燃钢管电厂脱硫废水蒸发处置手艺

　跟着2016年1月1日起新环保法的正式施行，以及2016年4月公布实施的《水污染防治步履打算》即“水十条”的公布，我国增强了对水污染的治理力度，燃钢管电厂湿法脱硫需排出脱硫废水，而脱硫废水的处置成为良多电厂的难题，为实现电厂废水的近零排放，操纵烟气余热蒸发脱硫废水的手艺将有着广漠的应用前景。本文同时说明了脱硫废水处置面临的实际坚苦，指出采用脱硫废水蒸发手艺是实现电厂脱硫废水甚至高浓度含盐水零排放的主要路子，该手艺充实操纵了烟气余热，同时脱硫废水获得了有用处置，合适国度政策上对燃钢管电厂的节能环保的要求。相信经由过程更多深切的研究，燃钢管电厂脱硫废水蒸发处置手艺会慢慢成熟并得以推广应用。1、引言跟着我国经济程度的提高，电力需求迅猛增加，进而导致电厂SO2的排放量提高。SO2的排放造成我国年夜面积的酸雨风险，是以我国不竭加年夜燃钢管电厂烟气治理力度，出格是《火电厂年夜气污染物排放尺度》(GB13223-2016)实施后电厂将面对更严酷的环保限制。今朝我国燃钢管电厂年夜多采用湿式石灰石-石膏法烟气脱硫(FGD)，此法脱硫效率高，手艺成熟;合用钢管种广，对汽锅负荷转变的顺应性强;接收剂资本丰硕;脱硫副产品(无水石膏)便于综合操纵。为防止脱硫系统的侵蚀，维持脱硫浆液中氯的浓度，会排出更多脱硫浆液，使脱硫废水的排放量增添。脱硫废水pH在4.5-6.5，此中含有年夜量亚硝酸盐、悬浮物、重金属离子等，必需颠末处置后达标排放。今朝应用为普遍的脱硫废水处置工艺为化学沉淀法。该法设置零丁的废水处置系统，但这种方式也有良多的错误谬误，如系统复杂，运行维护费用高，导致能耗较高，且Cl-、F-没有有用的去除，从而使处置后的废水无法收受接管操纵。是以本文提出了操纵烟气余热将脱硫废水进行雾化蒸发处置的新型手艺，此手艺不仅解决了常规处置方式的不环保、能耗年夜等一系列问题，同时，不仅是脱硫废水，甚至是电厂的高浓度含盐水也可用此法一并处置，从而真正实现电厂废水的零排放。2、燃钢管电厂脱硫废水处置近况及存在问题因为燃钢管烟气中还有少量的F-和Cl-，进入脱硫塔后进入洗涤浆液，F-会和浆液中的Al络合从而对石灰石的消融发生遮掩效应;而Cl-浓渡过高会对接收塔发生侵蚀，是以石灰石-石膏湿法烟气脱硫过程中要排出一部门浆液作为脱硫废水。脱硫废水水质比力特别，各工序排出的废水水质因电厂利用燃料、脱硫装配类型、钢管种等分歧而异，但此中含有年夜量亚硝酸盐、亚硫酸盐、悬浮物、重金属离子(如汞和硒)等，且pH较低，是以必需颠末处置后达标排放或收受接管操纵。今朝世界上应用为普遍的脱硫废水处置工艺为化学沉淀法，其典型工艺如图1所示，其首要过程如下：(1)匀质：经由过程搅拌、缓冲，使分歧时段排出的废水平均夹杂，不变水质水量，以利于后续处置;(2)废水碱化：排出的废水进入pH调节池，向池中插手NaOH等碱性物质，提高废水pH，使得废水中的Fe3+、Zn2+、Cu2+、Ni2+等年夜部门重金属离子获得去除，为了防止生成的沉淀进一步反映生成羟基化合物，一般pH调节在9摆布;(3)重金属沉淀：插手S2-或者有机硫，与废水中残剩的Hg2+和Pb2+反映生成HgS和PbS沉淀;(4)混凝处置：向废水中插手混凝剂使废水中残剩的藐小而分离的颗粒和胶体物质凝集成年夜颗粒沉淀下来，经由过程混凝剂的压缩双电层效应，促使重金属氢氧化物凝并、沉淀;(5)澄清：混凝后的废水进入澄清池，依靠重力进行沉降，将上层达标清液排放。(6)对泥渣脱水，压滤成污泥滤饼特别处置。图1典型脱硫废水处置系统工艺流程化学沉淀法是今朝我国电厂应用普遍的脱硫废水处置方式，该法处置后的水质可以或许达标，且对副产物石膏可以或许进行综合操纵，有较好的经济性，可是这种方式也有良多错误谬误：1)投资较年夜，需要零丁的化学加药系统，也需要年夜量的化学药剂;2)系统复杂，维护费用较高;3)今朝对Cl-、F-没有有用的去除方式，并且Cl-在酸性前提下有很年夜的侵蚀性，是以处置后的废水无法收受接管操纵。4)跟着环保尺度的日益严酷，脱硫废水中COD和其他有害元素，如硒等，已引起监管部分的存眷。脱硫废水的污染物含量首要取决于钢管燃烧的形式、静电除尘器的除尘效率、补给水中的杂质的种类、石灰石中重金属和杂质的成分及含量等，甚至石膏脱水所选用的设备对其成分也有影响。可见，脱硫废水的成分很是复杂，传统处置体例的处置难度很年夜。其处置过程中的过饱和、重金属、悬浮物的去除和高达30000-60000mg/l的氯含量若何降低。若废水中含有硒、硝酸盐和有机物，在排放之前还要进行生物处置。这种处置方式可以或许削减重金属和悬浮物含量，酸度和需氧量，可是不克不及削减氯含量和总消融固体(TDS)。跟着国度对汞等重金属污染物的排流放渐正视，传统的生化处置方式已不再合用，急需新的废水处置方式的呈现。3、电厂高浓度含盐水近况及废水零排放除了脱硫废水，电厂还有其他的高浓度含盐废水需要处置，如反渗入的浓水，高轮回倍率的轮回冷却水排水，部门汽锅排污水、电厂化学车间树脂再生酸碱液的中和水等。以内蒙古某发电厂为例,现有2台330MW发电机组，运行1台机组化学水处置反渗入系统排水浓水30t/h摆布，轮回冷却水排污水20t/h摆布，也即单台机组外排废水50t/h，若是两台机组同时运行，一天排放污水高达2400t摆布，按照水资本费用5元/t，年运行小时数7000小时计较，一年水资本费用达350万元，别的排污费用按1元/t计较，一年排污费达70万元，这还没有计较办理以及污水排放的运行费用。该厂反渗入发生的浓水，此中无机盐浓度达3000-4000mg/L，轮回冷却水中无机盐浓度可达2000mg/L。若是电厂高浓度含盐水得不到妥帖的措置，直接排入自然水体，必然会对水情况发生晦气影响，增添局部地域的盐分。因为浓水含盐量高，传统的给排水处置都无法有用地解决。今朝对于高浓度含盐水根基没有进行出格的措置。高浓度含盐水中含有各类有机和无机污染物，若直接排放可能会对泥土、地表水、地下水等发生污染。对于内蒙古这类深居内陆，地处干旱、半干旱地带，年夜陆性天气较着，年夜气降水少，蒸发量年夜，水资本匮乏的地域，跟着经济的成长和生齿的增加，将面对着严重的缺水挑战。为了实现电厂的节能节水，同时考虑到人与天然情况的可持续成长，电厂废水零排放更具有实际的意义。4、新型废水喷雾蒸发处置手艺综合上述关于脱硫废水及高含盐水处置的研究，提出了一种脱硫废水喷雾蒸发手艺来实现电厂废水零排放。如图2所示，将脱硫系统排出的废水浆液与加压空气夹杂后，废水经雾化喷入空预器与除尘器之间烟道内，雾化液滴与高温烟气充实接触，气液两相发生强烈热互换后蒸发，烟气温度降低至酸露点以上。废水蒸发后所析出的金属盐、悬浮物等物质随烟气进入后面的除尘系统中被脱除。图2脱硫废水蒸发系统工艺图据文献报道，某电厂烟气脱硫工程单台300MW机组脱硫废水排放量仅为4.2m3/h，水温为52℃，除尘器前烟道中烟气温度为142℃，喷入烟道的雾化脱硫废水敏捷在烟道中蒸发，脱硫废水中的固体物(重金属、杂质以及各类金属盐等)和灰一路悬浮在烟气中并随烟气进入电除尘器中被捕获，因脱硫废水中固体量和各类金属盐含量仅为395kg/h，对灰的物性及综合操纵不会发生影响。经计较，脱硫废水喷入烟气后，烟气湿度由7.14%增添至7.56%，烟气温度由142℃降至136℃，烟气处于不饱和状况，高于酸露点温度，不会对烟道和电除尘器发生侵蚀。同时，因烟气温度的降低及含湿量的增添，削减了FGD系统的水耗量。日本三菱重工为一台500MW机组设计了脱硫废水蒸发系统。从空预器前烟道旁路抽取3.5%的烟气量用于废水蒸发，这使得热能降低了0.4%。废水中的重金属及盐类等干态物质使后续除尘设备尘埃处置量增添3%。经实测表白，废水中的氯化物经蒸发处置后形成一种和飞灰巨细相似的盐类，废水中含有的汞形成固体沉淀下来。该蒸发系统所发生的固体物可以或许被自力捕捉下来并与飞灰或其他如水泥、石灰等物质形成一种不变的产品。5、脱硫废水蒸发相关手艺研究近况今朝，脱硫废水操纵烟气余热蒸发手艺还少有在燃钢管电厂应用，理论研究也很匮乏。在研究早期因为手艺上无法对雾滴蒸发过程进行详尽的不雅察，学者们先对蒸发过程进行了纯理论上的数值模拟。Gradinger和Bouloueho在1998年确立了一种零维液滴蒸发模子，但液滴在蒸发过程中物理参数随温度转变没有充实考虑，同时忽略了蒸发时液滴内部温度梯度的发生，是以模拟成果缺乏真实性。NasserAshgriz等提出对流对液滴蒸发特征的影响纪律及批改。LiliZhang模拟了液滴干燥过程，考虑了液滴内部组分的转移过程和温度梯度的存在，这直接影响了液滴概况的蒸发速度。KimH等研究了情况压力对液滴蒸发的影响。YoungchulRa应用离散多组分燃料液滴模子对多组分燃料喷雾和蒸发进行了模拟计较，热流量表达式经由过程近似准稳态能量均衡获得，忽略辐射的影响。Godsave提出了用于估算液滴蒸发过程的直径平方蒸发定律，该模子没有考虑液相传热和传质。国内方面，张子敬等成立了喷雾液滴群烟气蒸发传热传质模子对液滴粒径和蒸发速度进行研究;卢江等成立了烟气与液滴在彼此活动状况下液滴直径随时候转变的数学模子;蒋勇等经由过程离散液滴模子对雾化液滴蒸发过程进行了三维数值模拟，计较获得粒子轨迹图。郭静娟进行了脱硫废水烟道蒸发的工程试验并提出废水调质处置的需要性，论证了该手艺的可行性。张志荣等在多种分歧前提下对脱硫废水蒸发过程进行了具体的数值模拟，从理论上论证了该手艺的可行性。但脱硫废水蒸发与常规蒸发具有较年夜的差别，一是蒸发要求更高，要求脱硫废水在短时候内完全蒸发;二是脱硫废水成分复杂，此中含有易分化成分，这需要严酷节制蒸发温度区间和时候;三是脱硫废水的比热是转变的，是以研究脱硫废水成分与比热的关系，经由过程切确的数值节制来实现蒸发过程是有需要的。6、脱硫废水蒸发手艺的长处及存在的难题6.1脱硫废水蒸发手艺的具体长处如下：(1)废水蒸发相变促进PM2.5凝并，便于除尘器和FGD系统对PM2.5的捕获及脱除;(2)降低湿法烟气脱硫接收塔进口烟气温度，削减接收塔脱硫水的蒸发水耗;(3)省去了传统脱硫废水处置系统，实现了废水的零排放，节流了运行费用及药品费等;(4)因为烟气温度降低，烟气比容降低，机组引风机做功削减，从而有用降低机组引风机功耗;(5)除尘效率提高使进入接收塔的粉尘含量年夜量降低，可有用改善脱硫石膏品质，也削减除雾器堵塞的几率;(6)因为脱硫后烟气含水量年夜幅降低，脱硫后排放烟气湿份下降，烟羽抬升高度升高，有利于污染物扩散，可减轻或消弭烟囱周边“石膏雨”现象。6.2今朝脱硫废水蒸发手艺也同样面对着庞大的挑战：(1)脱硫废水呈酸性，蒸发不完全易对烟道造成侵蚀;(2)蒸发产品迁徙转化纪律尚不了了，节制硫物种的再分化至关主要;(3)理论研究不足，研究不敷深切，在国内只有少数文献中有所说起;(4)国内研究年夜部门以数值模拟为主，但贫乏与现实拟合度较高的动力学模子。上述问题制约了该手艺的理论研究及工业应用，尚需开展多方面的研究揭示该过程有关的调控与化学机制。7、手艺应用前景近年来良多地域饱受PM2.5的风险，多次呈现雾霾气候，而来自于燃钢管电厂烟囱排放的颗粒物及首要气态污染物进献较年夜。该手艺可以或许降低脱硫后烟气含湿量从而提高烟气抬升高度，便于烟气扩散，削减了烟囱四周“石膏雨”的形成。此外，脱硫废水蒸发相变促进PM2.5凝并，粒径增年夜，便于电除尘器、FGD系统捕获脱除，从而削减燃钢管电厂PM2.5的排放，减轻燃钢管电厂面对的年夜气污染压力。活着界上良多国度，以钢管为主的无缝钢管布局导致直接燃烧无缝钢管用以发电，由此带来电厂年夜量水耗以及年夜量废水的发生。是以优化、改善并推进财产布局调整、优化无缝钢管布局、鼓动勉励节能是解决无缝钢管与情况矛盾的必由之路。从天然科学理论研究与工程手艺开辟角度，跨学科、前瞻性地研究脱硫废水蒸发手艺是十分需要和火急的。尽管蒸发手艺的成长已有良多年，但对于其应用于脱硫废水少有学者研究且仅有少数电厂安装，操作和运行经验十分匮乏。考虑到将来电厂的废水废气排放尺度越来越严酷和该手艺在经济手艺上的可行性，在将来蒸发处置将是一种被普遍利用的方式，其带来的水耗、电耗的降低、废水零排放带来的运行费用的节流必将发生极年夜的经济和情况效益，应加年夜这方面的研究力度并逐渐在现有燃钢管电厂中推广。