对无旁路湿法脱硫废水的水质分析及处理技术的分析

发表时间:2019/4/22   来源:《电力设备》2018年第31期   作者:杨华增 张熙
[导读] 摘要:目前,无旁路湿法脱硫技术在火力发电厂中得到了广泛的应用,本文对无旁路湿法脱硫废水的成分和水质进行了分析,并围绕具体的处理技术,结合试验,探讨了改进的方法,希望能够为相关的工作提供一定的参考。
        (茂名臻能热电有限公司  525000)
        摘要:目前,无旁路湿法脱硫技术在火力发电厂中得到了广泛的应用,本文对无旁路湿法脱硫废水的成分和水质进行了分析,并围绕具体的处理技术,结合试验,探讨了改进的方法,希望能够为相关的工作提供一定的参考。
        关键词:无旁路湿法脱硫;废水;药剂;浓度
        引言:无旁路湿法脱硫技术能够有效地降低SO2的排放量,已经成为火力发电厂常用的脱硫方法,并且在节能减排方面发挥着巨大的作用,但是无旁路湿法脱硫装置会产生大量的脱硫废水,而且这些废水比较特殊,进行水质和处理技术的分析能够提高废水处理和回收的效率。
        1.无旁路湿法脱硫废水的成分、水量及特点
        1.1无旁路湿法脱硫废水的成分
        火力发电厂的锅炉用煤量很大,而且里面含有F、Cd、Hg、Pb等元素,加上炉膛内温度极高,这些元素特别容易发生化学反应,生成一系列的化合物,这些化合物会随着烟气进入脱硫装置中的吸收塔内,然后在浆液中聚集。与此同时,为了保证脱硫反应持续进行,需要定时排水,从而降低有害物质的浓度,所以脱硫废水是为了降低离子浓度而产生的废水,尤其是在无旁路脱硫系统中,更需要定期和及时地向外排放浆液,典型的无旁路湿法脱硫工艺流程如图1所示。另外,采用微油点火的机组,在点火启动阶段也会产生大量带有油污的废水。
       
        图 1 无旁路湿法脱硫
        1.2无旁路湿法脱硫废水的水量
        当脱硫系统正常运行时,废水量与煤的种类、Cl-的浓度以及进水水质有一定的关系,主要受到Cl-平衡关系的影响,大致计算可以参考以下公式:
        Qp×ρp+Qin×ρin=Qout×ρout+Qg×ρg+Qw×ρw
        其中Qp指的是脱硫系统进水量,ρp指的是系统进水中Cl-的浓度,Qin指的是烟气的流进量,ρin指的是流进烟气中Cl-的浓度,Qout指的是烟气排出量,ρout指的是排出烟气中Cl-的浓度,Qg指的是石膏量,ρg指的是石膏中Cl-的浓度,Qw指的是脱硫废水,ρw指的是脱硫废水中Cl-的浓度。因为脱硫系统进水、排出烟气以及石膏中的Cl-的浓度很低,可以忽略不计,所以脱硫废水量主要由流进烟气中的HCl含量决定,也就是与燃煤的种类有关。在电厂运行过程中,燃煤的种类可能经常发生变化,所以可以对吸收塔内浆液的Cl-的浓度进行控制,一般情况下,Cl-的浓度应该保证在15g/L左右。
        这里需要特别注意一下锅炉点火启动阶段的问题,在启动过程中会有大量的油污和碳粒进入系统,进而降低吸收塔内浆液的活性,尤其是导致PH值的灵敏度显著下降,所以这一阶段排水的目的是尽快消除吸收塔内的油污、碳粒以及灰尘等杂质,所以整个无旁路脱硫废水处理系统需要能够很好地完成点火阶段的排水任务,排水量与吸收塔浆液PH值之间的关系如图2所示。在实际排水过程中,不可避免地会排除部分的浆液以及石膏,所以为了节省原料,需要时刻注意浆液PH值的变化,从而提高处理效率。
       
        图 2 排水量与吸收塔浆液PH值之间的关系
        1.3无旁路湿法脱硫废水的特点
        本文参考了两种不同的脱硫废水点火方式,一种是等离子点火,一种是微油点火,产生废水的水质情况如表1所示。
        表 1 两种不同点火方式下脱硫废水的水质情况
       
        从上表我们可以发现,两种点火方式在悬浮物、PH值以及重金属离子方面并不存在特别大的差异,但是化学需氧量却有很大的不同,而且微油点火产生的脱硫废水中含有明显的石油类物质[1]。
        2.无旁路湿法脱硫废水的处理技术
        2.1国外技术
        无旁路湿法脱硫废水的处理技术源自国外,而且开发时间较早,应用较为成熟,加上国外的环保法规比较严格,同时脱硫装备比较先进,能够做到废水的零排放。下面简要介绍一下国外常用的两种脱硫废水处理技术:
        2.1.1蒸发
        蒸发处理的技术主要应用于美国发电厂,主要步骤就是将废水排入到预沉池中,然后经过预沉处理,对烟气进行加热,蒸发得到盐分结晶,而这些结晶会被静电除尘器吸收,最后预沉池中的污泥会通过压滤机进行脱水处理。
        2.2.2试剂
        药试剂处理技术较为成熟,主要是利用三联箱处理系统,添加不同的化学试剂,然后消除废水中的有害物质,常用的试剂包括NaOH、FeCl3。在点火启动阶段,国外并没有形成一套完整的方法,主要还是对点火阶段的燃烧效果进行控制以及加大对吸收塔浆液的保护力度[2]。
        2.2国内技术
        在2012年之前,国内普遍采用的是旁路脱硫系统,并且是等离子点火的方式,对于无旁路湿法脱硫系统的研究较少,从2013年开始,国内明确规定新建机组必须采用无旁路脱硫系统,这种背景下,微油点火启动阶段的脱硫废水处理方式也逐渐成为人们研究的重点,并且逐渐规模化和系统化。从某种角度讲,无旁路脱硫废水处理系统与旁路脱硫处理系统有一定的相似之处,而且国内的一些发电厂并没有重视油污去除的问题,对于启动阶段产生的油污,还是先存储在浆液箱中,然后逐渐回收,但是效果不是很好,甚至一些发电厂将废水与渣水一起排放和处理,无法有效分离其中的有害物质。整体来看,我国无旁路湿法脱硫废水处理技术并没有形成统一的标准,各个发电厂的处理方式也不尽相同,一些发电厂还是沿用旁路脱硫系统的处理方式,并没有进行大范围的改进和优化,所以如果想要提高脱硫废水的处理效果,减少环境的污染,同时满足生产的需求,需要形成独立的技术,并且加强创新,可以引用和借鉴国外的技术,同时结合电厂自身情况,因地制宜地采用科学合理的处理技术。
        3.无旁路湿法脱硫废水的试验情况
        3.1试验结果
        本次试验以微油点火阶段产生的脱硫废水为研究对象,添加剂量不同的药剂,观察烧杯中脱硫废水的变化情况。试验中选择的凝聚剂为FeClSO4,为了更好地观察废水的沉降效果,选择添加量为15、40和70mg/L的凝聚剂,分三组展开试验,试验结果如表2所示。试验样品静置15min后,上层清液的浊度是A>B>C,不难发现添加量为70mg/L的凝聚剂效果最好。
        表 2 不同添加量的凝聚剂试验结果
       
        为了保证澄清效果,提高沉降效率,需要加入一定的助凝剂,典型的助凝剂是聚丙烯酰胺(PAM),与凝聚剂的试验类似,通过两组不同添加量的助凝剂,测量沉降彻底的时间,从而判断最佳的药剂添加量,试验前提是两组废水样品中凝聚剂的添加量均为70mg/L,试验结果如表3所示。试验过程中,烧杯B的废水在6min内完成沉降,而烧杯A的废水沉降时间较长,所以最佳的助凝剂添加量在0.5mg/L左右[3]。
        表 3 不同添加量的助凝剂试验结果
       
        3.2对比分析
        根据上述试验,当脱硫废水的PH值在9~10之间时,加入一定的凝聚剂和助凝剂,可以显著降低废水中的离子浓度,而且符合国家规定的排放标准,但是不容忽视的是,这种处理方法对于废水中的石油物质作用较小,而对于CODcr的作用甚至可以忽略不计,所以需要进行必要的改进。脱硫废水处理前后水质情况如表4所示。
        表 4 无旁路脱硫废水处理前后水质情况
       
        3.3改进策略
        第一方面,从无旁路脱硫废水的预沉淀入手,由于废水中存在很多石膏和石灰石杂质,常常导致悬浮物浓度超标,一旦达到25000mg/L,就会影响后期的处理效果,所以必须要做好废水的预沉降工作。在设计预沉池时,务必保证废水在其中有足够和充分的停留时间,从而达到预期的分离效果。如果想要更好地降低废水中CODcr的浓度,需要设立鼓风曝气池,并且与废水量相匹配,从而对废水进行全面的曝气,除去其中的中CODcr。
        第二方面,针对国内无旁路脱硫废水处理技术不成熟和不完善的现状,结合实际生产情况,现提出如下建议:第一点,在吸收塔处设立低液位排放口,这样能够保证在微油点火启动阶段及时排出含有石油类物质的浆液,这些浆液不是直接与废水混合在一起,而是流入固定的浆池内,便于后期分离和回收。第二点,增设预沉池,在浆池出口处增设一条管路,方便浆池中的浆液流入到预沉池中,而预沉池旁边还应该增设隔油池,点火阶段产生的废水需要排入隔油池中,然后进行喷煤处理,实现回收利用。在这期间,可以加入一定的NaOH,对含油废水进行破乳处理,从而达到环保排放标准[4]。
        结论:综上所述,无旁路湿法脱硫废水涉及的问题较多,特别是在特定阶段产生的废水量较大,而且里面含有大量的杂质,为了保证无旁路湿法脱硫系统的稳定性,需要根据废水的特点,适当增加废水隔油池等设施,从而降低废水中杂质的浓度。
        参考文献:
        [1]肖爱萍,杨迪,谢志平,等.无旁路脱硫控制系统的节能改进[J].广州化工,2015,43(19):153-154.
        [2]庞冬,贾尔恒·阿哈提,何秉宇,等.某火电厂湿法脱硫废水水质分析及处理工艺优化[J].水处理技术,2018,44(08):89-93.
        [3]李建.600WM机组烟气脱硫废水处理设计探讨[J].中小企业管理与科技(中旬刊),2018(12):174-175.
        [4]左蓓萌,杨仲卿,张力,等.脱硫废水液滴与飞灰颗粒碰撞特性数值研究[J].工程热物理学报,2018,39(12):2714-2720.
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