利用火電廠廢熱對(duì)脫硫廢水蒸發(fā)工業(yè)性中試零排放試驗(yàn)研究

王可輝，蔣芬，徐志清，趙軍，王飛，顧小紅

(中國(guó)國(guó)電北京朗新明環(huán)?？萍加邢薰灸暇┓止?，江蘇南京210019)

利用火電廠廢熱對(duì)脫硫廢水蒸發(fā)工業(yè)性中試零排放試驗(yàn)研究

王可輝，蔣芬，徐志清，趙軍，王飛，顧小紅

(中國(guó)國(guó)電北京朗新明環(huán)?？萍加邢薰灸暇┓止荆K南京210019)

現(xiàn)行常規(guī)的火電廠脫硫廢水處理系統(tǒng)，存在設(shè)備故障率高、較難除凈重金屬離子和無(wú)法除去氯離子等諸多缺點(diǎn)。試驗(yàn)利用電廠廢熱對(duì)脫硫廢水進(jìn)行常溫蒸發(fā)，從試驗(yàn)前、后水質(zhì)測(cè)試結(jié)果可知，試驗(yàn)減量濃縮效果顯著，該技術(shù)的熱交換過(guò)程溫升小，蒸發(fā)過(guò)程全部發(fā)生在蒸發(fā)單元的氣相和液相的界面，基本消除了結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)要求低，可根據(jù)電廠脫硫廢水的實(shí)際情況僅需簡(jiǎn)單調(diào)整pH值即可進(jìn)行蒸發(fā)處理，節(jié)省了大量的藥劑費(fèi)用。由于屬于常溫常壓范圍，大大降低了高含鹽量條件下的設(shè)備腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，減少了設(shè)備制造成本，使脫硫廢水零排放技術(shù)的大規(guī)模推廣成為可能。

脫硫廢水;常溫蒸發(fā);零排放

0 引言

石灰石－石膏濕法煙氣脫硫因其技術(shù)成熟，適應(yīng)性強(qiáng)成為我國(guó)當(dāng)前火電廠煙氣脫硫的主流工藝。濕法脫硫工藝脫硫時(shí)，脫硫吸收塔內(nèi)漿液反復(fù)循環(huán)利用，導(dǎo)致漿液中可溶鹽不斷濃縮。為維持脫硫系統(tǒng)內(nèi)氯離子平衡和脫硫性能，漿液需要不斷補(bǔ)充、更新，含有大量重金屬離子的廢水需要排放處理，這部分排放的廢水來(lái)自煙氣脫硫系統(tǒng)，故稱為“脫硫廢水”［1］。廢水中含有的雜質(zhì)主要包括懸浮物、過(guò)飽和的亞硫酸鹽、硫酸鹽以及重金屬［2］，其中很多是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB8978－1996中嚴(yán)格要求控制的第一類污染物［3］，采用普通方法處理這部分廢水很難達(dá)標(biāo)排放。針對(duì)脫硫廢水處理提出新型的處理方法顯得尤為重要，尤其是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)對(duì)環(huán)保要求更高，往往要求高含鹽廢水零排放。

現(xiàn)有火電廠廢水零排放工藝主要有多效蒸發(fā)技術(shù)、機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)(MVR)等技術(shù)［4］，投資和運(yùn)行維護(hù)成本高，一般工業(yè)企業(yè)難以承受。另一方面能耗高、結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)大、運(yùn)行維護(hù)困難，進(jìn)一步增加了企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行成本和運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。嚴(yán)重制約了零排放技術(shù)的推廣和應(yīng)用。因此，開(kāi)發(fā)投資省、能耗低、維護(hù)量少的火電廠廢水零排放集成技術(shù)已經(jīng)成為必然趨勢(shì)。

為解決廢水零排放項(xiàng)目中存在的技術(shù)瓶頸，南京朗新明與國(guó)電江蘇某電廠合作，對(duì)所研發(fā)的高含鹽廢水低溫強(qiáng)化自然蒸發(fā)結(jié)晶處理技術(shù)開(kāi)展工業(yè)性中試，以驗(yàn)證該技術(shù)在電廠高含鹽廢水、脫硫廢水零排放處理方面的可行性和適應(yīng)性。

1 工藝原理與說(shuō)明

高含鹽廢水低溫強(qiáng)化自然蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)是利用常溫常壓下不飽和濕空氣的水汽容納裕量進(jìn)行自然蒸發(fā)的一種新型蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)。該技術(shù)利用工業(yè)企業(yè)余熱廢熱(如循環(huán)冷卻水、汽輪機(jī)乏汽等)作為熱源，通過(guò)獨(dú)特的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)常溫常壓下的自然蒸發(fā)。系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

圖1 強(qiáng)化自然蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)工藝流程

國(guó)電江蘇某電廠靠近長(zhǎng)江邊上，水資源豐富，汽輪機(jī)后的乏氣經(jīng)過(guò)凝汽器中的冷卻水冷卻，冷卻水升溫形成溫排水，溫排水通過(guò)虹吸井直排長(zhǎng)江，不重復(fù)利用，溫排水屬于低品熱源，隨季節(jié)變化溫度大約在20～40℃之間，根據(jù)熱力學(xué)第二定律，溫排水溫度不可能低于當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境水溫度［5］，此部分低品熱源雖然溫度不高，但是要能把此部分熱源利用起來(lái)將為電廠節(jié)約大量的能源。

本試驗(yàn)熱源取自虹吸井中溫排水，溫排水經(jīng)過(guò)熱水泵提升到列管式換熱器對(duì)脫硫廢水進(jìn)行換熱，換熱完廢水經(jīng)過(guò)出水管再次回到虹吸井，不影響虹吸井的正常運(yùn)行，經(jīng)過(guò)換熱器換熱的脫硫廢水經(jīng)蒸發(fā)池進(jìn)行降溫蒸發(fā)，如此循環(huán)往復(fù)，在常溫常壓下進(jìn)行自然蒸發(fā)濃縮結(jié)晶，試驗(yàn)工藝流程如圖2。

圖2 中試裝置工藝流程

強(qiáng)化自然蒸發(fā)裝置中試運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 中試裝置運(yùn)行參數(shù)

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 試驗(yàn)分析儀器

試驗(yàn)分析儀器主要有DR5000紫外分光光度計(jì)、T－70自動(dòng)滴定儀、PEoptima8000等離子體發(fā)射光譜儀、AC120S電子天平、LC－223電熱恒溫烘箱。

2.2 脫硫廢水水質(zhì)

國(guó)電江蘇某電廠脫硫采用石灰石－石膏濕法脫硫工藝，在煙氣吸收塔漿液排放至石膏脫水系統(tǒng)制作石膏過(guò)程中，利用脫硫廢水提取系統(tǒng)將石膏旋流站上清液經(jīng)過(guò)廢水旋流站的二級(jí)旋流，提取出需要處理的脫硫廢水，此部分脫硫廢水未經(jīng)過(guò)任何處理直接排到電廠的工業(yè)水池，廢水主要特征:呈弱酸性、懸浮物高、顆粒物細(xì)小等(水質(zhì)分析見(jiàn)表2)。

表2 電廠脫硫廢水水質(zhì)分析mg/L

2.3 試驗(yàn)過(guò)程

低溫強(qiáng)化自然蒸發(fā)裝置蒸發(fā)單元由三部分組成:余熱利用單元、蒸發(fā)單元、鹽分離單元。試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)PLC控制柜實(shí)時(shí)顯示并記錄，過(guò)程如下:

(1)利用熱水泵將虹吸井中的廢熱水提升到列管式換熱器中，換熱完廢水經(jīng)過(guò)出水管返回到虹吸井中，不影響虹吸井的正常運(yùn)行。

(2)工業(yè)水池中的脫硫廢水經(jīng)過(guò)潛水提升泵打到原水箱中，通過(guò)重力溢流至蒸發(fā)池中，經(jīng)過(guò)強(qiáng)制循環(huán)渣漿泵，將蒸發(fā)池中的脫硫廢水送到換熱器中，經(jīng)過(guò)換熱后再送回蒸發(fā)池中，如此循環(huán)往復(fù)。

(3)隨著水分的不斷蒸發(fā)，系統(tǒng)中的脫硫廢水含鹽量不斷增大，這部分濃水在晶體分離箱中不斷濃縮，當(dāng)達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)時(shí)晶體從濃水中析出，上清液返回至蒸發(fā)池中繼續(xù)蒸發(fā)。

(4)PLC控制柜實(shí)時(shí)顯示并記錄進(jìn)出水量、液位變化情況，在不考慮其它因素影響的情況下，通過(guò)電磁流量計(jì)上總的來(lái)水和PLC控制柜上的數(shù)據(jù)記錄綜合算出每小時(shí)蒸發(fā)水量。

3 結(jié)果與討論

3.1 濃水水質(zhì)分析

原水運(yùn)行一段時(shí)間后，蒸發(fā)池中脫硫廢水濃度不斷增加，脫硫廢水濃縮水的水質(zhì)檢測(cè)見(jiàn)表3。

表3 蒸發(fā)池中濃水水質(zhì)mg/L

結(jié)合表2和表3中的數(shù)據(jù)可知，TDS的濃縮倍數(shù)大約為8倍，考慮到在晶體分離箱中硫酸鈣的沉淀析出，濃水中的硫酸根和鈣離子會(huì)有部分減少，濃水中的Cl－濃度不斷增大，由于Cl－腐蝕性較大，蒸發(fā)濃縮設(shè)備必須是防腐性材料，否則運(yùn)行一段時(shí)間設(shè)備就會(huì)出現(xiàn)故障。

3.2 蒸發(fā)水量

本試驗(yàn)?zāi)壳霸谇锒咀畈畹沫h(huán)境下進(jìn)行，電廠地處長(zhǎng)江邊上，冬季溫度低，環(huán)境濕度大，選取某天的蒸發(fā)水量如圖3所示，由試驗(yàn)結(jié)果可知穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下廢水蒸發(fā)量1t/h左右，基本達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)的蒸發(fā)水量。

圖3 穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的蒸發(fā)水量

4 結(jié)論與建議

(1)通過(guò)開(kāi)展工業(yè)性試驗(yàn)可知，低溫強(qiáng)化自然蒸發(fā)裝置很好的利用了電廠的余熱廢熱資源，能耗低。正常運(yùn)行能耗主要是水泵和風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，無(wú)需新鮮蒸汽，可為電廠節(jié)約大量的能源。

(2)該技術(shù)的熱交換過(guò)程溫升小，蒸發(fā)過(guò)程全部發(fā)生在蒸發(fā)單元的氣相和液相的界面，基本消除了結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)，因此對(duì)系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)要求低，可根據(jù)電廠脫硫廢水的實(shí)際情況僅需簡(jiǎn)單調(diào)整pH值即可以進(jìn)行蒸發(fā)處理，不需要嚴(yán)格的軟化預(yù)處理，節(jié)省了大量的藥劑費(fèi)用。

(3)低溫強(qiáng)化自然蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)蒸發(fā)過(guò)程在20～40℃條件下發(fā)生，屬于常溫常壓范圍，大大降低了高含鹽量條件下的設(shè)備腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，減少了設(shè)備制造成本，使廢水零排放技術(shù)的大規(guī)模推廣成為可能。

(4)運(yùn)行維護(hù)方便。系統(tǒng)結(jié)垢、腐蝕風(fēng)險(xiǎn)降低，且沒(méi)有高溫高壓設(shè)備、復(fù)雜的污泥脫水設(shè)備和加藥設(shè)備，因此低溫強(qiáng)化自然蒸發(fā)結(jié)晶處理系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守設(shè)計(jì)。

(5)目前經(jīng)蒸發(fā)單元蒸發(fā)出去的水量大約有1t/h，后期可以考慮在蒸發(fā)池頂部增加一套冷凝水回收裝置，將蒸發(fā)出去的水汽冷凝回收再利用。

［1］陳澤峰，馮鐵玲.電廠脫硫廢水［J］.工業(yè)水處理，2006(3):86－88.

［2］高原，陳智勝.新型脫硫廢水零排放處理方案［J］華電技術(shù)，2008，30(4):73－75.

［3］應(yīng)春花，劉柏輝，戴豪波，等.脫硫廢水排放的項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)探討［J］.熱力發(fā)電，2005(9):69－71.

［4］王丹，蔣道利.蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)在高含鹽廢水零排放領(lǐng)域的應(yīng)用［J］中國(guó)井礦鹽，2014，45(10):7－10.

［5］王楓.電廠循環(huán)水余熱利用方案研究［D］.北京:華北電力大學(xué)，2009.

［6］國(guó)家環(huán)保總局.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第4版)［M］.北京:國(guó)環(huán)科學(xué)出版社，2002

Pilot study on the use of thermal power plant waste heat to evaporate industrial desulfurization wastewater zero－emission experimental

Existing conventional thermal power plant desulfurization wastewater treatment system has high equipment failure rate，it is difficult to remove heavy metal ions and chloride ions can not be removed and many other shortcomings.In this study，the use of waste heat from power plants over the desulfurization wastewater evaporation at room temperature.Comparative experiment shows that water quality tests before and after，experimental reduction concentrated significant effect，temperature rise of the heat exchange process technology，evaporation process occurred in all the vapor and liquid evaporation unit interface，basically eliminating the risk of fouling，low water quality requirements for the system，Just a simple adjustment of the pH value can be based on the actual situation of the power plant desulfurization wastewater evaporation process can be carried out，save a lot of pharmaceutical costs，because they belong to the range of temperature and pressure，greatly reduces the risk of equipment corrosion under conditions of high salinity.It can reduced equipment manufacturing costs and made wastewater zero emissions technology large－scale promotion possible.

desulfurization wastewater;normal temperature of evaporation;zero emissions

X703.1

B

1674－8069(2016)02－015－03

2015-10-21;

2016-01-06

王可輝(1987-)，男，江蘇鹽城人，碩士研究生，助理工程師，研究方向?yàn)榛痣姀S新型水處理技術(shù)研發(fā)。E－mail:wangkehui2008.ok@163.com