應(yīng)用豎流式濃縮池降低脫硫廢水含固率的實(shí)踐

李復(fù)明，陳啟構(gòu)，胡達(dá)清

（1.蕭山發(fā)電廠(chǎng)，杭州 311251；2.天地環(huán)保工程有限公司，杭州 310007）

1 改造前系統(tǒng)狀況

浙江能源集團(tuán)有限公司蕭山發(fā)電廠(chǎng)一期工程共安裝2臺(tái)SG-420/13.7-M417A型鍋爐，鍋爐煙氣的除塵干灰外銷(xiāo)綜合利用。爐底落渣采用水力出渣。2臺(tái)爐共用1套閉式循環(huán)渣水分離系統(tǒng)，脫水渣運(yùn)至廠(chǎng)外渣水場(chǎng)堆放，澄清水回送鍋爐重復(fù)使用。該系統(tǒng)配備3臺(tái)脫水倉(cāng)、1個(gè)澄清池、1個(gè)緩沖回水池及沖渣水泵等設(shè)備。2005年實(shí)施了石灰石—石膏法煙氣脫硫（FGD）改造工程，產(chǎn)生的廢水采用渣水混合處理方式。

吸收塔外排（間隙運(yùn)行）石膏漿液由輸送泵送到石膏旋流站進(jìn)行一級(jí)脫水。石膏旋流站上部含固率約3%的稀漿液大部分返回到吸收塔，其余部分下排至廢水箱，通過(guò)廢水泵進(jìn)入各脫水倉(cāng)，直接與渣水混合、吸附、中和處理。廢水設(shè)計(jì)排放總量91 m3/d，統(tǒng)計(jì)平均日排放量約80 m3，石膏旋流站進(jìn)入廢水箱的廢水排放量6～7 m3/h。

含固率約3%的脫硫廢水進(jìn)入脫水倉(cāng)后，水中微細(xì)顆粒物容易堵塞灰渣析水通道，使脫水倉(cāng)脫水時(shí)間大大延長(zhǎng)，出渣含水率上升。脫硫廢水含固率越高，排放量越大，出渣含水率也越高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致脫水倉(cāng)頻繁失效。因此，脫硫廢水進(jìn)入渣水系統(tǒng)混合處理的前提是降低脫硫廢水的含固率。

2 沉降試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)依據(jù)

通常液態(tài)非均相物系分離處理的方法有重力濃縮、離心濃縮、氣浮濃縮，當(dāng)液態(tài)中懸浮固體密度大于污水密度時(shí)，宜選用前兩種方法。

火力發(fā)電廠(chǎng)脫硫廢水含有較多不可溶的固態(tài)物，目前普遍采用水力旋流器離心濃縮處理。水力旋流器具有體積小、安裝方便的特點(diǎn)，但也存在運(yùn)行壓力高、輸送泵能耗大、旋流子易磨損、固液分離度不高等缺點(diǎn)。沉淀池重力濃縮法雖然設(shè)備體積大，但操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低、分離效果好，基本不需要維護(hù)。重力濃縮沉淀池的設(shè)計(jì)依據(jù)是污水中的固體顆粒沉降特性、處理后達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

通常，在無(wú)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況下，平流（輻流）式沉淀池的經(jīng)驗(yàn)表面負(fù)荷 q 可在 2～4 m3/（m2·h）內(nèi)選取。豎流式沉淀池中污水上升速度v則取0.000 5～0.001 m/s。由于采用沉淀池直接濃縮處理脫硫廢水沒(méi)有可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，因此要通過(guò)脫硫廢水靜置沉降、動(dòng)態(tài)模擬沉降試驗(yàn)來(lái)了解其沉降性能，以便為選型、設(shè)計(jì)提供必要的數(shù)據(jù)。

2.2 試驗(yàn)情況

參照靜置沉降試驗(yàn)的有關(guān)要求，在脫硫廢水泵出口取樣做靜置觀測(cè)試驗(yàn)。樣水瓶高200 mm，樣水高度195 mm，樣水中懸浮固體物自由、絮凝、成層、壓縮的沉降過(guò)程見(jiàn)圖1。

圖1 脫硫廢水靜置沉降特性

觀察發(fā)現(xiàn)，在45 min內(nèi)，樣水懸浮物沉降速度相對(duì)較快，底部濃縮液體的流動(dòng)性較好。45 min后進(jìn)入壓縮沉降，速度明顯減緩，濃縮液的流動(dòng)性變差。濃縮池應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足溢流液澄清度及底排液的流動(dòng)性，故沉降時(shí)間t0取40 min（0.66 h），去除率約90%，計(jì)算脫硫廢水中懸浮固體沉降速度u0=1.39 m/h，靜置試驗(yàn)表面負(fù)荷的數(shù)據(jù)僅為經(jīng)驗(yàn)值的77%，動(dòng)態(tài)時(shí)則可能更低。

濃縮池中脫硫廢水的實(shí)際沉降過(guò)程較靜置沉降復(fù)雜，影響因素也較多。為了解其動(dòng)態(tài)沉降情況，尤其是表面液的含固率，選擇與濃縮池相近的脫硫廢水箱進(jìn)行模擬試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程為：旋流站正常運(yùn)行，停止廢水箱攪拌器，廢水進(jìn)入脫硫廢水箱（直徑2.8 m，高2.5 m，容積 15.4 m3），進(jìn)入流量約7 m3/h。在旋流站下排口與脫硫廢水箱有數(shù)米落差、廢水箱入口管無(wú)導(dǎo)流消能裝置、進(jìn)水直接沖擊液面的情況下，動(dòng)態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，表面液的含固率為0.81%，優(yōu)于廢水旋流站的濃縮效果。

表1 脫硫廢水動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

3 沉淀池選型

3.1 選型依據(jù)

根據(jù)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式的不同，沉淀池有多種類(lèi)型，主要有矩形平流式和圓形輻流（豎流）式。矩形池占地面積大，排泥機(jī)運(yùn)行維修復(fù)雜。圓形池結(jié)構(gòu)緊湊，刮泥機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修量小。因此改進(jìn)方案宜選擇圓形輻流或豎流式沉淀池。

3.2 輻流式沉淀池計(jì)算

因沉淀池的底排液仍在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，沉淀池設(shè)計(jì)處理流量應(yīng)為凈排出量及底排量之和。原設(shè)計(jì)排量約為6 m3/h，考慮一定的富余量，則沉淀池的進(jìn)水量Q為8 m3/h。

沉淀池設(shè)計(jì)采用靜置沉降速率時(shí)，表面負(fù)荷q 應(yīng)按經(jīng)驗(yàn)公式 u0/（1.25～1.75）確定， 常數(shù)取 1.25，計(jì)算得到 q 為 1.1 m3/（m2·h）； 沉淀時(shí)間應(yīng)按 t=（1.5～2）t0確定， 常數(shù)取 2，計(jì)算得 t為 1.32 h，二次沉降t為2 h。

有效沉降面積A1=Q/q=7.27 m2，導(dǎo)流筒面積A2已知為0.5 m2，則沉淀池總面積A=A1+A2=7.77 m2。

沉淀池直徑D與有效水深H之比的要求為D/H=（6～12）， 而本工程 D/H=3.15/2.08=1.51＜6，因而不符合輻流式沉淀池設(shè)計(jì)要求[1]。

3.3 豎流式沉淀池計(jì)算

豎流式沉淀池設(shè)計(jì)流量與輻流沉淀池相同，沉淀池總面積A、沉淀池直徑D亦同輻流式沉淀池。計(jì)算得沉淀池有效水深H為2.2 m，沉淀池直徑與有效水深之比要求為D/H＜3，而本工程D/H=3.16/2.2=1.44＜3，因此符合豎流式沉淀池設(shè)計(jì)要求[1]。

3.4 沉淀池參數(shù)選取

輻流式沉淀池通常被用來(lái)處理大流量、絮凝性低、顆粒自沉性好的污水。而豎流式沉淀池更適用于小流量、濃縮或分離顆粒物含量高、絮凝性強(qiáng)的泥狀水。

根據(jù)旋流站系統(tǒng)的運(yùn)行情況及場(chǎng)地空間布置等因素，最終確定濃縮池直徑選取3.5 m，有效水深取2.6 m，則有效面積9.1 m2，有效容積23.66 m3。為了解濃縮池運(yùn)行技術(shù)參數(shù)、控制運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)選定設(shè)備的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對(duì)最大處理流量及該流量下的沉淀時(shí)間進(jìn)行校核計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為最大允許流量Qmax為10.01 m3/h；最大流量時(shí)的沉淀時(shí)間tmax為2.34 h。

由上可知，計(jì)算最大處理流量時(shí)的沉淀時(shí)間大于2 h，亦滿(mǎn)足要求。

4 實(shí)施情況

2009年11 月，改造項(xiàng)目開(kāi)工。脫硫廢水濃縮器采用豎流式濃縮池和刮泥機(jī)組合，濃縮器過(guò)流部件采用襯膠防腐，刮泥機(jī)連續(xù)運(yùn)行，進(jìn)水、濃縮液排放采用程序控制。濃縮器布置在脫硫工藝樓10 m層平臺(tái)上的脫硫廢水箱旁，濃縮器溢流口高于廢水箱進(jìn)水口。15 m層的石膏旋流站部分溢水自流入濃縮器，濃縮器溢流液自流入廢水箱，由廢水泵排入回水池與渣水混合反應(yīng)處理并作為沖渣系統(tǒng)補(bǔ)水。濃縮器底排濃縮液進(jìn)入工藝樓底層的石膏漿液箱與石膏漿液混合后去真空皮帶機(jī)脫水。底排管安裝有電動(dòng)閥，閥門(mén)根據(jù)靜置沉降曲線(xiàn)及運(yùn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定開(kāi)啟、關(guān)閉的時(shí)間。濃縮器參數(shù)見(jiàn)表2。

2010年1 月項(xiàng)目改造完成并投入運(yùn)行。試驗(yàn)情況顯示，當(dāng)濃縮器進(jìn)口流量約為9.5 m3/h，濃縮器溢流水含固率降至約0.01%，濃縮器底排濃縮液流量約1.5 m3/h，含固率19%～30%。

表2 濃縮器參數(shù)

5 結(jié)語(yǔ)

火力發(fā)電廠(chǎng)濕法煙氣脫硫廢水濃縮設(shè)備多采用水力旋流器，雖然體積小、效率高，但易磨損、能耗大，固液分離度有限。特別是當(dāng)脫硫廢水選擇直接排入渣水系統(tǒng)的處理方式時(shí)，其含固率會(huì)引起諸多問(wèn)題。為解決脫硫廢水含固率的問(wèn)題，對(duì)蕭山發(fā)電廠(chǎng)脫硫廢水進(jìn)行靜置沉降、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)分析，取得了沉降性能數(shù)據(jù)，運(yùn)用于沉淀池設(shè)計(jì)與設(shè)備選型，最終采用豎流式濃縮器完成了降低脫硫廢水含固率的改造項(xiàng)目。運(yùn)行情況表明，項(xiàng)目達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。本改造方案的成功應(yīng)用為脫硫廢水處理提供了一條新的途徑，也為同類(lèi)電廠(chǎng)提供了有益的借鑒。

[1]陳家慶.環(huán)保設(shè)備原理與設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)石化出版社，2005.

[2]唐受印，戴友芝，汪大翠.廢水處理工程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[3]孫克勤，鐘秦.火電廠(chǎng)煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建造及運(yùn)行[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.