一步加藥法在650MW超臨界機(jī)組脫硫廢水零排放預(yù)處理中的研究與應(yīng)用

王濤　沈迎　張勇　任乾超

摘 要：針對(duì)某電廠2X650MW機(jī)組脫硫廢水“三聯(lián)箱”處理系統(tǒng)處理能力不足、產(chǎn)水水質(zhì)難以達(dá)標(biāo)、設(shè)備維護(hù)費(fèi)用高、噸水處理電耗高、以及藥劑安全隱患等問(wèn)題，按照“一步加藥法”高效絮凝處理工藝，對(duì)該電廠2X650MW機(jī)組脫硫廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行了利舊改造，解決了當(dāng)前脫硫廢水三聯(lián)箱處理工藝技術(shù)中易堵塞系統(tǒng)設(shè)備與管道的問(wèn)題，運(yùn)行連續(xù)穩(wěn)定，為脫硫廢水最終實(shí)現(xiàn)零排放創(chuàng)造了良好的條件。

關(guān)鍵詞：650MW超臨界機(jī)組；一步加藥法；脫硫廢水；達(dá)標(biāo)排放

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.186

0 引 言

某電廠2×650MW機(jī)組煙氣脫硫采用濕法脫硫，系統(tǒng)產(chǎn)生的脫硫廢水中含有的雜質(zhì)主要是懸浮物、過(guò)飽和的亞硫酸鹽、硫酸鹽以及重金屬，其中很多是國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)中要求控制的一類污染物。由于脫硫廢水的水質(zhì)不同于其它的工業(yè)廢水，因此必須對(duì)脫硫廢水進(jìn)行單獨(dú)處理。原脫硫廢水處理系統(tǒng)采用“三聯(lián)箱”工藝（又稱作三箱五藥），原設(shè)計(jì)處理能力為25m?/h，自2007年建成以來(lái)，由于脫硫廢水高含鹽、高濁度、高硬度、高氯化物、高硫酸根，尤其是含有世衛(wèi)組織和我國(guó)嚴(yán)格控制的一類污染物等；且受燃煤、脫硫工藝水質(zhì)、脫硫劑等的影響，脫硫廢水水質(zhì)成分復(fù)雜、經(jīng)常性波動(dòng)很大。系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中存在如下問(wèn)題，造成系統(tǒng)難以穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)備一直處于停運(yùn)狀態(tài)。

1 實(shí)施脫硫廢水達(dá)標(biāo)排放改造必要性

隨著國(guó)務(wù)院《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》的實(shí)施，以及推行排污許可證制度，排水標(biāo)準(zhǔn)日益提高，企業(yè)自證守法的難度提高，脫硫廢水外排存在極大環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。因此，因此該電廠迫切需要進(jìn)行脫硫廢水綜合治理，實(shí)現(xiàn)脫硫廢水達(dá)標(biāo)排放的目標(biāo)。2015年4月2日，國(guó)務(wù)院發(fā)布《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，對(duì)企業(yè)的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)和污染物排放總量均提出了嚴(yán)格要求[1]。隨著國(guó)家環(huán)保政策的日益嚴(yán)格，電廠廢水零排放工作被提上日程。在電廠各類廢水中，脫硫廢水水質(zhì)成份最復(fù)雜、含鹽量最高、水質(zhì)最差，是全廠廢水達(dá)標(biāo)排放工作的重點(diǎn)與難點(diǎn)，是達(dá)標(biāo)排放工作的關(guān)鍵步驟之一。

該電廠現(xiàn)有脫硫廢水處理工藝在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中存在以下問(wèn)題：

（1）旋流器出水含固率高，導(dǎo)致后續(xù)處理設(shè)施的處理負(fù)荷增大，特別是一次澄清池，水中的懸浮物都隨水流出。

（2）三聯(lián)箱攪拌器槳葉小，攪拌力度不夠，藥劑不能很好的混勻。

（3）三聯(lián)箱體外圍四周未進(jìn)行加固，整個(gè)箱體已出現(xiàn)擠壓變形，存在安全隱患。

（4）處理廢水藥劑投加種類較多，藥泵多，設(shè)備維護(hù)復(fù)雜，污泥量大。

（5）二次澄清池刮泥機(jī)槳葉已腐蝕，無(wú)法刮泥，嚴(yán)重影響水質(zhì)澄清效果，直接影響出水水質(zhì)。

因上述設(shè)備異常及工藝弊端的存在使得脫硫廢水整套系統(tǒng)已無(wú)法正常運(yùn)行，目前出水帶有明顯黃色泥漿，機(jī)組脫硫廢水無(wú)法達(dá)到達(dá)標(biāo)排放的要求。

2 改造技術(shù)路線確定

目前脫硫廢水預(yù)處理成熟工藝為化學(xué)沉淀法，大多數(shù)已投運(yùn)脫硫廢水零排放處理工程選用了早期隨脫硫島建設(shè)的“三聯(lián)箱”系統(tǒng)。以最大程度利舊降低工程造價(jià)，本工程主要對(duì)傳統(tǒng)“三聯(lián)箱”工藝及“一步法”高效絮凝工藝進(jìn)行對(duì)比選擇。

2.1 方案一：“三聯(lián)箱”工藝

目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的脫硫廢水化學(xué)沉淀工藝為中和/沉淀/絮凝工藝。其主要流程見下圖。

從上圖可知，常規(guī)脫硫廢水處理工藝核心為中和/沉淀/絮凝。脫硫廢水通過(guò)緩沖水池后進(jìn)入反應(yīng)器，首先在中和池內(nèi)調(diào)節(jié)脫硫廢水的pH，一般采用的堿性中和劑為 NaOH或Ca（OH）2，在中和池箱將脫硫廢水的pH值調(diào)節(jié)至9.0～9.5之間，在該pH范圍內(nèi)，廢水中的Zn2+、Cu2+、Ni2+、Fe3+等大部分重金屬離子會(huì)生成氫氧化物沉淀被去除；中和反應(yīng)箱出水進(jìn)入沉降箱，在沉降箱內(nèi)加入可溶性硫化物，使脫硫廢水中的Hg2+、Pb2+、As3+等金屬離子形成金屬硫化物沉淀，進(jìn)一步去除脫硫廢水中重金屬離子；沉降池出水進(jìn)入絮凝箱，通過(guò)投加絮凝劑（FeCl3或PFS）及助凝劑（PAM），使脫硫廢水中細(xì)小顆粒進(jìn)一步碰撞結(jié)合成為大顆粒；脫硫廢水經(jīng)反應(yīng)器處理后進(jìn)入澄清池，在重力作用下沉淀，澄清池底部沉降污泥定期通過(guò)污泥泵輸送至污泥處置系統(tǒng)進(jìn)行處理，澄清池上清液溢流至清水池；處理完后脫硫廢水在進(jìn)入清水池前，通過(guò)投加鹽酸對(duì)出水pH值進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)投加次氯酸鈉對(duì)COD進(jìn)行去除。通過(guò)上述反應(yīng)后，出水重金屬、懸浮物、COD、pH等指標(biāo)滿足廢水排放限值要求[2]。

該技術(shù)最大特點(diǎn)是集中和、沉淀、絮凝三反應(yīng)區(qū)于一箱體。通過(guò)不同分區(qū)分別加入石灰、有機(jī)硫、絮凝劑和助凝劑完成pH調(diào)整、飽和硫酸鈣結(jié)晶析出、混凝、絮凝反應(yīng)等，使生成的絮凝物能在澄清器中沉淀、分離出來(lái)。

2.2 方案二：“一步法”高效絮凝工藝

“一步法”高效絮凝是針對(duì)脫硫廢水具有高含鹽、高濁度、高硬度、高氯化物、高硫酸根；含有重金屬、氟化物、硫化物、氨氮、硅、有機(jī)物等特點(diǎn)，近年來(lái)開發(fā)成功的一種脫硫廢水處理新工藝，并于2016年10月-2017年7月分別在大唐太原第二發(fā)電廠和國(guó)電菏澤發(fā)電公司進(jìn)行了大型工業(yè)試驗(yàn)[3]。其出水指標(biāo)全部滿足DL/T997-2006《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質(zhì)控制指標(biāo)》標(biāo)準(zhǔn)，世衛(wèi)組織和我國(guó)嚴(yán)格控制的一類污染物指標(biāo)優(yōu)于該標(biāo)準(zhǔn)。其主要工藝流程見下圖：

脫硫廢水先經(jīng)廢水旋流器，對(duì)廢水進(jìn)行旋流濃縮，高濃度濃縮液返回吸收塔，旋流器低濃度出水進(jìn)入高效絮凝反應(yīng)器加藥處理。高效絮凝反應(yīng)器出水流入一次澄清池，經(jīng)過(guò)固液分離后，清水流入廢水箱達(dá)標(biāo)排放；一次澄清池底部污泥通過(guò)污泥泵打入板框壓濾機(jī)，脫水后的干污泥外運(yùn)處置。

2.3 技術(shù)方案比較

對(duì)脫硫廢水預(yù)處理系統(tǒng)方案一、方案二進(jìn)行比較，結(jié)果見下表。

方案一出水水質(zhì)不穩(wěn)定，經(jīng)常難以滿足脫硫廢水達(dá)標(biāo)處理要求，方案二出水水質(zhì)穩(wěn)定，滿足脫硫廢水達(dá)標(biāo)處理要求。方案一工藝成熟穩(wěn)定，應(yīng)用廣泛，但投資及運(yùn)行費(fèi)用高于方案二。針對(duì)現(xiàn)有工藝的具體情況，本著充分利用現(xiàn)有可用設(shè)備，利用現(xiàn)有建設(shè)場(chǎng)地，利用現(xiàn)有可用管線的建設(shè)原則，推薦方案二作為公司脫硫廢水預(yù)處理方案，即“一步法”高效絮凝工藝。

3 改造效果評(píng)價(jià)

費(fèi)縣公司脫硫廢水達(dá)標(biāo)排放改造于2018年12月31日改造完成，2019年1月1日至2019年1月26日脫硫廢水系統(tǒng)分體及168調(diào)試，調(diào)試完成后各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)良、運(yùn)行穩(wěn)定。

3.1 改造后指標(biāo)分析

改造后脫硫廢水出水、壓濾機(jī)泥餅含水率達(dá)到《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質(zhì)控制指標(biāo)（DL/T997-2006》、《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置、混合填埋用泥質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)第一類污染物最高允許排放濃度、第二類污染物最高允許排放濃度的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及污泥含水率的要求，具體出水水質(zhì)如下表所示：

3.2 改造后設(shè)備可靠性

改造兩臺(tái)石膏旋流器和一臺(tái)廢水旋流器安裝符合現(xiàn)場(chǎng)使用需要，管路與原有管路進(jìn)行對(duì)接，實(shí)現(xiàn)了旋流分離的效果。通過(guò)對(duì)三臺(tái)旋流器進(jìn)行溢流密度和底流密度的連續(xù)運(yùn)行監(jiān)測(cè)，其中石膏旋流器溢流密度在1059-1090kg/m3，底流均保持大于1200kg/m3；廢水旋流器溢流密度在1065-1073kg/m3，底流密度在1095-1123kg/m3。三臺(tái)旋流器在進(jìn)水壓力滿足設(shè)備運(yùn)行要求的前提下，設(shè)備均可實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)轉(zhuǎn)和使用。

本次改造恢復(fù)三聯(lián)箱系統(tǒng)的加藥反應(yīng)功能，增設(shè)石灰乳加藥裝置和干粉投加裝置，整個(gè)廢水系統(tǒng)只需添加兩種藥劑，一改以往工藝需要添加四種藥劑的運(yùn)行工況，從設(shè)備占用空間和運(yùn)行維護(hù)方面，大大減少了后續(xù)工作量。

本次改造針對(duì)二次澄清池池體嚴(yán)重變形和傾斜，刮泥機(jī)損壞的實(shí)際情況，對(duì)變形的二次澄清池新增設(shè)四根支腿加固整體結(jié)構(gòu)，然后對(duì)已變形的池體進(jìn)行變形修復(fù)矯正，對(duì)基礎(chǔ)平臺(tái)進(jìn)行粉刷抹面，同時(shí)對(duì)支腿進(jìn)行素混凝土防護(hù)，以減少外界條件所導(dǎo)致的腐蝕；針對(duì)刮泥機(jī)的損壞情況，原有刮泥機(jī)軸已腐蝕和變形，更換為316L不銹鋼材質(zhì)，在脫硫廢水環(huán)境中具有優(yōu)良的抗鹽抗腐蝕性能。

3.3 改造后經(jīng)濟(jì)效益

通過(guò)實(shí)施一步加藥法脫硫廢水預(yù)處理改造，噸水處理電耗由9.5kWh/m3下降至5.2kWh/m3，按年處理脫硫廢水125000m3[注：年運(yùn)行5000h，處理能力25m3/h]計(jì)算，年節(jié)電537500kWh，按我廠上網(wǎng)電價(jià)0.422元/度計(jì)算，節(jié)電可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益為226825元。

通過(guò)實(shí)施一步加藥法脫硫廢水預(yù)處理改造，處理每噸廢水加藥成本降低4.4元，按年處理脫硫廢水125000m3預(yù)期每年藥品費(fèi)用可節(jié)約550000元。

每年產(chǎn)生綜合效益為226825元+550000元=776825元。

3.4 改造后社會(huì)效益

通過(guò)改造，成功解決了脫硫廢水處理系統(tǒng)處理能力不足、產(chǎn)水水質(zhì)難以達(dá)標(biāo)、以及藥劑安全隱患等問(wèn)題，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益十分顯著，為“節(jié)能減排”和“污染物控制”工作做出了貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]高原，陳智勝.新型脫硫廢水零排放的處理方案[J].華電技術(shù)，2008，30（04）：73-75.

[2]徐建剛.石灰石-石膏濕法煙氣脫硫廢水處理[J].電力科技與環(huán)保，2010，26（04）：33-34.

[3]劉進(jìn).火力發(fā)電廠廢水零排放技術(shù)方案[J].華電技術(shù)，2017，9（39）：58-62.

作者簡(jiǎn)介：王濤（1991-），男，山東臨沂人，碩士研究生，注冊(cè)能源管理工程師，主要從事火電機(jī)組節(jié)能理論、節(jié)能技術(shù)及鍋爐燃燒穩(wěn)定性的研究。