凤台电厂脱硫废水处理系统优化研究 11页

凤台电厂脱硫废水处理系统优化研究【摘要】随着经济发展，燃煤量也大大增加，燃煤对全球环境影响的问题越来越突出，因此各火力发电厂均投入烟气脱硫系统，通过烟气脱硫技术控制硫氧化物的排放。而脱硫工艺主要采用的是湿法脱硫，为了维持脱硫装置浆液循环系统物质的平衡，防止烟气中可溶部分即氯离子浓度超过规定值和保证石膏质量，必须从系统中排放一定量的废水。废水中含有的杂质主要包括悬浮物、过饱和的亚硫酸盐、硫酸盐以及重金属，其中很多是国家环保标准中要求严格控制的第一类污染物。按国家环境相关要求，实现废水零排放已刻不容缓，因此如何减少废水排量、降低废水处理成本以及防止废水二次污染已成为目前燃煤电厂脱硫系统运行技术的主要课题。本文研究通过采用大容积预澄清器并将预澄清器沉淀后的污泥排至吸收塔的脱硫废水处理方案后，减少脱硫废水排放总量、降低废水处理成本，同时减少污泥排放，为火电厂实现废水零排放减轻压力。【关键词】废水零排放；湿法脱硫；预澄清器；悬浮物1凤台电厂脱硫废水系统运行现状第11页共11页n淮浙煤电凤台发电分公司一期脱硫废水系统目前直排至化学，后期经过澄清、加药处理后达标排放，二期废水系统一部分经过废水处理系统处理后达标排放。一期废水设计处理排放量为18m3/h，二期脱硫废水处理系统设计处理排放量为19m3/h，但目前脱硫废水处理系统存在出力达不到设计要求、运行成本较高，废水中的固含量偏高，导致了澄清器澄清效果不佳，处理后清水浊度达不到排放要求。在长周期运行时，整个系统将无法正常运行，近而影响到机组的安全运行。总而言之，脱硫废水处理系统需要考虑降低废水总量及废水的固含量，实现在减少废水处理系统的运行成本的同时，降低设备运行压力，保证系统正常运行。1.1脱硫废水系统运行工艺石膏浆液通过石膏旋流站分离后，底流固含量高的浆液进入脱硫系统脱水形成石膏，溢流固含量较低的浆液大部分进入回用水箱，小部分进预澄清器，澄清器澄清后的清水进入废水处理系统进行处理，处理后的清水排至清水池。1.2脱硫废水水质特点脱硫废水其实就是脱硫浆液的一部分，烟气脱硫废水的特点：pH值较低（一般为4～6）；悬浮物含量很高（石膏颗粒、SiO2、Al和Fe的氢氧化物），质量浓度可达几万mg/L；氟化物、COD和重金属超标，其中包括我国严格限制排放的第1类污染物，如Hg、As、Pb等；盐分极高，含有大量的Cl-、SO42-和SO32-等离子，其中Cl-的质量分数可达到0.04左右，远大于标准海水的Cl-质量分数。2废水处理系统技术方案研究第11页共11页n目前，废水零排放是发展的一个方向，因此如何减少处理废水排量、降低废水固含量是脱硫废水处理的关键，而降低未处理废水的固含量的关建又在于如何处理沉淀后的污泥。2.1降低废水固含量的方案研究一般来讲，脱硫废水的水源是从石膏旋流站旋流分离后，溢流的石膏浆液，一部分进入回用水箱循环利用，一部分进入废水旋流站供给箱后由废水旋流站供给泵合理升压后进入废水旋流站二次旋流分离后，进入废水池，然后进入废水处理系统进行处理。经过废水旋流站二次旋流分离后的浆液固含量一般降低至8wt%。方案一：改变废水水源，降低预处理废水的固含量改变废水的水源，就是不再将石膏旋流站溢流的一部分经过废水旋流站后进入废水系统进行处理经过作为废水水源，而是将真空皮带机脱水后的回用水作为废水水源，经取样化验化发现废水旋流站旋流与真空皮带机的脱水后的回用水固含量分别为8WT%、5WT%，真空皮带机滤液的沉淀固含量略低于废水旋流站旋流后的废水中的沉淀固含量。方案二：采用大容积预澄清器，降低废水固含量为了进一步降低废水的固含量，经过试验发现，一定流量的废水，经过加大预澄清器容积提高废水停留时间后，可以降低废水的固含量。试验数据如下表废水在预澄清器停留时间（h）废水固含量（1wt%）预澄清器需要容积（m3）46.5200第11页共11页n124320203460282.2580361.6750441.28705211000600.971150以上数据可看出，经过加大预澄清器容积提高废水停留时间后，废水的固含量可以明显降低。因此，根据计算预澄清器需要容积与效果对比，决定采用该方案，并选用1000m3大容积预澄清器，将废水的固含量降低至1WT%，实现减少废水处理量的目和。2.2预澄清器预澄清后的污泥处理方案研究方案一：将预澄清器沉淀污泥排至回用水系统在火力发电厂烟气脱（FGD）硫处理系统中，将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔与烟气充分接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙，硫酸钙达到一定饱和度后，结晶形成二水石膏。经吸收塔排出的石膏浆液经浓缩、脱水，使其含水量小于10%，然后用输送机送至石膏贮仓堆放，脱硫后的烟气经过除雾器除去雾滴，再经过换热器加热升温后，由烟囱排入大气。第11页共11页n石膏浆浓缩过程中产生脱硫废水，废水流入脱硫废水处理系统，系统设置预澄清器，用于初步沉淀废水中的污泥，污泥沉淀于预澄清器的底部后，经刮泥机“刮集”汇集到预澄清器的底部泥斗中，由底泥输送泵输送到回用水箱。也就是目前二期脱硫所用的方法，流程如下：石膏排出泵石膏旋流站部分溢流至废水旋流站供给箱废水旋流站溢流至废水池废水泵预澄清清水进入废水处理系统出力污泥进入回用水箱该方法的优点为：部分污泥进入回用水系统，减少了废水的浊度，减轻了废水处理系统的压力。缺点为：会导致回用水系统固含量偏高，回用水循环的过程中造成管道磨损严重，同时由于石灰粉制浆系统所用水源为回用水，会影响供浆质量。方案二：将预澄清器沉淀后的污泥排至吸收塔石膏浆浓缩过程中产生脱硫废水，废水流入脱硫废水处理系统，系统设置预澄清器，用于初步沉淀废水中的污泥，污泥沉淀于预澄清器的底部后，经刮泥机“刮集”汇集到预澄清器的底部泥斗中，由底泥输送泵输送到吸收塔中。流程如下：石膏排出泵石膏旋流站部分溢流至废水旋流站供给箱废水旋流站溢流至废水池废水泵预澄清清水进入废水处理系统出力污泥进入吸收塔第11页共11页n分析污泥排入吸收塔对脱硫系统的影响：石膏晶体结晶析出是湿法同理系统的最后一步，在通常运行的pH值的环境下，亚硫酸钙和硫酸钙的溶解度都很低，当中和反应后产生的钙离子、硫酸根离子达到一定的浓度时，就会结晶析出。上海工程学院对石膏的结晶过程中的影响因素进行了分析，其中金属离子的影响见下表述：金属离子对二水硫酸钙在溶液中的结晶具有显著的影响，因此本实验采用测量溶液中的电导率变化来研究金属离子对石膏结晶诱导时间的影响。在搅拌转速300r/min，进料速度7.8ml/min，温度50℃时，分别在加人摩尔浓度为0.01kmol/m3的Mg2+、Fe3+和A13+等混合杂质离子情况下，对反应器内摩尔浓度分别为为0.5kmol/m3的氯化钙溶液硫酸钠溶液的电导率进行测定，测定过程见下图。图1添加不同混合杂质离子时溶液的电导率随时间变化曲线比较图中可以看出，同时添加不同金属杂质离子使得溶液的电导率突变时间更为延迟，即混合杂质离子对二水硫酸钙晶核形成时间的抑制作用加强。Fe3+，Al3+混合对二水硫酸钙的抑制作用比Fe3+，Mg2+混合的抑制作用强，说明混合金属杂质离子之间对二水硫酸钙的结晶诱导时间影响也会相互起干扰作用。石膏结晶与溶解是一个动态平衡的过程，结晶过程受分子扩散及晶体生长的综合作用影响，当搅拌转速由较低转速逐渐加快时，石膏结晶的诱导时间减小，成核速率和生长速率加快：然而当转速进一步加快时，诱导时间反而增加，成核速率和生长速率减小。适宜选择搅拌速度为300r/min。PH在3.5～6.5范围内，第11页共11页n随着PH的增大，二水硫酸钙结晶诱导时间略呈滞后趋势，但总体变化不大。各因素对石膏结晶成核诱导时间的影响显著性排序为：温度>钙离子浓度>铝离子浓度>搅拌强度>铁离子浓度>镁离子浓度>PH。其中温度对结晶的影响最显著，钙离子浓度较显著，PH对石膏结晶诱导时间变化不显著。因此，污泥排入吸收塔后，合理控制金属离子的浓度，对结晶的影响不大，故此方案可行。该方案的优点为：管道布置简单，在吸收塔内会再结晶反应，固体颗粒继续增大，相当于加长了浆液的停留时间，之后继续脱水，对整个脱硫系统影响最小。3脱硫废水处理关键设备选型及系统设计3.1脱硫废水处理预澄清器选型脱硫废水处理系统中的预澄清器，沉淀池是利用水流中悬浮杂质颗粒向下沉淀速度大于水流向卜流动速度、或向下沉淀时间小于水流流出沉淀池的时沉淀池的处理效率只与表面负荷有关，即与沉淀池的表面积有关，而与沉淀池的深度无关，池深只与污泥贮存的时间和数量及防止污泥受到冲刷等因素有关。而在实际连续运行的沉淀池中，由于水流从出水堰顶溢流会带来水流的上升流速，因此沉淀速度小于上升流速的颗粒会随水流走，沉淀速度等于卜-升流速的颗粒会悬浮在池中，只有沉淀速度大于上升流速的颗粒才会在池中沉淀下去。沉淀池表面积计算公式A=Qmaxnq?A-预澄清器表面积第11页共11页nQmax-最大处理流量n-预澄清器个数q-预澄清器表面积负荷?-斜管面积利用系数取0.91由此公式可以看出，流量一定，澄清池表面积越大，表面积负荷越低，沉淀效果越好，根据现场条件限制及制作成本核算，取预澄清器直径为10m。而沉淀颗粒在沉淀池中沉淀到池底的时间与水流在沉淀池的水力停留时间有关，即与池体的深度有关。时间能与水流分离的原理实现水的净化。HRT=V/QmaxHRT-沉淀颗粒停留时间V-预澄清器体积Q-废水最大流量常规HRT为3-4时，根据试验得出结论：HRT达到52小时后，固含量可达到1WT%，沉淀效果很好。3.2系统主要工艺流程设计脱硫废水的水质与脱硫工艺、烟气成分、灰及吸附剂等多种因素有关。其主要特征是：呈弱酸性；悬浮物高，但颗粒细小，主要成分为灰尘和脱硫产物（CaSO4和CaSO3）；含盐量高；含有重金属离子。第11页共11页n一、二期脱硫废水首先汇集流入到预澄清器，再通过废水提升泵送入中和箱（两者之间距离大约1.5km），与Ca（OH）2反应，将PH值调整到8.8-9.7。在此条件下，废水中大多数二价、三价重金属离子形成难溶的氢氧化物。Ca2+还能与废水中的F-反应，生成难溶的CaF2沉淀。预澄清器的排泥，通过底泥输送泵输送到吸收塔。在沉降箱内，添加有机硫化物（TMT15），进一步沉淀不能以氢氧化物沉淀的重金属离子，使其形成难溶的硫化物而沉积下来。同时加入一定比例的混凝剂（如FeClSO4），使沉降箱中形成的细小、分散的颗粒凝聚成絮凝物。在絮凝箱出口处加入高分子聚电解质作为絮凝助剂，它能降低颗粒表面张力，使絮凝物变得更大、更容易沉降。废水在各箱内的停留时间分别为60分钟左右。废水从絮凝箱出口自流入澄清浓缩分离器，在澄清浓缩分离器中进行固液分离。上部清水通过澄清浓缩分离器周边的溢流口自流至中间水池，再通过中间水泵送入多介质过滤器，进一步去除出水中的悬浮物，使出水水质更能稳定达标；而浓浆沉淀到分离器底部，通过2台污泥输送泵送至污泥压滤机进行压滤成泥饼后，由电厂自备车送至灰场。4运行效果分析凤台电厂于2013年2月初开始实施本项目，在完成资料收集、水质跟踪分析和技术论证等研究工作后，2013年3月底完成一、二期废水处理系统的施工设计方案，进行设备采购，2013年年底完成设备安装，投入运行。第11页共11页n该项目投运后，各系统运行正常，废水水质指标排放正常。预澄清器澄清后的预处理废水水质平均在1wt%以内，下图为连续运行一年废水旋流站废水的固含量对比柱状图。图2预沉后废水固含量与平常废水固含量对比图从柱状图可以看出，2014年1-12月经过大直径预澄清器预沉后的废水固含量平均不超过1wt%，而红色柱状图为废水旋流站后的废水固含量，平均在8wt%，经过预澄清器后的预废水水质固含量明显低于废水旋流战后的废水固含量。4.1废水处理情况分析经过预澄清器后的预处理废水，其固含量大大降低，虽然设计废水的处理量为50m3/h，单由于经过了预澄清器后，总的废水平均每小时降低了4m3/h，年减少废水总处理量为22000m3，为凤台电厂后续废水零排放奠定了基础。4.2污泥量情况分析由于废水预沉后的污泥，排入了吸收塔进行结晶反应，省去了后续的加药、压滤、外运费用，而且该泥浆进入吸收塔经过的生成石膏后外卖，可产生经济效益，根据实际运行情况计算，每小时压滤五年较项目投运前减少了每年的污泥量15400m3。5结论第11页共11页n脱硫废水处理在各个湿法脱硫工艺的电厂都属于一个难点，而且大量污泥的产生，会造成环境的污染，同时还要消耗大量的药品，总体而言，存在处理成本高、污染环境等问题。采用大容积预澄清器并将预澄清器沉淀后的污泥排至吸收塔的脱硫废水处理方案后，会大大减少脱硫废水排放总量、降低废水处理成本，同时减少污泥排放，为火电厂实现废水零排放减轻了压力。特别是将脱硫废水预沉后的污泥排入吸收塔是一个技术上的创新，使脱硫废水处理系统的压力明显改善，废水处理成本降低，填补了国内该领域的空白，具备良好的示范效果，有极大的推广价值。第11页共11页