石灰石-石膏烟气脱硫废水零排放技术

247
0
2018-09-18
简介
石灰石-石膏脱硫技术是火力发电厂最常用的烟气脱硫技术,湿法脱硫系统的废水排放问题是达到废水零排放的关键点,文中详细介绍了石灰石-石膏烟气脱硫废水零排放技术的相关内容。

文档内容部分截取

石灰石-石膏烟气脱硫废水零排放技术石灰石-石膏脱硫技术是火力发电厂最普遍的烟气脱硫技术,湿法脱硫系统的废水排放问题是实现脱硫系统零排放,乃至全厂废水零排放的关键。脱硫系统的废水存在成分复杂、含盐量高、氯根浓度高、腐蚀性强等一系列问题,现有的脱硫废水处理技术集中为三联箱加药初步处理,零排放技术主要借鉴了化工行业盐处理工艺,如多效蒸发、MVR蒸发、膜处理等,此类技术均存在运行成本高,系统复杂等问题。本文比较了不同的废水零排放技术的优劣及应用业绩,推荐采用一种新型的废水零排放技术,利用烟气余热作为热源进行废水浓缩减量,通过下游的调质、回收工业盐过程,实现了脱硫废水零排放的最终目的。同时,该系统与现有的脱硫系统有效整合,可以实现回收水降低脱硫系统水耗、降低浆液氯根含量等效果,是下一代石灰石-石膏烟气脱硫技术的重要发展方向。脱硫废水现状随着2015年1月1日起新环保法的正式施行,以及2015年4月颁布实施的《水污染防治行动计划》即“水十条”的颁布,我国加强了对水污染的治理力度。火力发电行业属于五大高用水行业之一,从经济运行和保护环境出发,节约发电用水,实现火电厂废水“零排放”意义重大。目前我国燃煤电厂大多采用湿式石灰石-石膏法烟气脱硫(FGD),此法脱硫效率高、技术成熟、适用煤种广、对锅炉负荷变化的适应性强;吸收剂资源丰富;脱硫副产物(无水石膏)便于综合利用。目前,由于很多电厂将全厂工业废水、生活废水、中水等废水作为脱硫系统的补充水,为防止脱硫系统的腐蚀,维持脱硫浆液中氯的浓度,须排出脱硫废水。脱硫废水pH在4.5-6.5,其中含有大量氯离子、氟离子、悬浮物、重金属离子等,高含盐量的外排脱硫废水对水体的直接危害极为严重,必须经过处理后达标排放。因此,湿法脱硫系统的废水排放问题是实现全厂废水零排放的关键。目前应用最为广泛的脱硫废水处理工艺为化学沉淀法,虽然该技术工艺简单,但系统庞大,能耗较高,并且Cl-、F-不能有效的去除,从而使处理后的废水无法回收利用,无法满足全厂废水“零排放”的环保要求。目前研发的脱硫废水零排放处理技术可以分为两大类:蒸发结晶和烟道喷雾技术。为了降低处理成本、保证系统正常运行,废水通常需要先进行防结垢和减量化预处理。本文将对现有的脱硫废水零排放相关技术进行综述,分析比较其优点和不足,并提出一种新型的废水零排放技术——烟气余热浓缩制盐技术,无需预处理,利用烟气余热作为热源进行废水浓缩减量,通过下游的调质、回收工业盐过程,实现脱硫废水零排放和资源化处理。废水预处理技术软化与离子交换技术废水软化预处理是防止蒸发器结垢的重要措施,主要有超滤、纳滤、电絮凝、TMF膜、离子交换等技术。超滤是以超滤膜为过滤介质,利用膜两侧的压力差为驱动力,截留水中胶体、颗粒和分子量相对较高的物质,而水和小的溶质颗粒透过膜。对水中的各类胶体均具有良好的去除特性,可满足各类反渗透装置的进水要求。纳滤是以压力差为驱动力的膜分离过程,对二价或多价离子及分子量介于200~500之间的有机物有较高脱除率,是目前主流的废水预处理技术。不过该技术过滤阻力很大,必须借助自来水压力或加水泵增压,才能出水。电絮凝是在直流电作用下,产生羟基自由基,具有氧化有机物的作用,同时产生氢氧化铁胶体,具有絮凝作用,可有效降低水中的浊度、悬浮物、COD、胶体、重金属离子等。TMF膜在低压(0.7-7bar)运行,用以分离液体中的高浓度悬浮固体。采用“错流”过滤方式,固液混合物在压力下在膜表面错流流动,固体颗粒随着错流状态下在固液混合物中不断浓缩,使其不会在膜表面堆积。离子交换的原理是利用氢离子交换阳离子,利用氢氧根离子交换阴离子,以去除废水中的重金属离子以及钙、镁、硫酸根等离子。常用的离子交换法有硬水软化和去离子法。渗漏渗析浓缩技术渗漏渗析浓缩技术属于废水减量化处理技术,可以有效降低后续废水蒸发处理负荷、节约处理成本。现行的废水浓缩技术主要有反渗透、正渗透和电渗析等技术。反渗透技术是利用压力差为动力的膜分离过滤技术,其孔径小至纳米级,在一定的压力下,H2O分子可以通过RO膜,而源水中的无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质无法透过RO膜,从而使可以透过的纯水和无法透过的浓缩水严格区分开来。正渗透是通过半渗透膜在两侧渗透压差的驱动下,水分子将自发并且有选择性的从高盐水侧扩散进入汲取液侧。汲取液是由特定摩尔比的氨和二氧化碳气体溶解在水中形成,稀释后的汲取液可以通过加热蒸发分解其中的溶质而得到循环利用,而除去了溶解氨和二氧化碳以后即为比较纯净的产水。电渗析器中交替排列着许多阳膜和阴膜,分隔成小水室。当原水进入这些小室时,在直流电场的作用下,溶液中的离子就作定向迁移。阳膜只允许阳离子通过而把阴离子截留下来,阴膜只允许阴离子通过而把阳离子截留下来。结果使这些小室的一部分变成含离子很少的淡水室,出水称为淡水,而与淡水室相邻的小室则变成聚集大量离子的浓水室,出水称为浓水。反渗透技术所需设备少,操作简便,投资、运行能耗适中,是国内应用最为广泛的浓缩技术。废水深度处理零排放技术蒸发结晶工艺经过预处理和减量化处理的废水进入蒸发结晶处理系统,实现“水回用、盐分离”。为了真正实现脱硫废水的零排放,根据国际上废水处理项目的经验,可采用多效蒸发或MVC蒸发浓缩+MED蒸发结晶工艺技术两种方案。多效蒸发技术以电厂蒸汽为热源,利用溶液在不同压力下沸点不同的物理属性,把高压蒸发出来的蒸汽作为下一级低压状态下溶液的热源,以此类推实现蒸汽潜热的多次利用。MVC+MED利用机械压缩机或热泵把水蒸发所产生的二次蒸汽压缩、升压、升温,再作为加热进水的热源。多效结晶系统的特点是技术成熟,国内有较长的使用经验,但缺点是对系统进水的水质要求非常高,运行费用很高;而MVC+MED系统对结垢型水质适应性强,结垢易于处理,便于运行监控;多效结晶系统运行费用大于MVC+MED系统。根据国内几个示范项目的运行业绩来看,运行成本高是制约蒸发结晶技术进一步推广的重要原因。图1MVC蒸发浓缩工艺流程图烟道喷雾技术烟道喷雾技术是将脱硫废水雾化后喷入空气预热器(APH)和电除尘器(ESP)间的烟道,利用热烟气使废水完全蒸发,废水中的污染物转化为结晶物或盐类等固体,随烟气中的飞灰一起被电除尘器收集下来,从而除去污染物,实现废水的零排放。喷雾蒸发技术在食品、化工等领域应用广泛,但在废水处理中应用较少。烟道喷雾技术的优势是投资成本和运行成本低,但由于空预器后的烟气温度低,要求较长的蒸发时间,而在实际工程收到布置条件限制,会造成水蒸发不完全,影响下游静电除尘器的正常运行,危害机组正常运行;同时烟道喷雾会对除尘前的烟道和除尘器本体造成一定的腐蚀;另外,脱硫废水中存在较多的氯根和镁离子,在烟道喷雾过程中,会形成氯化镁盐类,而氯化镁眼泪在110度的条件下会发生分解,因此造成氯离子再次进入脱硫系统,长期运行会导致脱硫系统的氯根维持在较高水平,无法实现真正的脱硫废水降低氯根的目的。根据现有的试验结果,采用烟道喷雾技术时,除尘器收集的粉尘中含有较多的氯化钠盐类,镁离子浓度极低,这也验证了前述氯化镁分解的过程,因此脱硫废水直接烟道喷雾技术,存在较多的问题,需要进一步解决。烟气余热浓缩制盐技术烟气余热浓缩制盐工艺流程如图3所示,其利用烟气的余热作为热源,在浓缩塔内实现脱硫废水的减量浓缩过程,之后通过固液分离装置分离出高Cl-、低PH值的清液,通过加药调质后形成一定浓度的氯化钙溶液,利用二次风作为干燥热源,生成高附加值的氯化钙颗粒,实现脱硫废水资源的综合利用。烟气余热浓缩制盐技术最大的特点是脱硫废水无需预处理,直接利用烟气余热进行浓缩,不需要添加药剂,大大节省了运行费用,而且工艺简单、设备少、占地小、维护量小、运行费用低。同时最终生成的副产品主要为高附加值的氯化钙固体,目前市场处于紧缺状态,价格原高于常规的氯化钠工业盐。与前述现有技术路线相比,烟气余热浓缩制盐技术有如下优势:1)在锅炉烟气余热利用(低温省煤器)与脱硫塔之间的烟道上设置,故对低温省煤器效率无影响;2)单独设置浓缩塔增压风机来克服系统阻力,故对引风机系统无影响;3)降低脱硫塔入口烟温,间接节省脱硫系统水耗;4)除调质系统需要加药外,不需额外的运行成本,与现有脱硫系统高度耦合,运行成本极低,是蒸发结晶工艺、膜处理等技术的三分之一。5)采用加药调质的方式,在高PH的状态下,实现镁离子、硫酸根等离子的固化和沉淀过程,可以获得高纯度的氯化钙产品,最终产品市场紧缺且价格高,真正实现了脱硫废水的零排放和资源化处理。2015年5月,首座处理量为1.5t/h脱硫废水烟气余热浓缩制盐工艺装置在国电成都金堂电厂建成并投运,图4所示为中试装置全貌。目前已经完成了烟气余热浓缩减量示范工程,实现了脱硫废水的浓缩和固液分离,滤液的PH值约0.2~0.5,Cl-含量约150000~200000mg/L,通过加药调质,可以制成纯度较高的盐类,具有较多的附加值。相比蒸发结晶技术,该技术的运行成本极低,是蒸发结晶技术运行成本的1/3。金堂电厂脱硫废水烟气余热浓缩制盐中试装置全貌总结湿法脱硫系统的废水排放问题是实现火力发电厂废水零排放的关键。目前脱硫废水零排放技术路线主要有蒸发结晶工艺、烟道喷雾技术和烟气余热浓缩制盐技术。本文对这三类技术及其预处理技术进行了综述,三类技术路线的比较总结见表1。综上所述,烟气余热浓缩制盐技术工艺简单、成本低,不造成二次污染,运行成本低,同时与现有脱硫系统高度耦合,可以降低脱硫系统的氯根含量和水耗,同时可以最终生成的高附加值的副产品,真正实现了脱硫废水的零排放和资源化处理,建议在行业内大力推广。
展开
收起

全部评论

暂无评论

引用:

评论: