火力發(fā)電廠脫硫廢水零排放改造探討

李磊

摘要：脫硫廢水實際排放量和設(shè)計排放量存在巨大差異，導(dǎo)致脫硫廢水零排放處理成本劇增。針對某電廠600MW機組，構(gòu)建脫硫系統(tǒng)物料平衡模型，研究實際運行過程不同因素對脫硫廢水排放量的影響。結(jié)果表明，物料平衡模型脫硫廢水排放量計算值與實際排放量基本一致，能夠準(zhǔn)確預(yù)測脫硫廢水排放情況，而脫硫廢水排放量設(shè)計值裕量過大。煤種Cl-含量、機組負(fù)荷和脫硫廢水Cl-排放濃度是決定廢水排放量的主要因素。燃煤中含氯除冰劑的廣泛使用導(dǎo)致冬季脫硫廢水排放量急劇增加。優(yōu)化脫硫廢水Cl-排放濃度是降低脫硫廢水量的有效方式。

關(guān)鍵詞：電廠;脫硫廢水;零排放

引言

盡管近十多年來火力發(fā)電的占比逐年下降，但是火電仍然是我國最重要的電力來源，其發(fā)電量及裝機總量也在逐年上升。火電機組在發(fā)電過程中不可避免會產(chǎn)生大量的污染物如SO2、SO3、NOx和飛灰等，這將對環(huán)境造成十分嚴(yán)重的污染。近幾年來，我國加強了對污染物排放的管控，出臺了許多有關(guān)污染物排放的政策，其中就對電廠煙氣中硫化物的排放制定了標(biāo)準(zhǔn)，大部分電廠通過改造加裝脫硫裝置實現(xiàn)了煙氣污染物排放的控制。在火力發(fā)電廠中，應(yīng)用最為廣泛的脫硫技術(shù)為濕法脫硫技術(shù)，石灰石用來作為脫硫劑，當(dāng)Ca/S質(zhì)量比為1時，其反應(yīng)脫硫效率可以達(dá)到90%。濕法脫硫原理簡單、速度較快、效率較高且成本較低，在電廠脫硫上應(yīng)用十分廣泛。

1脫硫廢水的特征及零排放的特征與難點

隨著脫硫吸收液的循環(huán)濃縮，脫硫廢水主要存在以下特征：（1）懸浮物含量高。脫硫廢水由于聚集許多飛灰，故廢水中存在較多懸浮物，另外在不同的電廠負(fù)荷和煤種的情況下，其懸浮物含量會有較大變化。（2）無機鹽含量高。脫硫廢水中的主要鹽離子為Ca2+、Mg2+、Na+、F-、Cl-、SO42-和SO32-等，且其中離子含量較高。（3）水質(zhì)易結(jié)垢。脫硫廢水中的鈣離子、硫酸根離子、鎂離子含量較高，并且硫酸鈣常處于過飽和狀態(tài)，在濃縮加熱時十分容易結(jié)垢。（4）多種重金屬含量超標(biāo)。（5）廢水的含量隨負(fù)荷變動較大。受到燃煤電廠負(fù)荷的影響，吸收液用水的水質(zhì)差異、脫硫系統(tǒng)管理難以控制等限制，脫硫廢水的水量和水質(zhì)波動明顯，對脫硫廢水處理工藝的適應(yīng)性提出了很大的挑戰(zhàn)。脫硫廢水在濃縮及凈化過程中存在許多難點：（1）傳統(tǒng)的脫硫廢水處理方法對懸浮物處理的效率不夠高，分離時間較長。（2）由于脫硫廢水的有害腐蝕性物質(zhì)較多，會對管道和處理設(shè)備造成嚴(yán)重的腐蝕。（3）脫硫廢水處理得到的化學(xué)污泥的有害物質(zhì)較多，有很強的污染性。（4）負(fù)荷或煤種的變化會對處理過程造成沖擊。這些困難給火電廠脫硫帶來了十分巨大的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的脫硫廢水處理工藝已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的需求。傳統(tǒng)的脫硫廢水處理方法是直接利用鍋爐余熱來蒸發(fā)脫硫廢水達(dá)到濃縮的目的，但是該方法效率較低、體積較大、腐蝕和結(jié)構(gòu)嚴(yán)重。廢水零排放技術(shù)是近年來處理電廠脫硫廢水的有效方法，在全國乃至世界范圍內(nèi)都有著十分廣泛的應(yīng)用。本文針對脫硫廢水水量相對較少，但污染較高、處理難度較大的特點，提出了一種適用與電廠脫硫廢水零排放并合理利用廢水中金屬離子的新型技術(shù)。

2火力發(fā)電廠脫硫廢水零排放

2.1脫硫廢水蒸發(fā)結(jié)晶處理工藝

脫硫廢水蒸發(fā)結(jié)晶處理系統(tǒng)一般含有廢水軟化預(yù)處理、廢水蒸發(fā)、深度濃縮/結(jié)晶、結(jié)晶物處理/干燥等系統(tǒng)。大部分廢水通過蒸發(fā)系統(tǒng)后經(jīng)冷凝為凝結(jié)水（水質(zhì)較好，一般做脫硫工藝水回用）。經(jīng)過深度濃縮和結(jié)晶的剩余廢水則再進(jìn)入結(jié)晶干燥處理系統(tǒng)，最終得到含水率1%左右的結(jié)晶鹽，打包外運。通過研究，認(rèn)為蒸發(fā)結(jié)晶“零排放”技術(shù)的主要工藝工序可歸結(jié)為廢水軟化預(yù)處理及蒸發(fā)結(jié)晶兩個主要步驟。其中，軟化預(yù)處理工序各廠家因技術(shù)路線的不同而稍有不同，但目的是一樣的，都是為了去除水中的鈣鎂離子。由前述可知，脫硫廢水經(jīng)常規(guī)的“三聯(lián)箱”工藝處理后，雖然出水達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，但仍含有較高的Cl-、SO42-、Na++K+、Ca2+、Mg2+、COD、懸浮物、氨氮等。其中，氯化鈣易溶于水，并能以多種含水晶體的形式出現(xiàn)，腐蝕性強。低濃度時，其沸點上升（BoilingPointElevation[BPE]））和氯化鈉的水溶液差不多，但在較高濃度時，BPE會升高30℃。同樣的，氯化鎂如果不采取措施凈化處理，在蒸發(fā)濃縮結(jié)晶過程中也會不斷富集，最后也造成沸點升高，甚至導(dǎo)致蒸發(fā)無法進(jìn)行。軟化預(yù)處理工序在脫硫廢水蒸發(fā)結(jié)晶“零排放”技術(shù)中是一個比較重要的工序，一方面解決了廢水的腐蝕性、沸點升高、能耗成本高等問題，另一方面也避免了鈣鎂等在后續(xù)的蒸發(fā)結(jié)晶工序中在蒸發(fā)器上結(jié)垢，使整個廢水深度處理系統(tǒng)能正常穩(wěn)定運行。

2.2管式膜（TMF）系統(tǒng)

管式微濾膜（TMF）是一種基于錯流過濾機理的微孔膜，進(jìn)料為含大量懸浮固體的混合液，用循環(huán)泵送往膜管，在內(nèi)部高速流動，產(chǎn)水透過膜層和支撐層到達(dá)膜管與膜殼內(nèi)的空間，然后從產(chǎn)水管引出送往后續(xù)設(shè)備，濃縮液回流到前端的濃縮槽內(nèi)。由于產(chǎn)水不斷送出，懸浮固體逐漸在槽內(nèi)濃縮，為維持一定的固含量范圍（固含量3%～5%為最佳范圍），需要間歇或連續(xù)的排出一定量的濃縮液，濃縮液成分主要以碳酸鈣為主和部分氫氧化鎂、硫酸鈣，這部分濃縮液可以送至脫硫島作為脫硫劑循環(huán)利用。為了降低廢水中的懸浮物濃度，特設(shè)計管式膜處理系統(tǒng)對廢水中的懸浮物進(jìn)行攔截，滿足納濾（SCNF）進(jìn)水要求。

2.3納濾（SCNF）系統(tǒng)

借助納濾膜對離子選擇性透過功能，以壓力差為推動力，一價鹽及小分子物質(zhì)不斷地透過膜，經(jīng)過產(chǎn)水流道流入中心管，然后由產(chǎn)水管輸送至納濾產(chǎn)水箱。進(jìn)水中的二價離子、有機物、細(xì)菌、病毒等被截留在膜的進(jìn)水側(cè)，由濃水管排出。經(jīng)過TMF系統(tǒng)凈化處理后出水中主要含有NaCl和Na2SO4，采用納濾（SCNF）工藝對TMF系統(tǒng)出水進(jìn)行分鹽處理，促使納濾（SCNF）出水中的Na2SO4含量降低，NaCl純度提高，降低反滲透SCRO工段滲透壓和運行壓力。同時因為SCRO濃縮液中NaCl純度提高，可進(jìn)一步提高電解效率。

結(jié)語

本文針對脫硫廢水水量相對較少，但污染較高、處理難度較大的特點，提出了脫硫廢水零排放處理工藝流程，結(jié)合預(yù)沉淀系統(tǒng)、化學(xué)軟化系統(tǒng)、管式膜（TMF）系統(tǒng)、納濾（SCNF）系統(tǒng)、反滲透（SCRO）系統(tǒng)和電解制氯系統(tǒng)，獲得了結(jié)晶的回用水，克服了傳統(tǒng)“零排放”蒸發(fā)結(jié)晶工藝產(chǎn)生的高能耗，并通過電解濃鹽水制得次氯酸鈉溶液，實現(xiàn)了廢水資源化利用的目的，為工業(yè)脫硫廢水零排放處理提供了新思路。

參考文獻(xiàn)：

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