燃煤電廠脫硫廢水無(wú)軟化高效蒸發(fā)濃縮技術(shù)
石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)作為目前工藝最成熟、脫硫效率高(95%以上)的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于煙氣脫硫領(lǐng)域(占比高達(dá)90%以上)。該工藝為了維持脫硫裝置漿液循環(huán)物質(zhì)的平衡、防止氯離子濃度超標(biāo)帶來(lái)腐蝕問(wèn)題、保證石膏的質(zhì)量，必須從脫硫塔中定期排出一定量的廢水。濕法煙氣脫硫工藝所產(chǎn)生的脫硫廢水，其pH為4~6，同時(shí)含有大量的懸浮物(石膏顆粒、SiO2、Al和Fe的氫氧化物)、氟化物和重金屬。其總鎘、總鉻、六價(jià)鉻、總砷、總鉛、總鎳等都是國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)中要求控制的第一類(lèi)污染物。脫硫廢水水質(zhì)的特殊性及其中各種重金屬離子對(duì)環(huán)境的污染性，要求必須對(duì)脫硫廢水進(jìn)行單獨(dú)處理。
目前燃煤電廠煙氣濕法脫硫廢水通過(guò)傳統(tǒng)的化學(xué)沉淀方法進(jìn)行處理，外排水質(zhì)基本可以滿足《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質(zhì)控制指標(biāo)》(DL/T997-2006)。該工藝一般采用石灰中和、絮凝、沉降等工序處理脫硫廢水，經(jīng)過(guò)固液分離，產(chǎn)水進(jìn)行干灰拌濕或者直接排放。但是該方法有兩個(gè)缺點(diǎn):一是出水具有高硫酸根、高氯根、高硬度(高鈣高鎂)的含鹽水質(zhì)特性，若直接排放，會(huì)造成土壤的鹽堿化，影響生物生長(zhǎng)環(huán)境;二是我國(guó)是以煤炭為基礎(chǔ)的火電大國(guó)，火電廠取水量約占工業(yè)水量的30%~40%，若出水直接排放，將造成能源的巨大浪費(fèi)。因此，有必要針對(duì)電廠脫硫廢水的特點(diǎn)進(jìn)行合理地工藝設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)脫硫廢水無(wú)害化或資源化處理，產(chǎn)水得到回用，實(shí)現(xiàn)廢水零排放。
國(guó)內(nèi)常規(guī)脫硫廢水零排放主流路線歸結(jié)為“預(yù)處理(三聯(lián)箱處理)+軟化+膜濃縮/蒸發(fā)減量+結(jié)晶/煙氣余熱蒸發(fā)”。由于濃縮減量工藝本身的限制，濃縮減量前需將廢水中鈣鎂離子去除(軟化)，導(dǎo)致整個(gè)工藝路線較為復(fù)雜。目前鈣鎂離子的去除多采用化學(xué)軟化(石灰-Na2CO3、NaOH-Na2CO3)工藝，其處理費(fèi)用高，約占總運(yùn)行成本的60%~80%，比如某電廠脫硫廢水(Ca2+=15mmol/L、Mg2+=270mmol/L)，其噸水軟化的藥劑費(fèi)用高達(dá)80~90元(NaOH-Na2CO3軟化)。從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)而言，上述主流路線對(duì)于電廠和環(huán)保企業(yè)都是成本較高的。
綜上所述，只有廢水不軟化，不上軟化設(shè)備，才能將脫硫廢水零排放投資成本和運(yùn)行成本大大降低。另外目前脫硫廢水終端主流煙氣余熱蒸發(fā)零排技術(shù)受鍋爐負(fù)荷、抽取煙氣量、煙風(fēng)系統(tǒng)等影響，終端零排處理能力有限。因此，開(kāi)發(fā)低成本高效無(wú)軟化脫硫廢水零排放濃縮技術(shù)對(duì)于電廠、環(huán)保企業(yè)具有積極意義。
1、工業(yè)中試試驗(yàn)設(shè)備與方法
1.1 工藝流程及煤質(zhì)情況
某燃煤電廠未經(jīng)過(guò)三聯(lián)箱處理的脫硫廢水直接進(jìn)入一級(jí)、二級(jí)蒸發(fā)系統(tǒng)逐級(jí)濃縮，蒸汽來(lái)自電加熱鍋爐。經(jīng)過(guò)兩級(jí)濃縮后產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過(guò)冷凝器后獲得冷凝水，兩級(jí)濃縮所產(chǎn)生的濃漿經(jīng)過(guò)澄清處理獲得的污泥去原有石膏庫(kù)一并或混摻處理，上清液進(jìn)入下一工段處理系統(tǒng)(終端零排系統(tǒng))。試驗(yàn)過(guò)程中煤質(zhì)情況基本保持穩(wěn)定，具體如表1所示。
另外，由于本試驗(yàn)是基于某電廠實(shí)際產(chǎn)生的脫硫廢水進(jìn)行的試驗(yàn)，來(lái)水水質(zhì)存在一定的波動(dòng)，因此水質(zhì)測(cè)試存在一定的波動(dòng)。
1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備配置清單
根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，開(kāi)展中試實(shí)驗(yàn)，具體配置清單如表2所示。
1.3 檢測(cè)方法
按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，采用相應(yīng)儀器對(duì)pH值、電導(dǎo)率、溶解性總固體、各種離子以及總鉛、總鎘等開(kāi)展測(cè)試，具體方法及儀器如表3所示。
2、結(jié)果與討論
2.1 脫硫廢水水質(zhì)研究
某中試電廠脫硫廢水水質(zhì)如表4所示。該電廠脫硫廢水水質(zhì)具有高鈣高鎂的特點(diǎn)，同時(shí)氯離子含量高，具有強(qiáng)烈的腐蝕性。
2.2 防垢研究
中試設(shè)備在某電廠持續(xù)運(yùn)行60天，運(yùn)行結(jié)束后，打開(kāi)換熱器查看并對(duì)比結(jié)垢情況，如圖1、圖2、圖3所示。根據(jù)試驗(yàn)前后換熱管的對(duì)比圖可以看出，針對(duì)高鈣高鎂的脫硫廢水，換熱管管束光潔，無(wú)結(jié)垢現(xiàn)象。另每天記錄監(jiān)測(cè)冷凝水的產(chǎn)水量變化來(lái)進(jìn)一步表征結(jié)垢情況，如圖4所示。
圖4實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，冷凝水的產(chǎn)水量在均值85L/h上下波動(dòng)，冷凝水量隨著時(shí)間的推移并沒(méi)有呈下降的趨勢(shì)(若換熱管束結(jié)垢，則傳熱系數(shù)下降，冷凝產(chǎn)水量下降)，進(jìn)一步表明該工藝對(duì)于高鈣高鎂的脫硫廢水有很強(qiáng)的適應(yīng)性。
該中試設(shè)備不會(huì)結(jié)垢的主要原因?yàn)?/span>:未經(jīng)三聯(lián)箱處理的脫硫廢水是漿液性質(zhì)的固液混合物，固體主體為粉煤灰(Si、Al)，其含有大量的1~50μm球狀顆粒，且為飽和的硫酸鈣溶液，飽和的硫酸鈣可以充當(dāng)硫酸鈣的晶種。晶種結(jié)構(gòu)與垢物相同，晶體表面對(duì)垢物的親和力較管道材料壁面大，使鹽溶液中析出的硫酸鈣分子優(yōu)先附著在懸浮的晶種上，而足夠數(shù)量的晶種，提供了極大的晶體表面，使溶液中硫酸鈣的過(guò)飽和度及時(shí)消除，從而避免硫酸鈣在壁面上的成核及生長(zhǎng)。
由于本工藝是未經(jīng)預(yù)處理軟化的脫硫廢水直接進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)濃縮，少去中間繁雜的軟化單元，減少了運(yùn)行成本，因此工藝流程大大優(yōu)化。同時(shí)，本中試試驗(yàn)由于實(shí)驗(yàn)本身的限制，采用電加熱的方式提供蒸汽，且為雙級(jí)蒸發(fā)器，其運(yùn)行成本較高。而實(shí)際工程應(yīng)用中，常采用三效蒸發(fā)器。若采用輔助蒸汽，噸水運(yùn)行成本約為60~80元/t(假設(shè)輔助蒸汽成本為150~200元/t)，若采用電廠廢熱(煙氣余熱)作為熱源，則成本可進(jìn)一步降低。
2.3 冷凝水回用研究
實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，按照要求取樣原水、濃水及冷凝水，置于透明裝置中，并對(duì)其進(jìn)行外觀檢查。如圖5所示，冷凝水出水外觀為透明顏色，且無(wú)氣味。
另對(duì)蒸發(fā)后的冷凝水進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表5所示，其TDS為70~120mg/L波動(dòng)，表現(xiàn)出較好的冷凝水水質(zhì)，可全部回用至脫硫系統(tǒng)的制漿車(chē)間、電廠沖洗水等。表5中數(shù)據(jù)為不同濃縮倍率下冷凝水的水質(zhì)，即進(jìn)料速率/出料速率=10:5、10:3、10:1時(shí)的冷凝水的實(shí)測(cè)水質(zhì)。
2.4 濃漿污泥浸出毒性研究
為進(jìn)一步探究濃縮后污泥的品質(zhì)，其重金屬含量是否超過(guò)《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》(GB5085.3-2007)所規(guī)定的限值，分別進(jìn)行了不同濃縮倍率下污泥浸出試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果如表6所示。結(jié)果表明，在不同倍率下各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果均低于GB5085.3-2007標(biāo)準(zhǔn)中要求的危害成分的限值，進(jìn)一步證明該污泥不是危廢。該污泥可與原有石膏一并處理或者混摻處理。另外，通過(guò)多級(jí)閃蒸裝置，濃縮倍率高達(dá)90%以上，如此高的濃縮倍率大大減少了終端零排的負(fù)擔(dān)。
3、結(jié)語(yǔ)
(1)針對(duì)高鈣高鎂的脫硫廢水，利用石膏晶種為主的防垢技術(shù)，能有效防止多級(jí)閃蒸裝置的結(jié)垢現(xiàn)象，且濃縮倍率高達(dá)90%，可實(shí)現(xiàn)脫硫廢水不軟化的情況下高效濃縮。
(2)在不同濃縮倍率情況下，蒸發(fā)過(guò)程中的冷凝水水質(zhì)優(yōu)異，可作為工藝用水回用。
(3)在不同倍率下濃縮后重金屬含量污泥浸出試驗(yàn)，各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果均低于GB5085.3-2007標(biāo)準(zhǔn)中要求的危害成分的限值，證明該污泥不是危廢。該污泥可與原有石膏一并處理或者混摻處理。
(4)相比于雙堿法軟化+膜濃縮工藝，該濃縮工藝由于無(wú)需軟化單元，工藝復(fù)雜性及運(yùn)行成本大大降低。（來(lái)源：福建龍凈環(huán)保股份有限公司）