,機組每小時燃煤120t,假定燃煤的氯元素質量分數為我國煤中氯元素質量分數的平均值(即0.02%)、煤完全燃燒且燃燒后所含的氯元素全部進入漿液并通過排出脫硫廢水的形式排出,那么隨脫硫廢水排放的氯元素應為24kg/h。在脫硫廢水水量控制在5t/h的情況下(300MW機組正常脫硫廢水排放量),由燃煤攜帶的氯離子的貢獻約為4800mg/L。在實際應用中,需要根據煤質情況(氯元素質量分數、灰分)、機組運行情況等多個因素進行調整。

1.1.2 工藝水

石灰石-石膏濕法脫硫工藝需要消耗大量的工藝水,工藝水在脫硫系統內與煙氣進行換熱而不斷蒸發,工藝水中溶解態的氯化物也被不斷濃縮。因此,工藝水的攜帶也是脫硫漿液氯元素的一個重要來源。調研結果顯示,1臺600MW機組的脫硫系統蒸發水與石膏結晶水總計約為100t/h,這部分水可以看作純凈水(不含氯元素)。在脫硫廢水量控制在10t/h時,脫硫漿液中的氯離子質量濃度相當于脫硫工藝水被濃縮了11倍(110/10=11)。根據脫硫工藝水中氯離子質量濃度可以粗略計算出脫硫工藝水中氯元素攜帶對脫硫漿液(廢水)中氯元素質量分數的貢獻值。例如,脫硫工藝水中氯離子質量濃度為1000mg/L,脫硫工藝水中氯元素對脫硫漿液(廢水)中氯元素的貢獻值約為11000mg/L。

脫硫工藝水在脫硫系統中的濃縮倍數的計算是基于脫硫系統的水平衡數據,與脫硫系統的運行狀況和煙氣參數密切相關,在計算中需要綜合考慮實際情況。

1.2 漿液起泡的控制

濕法脫硫系統的運行過程中,漿液起泡情況也是影響漿液品質和脫硫效率的重要因素。

脫硫吸收塔正常運行過程中,通過氧化風機向脫硫吸收塔內鼓入氧化空氣,將亞硫酸鈣氧化為硫酸鈣。在這一過程中,在攪拌器和噴淋漿液的作用下,氧化空氣進入液相內部并在液面形成氣泡。在漿液黏性較大時,黏性力對液膜中液體流動的阻礙較大,泡沫相對穩定而形成泡沫層。隨著脫硫漿液的循環,漿液不斷吸收煙氣中的表面活性劑、粉塵、重金屬離子、油滴等雜質,表面與內層溶液的表面張力差增大。當局部液膜變薄時,里層表面張力較大的液體裸露出來,在液面處形成張力梯度,周圍張力較小的液體會運動到該處阻止其進一步變薄,因此液膜具備較強的穩定性,泡沫維持時間較長。

脫硫漿液起泡會對脫硫系統造成不同程度的影響:如機組啟動或事故狀態下燃燒不充分,部分具有表面活性雜質進入吸收塔,可能造成漿液氣泡、甚至石灰石“致盲”,導致漿液中毒,進而影響脫硫效率;脫硫吸收塔內漿液氣泡量較大時,吸收塔內實際液位偏低,造成石膏氧化時間不足,亞硫酸鹽含量偏高,也會導致脫硫效率降低;若脫硫系統設置有增壓風機,漿液氣泡嚴重時可能造成部分漿液溢流至增壓風機內,嚴重時會造成葉片斷裂,影響整個脫硫系統安全運行。

有研究表明,漿液中SO42-,As,Cr,Pb,Ni的含量與漿液起泡程度呈正相關關系,與漿液中重金屬總量呈正相關關系。增加脫硫廢水排出量是控制漿液起泡的有效手段。在實際操作中,為了控制脫硫廢水排出量,可以通過添加消泡劑等手段控制漿液起泡,保證脫硫系統的穩定運行。

1.3 石膏品質的控制

石膏中氯離子的質量濃度通常是石膏銷售和綜合利用中的一個重要指標,JC/T2074—2011《中華人民共和國建材行業標準煙氣脫硫石膏》對石膏中氯離子做出了限定:一級石膏中氯離子質量濃度不超過100mg/kg;二級石膏中氯離子質量濃度不超過200mg/kg;三級石膏中氯離子質量濃度不超過400mg/kg。有研究表明,石膏中氯離子質量濃度過高會使石膏脫水性能急劇下降。另外,漿液氯離子濃度較高容易導致石膏結晶性變差、強度降低,嚴重影響脫硫石膏的性能。脫硫石膏中氯離子的控制主要有2個途徑:

(1)將脫硫漿液中的氯離子質量濃度控制在一定的范圍內;

(2)脫硫真空皮帶脫水機上的石膏沖洗工藝可通過控制石膏沖洗水中的氯離子質量濃度、增加真空皮帶脫水機的沖洗面積等方法降低石膏中氯離子質量濃度。后者作用相對有限,需要適當增加脫硫廢水的排出量來保證脫硫石膏氯離子質量濃度達到要求。

2 降低脫硫廢水排放的途徑

在實際操作中,可以通過優化機組運行方式、調整脫硫系統運行工藝參數等,盡可能維持脫硫漿液品質,從而降低脫硫廢水的排出量。

(1)機組啟停過程中,控制投油量,并提高燃燒效率,避免不完全燃燒,減少進入脫硫系統的油滴含量,降低漿液起泡量。

(2)盡可能提高脫硫補充工藝水水質,采用循環水作為脫硫工藝水時,循環水系統盡量少用含表面活性劑性質的殺菌劑,減少脫硫漿液起泡溢流。

(3)提高除塵系統的除塵效率,減少進入脫硫吸收塔的粉塵顆粒量,避免由于微小固體顆粒黏結在泡沫表面而提高泡沫的穩定性。

(4)嚴格控制脫硫石灰石的品質,降低雜質含量(如控制MgO質量分數<2%),提高脫硫漿液品質。

(5)對脫硫石膏脫水系統進行擴容改造,提高石膏沖洗水水質,盡可能提高石膏沖洗效果。

(6)在保證氧化效果的前提下減少氧化空氣用量,避免剩余空氣以氣泡的形式從氧化區底部溢至漿液表面而導致吸收塔漿液泡沫的增加。

(7)適當投入消泡劑。

3 結論

脫硫廢水排放量的確定是一個系統性的論證過程,需要多方面考慮、論證,在實際操作中,需要從全廠整體著眼,統籌考慮,在保證脫硫系統的安全穩定運行的前提下,盡可能減少脫硫廢水排放量。通??梢醞ü褂孟菁戀鶻誚浩分?,減少漿液和脫硫廢水排放量。

此外,建議測量脫硫系統入口煙氣中氯元素含量,準確測得由煙氣攜帶的氯元素對漿液氯離子含量的貢獻.


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