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火电厂水处理及脱硫废水零排放技术研究

国务院发布“水十条”以来,国家将强化对各类水污染的治理力度,特别对火电、造纸行业企业核发排污许可证。环保部明确指出脱硫废水宜经石灰处理、混凝、澄清、中和等工艺处理后回用。鼓励采用蒸…

国务院发布“水十条”以来,国家将强化对各类水污染的治理力度,特别对火电、造纸行业企业核发排污许可证。环保部明确指出脱硫废水宜经石灰处理、混凝、澄清、中和等工艺处理后回用。鼓励采用蒸发干燥或蒸发结晶等处理工艺,实现脱硫废水不外排。本文以火电厂脱硫废水零排放技术进行分析,针对不同水质及电厂的现状进行分析不同工艺的选择建议及优势。

根据“十三五”规划,火电厂的烟气脱硫脱硝已基本实现超底排放,对于水的排放近零排放问题已提到日程上来了。电厂的废水处理经过梯级利用,最后集中到脱硫废水上来,对于火电厂废水零排放也即是脱硫废水零排处理。故对于脱硫废水零排放的处理技术研究非常必要。
一、脱硫废水零放的实施背景
(一)2015年4月16日,国务院发布《水污染防治行动计划》(《水十条》),国家将强化对各类水污染的治理力度,提出最严格的源头保护和生态修复制度,全面控 制污染物排放,着力节约保护水资源,全力保障水生态安全。
(二)2016年11月10日,国务院出台了《控制污染物排放许可制实施方案》国办 发[2016]81号,文中第三条明确指出率先对火电、造纸行业企业核发排污许可证。
(三)2016年11月24日,国务院发布了《“十三五”生态环境保护规划》国发〔2016〕65号,文中指出十三五期间实施工业污染源全面达标排放计划,深入推进重 点污染物减排。电力、钢铁、冶金、造纸等高耗水行业达到先进定额标准。
(四)2017年1月10日,环保部发布了《火电厂污染防治技术政策》,文中明确指 出脱硫废水宜经石灰处理、混凝、澄清、中和等工艺处理后回用。鼓励采用蒸发干燥或 蒸发结晶等处理工艺,实现脱硫废水不外排。
(五)新建项目环评的要求。
从近两年国务院密集发布的环保政策表明,党中央、国务院高度重视生态环境保护 工作,工业企业耗水大户在水资源约束与排放限制方面的压力陡然上升,加快落实深度 节水和废污水零排放已成为必然选择。
(六)企业降本增效的需求
近几年,工业企业生产取水单价增幅已超过50%,北方部分地区的增幅已超过100%。很多高耗水企业如火电厂水费已占到发电运行维护费用的25%以上,个别地区的水费已超过发电运行维护费用的30%。废水零排放的实施,可大大降低高耗水企业的取水费和排污费,使企业取得良好的经济效益。
二、脱硫废水零排放的技术介绍
(一)、零排放实施层次(即分级利用,集中处理)
零排放是一项系统工程,包含两个层次:
(1)采用节水工艺等措施提高用水效率,降低生产水耗,同时尽可能提高废水回用率,从而最大限度利用水资源;
(2)采用高效的水处理技术,处理含盐废水,将无法利用的高盐废水浓缩为固体或浓缩液,不再以废水的形式外排到自然水体。
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图一 电厂废水梯级利用示意图
(二)、脱硫废水来源
锅炉烟气湿法脱硫(石灰石/石膏法)过程产水的废水来源于吸收塔排放水。为了维 持脱硫装置浆液循环系统物质 的平衡,防止烟气可溶部分即 氯浓度超过规定值和保证石膏 质量,必须从系统中排放一定 量的废水,废水主要来自石膏 脱水和清洗系统。
(三)、脱硫废水水质特点
1、高含盐:TDS 10,000~40,000mg/L,以钙离子、镁离子、氯离子、硫酸根离子、亚硫酸根离子为主;
2、高浊度:SS10,000~30,000mg/L,以飞灰、石膏晶粒、氟化钙、酸不溶物为主;
3、高硬度:钙、镁离子浓度高,易结垢
4、腐蚀性:氯根浓度20000ppm左右,具有较强腐蚀性
5、重金属:微量铅铬镉铜锌锰汞等重金属;
6、废水稍偏酸性,pH一般保持在4.5—5.5之间;
7、不稳定:组分多变,受地域、季节、煤源、石灰石源等影响极大,同一厂水质波动大。
以下是12家火电厂脱硫废水水质汇总:
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(四)、脱硫废水零排放处理难点
1、水质方面
受煤种、脱硫岛用水水质、排放周期等因素的影响,不同地区电厂的废水水质差别很大,同一电 厂因排放时段不固定,差别也很大;同时废水的硬度和氯离子含量都非常高,极易造成处理系统结垢和腐蚀。
2、水量方面
脱硫废水为间断排放,易造成水量波动较大。
三、脱硫废水零排放的处理工艺分析比较
(一)、以水处理方式实现零排放
1、工艺流程图
3.png
图二 水处理方式的处理流程图
2、优点
1)对火电厂正常生产不造成任何影响,技术成熟可靠、适应性强、可满足不同地区、不同规模机组废水零 排放的需求;
2)国内外成功运行的案例很多;
3)回收95%以上的高品质淡水,分质制盐获得高纯度工业盐,对外销售实现循环经济。
4)预处理软化模块、膜浓缩减量模块和蒸发模块均可单独运行,在需要达标排放的地区可只选择预处理软 化模块;在满足煤场、灰场喷洒的条件下可选择预处理软化+膜浓缩减量模块,做到近零排放;在当地环 保要求绝对零排放地区,选择三个模块组合。

1)预处理软化药剂费用较高;
2)系统动设备较多,维护工作量较大;
3)部分电厂周围无工业盐用户,工业盐销售困难,需要委托第三方处置。
(二)、烟气余热利用(烟道喷雾蒸发)
1、工艺流程图
4.png
图三 烟道喷雾蒸发的处理流程图
2、优点
1)无预处理,无需药剂,运行费用低。
3、存在的问题
1)处理能力较低,不能完全满足零排放要求;
2)设计不当的条件下,烟道结垢严重,可能 造成烟道部分堵塞,垢样成分与水泥类似,很难清洗;
3)存在影响机组正常安全运行的风险,例如烟道 内尘堆积较多,导致阻力过大影响锅炉运行。
(三)、烟气余热利用(烟道旁路喷雾蒸发)
1、工艺流程图
5.png
图四 烟道旁路喷雾蒸发的处理流程图
2、优点
1)固体盐分被除尘器捕捉到飞灰中,无需单独处置;
2)技术成熟,废水蒸发工艺流程相对简单;
3)喷雾蒸发器排出烟气湿度增加,可提高除尘器效率;
3、存在的问题
1)对锅炉热效率有影响,蒸发量越大,影响越大,故处理量较小;
2)喷雾干燥蒸发需要利用高温烟气热值,直接增加了发电煤耗;
3)每台机组都需建设一台雾化塔,设备分散,不便于管理,此外老机组设备布置场地受限;
4)蒸发的固体盐混合在飞灰中,对粉煤灰综合利用带来不利影响。
(四)、烟气余热利用(低温烟气浓缩+高温烟气旁路喷雾蒸发)
1、工艺流程图
6.png
图五 低温烟气浓缩+高温烟气旁路喷雾蒸发的处理流程图
2、优点
1)固体盐分被除尘器捕捉到飞灰中,无需单独处置;
2)低温烟气一般为废热,可以减少废水蒸发对煤耗的影响;
3)降低了进脱硫塔烟温,减少了脱硫塔蒸发补水量。
3、存在的问题
1)高温烟气喷雾干燥存在的问题,该组合工艺均存在;
2)在已上低低温省煤器、MGGH的电厂应用受限;
3)工艺由预沉降、浓缩、调质、干燥等单元组成,流程较长,增加很多动力设备,例如大功率引风机、浆液循环泵等电耗大幅度上升;
4)在雾化塔基础上增加了浓缩塔,占地更大,设备更多,维护工作量加大。
(五)工艺路线比较汇总表
7.png
(六)根据不同现场推荐工艺路线
1、主要工艺路线组合
1)预处理软化+膜浓缩(SWRO/MBC/ED+DTRO/UHPRO)+蒸发结晶(MVR):产生杂盐
2)预处理软化+膜分盐(SCNF)+膜浓缩(SWRO/MBC/ED+DTRO/UHPRO)+蒸发结晶(MVR):产生工业盐
3)预处理软化+膜分盐(SCNF)+膜浓缩(SWRO/MBC/ED+DTRO/UHPRO)+电解制氯:回收利用氯化钠
4)预处理软化+低温闪蒸浓缩减量+烟气旁路喷雾蒸发:水处理与烟气相结合。
5)烟气余热利用路线(高温旁路烟气蒸发/低温烟气浓缩+高温旁路烟气蒸发):烟道喷雾蒸发基本不用。
2、各工艺路线适用场合
1)不分盐蒸发:因产杂盐是固废,不好处理,一般不建议使用。
2)分盐蒸发结晶:适合所有项目,尤其适用于周围有工业盐用户的电厂。
3)电解制氯:适合沿海沿江开式冷却循环电厂。
4)烟气旁路喷雾蒸发:适合于具备干灰、干渣拌湿条件的电厂或粉煤灰利用层级较低的电厂。
四、结束语
目前,我国脱硫废水零排放技术仍处于广泛研究与初步应用探索阶段。现有零排放技术的投资成本普遍较高且运行费用较大,在运行过程中也逐步突显各类问题。根据各厂的水质及需求情况,优化组合现有工艺,解决实际运行中的问题,实现低成本脱硫废水零排放,将是今后脱硫废水零排放研究的重点。
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