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燃煤电厂脱硫废水烟气余热蒸发零排放工程的设计与应用 哈尔滨锅炉厂

发布日期:2021-07-22 06:00:03浏览次数:

对燃煤电厂脱硫废水盐含量高、成分复杂、腐蚀性和结垢性强的特点,介绍了国内处理现状,对比了实现脱硫废水零排放的“预处理+ 多效蒸发结晶”、“预处理+ 膜浓缩+ 正渗透+机械蒸发”和“预处理+ 膜浓缩+ 烟气余热蒸发”3 种技术的优缺点。目前国内应用较少,投资及运行费用较高。要真正实现脱硫废水零排放,需综合考虑自身实际情况,须进行采取其中合适的技术,并要妥善处置污泥与结晶盐,避免污染的转移,从而树立绿色环保的企业形象。

目前脱硫废水零排放技术在国内应用较少,投资及运行费用都较高,且存在着各自的优点与问题。燃煤电厂要真正实现脱硫废水零排放,做好水污染防治工作还需综合考虑自身实际情况,须进行多方对比,采取其中合适的技术,并要妥善处置污泥与结晶盐,避免污染的转移,从而树立绿色环保的企业形象。

一、脱硫废水处理现状

根据废水来源,燃煤电厂废水一般包括生活污水、循环水排污水、脱硫废水和各种再生废水等。当石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统运行时,吸收剂在循环使用过程中盐分和悬浮物等杂质浓度越来越高,为使杂质浓度不超过设计上限,当其浓度达到一定值后需从系统中排出部分废水,排出的这部分废水称为脱硫废水。

燃煤电厂脱硫废水具有如下水质特性:1)呈酸性,pH在4.5~6.5之间;2)含盐量高,且浓度变化范围极广,一般在20~50g/L;3)硬度高,结构风险高;4)悬浮物高,一般在20~60g/L;5)成分复杂,水质波动大;6)氯离子含量高,腐蚀性强且回用困难。脱硫废水因这些特性成为燃煤电厂最复杂和最难处理的一股废水,是实现燃煤电厂废水零排放的关键。

传统脱硫废水处理方法包括灰场处置、煤场喷洒、灰渣闭式循环系统及三联箱法等[1]。灰场处置、煤场喷洒、灰渣闭式循环系统所需水量较少,且会造成系统设备的腐蚀,对电厂的安全运行造成隐患;三联箱法经过简单中和、絮凝和沉淀澄清后,虽可有效去除悬浮固体、重金属离子和F-等污染物,但该工艺难以有效去除Na+、Cl-、SO42-、Ca2+和Mg2+等离子,出水含盐量仍很高,回用困难。脱硫废水水质复杂,要达到零排放的目的,就要根据不同污染物的特征,进行分段处理。

二、脱硫废水的预处理

脱硫废水预处理是实现脱硫废水零排放的基础,主要是对废水进行软化处理,去除废水中过高的钙镁硬度,防止后续处理系统频繁出现污堵、结垢等现象;同时去除废水中的悬浮物、重金属和硫酸根等离子。常用于脱硫废水的预处理工艺是:化学沉淀→混凝沉淀→过滤。

1、化学沉淀。化学沉淀是通过投加化学药剂使水中的钙、镁离子形成沉淀而被去除,从而使废水得到软化。该法可有效去除钙、镁和硫酸根等离子,技术成熟,但污泥量大。根据采用的药剂不同,常用的方法有石灰-碳酸钠法、氢氧化钠-碳酸钠法。两者均有较好的软化效果;后者相比于前者,投加量少,对Ca2+、Mg2+去除率更高,但SO42-去除率偏低。此外,还可利用脱硫后烟道气中的CO2去除废水中钙离子,成本较低,但运行不稳定,目前还未见有工程实例。

2、混凝沉淀。化学沉淀后的废水含有大量胶体和悬浮物,通过投加混凝剂,混凝沉淀使其形成絮凝体,经沉淀过程发生固液分离而从水中去除。混凝沉淀尽管可有效去除水中大部分悬浮物,但出水仍含有部分细微悬浮物,且处理效果不稳定,易受水质波动的影响。常用的混凝剂有聚合氯化铝和聚硅酸铁,后者在脱硫废水处理中的效果优于前者。

3、过滤。为进一步降低废水的浊度,确保后续系统进水水质,混凝沉淀常常需与过滤单元联用。常用的过滤技术有:多介质过滤、微滤、超滤、纳滤等。其中,内压错流式管式微滤,膜管内料液流速高,前处理无需投加高分子絮凝剂,甚至无需沉淀池,自动化程度高,运行稳定,适用于高固体含量废水的处理,因而在脱硫废水预处理中具有一定的技术优势。

由于脱硫废水水质复杂多变,实际工程需根据水质特性及后处理系统的要求来选择适宜的预处理方法。如软化处理时,废水Ca2+、Mg2+含量高而SO42-含量低时,宜采用氢氧化钠-碳酸钠法;Ca2+、Mg2+和SO42-含量都偏高时,宜选用石灰-碳酸钠法;此外,为分别回收不同价态的盐,则需增设纳滤将单价与多价离子分离。

三、脱硫废水零排放工艺

1、工艺过程。因脱硫废水含有大量的悬浮物、氯离子、重金属及盐类,限制了其回用,在环保政策要求越来越严格的当下,实现脱硫废水的零排放对燃煤电厂显得极为重要。

目前国内正在使用的脱硫零排放技术按照是否浓缩减量以及采何用种蒸发的方式分为:

1)预处理+多效蒸发结晶。废水经传统的化学沉淀方法处理后,进入到废水缓冲池曝气,然后进入一级反应池,在一级反应池中加入石灰乳、聚合氯化铝(PAC)以及聚丙烯酰胺(PAM)。经一级澄清器后进入到二级反应器,加入碳酸钠、有机硫、软化剂、PAM及PAC,经二级澄清器后,进入到过滤器。过滤后,对废水进行多效蒸发,蒸发获得的洁净水返回至冷却塔,结晶的氯化钠作为工业盐,从而实现脱硫废水的零排放。

2)预处理+膜浓缩+正渗透+机械蒸发[1]。脱硫废水进入到废水收集池后,经双级混凝澄清与双级过滤器以及弱酸树脂进行预处理,出水进入到反渗透装置,反渗透的浓水进入到正渗透装置,淡水进入产水箱回用,正渗透的浓水进入到机械蒸发系统,清水回用,结晶盐打包贮存。

3)预处理+膜浓缩+烟气余热蒸发[1]。该技术舍弃了传统的在三联箱内加药中和沉淀的方法,废水经电絮凝反应后,进入一级反应池,添加石灰乳,经沉淀后进入二级反应池,加入熟石灰和纯碱,二级反应澄清池出水加入弱酸调节pH,再进入膜浓缩与烟气余热蒸发。

2、种脱硫废水零排放工艺因采用的技术不同,所需要的投资与运行费用也不相同,见表。

由表可知,预处理+多效蒸发的处理工艺设备投资费用最高,比预处理+膜浓缩+正渗透+机械蒸发高出40.6%,是预处理+膜浓缩+烟气余热蒸发的1.8倍。因工艺的运行方式不同,所以运行费用也存在显著不同,预处理+多效蒸发处理费用最高,分别是预处理+膜浓缩+正渗透+机械蒸发以及预处理+膜浓缩+烟气余热蒸发1.28倍与2.83倍。

工艺在运行费用上相差较大的为蒸汽费用以及电耗。预处理+多效蒸发工艺主要依靠蒸汽来蒸发脱硫废水,所以其蒸汽费用远高于其他工艺,比预处理+膜浓缩+正渗透+机械蒸发工艺以及预处理+膜浓缩+烟气余热蒸发工艺分别高出37元/t、48元/t。在电耗方面,预处理+膜浓缩+正渗透+机械蒸发工艺电耗费用最高,是预处理+多效蒸发工艺的3.12倍,预处理+膜浓缩+烟气余热蒸发工艺的4.16倍。

3、影响因素

目前脱硫废水零排放工艺各不相同,但要实现经济合理的零排放,需考虑以下几个因素:

1)脱硫废水量。脱硫废水量的大小直接关系到零排放工艺的设计出力,因脱硫废水零排放的设备造价费用较高,所以脱硫废水产生量也决定了设备投资费用。脱硫废水产生量取决于脱硫系统吸收塔正常运行时所控制的Cl-含量,Cl-含量控制越低,产生的脱硫废水量越多。一般情况下Cl-的质量浓度控制在10~20g/L。

2)脱硫废水水质。脱硫废水的水质受燃烧煤种、运行工况、脱硫工艺水水质、锅炉负荷以及脱硫药剂的质量等因素的影响,因此零排放工艺的设计是无法精确到某一特定的水质,所以在设计时需要考虑一定的波动,提升整套工艺的适应性。

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。如何组合现有工艺,扬长避短,实现低成本脱硫废水零排放,提高废水和矿物盐的综合利用率,将是今后脱硫废水零排放研究的重点。

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