火力发电厂脱硫废水深度处理技术

03-01 96

随着中国水环保政策趋于严控,火力发电厂脱硫废水“零排放”理念不断升温。脱硫废水是火电厂最难处理的末端废水,单一技术路线的废水处理方案往往难以兼顾目标与成本。本文分析了各种深度处理方法以及具体的应用环境,提出针对不同成分的废水需要有不同的应对处理措施,对于推动脱硫废水处理工作,实现脱硫废水零排放具有重要意义。
  一、脱硫废水来源
  采用湿法脱硫工艺的燃煤电厂在运行中,需要维持脱硫装置(FGD)当中浆液循环系统的平衡度,避免离子等可能对脱硫系统和设备带来的不利影响,同时排放系统中的废水,保持脱硫系统水平衡。从来源上看,脱硫废水主要从石膏旋流器或废水旋流器的溢流处产生。经研究发现,在脱硫废水中,有相当比例的重金属以及各种无机盐等,如果这些含有高浓度盐分的废水不经过有效处理就直接排放到大自然环境中,会严重影响生态健康,也不利于地下水资源的保护。
  二、脱硫废水进行零排放处理的必要性
  目前,燃煤电厂烟气脱硫装置应用最广泛的是石灰石-石膏湿法脱硫工艺。为保证脱硫系统的安全运行和保证石膏品质而排放的脱硫废水,其中含有大量的杂质,如悬浮物、无机盐离子、重金属离子等,很多物质为国家环保标准中要求严格控制的第一类污染物,需要进行净化处理才能排放水体。
  国内多数燃煤电厂净化脱硫废水采用的常规处理工艺即“三联箱”技术,采用物理化学方法,通过中和、沉降、絮凝和澄清等过程对脱硫废水进行处理,通常使用的药剂包括氢氧化钙/氢氧化钠、有机硫、铁盐、助凝剂、盐酸等。该工艺能够去除脱硫废水中对环境危害较大的重金属等有害物质和悬浮物,但不能去除氯离子,处理出水为高含盐废水,具有强腐蚀性,无法回收利用。排入自然水系后还会影响环境,潜在环境风险高。
  随着国家对环境污染的治理日益提速,对废水的排放要求也越来越严格。燃煤电厂在资源约束与排放限制方面的压力陡然上升,脱硫废水排放已经是燃煤电厂面临的严重的环保问题。传统的脱硫废水处理工艺达到的水质排放标准越来越不符合当下国家越来越严格的环保发展形势,电力企业实现脱硫废水零排放的需求越来越迫切,减排和近零排放成为必然趋势。
  三、脱硫废水的产生及其水质特点
  脱硫废水主要来自石膏旋流器或废水旋流器的溢流,是维持脱硫装置浆液循环系统物质平衡,控制石灰石浆液中可溶部分(即Cl-)含量、保证石膏质量的必要工艺环节。废水中所含物质繁杂,大体分为氯化物、氟化物、亚硫酸盐、硫酸盐、硫化物、悬浮物以及重金属离子(如Hg2+,Pb2+、Cr2+等)、氨氮等。
  脱硫废水具有污染物成份复杂、波动范围大等特点。pH值较低,呈酸性,水中悬浮物含量高、盐含量高、存在重金属超标的可能,氯根含量很高,腐蚀性很强,是电厂中最难处置的废水。
  四、脱硫废水深度处理方法
  1.废水浓缩处理技术
  目前,国内的脱硫废水浓缩处理主要采用膜浓缩、热法浓缩和烟气浓缩技术路线。
  (1)膜浓缩技术
  目前,膜浓缩技术广泛应用于脱硫废水的深度处理和浓缩研究,以减少废水处理系统中蒸发结晶的污水处理量,使得电厂零排放技术更经济可行。
  (1.1)反渗透(RO)技术。在外界高压力作用下,利用反渗透膜的选择透过性,水溶液中水由高浓度一侧向低浓度一侧移动,使得溶液中的溶质与水得到分离。
  (1.2)电渗析技术。利用离子交换膜的选择透过性,溶液中的带电阴、阳离子在直流电场作用下定向迁移,实现对废水的浓缩和分离。
  Cui等利用电渗析法去除脱硫废水中的氯离子,结果表明,在最佳条件下,当氯离子质量浓度为19.2g/L时,氯离子的去除率为83.3%,得到副产品Cl2、H2和Ca(OH)2,处理成本0.15$/kg。
  (2)热法浓缩技术
  热法浓缩技术包括多效蒸发(MED)和机械蒸汽再压缩(MVR)等。
  (2.1)多效蒸发(MED)技术。将蒸汽的热能进行循环并多次重复利用,以减少热能消耗,降低成本。加热后的盐水在多个串联的蒸发器中蒸发,利用前效蒸发产生的二次蒸汽,作为后效蒸发器的热源,后效中水的沸点温度和压力比前效低,效与效之间的热能再生利用可以重复多次。
  (2.2)机械蒸汽再压缩(MVR)技术。将蒸发器蒸发产生的原本需要冷却水冷凝的二次蒸汽,经压缩机压缩后,提高压力和饱和温度,增加热焓,再送入蒸发器作为热源,替代新鲜蒸汽循环利用,二次蒸汽的潜热得以充分利用,同时还省去了二次蒸汽冷却水系统,节约大量冷却水,从而达到节能和降低运行成本的目的。
  (3)烟气浓缩技术。利用燃煤电厂除尘器出口低温烟气的余热作为热源,在专门的蒸发器内与(循环)喷淋的废水进行传质传热,使部分纯水蒸发分离,实现末端废水的浓缩减量。
  2.废水零排放处理技术
  目前,国内的脱硫废水零排放处理主要采用蒸发结晶和烟气蒸发两类技术路线。
  (2.1)蒸发结晶技术
  蒸发结晶技术是废水零排放处理的常用技术之一。脱硫废水在蒸发器中通过蒸汽进行加热沸腾,废水中的水分逐渐蒸发,水蒸气经冷却重新凝结回收利用。脱硫废水中的溶解性固体被截留在残液中,随着浓缩倍数的提高,最终以晶体形式析出。蒸发结晶技术包括多效蒸发(MED)和机械蒸汽再压缩(MVR)等。蒸发结晶系统主要由预处理、软化、蒸发、结晶、脱水等部分组成。
  (2.2)烟道蒸发技术
  烟道蒸发技术最先在美国投入使用,其基本应用原理是将一定量的废水以较快的速度喷射到烟道中,在废水被喷射的过程中会产生雾化,之后受到烟道高温的影响,会在较短的时间内被迅速蒸发汽化,各种悬浮颗粒等在被蒸发之后会形成各种小颗粒,最终被带入到除尘器中,从而完成了脱硫废水的处理。
  直接烟道喷雾蒸发技术是将脱硫废水通过双流体喷枪进行雾化后喷入除尘器入口烟道,利用烟气余热使之瞬间蒸发。废水蒸发后产生的结晶盐附着在烟气中的粉煤灰上,在除尘系统中被捕获收集,并随灰一起排出。水蒸气随除尘后的烟气进入脱硫塔,在脱硫吸收塔内冷凝成新鲜水循环利用。
  华能上都电厂、华电土右电厂采用直接烟道喷雾蒸发技术实现废水零排放。焦作万方电厂、华电扬州电厂采用旁路烟道喷雾蒸发技术实现废水零排放。这种方法在应用中有明显的优点,即设备在实际操作上非常简单,废水处理前后各种费用投入较小,实际占用的场地也有限,废水处理过程中出现的各种污染物会直接被除尘器处理掉,不需要对污泥进行再次处理。
  通过市场调研,上述脱硫废水浓缩和零排放技术各有优缺点,都有一定的工程实用案例可借鉴,从技术原理分析都是可行的,制约工艺推广的因素主要源自系统的投资成本及生产运行可靠性和运营成本。
  结束语
  燃煤电厂脱硫废水水质复杂,普遍具有高腐蚀、高硬度、高含盐量等特点。然而,随着国家和公众对环境保护越来越重视,传统混凝沉淀工艺已不能满足电厂可持续发展的要求。因此,从市场现有的脱硫废水浓缩和零排放处理工艺路线、处理方案、运营等因素的综合分析入手,为脱硫废水深度处理的寻优设计提供一些导向性建议,为项目精益设计提供思路,助力火力发电厂在满足国家排放标准的同时,合理降低环保设施造价、运营成本,实现火力发电企业可持续发展。