摘要：在介紹脫硫廢水處理技術(shù)應用現(xiàn)狀及已投運項目存在的問題的基礎(chǔ)上,對某2×1 000 MW超超臨界機組工程設(shè)計提出了一種新的脫硫廢水深度處理工藝。脫硫廢水預處理系統(tǒng)采用2級Ca(OH)2-Na2SO4-Na2CO3軟化澄清工藝,產(chǎn)水進入蒸發(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)鹽標準》中精制工業(yè)鹽(工業(yè)干鹽)二級標準的要求,可實現(xiàn)資源化利用。

關(guān)鍵詞：脫硫廢水;蒸發(fā)結(jié)晶;水處理;

隨著國家對環(huán)境保護的加強, 火力發(fā)電廠燃煤機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1 000 MW國產(chǎn)超超臨界燃煤發(fā)電機組, 2臺機組脫硫廢水的產(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, 而其排放會增加下級污水處理廠的運行負荷, 因此本工程設(shè)計中提出了一種2級軟化澄清預處理+蒸發(fā)結(jié)晶深度處理的新工藝, 對脫硫廢水進行深度處理并回收利用。

1 脫硫廢水處理技術(shù)應用現(xiàn)狀及分析

1.1 國內(nèi)脫硫廢水投運項目概況

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600 MW超臨界燃煤機組, 脫硫廢水深度處理工程于2009年12月投入運行。系統(tǒng)處理水量為22m3/h, 采用2級軟化預處理+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600 MW超超臨界燃煤機組, 脫硫廢水處理系統(tǒng)2011年9月調(diào)試并投入運行。系統(tǒng)處理水量為20m3/h, 采用2級臥式過濾 (MVC) 蒸發(fā)器+2級臥式MED+結(jié)晶+鹽干燥系統(tǒng), 沒有設(shè)置深度預處理軟化防垢設(shè)施。

華能長興電廠為2臺660 MW超超臨界燃煤機組, 2015年4月廢水處理系統(tǒng)投入運行。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級軟化預處理→過濾→弱酸樹脂軟化→一級反滲透→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)量分數(shù)大于95%, 含水率小于0.5%, 外運結(jié)晶鹽產(chǎn)量為418~711 kg/h。

湖北國電漢川電廠三期擴建工程為2臺1 000MW超超臨界燃煤機組, 脫硫廢水處理系統(tǒng)設(shè)計處理水量為36m3/h, 采用2級軟化預處理+納濾分鹽+反滲透濃縮減量+蒸汽機械再壓縮技術(shù) (MVR) 蒸發(fā)結(jié)晶工藝實現(xiàn)分鹽, 其結(jié)晶鹽為純度高于97.5%的NaCl。

焦作萬方鋁業(yè)熱電廠裝機為2臺350 MW機組, 首臺脫硫廢水煙氣蒸發(fā)處理系統(tǒng)于2015年8月投入運行。進系統(tǒng)的水量為20 t/h, 采用的工藝流程為:2級軟化預處理+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)運行2個月后對煙道進行結(jié)垢和腐蝕檢測, 在煙道內(nèi)沒有出現(xiàn)結(jié)垢和煙道積灰現(xiàn)象。

1.2 各投運項目比較分析

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)運行穩(wěn)定可靠, 但投資、運行成本高;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, 運行成本較低, 但蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)結(jié)垢嚴重, 清洗頻繁, 影響系統(tǒng)正常運行;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)復雜, 運行成本高;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, 目前運行正常, 但有待進一步檢驗。

目前國家沒有對結(jié)晶混鹽制定統(tǒng)一的標準, 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)處理的電廠應對脫硫廢水進行減量化處理, 以減少煙道蒸發(fā)對電廠熱力系統(tǒng)的影響, 另外脫硫廢水噴煙道對后續(xù)系統(tǒng)以及粉煤灰綜合利用有一定的風險, 有待進一步的驗證。

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)計水量為24m3/h。脫硫廢水的水質(zhì)受煤種、脫硫系統(tǒng)的運行控制參數(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)同整個二期工程同步建設(shè), 設(shè)計階段無法實測脫硫廢水中污染物的含量, 通過理論計算并結(jié)合該電廠一期工程脫硫廢水水質(zhì)指標類比, 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》。

3 本工程脫硫廢水深度處理系統(tǒng)

3.1 脫硫廢水預處理系統(tǒng)

脫硫廢水預處理系統(tǒng)采用2級軟化澄清、過濾處理工藝。廢水在1級軟化池與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級澄清后的出水溢流至1級澄清水箱, 通過提升泵輸送至二級軟化池, 與Na2CO3反應生成CaCO3沉淀, 與聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁 (PAC) 進行絮凝, 出水經(jīng)2級澄清池沉淀后溢流進入2級澄清水箱, 最終經(jīng)過多介質(zhì)過濾器過濾后進入蒸發(fā)預換熱器。預處理工藝流程見圖1。

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該工藝的特點:在一級軟化池內(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, 可減少二級軟化單元Na2CO3的用量;一級軟化中投加的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充, 可大大減少藥劑的投加量, 降低運行成本。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) 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, 通過對溫度、壓力、各組份濃度等因素的精確控制實現(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、離心機母液回流, 將飽和NaCl和高濃度的Na2SO4溶液回流至脫硫廢水預處理最前端, SO42-通過同Ca2+反應生成沉淀, 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)晶裝置由進水單元、循環(huán)單元、蒸汽補充單元及回收單元4個單元組成, 廢水進入蒸發(fā)結(jié)晶裝置進行閃蒸濃縮結(jié)晶處理, 其工藝流程見圖2。

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2級軟化后的脫硫廢水進入次換熱器與閃蒸罐內(nèi)蒸發(fā)出來的蒸汽冷凝液進行初次換熱, 升溫后進入循環(huán)單元, 進水流量依據(jù)閃蒸罐內(nèi)水位可調(diào)節(jié)。加熱后的新進廢水進入循環(huán)管道, 與內(nèi)部循環(huán)的超濃縮液混合, 混合濃液經(jīng)過主換熱器進行換熱升溫 (熱媒為壓縮蒸汽或外界補充蒸汽) , 通過循環(huán)不斷升溫, 當循環(huán)介質(zhì)溫度達到閃蒸溫度、閃蒸罐頂部壓力達到一定值時, 啟動蒸汽壓縮機將閃蒸的蒸汽絕熱壓縮后送入主換熱器, 與循環(huán)液進行熱交換, 使循環(huán)的料液溫度升高并始終保持在沸點以上, 而蒸汽通過主換熱器和預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)的同時進行閃蒸, 循環(huán)的介質(zhì)不斷被濃縮, 當系統(tǒng)結(jié)晶以后, 開啟濃縮物排放閥外排鹽漿, 進水量和排水量依據(jù)TDS值進行調(diào)節(jié), 保證平衡。

濃鹽漿后續(xù)進入旋流器、離心機, 進行離心脫水后進入干燥流化床得到產(chǎn)品鹽, 滿足GB/T 5462—2015《工業(yè)鹽標準》中精制工業(yè)鹽 (工業(yè)干鹽) 二級標準。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

本工程脫硫廢水預處理系統(tǒng)采用2級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)在百萬千瓦機組脫硫廢水深度處理系統(tǒng)的首次應用。脫硫廢水不經(jīng)膜法濃縮直接進入蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng), 可耐受少量的鈣鎂結(jié)垢性離子, 相對于膜法工藝對預處理產(chǎn)水水質(zhì)要求不是非?？量? 可簡化工藝流程, 降低運行成本, 利用熱法實現(xiàn)分鹽。