燃煤電廠末端廢水零排放處理系統(tǒng)改造分析

全康環(huán)保:【摘要】為響應(yīng)國(guó)家水污染防治政策，徹底解決火電廠廢水排放對(duì)環(huán)境的污染，論文重點(diǎn)針對(duì)火電廠的脫硫廢水零排放處理系統(tǒng)改造工藝進(jìn)行分析比較，主要分析了高溫旁路煙道固化技術(shù)與主煙道低溫干燥技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，從2種工藝的適用范圍、技術(shù)成熟度、運(yùn)行可靠性、投資造價(jià)、運(yùn)行費(fèi)用等指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)論述和對(duì)比，選擇合適的技術(shù)方案及設(shè)計(jì)參數(shù)，分析了廢水零排放工藝對(duì)電廠相關(guān)系統(tǒng)的影響等。

1 末端廢水處理現(xiàn)狀

電廠末端廢水主要是經(jīng)達(dá)標(biāo)處理后的高氯高鹽脫硫廢水，現(xiàn)有傳統(tǒng)物理沉降工藝可以降低脫硫廢水中的重金屬、懸浮物，但處理后的廢水仍具有很高的含鹽量和致垢性離子，腐蝕性較強(qiáng)，直接外排仍具有較大的危害性。而現(xiàn)階段，電廠并未建設(shè)末端高鹽廢水處理系統(tǒng)，鹽廢水通過(guò)雨水井或灰場(chǎng)外排，環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)較高。脫硫系統(tǒng)將主要以鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)和循環(huán)水排污水處理系統(tǒng)所產(chǎn)生的RO濃水以及少量精處理再生廢水等作為補(bǔ)水，通過(guò)適當(dāng)控制脫硫系統(tǒng)排放廢水氯離子含量，脫硫廢水水量可基本穩(wěn)定。

2 末端廢水水質(zhì)、水量及總體改造思路

2.1 水質(zhì)

電廠脫硫廢水主要水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

2.2 水量

對(duì)全廠用、排水進(jìn)行平衡試驗(yàn)，根據(jù)水平衡測(cè)試的結(jié)果，其脫硫廢水量約為6m³/h，夏季滿(mǎn)負(fù)荷工況條件下，水量將增大至8m³/h。

2.3 總體改造思路

根據(jù)最終固化處置工藝的不同，可分為旁路煙氣蒸發(fā)工藝和蒸發(fā)結(jié)晶工藝。

采用旁路煙氣蒸發(fā)工藝，根據(jù)旁路煙氣蒸發(fā)中試驗(yàn)結(jié)果，在保證一次風(fēng)溫和空預(yù)器出口煙氣溫度滿(mǎn)足系統(tǒng)運(yùn)行要求的條件下，單臺(tái)350MW機(jī)組旁路煙氣蒸發(fā)系統(tǒng)最大處理脫硫廢水量為4m3/h。由于電廠現(xiàn)安裝2臺(tái)350MW凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，滿(mǎn)負(fù)荷條件下2臺(tái)機(jī)組的旁路煙氣蒸發(fā)系統(tǒng)的最大處理量為8m³/h，滿(mǎn)足水量處理要求。因而可不對(duì)廢水集中減量，直接進(jìn)入高溫旁煙氣干燥裝置進(jìn)行固化處置。

常規(guī)固化處理工藝主要為蒸發(fā)結(jié)晶工藝，但該工藝一般需要對(duì)廢水進(jìn)行軟化澄清處理，除去末端高鹽廢水的硬度、硅等結(jié)垢性成分。其整體工藝路線(xiàn)一般包括預(yù)處理、濃縮和蒸發(fā)固化3個(gè)階段。

重點(diǎn)對(duì)固化處置工藝段進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，確定最終的處理工藝路線(xiàn)。

3 固化處置技術(shù)方案

3.1 高溫旁路煙氣固化

高溫旁路煙氣固化技術(shù)是利用電廠尾部高溫?zé)煔庥酂?，將脫硫高氯高鹽廢水噴入高溫旁路固化塔內(nèi)干燥，實(shí)現(xiàn)低能耗低成本的脫硫廢水零排放工藝。

該技術(shù)主要特點(diǎn)如下：①相對(duì)直接煙道噴霧蒸發(fā)，高溫旁路煙氣固化能大大減少?lài)婌F對(duì)除塵器安全運(yùn)行的影響。②利用煙氣余熱進(jìn)行蒸發(fā)干燥，能夠經(jīng)濟(jì)高效地處理脫硫廢水，大大降低電廠廢水零排放系統(tǒng)的投資建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用。③廢水蒸發(fā)成水蒸氣，進(jìn)入除塵器的煙氣濕度相應(yīng)增加，煙氣比電阻增加有利于提升除塵器除塵效率。

高溫旁路煙道蒸發(fā)固化流程如圖1所示。

高溫旁路煙氣固化方案核心為煙氣固化干燥塔。固干燥塔從鍋爐尾部脫硝裝置出口煙道接引出300~350℃高溫?zé)煔?，與脫硫高氯高鹽廢水在干燥塔內(nèi)混合迅速傳熱，水迅速蒸發(fā)為水蒸氣，廢水中的鹽形成結(jié)晶物與煙氣混合進(jìn)入主煙道，在除塵器里面收集下來(lái)，該技術(shù)的研究具有重大工程價(jià)值。

3.2 主煙道低溫干燥固化

主煙道低溫干燥固化技術(shù)是利用除塵器前的低溫?zé)煔庥酂?，將脫硫高氯高鹽廢水噴入主煙道，利用主煙道的有效長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)廢水在低溫?zé)煔庵姓舭l(fā)，廢水中的鹽分、懸浮物、雜質(zhì)固化后隨煙氣進(jìn)入主廠除塵器內(nèi)，利用現(xiàn)有除塵器收集輸送至灰?guī)臁?/p>

主煙道低溫干燥固化系統(tǒng)流程如圖2所示。

主煙道低溫干燥固化特點(diǎn)包括：①主煙道必須有足夠的有效長(zhǎng)度，否則在進(jìn)入靜電除塵器前液滴不能完全蒸發(fā)。②霧化顆粒越小，液滴的比表面積越大，蒸發(fā)速率也就越快，完全蒸發(fā)所需時(shí)間越少；需綜合考慮蒸發(fā)效果和運(yùn)行成本。③煙氣入口溫度越高，顆粒蒸發(fā)速度越快；煙氣初始溫度越低，未完全蒸發(fā)液滴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大；需在該系統(tǒng)中設(shè)置低溫保護(hù)措施，保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。④由于有少量霧化顆粒較大，需要考慮主煙道區(qū)域的防腐蝕問(wèn)題。

目前有華能上都、華電土右電廠等少數(shù)電廠采用該工藝處理脫硫廢水。華能上都電廠4號(hào)機(jī)組采用脫硫廢水煙道蒸發(fā)系統(tǒng)，在試運(yùn)行期間達(dá)到了預(yù)期的蒸發(fā)效果。國(guó)內(nèi)已有的少數(shù)工程案例投運(yùn)時(shí)間均較短，工藝穩(wěn)定性尚未經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，且出現(xiàn)了噴射系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定、煙道積灰結(jié)垢等問(wèn)題。因此，煙道噴霧蒸發(fā)工藝仍需對(duì)關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化及改造，以提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，如：①對(duì)煙道結(jié)構(gòu)改造，優(yōu)化煙氣流場(chǎng)，避免煙道內(nèi)煙氣擾動(dòng)形成渦流，使煙氣流動(dòng)趨于穩(wěn)定，避免廢霧滴碰壁、觸底，進(jìn)而造成煙道內(nèi)的結(jié)垢。②增加霧化系統(tǒng)穩(wěn)定裝置，保證廢水霧化效果。

3.3 工藝方案比較

對(duì)煙道噴霧干燥和旁路煙氣蒸發(fā)技術(shù)進(jìn)行比較，結(jié)果如表2所示。

3.4 推薦方案

根據(jù)不同機(jī)組容量參數(shù)對(duì)旁路煙氣蒸發(fā)處理量進(jìn)行分析，結(jié)果如表3所示。

從表3可知，單臺(tái)350MW等級(jí)鍋爐高溫旁路煙氣固化系統(tǒng)最大處理量為4m³/h，電廠裝機(jī)容量為2×350MW，總出力為8m³/h。通過(guò)優(yōu)化后，全廠廢水水量控制為8m³/h，因此，推薦過(guò)濾-高溫旁路煙氣固化工藝作為電廠全廠末端廢水零排放改造方案。

3.5 高溫旁路煙氣固化技術(shù)對(duì)電廠相關(guān)系統(tǒng)的影響

3.5.1 對(duì)粉煤灰品質(zhì)的影響

對(duì)脫硫廢水蒸發(fā)處理后得到的灰樣主要成分、灰樣粒徑進(jìn)行估算，結(jié)果分別如表4、表5所示。

由表4可以看出，脫硫廢水蒸發(fā)后錐斗灰樣和煙道灰樣的電導(dǎo)率、Ca²⁺、Mg²⁺和Cl^-含量都大幅提高。這是由于脫硫廢水里含有大量的可溶性鹽，在蒸發(fā)過(guò)程中析出得到的結(jié)果。

由表5可以看出，灰樣里平均粒徑相對(duì)于原始灰樣來(lái)說(shuō)稍有增大，但是原始灰樣和所得固體產(chǎn)物灰樣的最大粒徑都不超過(guò)200μm，能很好地通過(guò)氣力輸送到灰?guī)烊?，?duì)氣力輸灰沒(méi)有影響。

3.5.2 對(duì)鍋爐效率的影響

在進(jìn)行脫硫廢水煙氣蒸發(fā)的情況下，抽取部分高溫?zé)煔獗厝粫?huì)對(duì)鍋爐效率和電廠效率帶來(lái)一定的影響，抽取部分高溫?zé)煔饪赡軙?huì)使一次風(fēng)和二次風(fēng)的溫度受到影響，通過(guò)對(duì)工藝流程的模擬，將計(jì)算結(jié)果與原始模擬流程計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比計(jì)算來(lái)得到對(duì)鍋爐效率和電廠效率的影響。在流程模擬中，模塊HHEAT是模擬計(jì)算將二次風(fēng)溫加熱到原始狀態(tài)風(fēng)溫所需要的熱量，模塊HHEAT1是模擬計(jì)算將排煙溫度加熱到原始狀態(tài)排煙溫度所需要的熱量。在計(jì)算過(guò)程中還作了以下假設(shè)：

①脫硫廢水噴入量為對(duì)應(yīng)負(fù)荷下的最大噴水量。

②脫硫廢水蒸發(fā)器出口煙溫分別為130℃和150℃。

計(jì)算結(jié)果如表6所示。

3.5.3 對(duì)煤耗的影響

按旁路煙氣蒸發(fā)脫硫廢水水量1m³/h，對(duì)系統(tǒng)煤耗的影響進(jìn)行分析，如表7所示，在計(jì)算中假設(shè)鍋爐效率為95%。從表7可以看出，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷為300MW，煙氣溫度為350℃時(shí)，隨著蒸發(fā)器出口溫度的增加，增加煤耗量從0.0489g/kW?h增加到0.0544g/kW?h。

結(jié)合實(shí)際，蒸發(fā)水量為8m³/h，按出口煙溫130℃計(jì)算，增加的煤耗約為0.43g/kW?h。

4 結(jié)語(yǔ)

燃煤電廠末端廢水水質(zhì)情況十分復(fù)雜，處理難度較大，目前采用的高溫旁路煙氣固化技術(shù)投資較低，運(yùn)行成本適合。目前在運(yùn)行過(guò)程中有一定的問(wèn)題存在，但已經(jīng)有很多工程運(yùn)行且運(yùn)行效果良好。