淺述濃縮池溢流澄清水循環(huán)再利用的技術(shù)研究

崔校偉

中國的電力是以燃煤為主的發(fā)電結(jié)構(gòu),目前利用水力除灰系統(tǒng)將灰和渣送到灰場還是相當(dāng)一部分電廠的一種除灰方式,將灰渣水用管道送到濃縮池后,經(jīng)濃縮沉淀,濃縮的料漿經(jīng)泵輸送至灰場,其澄清后的水循環(huán)使用,繼續(xù)沖灰,沖灰水水質(zhì)就發(fā)生了很大的改變,如pH等指標(biāo)也增大,不但進(jìn)一步加劇管道結(jié)垢,也超出了國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn),使沖灰水成為燃煤電廠最大的水污染源。因此要對濃縮池澄清水更好的循環(huán)利用必須進(jìn)行技術(shù)研究。

電力工業(yè)部在“九五”電力規(guī)劃中也明確提出,到2000年投入運(yùn)行和在建的脫硫設(shè)備對應(yīng)裝機(jī)容量將達(dá)10000MW?？刂苹痣姀SSO2排放已列入電力工業(yè)發(fā)展的議事日程。在眾多SO2控制工藝中,濕法石灰石－石膏脫硫是火電廠應(yīng)用最為普遍的煙氣脫硫主導(dǎo)工藝。但其產(chǎn)生的脫硫廢水呈酸性,如向外排入需加入堿性物質(zhì)來中和污染物。因此脫硫廢水也成了廢水處理領(lǐng)域一個需要解決的新問題。利用目前電廠渣漿濃縮后澄清水和煙氣脫硫所產(chǎn)生的廢水的特點(diǎn),二者相結(jié)合,以廢治廢,達(dá)到降低成本的目的。

1電廠濃縮池澄清水再利用現(xiàn)狀

目前,火電廠沖灰系統(tǒng)多數(shù)采用水力沖灰,其最大缺點(diǎn)是用水量大并含有多種污染物。隨著水資源的日益緊缺,環(huán)保力度的加大,以及電力改革促使發(fā)電成本的降低,電廠的沖灰系統(tǒng)成為了節(jié)水節(jié)能、降低成本的主要對象。對沖灰系統(tǒng)的節(jié)水改造,目前主要是進(jìn)行沖灰水的循環(huán)利用。在電廠中,最普遍的灰水循環(huán)利用方式有兩種:一種是灰場水經(jīng)灰壩、回水泵、回水池返回到廠內(nèi)進(jìn)行循環(huán)沖灰;另一種是稀漿沖灰到濃縮池,其溢流澄清水進(jìn)行再次沖灰,濃漿輸送到灰場。不論哪種循環(huán)運(yùn)行方式,由于灰與沖灰水都有復(fù)雜的理化性質(zhì),因此,在循環(huán)沖灰過程中,經(jīng)過不斷接觸,容易造成循環(huán)系統(tǒng)的嚴(yán)重結(jié)垢。多年來,雖然對回水循環(huán)系統(tǒng)研究比較多,但對濃縮池澄清水沖灰系統(tǒng)的研究卻比較少。

2濃縮池澄清水的形成

由渣漿泵輸送來的含有細(xì)粒物體的漿料,經(jīng)槽架給入濃縮池中心部分某一深度處,料漿做均勻輻射狀態(tài)向周邊緩慢流動,在漫游中料漿的固體顆粒自上而沉降,最初由于濃度較低顆?；旧献鲎杂沙两?沉速較快的繼而沉入濃積帶,沉速較慢最后沉到下部一沉積帶,也是濃度較高的壓縮區(qū),水分以沉降顆粒間隙中不斷析出,在耙架連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí),沉積物沿池底的錐形坡面逐級推向池底的中心處,最后由該處的排料口排出,在耙架推進(jìn)沉積物時(shí),也是刮板對沉積物的一個壓縮過程,這也大大的促使析水作用的加強(qiáng),因而排出的沉積物是經(jīng)過濃縮的料漿,池上部是澄清帶,澄清水由池邊溢流槽流入回水箱,經(jīng)回水泵輸送至鍋爐沖灰使用。

3濃縮池溢流澄清水的沖灰特點(diǎn)

濃縮溢流沖灰系統(tǒng)一般流程為:渣漿池—渣漿泵—濃縮池(溢流水)—回水箱—回水泵—渣漿池。經(jīng)此流程后,灰水比可從稀漿輸送的1∶15～1∶20降至1∶3～1∶5,灰水經(jīng)濃縮池二級制漿后,濃漿送入灰場,而60％～70％的灰水經(jīng)濃縮池澄清后循環(huán)沖灰。

由于機(jī)組運(yùn)行參數(shù)、除塵器型式、除灰工藝流程、燃燒方式、燃煤種類、沖灰原水水質(zhì)及粉煤灰的理化特性等參數(shù)的不同,致使水力沖灰系統(tǒng)的基本狀況差異較大,循環(huán)利用系統(tǒng)出現(xiàn)的問題也不同,解決方法也不同。如在不同的除塵方式下,濃縮池溢流水的pH值可以從3～12,甚至超過12,波動范圍很大,在處理上差別也很大。

4沖灰水的水質(zhì)特點(diǎn)及對電廠的危害

燃煤電廠爐渣和除塵器收集的飛灰一般都含有活性氧化鈣(FCaO)等堿性物質(zhì),這是灰渣在水力輸送過程中,由于FCaO等堿性物質(zhì)的溶出,使沖灰水質(zhì)惡化,pH值升高,Ca2＋濃度增大,同時(shí)含有重金屬等污染物質(zhì),其結(jié)果是由灰場排出沖灰水水質(zhì)超出國家規(guī)定的《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978－96)中最高允許排放限值。

沖灰水中的pH、F-超標(biāo),使沖灰水廢水成為燃煤電廠又一污染源,不但污染水體,而且電廠必須承擔(dān)巨額排污和超標(biāo)費(fèi)用。除此之外,由于沖灰水pH升高和Ca2＋濃度增大,沖灰水中HCO3－轉(zhuǎn)變?yōu)镃O32－,使沖灰水中的CaCO3過飽和并析出CaCO3沉淀。當(dāng)這些CaCO3沉淀附著于系統(tǒng)內(nèi)壁時(shí),即造成系統(tǒng)結(jié)垢。它是干灰中游離CaO和沖灰水在水力輸送條件下相互作用的產(chǎn)物。干灰中游離CaO溶于水,發(fā)生如下反應(yīng)。

CaO+H2O=Ca(OH)2

Ca(OH)2=Ca2++2OH-

游離氧化鈣從煤粉中的碳酸鈣轉(zhuǎn)移到管壁的過程。使系統(tǒng)阻力增大,輸灰動力消耗增加,嚴(yán)重時(shí)危及電廠生產(chǎn)安全,而且電廠每年要支付數(shù)十萬乃至上百萬的除灰系統(tǒng)清洗除垢費(fèi)用。因此沖灰水必須進(jìn)行處理。

5濃縮池溢流水再利用途徑

根據(jù)濃縮池溢流澄清水的特點(diǎn),為了解決其pH值波動大、回水利用系統(tǒng)易腐蝕、結(jié)垢及堵塞等問題,國內(nèi)外常用方法有以下幾種。

(1)溢流水箱進(jìn)行隔絕大氣處理,即無碳水處理。首先,將回水與沖灰補(bǔ)充水在機(jī)械攪拌澄清池中進(jìn)行混合、反應(yīng),然后進(jìn)入無碳水池,通過無碳水泵進(jìn)行沖灰。此法投資大,對運(yùn)行的要求比較嚴(yán)格,且占地面積大,運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高。

(2)加酸中和pH。

加酸方式來中和灰水的堿性是根據(jù)酸堿中和的原理。雖然這是一種成熟工藝,處理工藝簡單,但由于灰水量大,耗酸量多。加酸地點(diǎn)根據(jù)管道除垢地方不同,有的加到去灰場的排放口,有的為了方便起見,加在渣漿泵入口灰漿池中。不管在何地方加都要掌握一個量的問題,避免管道腐蝕洗漏。尤其在渣漿泵入口加酸時(shí),當(dāng)加酸量大時(shí),一方面易造成渣漿泵的腐蝕,另外稍有不慎還易造成渣漿池中垢塊的脫落,堵塞渣漿泵進(jìn)口,給設(shè)備正常運(yùn)行帶來隱患;當(dāng)加酸量小時(shí)灰場出口排水以及濃縮池澄清水又難于控制在排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的pH值范圍內(nèi)。加酸用量,宜以排水pH＝8．5左右來控制,即加酸中和至灰水中全部OH-堿度和1/2CO32-堿度為宜,以酚酞為指示劑時(shí),中和到無色為止。所用的酸可以是HCl,也可以利用其它廢酸來中和灰水堿度,達(dá)到以廢治廢的目的。不過要注意的是,廢酸中所含雜質(zhì)較多,選用前要作詳細(xì)分析調(diào)查,以免一些重金屬有毒元素隨沖灰水一起排入水體,污染自然水源。加酸處理廢水,除耗費(fèi)大量酸外,還會增加灰水中SO42-和Cl-含量,即增加了水體的含鹽量,這無疑對排放水體是不利的。

(3)在回水池前或回水管中加入阻垢劑,即阻垢劑法。該法具有投資少、易操作且效果明顯的優(yōu)勢,但在濃縮池溢流水中的應(yīng)用研究卻比較少。這是因?yàn)橐话愕淖韫竸λ|(zhì)中pH值要求比較苛刻,而濃縮池溢流水的pH值容易波動。為解決這一問題,通常的做法是先絮凝再阻垢,但這樣處理的成本就比單純阻垢高出幾倍,而且已建電廠的場地也是一個制約因素。

(4)爐煙處理灰水。

用爐煙處理灰水有兩種方式:一是采用爐煙中SO2;二是采用爐器中的CO2,但目的是相同的,都是利用它們吸收水的酸性來中和灰水的堿度,使之沖灰水pH值達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

①爐煙SO2處理。

SO2+H2O=H2SO3=H++HSO3-=2H++SO32-

2H2SO3+O2=2H2SO4=4H++2SO42-

用爐煙中SO2處理沖灰水有一定的條件,燃煤要有一定含硫量,煙氣中SO2含量低不行。

②爐煙CO2處理灰水也是利用酸堿中和的原理,影響處理效果的因素很多,它取決于煙氣中CO2含量,又取決于CO2與灰水接觸時(shí)間氣水比、攪攔程度、水溫和液面上CO2平衡分壓。

因此,尋求一種既能適合濃縮池溢流澄清沖灰水特點(diǎn)又能阻止管道設(shè)備結(jié)垢并具有投資少、成本低的方法就成為一種研究方向。

6經(jīng)以上分析

隨著我國火電廠SO2排放治理工作的深入,大多數(shù)燃煤電廠均要上脫硫、脫硝系統(tǒng),以除去煙氣中的SO2、NOX等有害氣體。因此可以利用脫硫形成的酸水去中和灰水中的堿性,以達(dá)到降低PH值的目的。

脫硫形成的酸水中和灰水的工藝原理為。

在除灰系統(tǒng)中,飛灰中堿性物質(zhì)是通過沖灰水而造成環(huán)境污染和系統(tǒng)結(jié)垢的,如果在沖灰水中加入中量的酸性物質(zhì)中和飛灰溶出的堿性物質(zhì),則除灰系統(tǒng)的沖灰廢水水質(zhì)超標(biāo)和系統(tǒng)結(jié)垢問題便解決了。而通過脫硫塔的吸收液含有一定量的H2SO4和H2SO3。若用脫硫塔排出的吸收液作為沖灰水,當(dāng)吸收液中含有的酸量與飛灰中含有堿量相等時(shí),除灰系統(tǒng)的問題就解決了。另外,經(jīng)過沖灰過程的吸收液,酸性物質(zhì)被中和,可送回脫硫塔繼續(xù)吸收煙氣中SO2。這樣相當(dāng)于飛灰中的堿性物質(zhì)在脫硫系統(tǒng)中得到利用。在工藝流程中為滿足除灰系統(tǒng)沖灰水的水質(zhì)要求,脫硫吸收液的pH值控制較低。通過控制可以保持輸灰過程中灰漿pH＜8．5和灰場排水pH＜9．0,達(dá)到防止除灰系統(tǒng)結(jié)垢和沖灰廢水達(dá)標(biāo)排放的目的。

脫硫形成的酸水中和灰水的特點(diǎn)為如下。

在實(shí)現(xiàn)煙氣脫硫的同時(shí),解決了除灰系統(tǒng)長期無法解決的系統(tǒng)結(jié)垢和排水pH超標(biāo)的問題。這樣,既利用了飛灰中的堿性物質(zhì),也利用了煙氣中的酸性物質(zhì),以廢治廢,降低了運(yùn)行成本。

目前,我單位在濃縮池澄清水再利用方面雖然達(dá)到了利用量,但灰水PH值仍然很高,除灰管道結(jié)垢嚴(yán)重,兩年結(jié)垢有的管段就可達(dá)到50mm,必須花費(fèi)大量資金進(jìn)行全面酸洗以達(dá)到除垢目的,因此也可利用煙氣中的酸根離子來中和灰水以達(dá)到防垢和水質(zhì)處理的目的,不但可以脫硫還可節(jié)約費(fèi)用,一舉兩得。

7結(jié)語

燃煤電廠濃縮池澄清水處理雖然有很多種方法,但每種方法都有一定的利弊,如中和法,雖然簡單,但耗酸量大,同時(shí)增加水質(zhì)中的含鹽量,對水體不利。而利用煙氣中的酸根離子來中和灰水的方法,來解決燃煤電廠灰水pH與結(jié)垢問題,值得深入研究并推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 輸灰工程[J].華北電力學(xué)院.

[2] 電廠鍋爐[M].水利電力出版社.