火電廠廢水零排放改造思路及工程實(shí)例

1、火電廠廢水零排放改造思路及工程實(shí)例 晉銀佳 華電電力科學(xué)研究院 2015年11月26日 成都 一一、概述概述 二二、改造路線簡介、改造路線簡介 四四、煙道蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用及案例、煙道蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用及案例 內(nèi)內(nèi) 容容 三三、蒸發(fā)、蒸發(fā)- -結(jié)晶技術(shù)應(yīng)用及案例結(jié)晶技術(shù)應(yīng)用及案例 五五、總結(jié)及技術(shù)展望、總結(jié)及技術(shù)展望 1 1 概述概述 政策要求：水污染防治行動計(jì)劃“水十條”等 法律要求：環(huán)境保護(hù)法，水污染防治法等 生產(chǎn)要求：生產(chǎn)對水質(zhì)的要求，節(jié)約水資源 1 1 概述概述 火電廠的污廢水主要有循環(huán)水排污水、化學(xué)水處理車間 廢水、脫硫廢水、生活污水、含煤廢水、含油廢水、灰渣系 統(tǒng)排水、鍋爐酸洗廢水等，種類多、

2、水質(zhì)水量波動大，并與 具體生產(chǎn)情況（煤質(zhì)）、工藝相關(guān)。 循環(huán)水排污水水量較大，通常占到全廠廢水量的70%以 上，是全廠廢水處理的關(guān)鍵；化學(xué)水處理車間的反滲透濃水 、酸堿再生廢水水量較小，但是含鹽量較高；脫硫廢水具有 高含固量、高含鹽量等特點(diǎn)，偶爾出現(xiàn)重金屬超標(biāo)，處理難 度較大；生活污水、含煤廢水等用常規(guī)設(shè)備即可完成處理。 WESP廢水、脫硫拋漿、氨氮廢水。 1 1 概述概述 原則：梯級利用，分類處理，末端減量，一廠一策 梯級利用：“高水低用”，節(jié)約用水 分類處理：避免水質(zhì)混雜，增加處理難度 末端減量：盡量減少末端廢水量，降低處理成本 一廠一策：根據(jù)水源條件、燃煤條件等確定改造方案 2 2 改造

3、路線簡介改造路線簡介 火電廠水資源經(jīng)過梯級利用后會產(chǎn)生一定量水質(zhì)條 件極差，不能直接回用的末端廢水，這部分末端廢水 的處理回用是實(shí)現(xiàn)全廠廢水“零排放”關(guān)鍵點(diǎn)。經(jīng)過 梯級利用及濃縮減量后的末端廢水中含有高濃度的氯 離子，需要進(jìn)行脫鹽處理后才能回用。末端廢水的處 理方法有灰場噴灑、蒸發(fā)塘蒸發(fā)、蒸發(fā)-結(jié)晶、煙道蒸 發(fā)等，其本質(zhì)均為通過末端廢水的物理性蒸發(fā)實(shí)現(xiàn)鹽 與水的分離。 2 2 改造路線簡介改造路線簡介 末端廢水蒸發(fā)處理技術(shù)的選擇需要根據(jù)電廠末端廢 水的水量及所在地的氣候條件、場地條件等進(jìn)行確定。 灰場噴灑和蒸發(fā)塘由于受氣候條件影響較大并存在污染 地下水的風(fēng)險(xiǎn)，其應(yīng)用受到限制。蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)作為一

4、 種較為成熟的高鹽水脫鹽技術(shù)，在化工領(lǐng)域已有較多應(yīng) 用，在電力行業(yè)的應(yīng)用也開始應(yīng)用；煙道蒸發(fā)處理技術(shù) 經(jīng)過多年的研究，目前在脫硫廢水處理中也有一些應(yīng)用 ，也有可能用于全廠末端廢水的處理。 3 3 蒸發(fā)蒸發(fā)- -結(jié)晶技術(shù)應(yīng)用及案例結(jié)晶技術(shù)應(yīng)用及案例 蒸發(fā)-結(jié)晶技術(shù)：多效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)（MED）、機(jī)械蒸汽再壓縮（ MVR）和低溫常壓蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)等。 四效蒸發(fā)結(jié)晶工藝流程圖 多效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)是以生蒸汽進(jìn)入的那一效作為第一效，第一效 出來的二次蒸汽作為加熱蒸汽進(jìn)入第二效依次類推。多效蒸發(fā)技 術(shù)是將蒸汽熱能進(jìn)行循環(huán)并多次重復(fù)利用，以減少熱能消耗，降低運(yùn) 行成本。 3 3 蒸發(fā)蒸發(fā)- -結(jié)晶技術(shù)應(yīng)用及案例結(jié)

5、晶技術(shù)應(yīng)用及案例 機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)結(jié)晶工藝示意圖 常用的降膜式蒸汽機(jī)械再壓縮蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)，由蒸發(fā)器和結(jié)晶器 兩單元組成。廢水首先送到機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)器（BC）中進(jìn)行濃縮 。經(jīng)蒸發(fā)器濃縮之后，濃鹽水再送到強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶器系統(tǒng)進(jìn)一步濃縮 結(jié)晶，將水中高含量的鹽分結(jié)晶成固體，出水回用，固體鹽分經(jīng)離心 分離、干燥后外運(yùn)回用。 3 3 蒸發(fā)蒸發(fā)- -結(jié)晶技術(shù)應(yīng)用及案例結(jié)晶技術(shù)應(yīng)用及案例 低溫常壓蒸發(fā)結(jié)晶工藝示意圖 廢水首先經(jīng)過換熱器被加熱至一定溫度（4080oC），然后進(jìn)入 蒸發(fā)系統(tǒng)，水分蒸發(fā)形成水蒸汽，在循環(huán)風(fēng)的作用下被移至冷凝系統(tǒng)， 含有飽和水蒸氣的熱空氣與冷凝系統(tǒng)內(nèi)的冷水(2050oC)相遇而凝

6、結(jié) 成水滴，并被輸送至系統(tǒng)外。經(jīng)蒸發(fā)后的廢水濃度不斷升 高，達(dá)到飽 和溶解度的鹽從溶液中析出形成固體顆粒，并最終從水中分離出去。 3 3 蒸發(fā)蒸發(fā)- -結(jié)晶技術(shù)應(yīng)用及案例結(jié)晶技術(shù)應(yīng)用及案例 三種蒸發(fā)結(jié)晶處理技術(shù)比較 蒸發(fā)方式蒸發(fā)方式多效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶多效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)結(jié)晶機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)結(jié)晶低溫常壓蒸發(fā)結(jié)晶工藝低溫常壓蒸發(fā)結(jié)晶工藝 工藝特點(diǎn)工藝特點(diǎn)熱利用率高，消耗蒸汽消耗蒸汽熱利用率高，消耗電能消耗電能蒸發(fā)溫度低，能耗低，消耗電能消耗電能 進(jìn)水要求進(jìn)水要求較高高較低 結(jié)垢、堵塞結(jié)垢、堵塞較嚴(yán)重嚴(yán)重輕微 運(yùn)行可靠性運(yùn)行可靠性平均515天清洗一次 平均720天清洗一次， 壓

7、縮機(jī)定期維護(hù) 平均36個月天清洗一次，壓縮 機(jī)定期維護(hù) 投資費(fèi)用投資費(fèi)用較低一般較高 運(yùn)行費(fèi)用運(yùn)行費(fèi)用80120元/m3（含結(jié)晶器） 6090元/m3（含結(jié)晶器）2080元/m3（含結(jié)晶器） 設(shè)備穩(wěn)定性設(shè)備穩(wěn)定性較差差較好 技術(shù)成熟度技術(shù)成熟度高高較低 占地面積占地面積較小一般較大 應(yīng)用情況應(yīng)用情況電廠有應(yīng)用電廠應(yīng)用較少電廠無應(yīng)用 3 3 蒸發(fā)蒸發(fā)- -結(jié)晶技術(shù)應(yīng)用及案例結(jié)晶技術(shù)應(yīng)用及案例 以某2*600MW機(jī)組電廠全廠 廢水零排放改造為例，電廠水源 為城市中水，經(jīng)過水資源梯級利 用、分類處理后產(chǎn)生120m3/h高鹽 廢水。對高鹽廢水進(jìn)行預(yù)處理和 減量處理后的末端廢水進(jìn)行蒸發(fā)- 結(jié)晶處理。 高

8、鹽廢水預(yù)處理提出兩種 處理工藝：化學(xué)軟化-沉淀-超 濾處理工藝以及化學(xué)軟化-管 式微濾處理工藝。 化學(xué)軟化-沉淀-超濾處理工藝流程圖 3 3 蒸發(fā)蒸發(fā)- -結(jié)晶技術(shù)應(yīng)用及案例結(jié)晶技術(shù)應(yīng)用及案例 在調(diào)節(jié)池內(nèi)需要添加次氯酸鈉用于抑制微生物生長；調(diào)節(jié)池 出水先后進(jìn)入第一反應(yīng)池和第二反應(yīng)池，分別投加 NaOH 和 Na2CO3 溶液，使水中的硬度離子和硅等易結(jié)垢成分形成沉淀。之 后水溢流到管式微濾膜的濃縮池內(nèi)，用管式微濾膜進(jìn)行固液分離。 高鹽水在廢水濃縮池和管式膜之間循環(huán)去除懸浮固體，部分膜透 過水經(jīng) pH 調(diào)整后進(jìn)入中間水池，送往后續(xù)處理系統(tǒng)。 化學(xué)軟化-管式微濾處理工藝流程圖 3 3 蒸發(fā)蒸發(fā)-

9、-結(jié)晶技術(shù)應(yīng)用及案例結(jié)晶技術(shù)應(yīng)用及案例 兩種預(yù)處理工藝比較 項(xiàng)目管式微濾處理系統(tǒng)沉淀-過濾-超濾處理系統(tǒng) 過濾孔徑0.051.2 m0.0020.1 m 抗污染能力抗腐蝕，耐酸堿，抗氧化抗腐蝕，耐酸堿，抗氧化 清洗方式正向清洗反向清洗 占地面積較小較大 使用壽命57年23年 管式微濾膜具有強(qiáng)度好、耐摩擦、可在極高懸浮固體濃度下 穩(wěn)定運(yùn)行、可耐受進(jìn)水水質(zhì)波動等優(yōu)良性能，采用錯流方式運(yùn)行， 在運(yùn)行和反沖洗時并無水的損耗。推薦管式微濾處理系統(tǒng)作為高 鹽廢水預(yù)處理工藝。 3 3 蒸發(fā)蒸發(fā)- -結(jié)晶技術(shù)應(yīng)用及案例結(jié)晶技術(shù)應(yīng)用及案例 為了減少末端廢水處理量，需要對高鹽廢水進(jìn)行濃縮減量處理。高 鹽廢水濃縮減

10、量處理提出電滲析和納濾-海水反滲透兩種處理技術(shù)。 電滲析是在直流電場的作用下，水中陰陽離子分別通過陰離子膜 和陽離子膜而分開。淡水室中的陰離子向陽極方向遷移，透過陰膜進(jìn) 入濃水室，陽離子向陰極方向遷移，透過陽膜進(jìn)入濃水室。濃水室因 陰、陽離子不斷進(jìn)入而使得鹽濃度提高，實(shí)現(xiàn)高鹽廢水的濃縮減量。 CACACACACA 陰極陽極 極水極水 H2Cl2或O2 含鹽水含鹽水 極水排出極水排出 濃鹽水淡化水 +- Na + Cl _ Na + Cl _ Na + Cl _ Na + Cl _ Na + Cl _ Na + Cl _ Na + Cl _ Na + Cl _ Na + Cl _ Cl _ H

11、+ Na + OH _ Na + Cl _ 電滲析除鹽原理 C-陽膜；A-陰膜 3 3 蒸發(fā)蒸發(fā)- -結(jié)晶技術(shù)應(yīng)用及案例結(jié)晶技術(shù)應(yīng)用及案例 納濾膜可以有效地去除二價和多價離子以及分子量大于200的各 類物質(zhì)（截留率可達(dá)90%以上），也可部分去除單價離子和分子量低 于200的物質(zhì)。納濾對疏水型膠體、油、蛋白質(zhì)和其它有機(jī)物有較強(qiáng) 的抗污染性，具有操作壓力低、水通量大等特點(diǎn)。納濾膜的操作壓力 一般低于1MPa，操作壓力低使得分離過程動力消耗低，對于降低設(shè) 備的投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用是有利的。采用納濾去除廢水中的有機(jī)物和 部分鹽分，納濾產(chǎn)水進(jìn)高壓反滲透（海水反滲透SWRO）系統(tǒng)，反滲 透濃水進(jìn)入后續(xù)處理系

12、統(tǒng)。 3 3 蒸發(fā)蒸發(fā)- -結(jié)晶技術(shù)應(yīng)用及案例結(jié)晶技術(shù)應(yīng)用及案例 兩種高鹽廢水濃縮減量處理工藝比較 項(xiàng)目項(xiàng)目電滲析（電滲析（EDR）工藝工藝納濾納濾-海水反滲透（海水反滲透（NF-SWRO）工藝工藝 工藝說明 預(yù)處理出水進(jìn)精濾器，精濾器產(chǎn)水去EDR脫 鹽處理 預(yù)處理出水進(jìn)NF，NF產(chǎn)水去高壓海水反 滲透進(jìn)行脫鹽處理 回收率55%總體75% 脫鹽率50%-85%98%以上 預(yù)處理要求 較低，預(yù)處理流程短，常規(guī)預(yù)處理即可達(dá)到 要求 較高，預(yù)處理流程相對較長 產(chǎn)水去處 產(chǎn)水含鹽量較高，不能作為工業(yè)用水和循環(huán) 水補(bǔ)水 產(chǎn)水含鹽量低，不含二價離子，可以作 為循環(huán)水補(bǔ)水、工業(yè)用水 技術(shù)可行性 通過增加級數(shù)

13、和段數(shù)可以提高系統(tǒng)回收率和 脫鹽率，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)模塊化運(yùn)行 運(yùn)行穩(wěn)定，產(chǎn)水品質(zhì)高 經(jīng)濟(jì)可行性 投資較低，但運(yùn)行費(fèi)用較高。產(chǎn)水氯根較高， 水回收率較低，末端廢水量較大。 運(yùn)行費(fèi)用低，但設(shè)備投資相對較高，水 回收率較高，末端廢水產(chǎn)量較小。 推薦采用NF-SWRO工藝作為高鹽廢水濃縮減量的處理工藝。 3 3 蒸發(fā)蒸發(fā)- -結(jié)晶技術(shù)應(yīng)用及案例結(jié)晶技術(shù)應(yīng)用及案例 高鹽廢水經(jīng)過預(yù)處理和濃縮減量處理后產(chǎn)生的反滲透濃水水量為 為33m3/h，經(jīng)過碟管式反滲透（ DTRO ）進(jìn)一步濃縮減量處理，濃水 即為末端廢水，水量為15.7 m3/h。經(jīng)過前述對幾種蒸發(fā)結(jié)晶處理工藝 的比選，選擇采用蒸汽機(jī)械再壓縮蒸發(fā)結(jié)晶技

14、術(shù)，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為 20m3/h。 此2*600MW機(jī)組電廠全廠廢水“零排放”改造1.5億元億元，年運(yùn)行成 本3000萬元萬元，年減排高鹽廢水109萬噸，萬噸，發(fā)電水耗可降低9% 。 煙道蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用及案例煙道蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用及案例 全廠廢水“零排放”改造從根本上是對高鹽末端廢水 的處理。煙道蒸發(fā)處理技術(shù)已有處理脫硫廢水的實(shí)施案例 ，并取得了一定的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和處理效果。脫硫廢水也是一 種高鹽廢水，因此也可以考慮將電廠末端高鹽廢水也通過 煙道蒸發(fā)技術(shù)進(jìn)行處理。 煙道蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用及案例煙道蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用及案例 將末端廢水霧化后噴入除塵器入口前煙道內(nèi)，利用煙氣余熱將霧 化后的廢水蒸發(fā)；也可以引出部分煙氣到噴

15、霧干燥器中，利用煙氣的 熱量對末端廢水進(jìn)行蒸發(fā)。在煙道霧化蒸發(fā)處理工藝中，霧化后的廢 水蒸發(fā)后以水蒸氣的形式進(jìn)入進(jìn)入脫硫吸收塔內(nèi)，冷凝后形成純凈的 蒸餾水，進(jìn)入脫硫系統(tǒng)循環(huán)利用。同時，末端廢水中的溶解性鹽在廢 水蒸發(fā)過程中結(jié)晶析出，并隨煙氣中的灰一起在除塵器中被捕集。 煙道蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用及案例煙道蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用及案例 以某2*300 MW機(jī)組電廠為例，論證煙道蒸發(fā)工藝處理高鹽末 端廢水，從而實(shí)現(xiàn)全廠廢水“零排放”的可行性。此廠水源水為水 庫水，水質(zhì)條件優(yōu)良，經(jīng)過梯級利用后產(chǎn)生的末端廢水量為15 m3/h ，主要為經(jīng)過預(yù)處理及濃縮處理后的脫硫廢水及化水車間廢 水，水中氯離子含量為18000 mg/L

16、。 機(jī)組除塵器入口煙氣量為109萬m3/h （ 60 %負(fù)荷），煙氣溫度 為130C ，含塵量為37.6g/ m3 。經(jīng)過計(jì)算，末端廢水完全蒸發(fā)后 煙氣溫度降低C ，煙氣濕度增加0.5% 。末端廢水蒸發(fā)后鹽分 結(jié)晶進(jìn)入灰中，灰中氯含量為0.25% ，不會影響會的品質(zhì)，不影響 灰的銷售。 煙氣溫度降低至122C ，仍遠(yuǎn)高于酸露點(diǎn)，不會對煙道、除 塵器的運(yùn)行造成影響。末端廢水蒸發(fā)形成的水蒸氣在脫硫吸收塔冷 凝成新鮮水由于水量較小，不會對脫硫水平衡造成影響。根據(jù)煙道 蒸發(fā)技術(shù)處理脫硫廢水的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，沒有出現(xiàn)煙道腐蝕等問題出現(xiàn) 。 煙道蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用及案例煙道蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用及案例 以末端廢水霧化蒸發(fā)的物理

17、過程為基礎(chǔ)建立廢水液滴蒸發(fā)數(shù)學(xué)模 型，并計(jì)算煙氣溫度與液滴直徑對末端廢水霧化液滴蒸發(fā)的影響。 直徑60 m末端廢水液滴蒸發(fā) 時間隨煙氣溫度的變化 130下末端廢水蒸發(fā)時間隨液 滴直徑的變化 煙道蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用及案例煙道蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用及案例 以Fluent程序模擬末端廢水霧化蒸發(fā)，考察了煙氣溫度與液滴直徑 對末端廢水霧化液滴蒸發(fā)的影響。 直徑60 m的末端廢水液滴在120C的煙氣中，完全蒸發(fā)需 要0.94秒；在130C的煙氣中，完全蒸發(fā)需要0.83秒；在140C 的煙氣中，完全蒸發(fā)需要0.72秒。 120C 130C140C 煙道蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用及案例煙道蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用及案例 40 m的液滴完全蒸發(fā)所需的

18、時間為0.73秒，60 m的液滴完 全蒸發(fā)所需的時間為0.83秒，80 m的液滴完全蒸發(fā)所需的時間 為0.92秒，而100 m的液滴完全蒸發(fā)所需的時間為1.08秒。 煙道蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用及案例煙道蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用及案例 綜合考慮系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和霧化蒸發(fā)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗，可 將末端廢水霧化粒徑定為60 m左右。 廢水液滴越小，煙氣溫度越高，越有利于廢水液滴的蒸發(fā)。然而 煙氣溫度通常是給定的，只能通過調(diào)整霧化廢水粒徑來調(diào)整蒸發(fā)時間 。廢水霧化主要依靠壓縮空氣來實(shí)現(xiàn)，獲得較小的霧化液滴需要消耗 較多的能量。 煙道蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用及案例煙道蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用及案例 此2*300MW機(jī)組電廠全廠廢水“零排放”改造 4850萬萬元元，年運(yùn)行成本743萬元萬元，年減排高鹽廢水 8萬噸，萬噸，發(fā)電水耗可降低5% 。 總結(jié)總結(jié)及技術(shù)展望及技術(shù)展望 全廠廢水“零排放”改造在遵循水資源統(tǒng)籌利用、梯級利用、分 類處理、末端減量、一廠一策的原則基礎(chǔ)上，需要針對不同的工藝技 術(shù)進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算、深入論證，既要考