摘要：在介紹脫硫廢水處理技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及已投運(yùn)項(xiàng)目存在的問題的基礎(chǔ)上,對(duì)某2×1 000 MW超超臨界機(jī)組工程設(shè)計(jì)提出了一種新的脫硫廢水深度處理工藝。脫硫廢水預(yù)處理系統(tǒng)采用2級(jí)Ca(OH)2-Na2SO4-Na2CO3軟化澄清工藝,產(chǎn)水進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)深度處理,蒸發(fā)結(jié)晶器利用熱法分鹽原理實(shí)現(xiàn)氯化鈉結(jié)晶鹽的分離和提純,并回收冷凝水。結(jié)晶鹽滿足GB/T 5462—2015《工業(yè)鹽標(biāo)準(zhǔn)》中精制工業(yè)鹽(工業(yè)干鹽)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求,可實(shí)現(xiàn)資源化利用。
關(guān)鍵詞：脫硫廢水;蒸發(fā)結(jié)晶;水處理;
隨著國家對(duì)環(huán)境保護(hù)的加強(qiáng), 火力發(fā)電廠燃煤機(jī)組煙氣必須脫硫后排放, 因此也面臨脫硫廢水的處理問題, 北方某電廠建設(shè)規(guī)模為2臺(tái)1 000 MW國產(chǎn)超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組, 2臺(tái)機(jī)組脫硫廢水的產(chǎn)生量為24 m3/h, 如采用常規(guī)的脫硫廢水絮凝、沉淀、澄清處理工藝, 處理后的脫硫廢水仍然具有很高的含鹽量, 電廠內(nèi)無法回用, 而其排放會(huì)增加下級(jí)污水處理廠的運(yùn)行負(fù)荷, 因此本工程設(shè)計(jì)中提出了一種2級(jí)軟化澄清預(yù)處理+蒸發(fā)結(jié)晶深度處理的新工藝, 對(duì)脫硫廢水進(jìn)行深度處理并回收利用。
1 脫硫廢水處理技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及分析
1.1 國內(nèi)脫硫廢水投運(yùn)項(xiàng)目概況
目前國內(nèi)脫硫廢水采用深處理工藝的電廠有深能源河源電廠、佛山市三水恒益電廠、華能長興電廠、湖北國電漢川電廠、焦作萬方鋁業(yè)熱電廠等。
深能源河源電廠一期工程為2臺(tái)600 MW超臨界燃煤機(jī)組, 脫硫廢水深度處理工程于2009年12月投入運(yùn)行。系統(tǒng)處理水量為22m3/h, 采用2級(jí)軟化預(yù)處理+四效蒸發(fā)反滲透 (MED) +鹽干燥打包技術(shù)。
佛山市三水恒益電廠為2臺(tái)600 MW超超臨界燃煤機(jī)組, 脫硫廢水處理系統(tǒng)2011年9月調(diào)試并投入運(yùn)行。系統(tǒng)處理水量為20m3/h, 采用2級(jí)臥式過濾 (MVC) 蒸發(fā)器+2級(jí)臥式MED+結(jié)晶+鹽干燥系統(tǒng), 沒有設(shè)置深度預(yù)處理軟化防垢設(shè)施。
華能長興電廠為2臺(tái)660 MW超超臨界燃煤機(jī)組, 2015年4月廢水處理系統(tǒng)投入運(yùn)行。該電廠產(chǎn)生的最終廢水主要由兩部分組成:一是脫硫廢水, 水量為18 t/h;二是混床再生排水, 水量為4 t/h。脫硫廢水處理工藝為:2級(jí)軟化預(yù)處理→過濾→弱酸樹脂軟化→一級(jí)反滲透→正滲透→結(jié)晶干燥→打包系統(tǒng), 副產(chǎn)品結(jié)晶鹽中NaCl和Na2SO4總質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于95%, 含水率小于0.5%, 外運(yùn)結(jié)晶鹽產(chǎn)量為418~711 kg/h。
湖北國電漢川電廠三期擴(kuò)建工程為2臺(tái)1 000MW超超臨界燃煤機(jī)組, 脫硫廢水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理水量為36m3/h, 采用2級(jí)軟化預(yù)處理+納濾分鹽+反滲透濃縮減量+蒸汽機(jī)械再壓縮技術(shù) (MVR) 蒸發(fā)結(jié)晶工藝實(shí)現(xiàn)分鹽, 其結(jié)晶鹽為純度高于97.5%的NaCl。
焦作萬方鋁業(yè)熱電廠裝機(jī)為2臺(tái)350 MW機(jī)組, 首臺(tái)脫硫廢水煙氣蒸發(fā)處理系統(tǒng)于2015年8月投入運(yùn)行。進(jìn)系統(tǒng)的水量為20 t/h, 采用的工藝流程為:2級(jí)軟化預(yù)處理+雙膜 (微濾、反滲透) 法濃縮減量處理+反滲透濃水霧化噴煙道蒸干。系統(tǒng)運(yùn)行2個(gè)月后對(duì)煙道進(jìn)行結(jié)垢和腐蝕檢測(cè), 在煙道內(nèi)沒有出現(xiàn)結(jié)垢和煙道積灰現(xiàn)象。
1.2 各投運(yùn)項(xiàng)目比較分析
河源電廠采用徹底軟化+多效蒸發(fā)結(jié)晶工藝, 結(jié)晶鹽為混鹽, 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠, 但投資、運(yùn)行成本高;三水恒益電廠采用不軟化蒸發(fā)結(jié)晶工藝, 結(jié)晶鹽為雜鹽, 運(yùn)行成本較低, 但蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)結(jié)垢嚴(yán)重, 清洗頻繁, 影響系統(tǒng)正常運(yùn)行;華能長興電廠采用徹底軟化+正滲透濃縮+蒸發(fā)結(jié)晶工藝, 結(jié)晶鹽為混鹽, 系統(tǒng)復(fù)雜, 運(yùn)行成本高;漢川電廠采用徹底軟化+納濾分鹽+超濾 (DTRO) +蒸發(fā)結(jié)晶, 運(yùn)行成本較高, 但其結(jié)晶鹽為純鹽, 解決了混鹽處置的難題;焦作萬方鋁業(yè)熱電廠采用徹底軟化+膜法濃縮后的濃鹽水噴煙道蒸發(fā), 大大降低了噴入煙道的脫硫廢水量, 目前運(yùn)行正常, 但有待進(jìn)一步檢驗(yàn)。
目前國家沒有對(duì)結(jié)晶混鹽制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn), 其性質(zhì)沒有明確界定, 結(jié)晶混鹽普遍存在處置困難的問題, 因此結(jié)晶鹽資源化利用成為很好的解決辦法。采用煙道蒸發(fā)處理的電廠應(yīng)對(duì)脫硫廢水進(jìn)行減量化處理, 以減少煙道蒸發(fā)對(duì)電廠熱力系統(tǒng)的影響, 另外脫硫廢水噴煙道對(duì)后續(xù)系統(tǒng)以及粉煤灰綜合利用有一定的風(fēng)險(xiǎn), 有待進(jìn)一步的驗(yàn)證。
2 本工程脫硫廢水水量及水質(zhì)
本工程脫硫廢水深度處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水量為24m3/h。脫硫廢水的水質(zhì)受煤種、脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行控制參數(shù)等影響很大, 本工程為電廠二期工程, 脫硫廢水深度處理系統(tǒng)同整個(gè)二期工程同步建設(shè), 設(shè)計(jì)階段無法實(shí)測(cè)脫硫廢水中污染物的含量, 通過理論計(jì)算并結(jié)合該電廠一期工程脫硫廢水水質(zhì)指標(biāo)類比, 脫硫廢水p H值為6~9、色度 (稀釋倍數(shù)) 為30~50、溶解性固體總量 (TDS) 20 000~30 000其他水質(zhì)指標(biāo)見表1。該水質(zhì)為經(jīng)過脫硫島內(nèi)廢水曝氣、混凝澄清初步處理后的排水水質(zhì), 主要污染物濃度滿足DL/T 997—2006《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質(zhì)控制指標(biāo)》。
3 本工程脫硫廢水深度處理系統(tǒng)
3.1 脫硫廢水預(yù)處理系統(tǒng)
脫硫廢水預(yù)處理系統(tǒng)采用2級(jí)軟化澄清、過濾處理工藝。廢水在1級(jí)軟化池與Ca(OH)2、Na2SO4、聚合硫酸鐵、聚丙烯酰胺 (PAM) 藥劑充分混合后, 形成易沉淀的絮體, 通過1級(jí)澄清池沉淀, 去除廢水中懸浮物、鎂及部分鈣等結(jié)垢因子。1級(jí)澄清后的出水溢流至1級(jí)澄清水箱, 通過提升泵輸送至二級(jí)軟化池, 與Na2CO3反應(yīng)生成CaCO3沉淀, 與聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁 (PAC) 進(jìn)行絮凝, 出水經(jīng)2級(jí)澄清池沉淀后溢流進(jìn)入2級(jí)澄清水箱, 最終經(jīng)過多介質(zhì)過濾器過濾后進(jìn)入蒸發(fā)預(yù)換熱器。預(yù)處理工藝流程見圖1。
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該工藝的特點(diǎn):在一級(jí)軟化池內(nèi)投加Ca(OH)2可有效去除廢水中的鎂離子, 而先使用Na2SO4去除水中的部分鈣離子, 可減少二級(jí)軟化單元Na2CO3的用量;一級(jí)軟化中投加的Na2SO4首先來自于蒸發(fā)結(jié)晶器的回流母液, 不足部分投加硫酸鈉藥劑補(bǔ)充, 可大大減少藥劑的投加量, 降低運(yùn)行成本。該系統(tǒng)為Ca(OH)2+Na2SO4+Na2CO3軟化加過濾工藝, 能夠?qū)⒚摿驈U水的硬度降低到100 mg/L (以CaCO3計(jì)) 以下, 濁度小于1 MTU, 從而可保證結(jié)晶鹽的純度。
3.2 脫硫廢水蒸發(fā)系統(tǒng)
3.2.1 熱法 (蒸發(fā)結(jié)晶) 分鹽原理
熱法分鹽是基于不同溫度下、不同比例的NaCl、Na2SO4、CaSO4、KCl等物質(zhì)在混合溶液中的溶解度不同, 通過對(duì)溫度、壓力、各組份濃度等因素的精確控制實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離。
蒸發(fā)結(jié)晶器分鹽的核心設(shè)備為旋流器、離心機(jī)母液回流, 將飽和NaCl和高濃度的Na2SO4溶液回流至脫硫廢水預(yù)處理最前端, SO42-通過同Ca2+反應(yīng)生成沉淀, 不斷得以去除, NaCl以結(jié)晶鹽的形式從系統(tǒng)分離。
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3.2.2 蒸發(fā)結(jié)晶工藝流程
蒸發(fā)結(jié)晶裝置由進(jìn)水單元、循環(huán)單元、蒸汽補(bǔ)充單元及回收單元4個(gè)單元組成, 廢水進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶裝置進(jìn)行閃蒸濃縮結(jié)晶處理, 其工藝流程見圖2。
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2級(jí)軟化后的脫硫廢水進(jìn)入次換熱器與閃蒸罐內(nèi)蒸發(fā)出來的蒸汽冷凝液進(jìn)行初次換熱, 升溫后進(jìn)入循環(huán)單元, 進(jìn)水流量依據(jù)閃蒸罐內(nèi)水位可調(diào)節(jié)。加熱后的新進(jìn)廢水進(jìn)入循環(huán)管道, 與內(nèi)部循環(huán)的超濃縮液混合, 混合濃液經(jīng)過主換熱器進(jìn)行換熱升溫 (熱媒為壓縮蒸汽或外界補(bǔ)充蒸汽) , 通過循環(huán)不斷升溫, 當(dāng)循環(huán)介質(zhì)溫度達(dá)到閃蒸溫度、閃蒸罐頂部壓力達(dá)到一定值時(shí), 啟動(dòng)蒸汽壓縮機(jī)將閃蒸的蒸汽絕熱壓縮后送入主換熱器, 與循環(huán)液進(jìn)行熱交換, 使循環(huán)的料液溫度升高并始終保持在沸點(diǎn)以上, 而蒸汽通過主換熱器和預(yù)換熱器作兩次換熱降溫后變成冷凝水作為系統(tǒng)凈化水產(chǎn)水。循環(huán)液在保持循環(huán)的同時(shí)進(jìn)行閃蒸, 循環(huán)的介質(zhì)不斷被濃縮, 當(dāng)系統(tǒng)結(jié)晶以后, 開啟濃縮物排放閥外排鹽漿, 進(jìn)水量和排水量依據(jù)TDS值進(jìn)行調(diào)節(jié), 保證平衡。
濃鹽漿后續(xù)進(jìn)入旋流器、離心機(jī), 進(jìn)行離心脫水后進(jìn)入干燥流化床得到產(chǎn)品鹽, 滿足GB/T 5462—2015《工業(yè)鹽標(biāo)準(zhǔn)》中精制工業(yè)鹽 (工業(yè)干鹽) 二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。該系統(tǒng)需定期排出少量結(jié)晶母液以保證結(jié)晶鹽的純度。
3.3 系統(tǒng)運(yùn)行成本
脫硫廢水深度處理處理系統(tǒng)占地58 m×22 m, 設(shè)備、土建、安裝全部初投資約5 500×104元。系統(tǒng)處理每噸廢水電耗35 kW·h, 電價(jià)0.5元/ (kW·h) , 成本17.5元;蒸汽消耗0.08 t, 120元/t蒸汽, 成本9.6元。脫硫廢水深度處理系統(tǒng)運(yùn)行藥品消耗及成本見表2。
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4 結(jié)束語
本工程脫硫廢水預(yù)處理系統(tǒng)采用2級(jí)Ca(OH)2+Na2SO4+Na2CO3軟化澄清工藝;蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)采用具有分鹽功能的蒸發(fā)結(jié)晶器, 實(shí)現(xiàn)NaCl結(jié)晶鹽的分離和提純, 并回收冷凝水, 為熱法分鹽技術(shù)在百萬千瓦機(jī)組脫硫廢水深度處理系統(tǒng)的首次應(yīng)用。脫硫廢水不經(jīng)膜法濃縮直接進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng), 可耐受少量的鈣鎂結(jié)垢性離子, 相對(duì)于膜法工藝對(duì)預(yù)處理產(chǎn)水水質(zhì)要求不是非?？量? 可簡化工藝流程, 降低運(yùn)行成本, 利用熱法實(shí)現(xiàn)分鹽。
