循環(huán)水排污水用作脫硫工藝水的研究與應用

劉興傳

(山西潞光發(fā)電有限公司，山西 長治 046699)

0 引言

我國是一個嚴重缺水的國家，人均水資源量只有2 300 m3，僅為世界平均水平的1/4，是全球人均水資源最貧乏的國家之一。然而，我國又是世界上用水量最多的國家，僅2002年，全國淡水取用量就達到5 497億m3，約占全世界年淡水取用量的13%，約為美國1995年淡水供應量4 700億m3的1.2倍[1]。

我國有300多個城市屬于聯(lián)合國人居署評價標準中的“嚴重缺水”和“缺水”城市；截至2013年，尚有1.1億農(nóng)村居民和1 535萬農(nóng)村學校師生存在飲水安全問題[2]。水，已經(jīng)影響到了人們的生存和發(fā)展，所以，如何節(jié)約用水，實現(xiàn)水的重復利用，顯得越來越重要。根據(jù)綠色和平組織公布的報告，燃煤發(fā)電造成大量的水資源損耗，每年全球燃煤產(chǎn)業(yè)的用水量，足以滿足10億人的用水需求[3]。

隨著國家“水十條”的出臺，對火電廠而言，如何實現(xiàn)水的重復利用，力爭實現(xiàn)廢水零排放，就顯得尤為重要。采用敞開式循環(huán)水冷卻系統(tǒng)的火電廠既是用水大戶又是排水大戶，其循環(huán)水排污水量占排水總量的70%～80%，因此，對循環(huán)水排污水進行重復利用就成為火電廠節(jié)水的重點。

某電廠安裝6臺350 MW燃煤發(fā)電機組，采用敞開式循環(huán)水冷卻方式，每年新鮮水用量約為2 200萬m3，排水量約為400萬m3。該廠煙氣脫硫采用石灰石/石膏濕法脫硫工藝，每年脫硫用水量約為230萬m3。如果能將循環(huán)水排污水用于脫硫，不但可節(jié)約用水而且可以減少廢水排放。該電廠人員通過試驗，成功地將循環(huán)水排污水用于脫硫生產(chǎn)，解決了這一問題。

1 脫硫用水情況

石灰石/石膏濕法煙氣脫硫(FGD)工藝是將石灰石磨成粉，再配成漿液，噴入脫硫吸收塔中與煙氣中的二氧化硫反應，最終生成石膏。該工藝具有運行穩(wěn)定、脫硫效率高的優(yōu)點，但用水量很大。濕法脫硫系統(tǒng)用水大體可分為4類：石灰石制漿用水、設備沖洗水、運轉(zhuǎn)設備冷卻水和廢水處理系統(tǒng)用水。該電廠每臺機組脫硫用水量為50～60 t/h，平均為55 t/h。

1.1 石灰石制漿系統(tǒng)用水

該電廠采用濕式球磨機自磨石灰石粉，將石灰石粉制成質(zhì)量分數(shù)為25%～35%的漿液。制漿用水量占脫硫用水總量的20%～35%。

1.2 設備沖洗水

設備沖洗水主要是除霧器沖洗水和真空皮帶機沖洗水，也有臨時性沖洗水，如漿液輸送設備及管道的沖洗水等。

1.2.1 除霧器沖洗水

脫硫除霧器安裝在吸收塔頂部，其作用是除去脫硫后的塵霧及液滴，截留下來的灰塵、石膏顆粒和鹽分會黏附在除霧器上，為保證除霧器長期高效運行，必須及時對其進行沖洗。沖洗水會落入吸收塔中，同時起到調(diào)節(jié)漿液密度和吸收塔水位的作用。這部分水用量較多，占脫硫用水總量的55%～65%。

1.2.2 真空皮帶機沖洗水

為保持石膏濾布的清潔和減少石膏細灰雜質(zhì)及可溶性鹽類含量，在石膏脫水過程中，需對濾餅和濾布進行連續(xù)沖洗，沖洗水量占脫硫用水總量的10%～15%，但大部分會返回吸收塔重復使用，補充水量占脫硫用水總量的1%左右。

1.3 轉(zhuǎn)動設備冷卻用水

增壓風機、漿液循環(huán)泵及其他泵運轉(zhuǎn)過程中會發(fā)熱，需進行冷卻。這部分水量較少，占脫硫用水量的2%～4%。這部分水匯入吸收塔，幾乎無損耗。

1.4 廢水處理系統(tǒng)用水

脫硫系統(tǒng)運行過程中會產(chǎn)生廢水，處理廢水時需加入化學藥劑。配制藥劑時需消耗一部分水，這部分水占不到1%的脫硫用水量。

2 脫硫用水水質(zhì)要求

國標和行業(yè)規(guī)范中均未對脫硫用水作出專門規(guī)定，現(xiàn)對各類用水分別說明。

2.1 制漿用水

因漿液最終會進入脫硫吸收塔中，所以，制漿水水質(zhì)要綜合考慮二氧化硫吸收、石膏氧化反應、設備防腐等的要求。

2.1.1 氯離子

氯離子質(zhì)量濃度過高會引起金屬部件的點蝕，所以，一般要求吸收塔內(nèi)氯離子質(zhì)量濃度控制在20 000 mg/L以內(nèi)。對于制漿用水，應盡量控制氯離子質(zhì)量濃度，以避免因氯離子質(zhì)量濃度升高而被迫加大脫硫廢水排放。

2.1.2 有機物(COD)

有機物含量過高時，運行過程中吸收塔上部會發(fā)生起泡現(xiàn)象。如某電廠工藝水COD達到40 mg/L時，吸收塔產(chǎn)生大量氣泡，不得不通過添加消泡劑來抑制氣泡的生成。此外，也有實驗證實，大多數(shù)有機物對于亞硫酸鈣的氧化有抑制作用。綜合考慮，制漿用水COD控制在30 mg/L以下是很有必要的。

2.1.3 懸浮固形物

懸浮固形物會覆蓋在石灰石表面，影響二氧化硫吸收反應，降低脫硫效率，所以將工藝水中懸浮固形物質(zhì)量濃度控制在一定范圍內(nèi)也是很有必要的，但脫硫的標準和技術規(guī)范中均未見到此控制值。該電廠多年的運行經(jīng)驗表明：懸浮固形物質(zhì)量濃度控制在200 mg/L以內(nèi)，對脫硫運行無明顯不良影響。

2.1.4 油類

與一般有機物對亞硫酸鈣的氧化抑制作用相比，油類物質(zhì)對亞硫酸鈣的氧化抑制作用則快速得多，油類物質(zhì)進入吸收塔會使?jié){液品質(zhì)迅速變差，所以必須將工藝水中的油類物質(zhì)質(zhì)量濃度控制在一定范圍內(nèi)。該廠多年的運行經(jīng)驗表明：油類物質(zhì)質(zhì)量濃度控制在5 mg/L以內(nèi)，對脫硫運行無不良影響。

2.1.5 有機膦

有機膦水處理劑對亞硫酸鈣的氧化也有一定程度的抑制作用，但當有機膦質(zhì)量濃度控制在5 mg/L以下時，其對亞硫酸鈣的氧化作用影響不明顯。

2.2 除霧器沖洗水

濕法脫硫系統(tǒng)中，對于除霧器沖洗水的水質(zhì)，既要防止除霧器沖洗水噴嘴因工藝水中的懸浮物雜質(zhì)含量過高而引起堵塞，也要防止因硬度離子含量過高而引起噴嘴結垢現(xiàn)象。JB/T 10989—2010《濕法煙氣脫硫裝置專用設備 除霧器》中建議的沖洗水水質(zhì)要求為[4]：pH值，7～8；Ca2+質(zhì)量濃度，≤200 mg/L； SO42-質(zhì)量濃度，≤400 mg/L；SO32-質(zhì)量濃度，≤10 mg/L；總懸浮固形物質(zhì)量濃度，<1 000 mg/L?？梢?，除霧器沖洗水對水質(zhì)要求不高，一般的工業(yè)水可滿足要求。

2.3 轉(zhuǎn)動設備冷卻水

為盡可能減緩轉(zhuǎn)動設備冷卻系統(tǒng)的結垢、腐蝕、堵塞，對轉(zhuǎn)動設備冷卻用水水質(zhì)提出了相對較高的要求，根據(jù)DL 5000—2000《火力發(fā)電廠設計技術規(guī)程》的規(guī)定，轉(zhuǎn)動設備冷卻水水質(zhì)應符合以下要求[5]：pH值，6.5～9.5；硬度(以CaCO3計)，≤250 mg/L；總懸浮固形物質(zhì)量濃度，<50 mg/L(300 MW以上機組)，<100 mg/L(其他機組)。

3 循環(huán)水排污水水質(zhì)

該電廠循環(huán)水采用加硫酸、加阻垢劑處理工藝，地表水作補充水，濃縮倍率控制在4～5。循環(huán)水排污水水質(zhì)見表1。常用朗格利爾飽和指數(shù)(L.S.I)來判斷水質(zhì)結垢情況：L.S.I>0，結垢；L.S.I=0，不結垢不腐蝕；L.S.I<0，腐蝕。

表1 該電廠循環(huán)水排污水水水質(zhì)

經(jīng)計算，該排污水的L.S.I為1.83～2.18，屬結垢型水。朗格利爾指數(shù)沒有考慮水中懸浮雜質(zhì)和腐蝕產(chǎn)物對結晶的誘導作用，也沒有考慮阻垢劑對結晶成長的阻礙和分散作用，由于水質(zhì)自身和外界條件變化往往要產(chǎn)生平衡穩(wěn)定點的漂移，所以該指數(shù)的應用具有局限性，只能作為判斷水質(zhì)的參考，但該指數(shù)仍不愧為指數(shù)判定法中具有權威性的基本方法[6]。

4 循環(huán)水排水用作脫硫工藝水

經(jīng)分析，該電廠人員認為：循環(huán)水排污水水質(zhì)基本可滿足制漿用水和廢水處理用水水質(zhì)要求；用作沖洗水和冷卻用水雖然存在結垢的風險，但因循環(huán)水中加有緩蝕阻垢劑且在流動的狀態(tài)下，不易成垢。首先在一臺機組進行試驗，運行3個月后，發(fā)現(xiàn)無不良影響，隨后在全廠推廣應用，效果良好。

循環(huán)水排污水作為脫硫工藝水時，水中的碳酸鹽硬度會參與二氧化硫吸收反應，在節(jié)水的同時還可節(jié)約石灰石用量；但循環(huán)水排污水作為除霧器沖洗水和轉(zhuǎn)動設備冷卻水存在結垢風險，需在機組停運時對設備進行檢查。

5 經(jīng)濟性分析

將循環(huán)水排水用作脫硫工藝水需增加管道、閥門及施工費用，但可節(jié)約水費、排污費等。每年可節(jié)約新鮮水230萬m3，節(jié)約水費和電費共計390萬元；每年減少排水230萬m3，減少排污費15萬元；每年少用碳酸鈣810 t(相當于石灰石900 t)，減少石灰石購置費5.5萬元；減少磨煤機及循環(huán)泵電費、維護費共計1萬元；增加管道、閥門及施工費用總計10萬元：該電廠用循環(huán)水排水作為脫硫工藝水后，需增加投資10萬元，但每年可節(jié)約費用約411萬元。

6 結束語

循環(huán)水排污水用作濕法脫硫工藝用水，既節(jié)約水資源又減少排污，經(jīng)濟和環(huán)境效益顯著，但因循環(huán)水排污水含鹽量和硬度均較高，用作除霧器沖洗水和轉(zhuǎn)動設備冷卻水時需注意結垢風險。

[1]中國水資源[EB/OL].[2017-12-13]. https://baike.baidu.com/item/中國水資源/4326130?fr=Aladdin.

[2]世界水日：中國到底有多缺水？世界水資源現(xiàn)狀嚴峻嗎？[EB/OL].(2015-03-22)[2017-12-13].http://www.askci.com/travel/2015/03/22/114812offl.shtml.

[3]全球燃煤電廠每年的用水量,足以供應10億人需求[N].科技新報，2016-04-02.

[4]濕法煙氣脫硫裝置專用設備 除霧器：JB/T 10989—2010[S].

[5]火力發(fā)電廠設計技術規(guī)程：DL 5000—2000[S].

[6]金棟,崔小明,龐如振. 我國石化行業(yè)循環(huán)冷卻水處理技術現(xiàn)狀[C]//中國化工學會工業(yè)水處理專業(yè)委員會.水處理技術研討會論文集，1999：41.