燃煤電廠脫硫廢水零排放處理技術研究進展

燃煤電廠脫硫廢水零排放處理技術研究進展

0脫硫技術的應用由于其高度六安（超過90%）、技術操作穩(wěn)定、適用于世界各地的煤炭樣品、系統(tǒng)回收率和采收劑利用率高（超過90%）以及采收劑的成本高，因此被認為是目前國內外應用最廣泛、最成熟的煤礦開采技術之一。據(jù)統(tǒng)計，截至2015年，在美國108個燃煤電廠中的69%電廠采用濕法脫硫技術1電廠廢水水質、特點在濕法煙氣脫硫工藝運行中，吸收劑在循環(huán)使用過程中鹽分(如Cl脫硫廢水的產(chǎn)量受機組容量、煤質、石灰石品質、脫硫工藝水質、排放周期等因素的影響，是電廠廢水中污染物含量最多、最末端的難處理廢水。此外，脫硫廢水一般具有以下特點:(1)弱酸性，其pH值變化范圍約在4.0～6.0;(2)懸浮物含量高(ss>10000mg/L，甚至可高達50000mg/L)，濁度大，沉降性能差;(3)高含鹽量，高硬度，含有大量Ca2燃煤電廠脫硫廢水處理的工藝流程脫硫廢水的傳統(tǒng)處理主要集中在中和廢水pH值、降低第一類污染物和一些重金屬離子濃度。為此，目前國內外燃煤電廠采用最廣泛的脫硫廢水處理技術為化學混凝沉淀法，也稱“三聯(lián)箱”法，其工藝流程如圖1所示，主要包括中和、沉淀、絮凝及澄清等工序。其中，中和池、反應池、絮凝池合稱為“三聯(lián)箱”3脫硫廢水零排放處理技術基于脫硫廢水傳統(tǒng)處理工藝存在的問題和工業(yè)廢水排放標準的提高，近年來脫硫廢水零排放處理技術受到越來越廣泛的關注。目前，國內采用的脫硫廢水零排放工藝流程主要分為預處理、濃縮減量和固化處理3個階段3.1有機硫、絮凝劑、助凝劑脫硫廢水的預處理主要通過向廢水中逐步添加石灰乳、有機硫、絮凝劑、助凝劑等化學藥劑，以去除廢水中的懸浮物和Ca化學沉淀過程中常用的方法有石灰—碳酸鈉法、氫氧化鈉—碳酸鈉法等，沉淀劑與廢水中的Ca3.2降低蒸發(fā)結晶固化成本濃縮減量是對預處理后的廢水利用濃縮設備進行濃縮，使廢水量降低，以減少后續(xù)蒸發(fā)結晶固化過程的處理量，降低零排放處理成本。該過程是廢水零排放的保障，常用技術有膜濃縮和熱濃縮法。3.2.1膜蒸餾法md常用的膜濃縮法依據(jù)工作原理不同主要分為反滲透法(RO)、正滲透法(FO)、電滲析法(ED)和膜蒸餾法(MD)(1)反滲透法(RO)。RO利用反滲透膜，在施加一定壓力下使廢水中的溶劑反向滲透至濃縮液側。該法能有效截留廢水中尺寸大于0.1nm的物質，出水穩(wěn)定、除鹽率高(可達95%)、能耗較低、適用范圍廣，在脫硫廢水濃縮處理中應用廣泛(2)正滲透法(FO)。FO利用汲取液產(chǎn)生的巨大滲透壓驅動力，使水分子自發(fā)透過半透膜并從高鹽側擴散進入汲取液測，大幅降低廢水中的含鹽量(約濃縮15%)。目前汲取液通常由特定比例的氨和CO(3)電滲析法(ED)。ED是基于離子交換技術發(fā)展而成，其工作原理:在直流電場的陰陽兩極間放置若干交替排列的陰、陽離子膜，電流接通后由于離子交換膜的選擇通過性和電位差的存在，水中的陰、陽離子分別向陽極和陰極方向定向遷移，使離子聚集濃縮，在處理室中形成交替排列的離子濃度明顯降低的淡室和離子濃度明顯增加的濃室，從而實現(xiàn)陰、陽離子的分離、淡化、濃縮和提純。董凱等(4)膜蒸餾法(MD)。MD主要用于非揮發(fā)性溶質水溶液的濃縮減量，可利用火電廠豐富的低品質廢熱(如循環(huán)冷卻水等)，僅使水蒸氣透過膜從熱側進入冷側而冷凝。該法可截留近100%的非揮發(fā)性溶質，且其中易結晶的溶質可被濃縮至過飽和而產(chǎn)生結晶。徐光平等3.2.2蒸發(fā)結晶mvr熱濃縮法主要利用電廠熱源(如鍋爐脫硫后尾部低溫煙氣的余熱)將廢水濃縮至可結晶固化程度，常用的技術包括多效蒸發(fā)(MED)、機械蒸汽再壓縮(MVR)和低溫煙氣余熱蒸發(fā)等。其中，MED和MVR法發(fā)展較為成熟，但設備相對投資和運行維護成本較高。低溫煙氣余熱蒸發(fā)法的投資和運行成本相對較低，是近年來的研究熱點，目前在建電廠項目中該法應用較多。熱濃縮法的優(yōu)點在于處理水的水質穩(wěn)定、濃縮液總懸浮固體可達200g/L、有實現(xiàn)分離鹽的能力;缺點為占地大、對造價及凈空要求高、對水質適應性較差3.3末端硬化技術經(jīng)預處理和濃縮減量后形成的高鹽廢水，最后經(jīng)末端固化處理以實現(xiàn)脫硫廢水零排放。目前，末端固化技術主要有蒸發(fā)結晶、煙氣蒸發(fā)干燥等3.3.1vr/tvr、多效閃蒸工藝該法原理簡述如下:經(jīng)預處理或濃縮減量后的廢水進入蒸發(fā)結晶裝置，利用蒸汽或電能加熱，使廢水中水分蒸發(fā)、冷凝而循環(huán)利用，鹽分則不斷截留濃縮至結晶析出。常見工藝有多效蒸發(fā)結晶(MED)、機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)結晶(MVR/TVR)、蒸發(fā)塘、多效閃蒸工藝等。蒸發(fā)結晶法工藝簡單、回收水水質較好，但也存在管道易結垢、能耗高、投資及運行成本高等缺點。MED工藝由若干蒸發(fā)器串聯(lián)組成，第一效加入加熱蒸汽，第一效的二次蒸汽進入下一效作為熱源蒸發(fā)料液，后一效的加熱室相當于前一效的冷凝器，以此類推設置多效蒸發(fā)器;廢水經(jīng)此蒸發(fā)濃縮后產(chǎn)生濃鹽水，固液分離后的液體部分返回加熱器再循環(huán)。蒸發(fā)器的效數(shù)與投資和運行費用相關，一般為3～5效機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)結晶工藝利用壓縮機對蒸發(fā)器系統(tǒng)產(chǎn)生二次蒸汽，絕熱壓縮后使蒸汽的溫度和壓力增至一定程度，再將蒸汽排入蒸發(fā)器的加熱室并冷凝釋放熱量，廢水吸收熱量后汽化從而再次產(chǎn)生二次蒸汽，經(jīng)分離重新進入機械壓縮機進行循環(huán)蒸發(fā)3.3.2煙道蒸發(fā)技術簡介煙道蒸發(fā)技術的原理:將預處理后的脫硫廢水經(jīng)霧化噴嘴霧化后噴入空氣預熱器和靜電除塵器之間的煙道內，霧化液滴與高溫煙氣混合后快速蒸發(fā)，析出的固體物質隨煙氣粉塵在靜電除塵器中被捕獲，從而實現(xiàn)廢水零排放。依據(jù)廢水氣化所選擇的煙道的不同，煙道蒸發(fā)技術可劃分成2種技術，即主煙道蒸發(fā)技術和旁路煙道蒸發(fā)技術。在主煙道蒸發(fā)技術中，廢水霧化后進入主煙道，廢水蒸發(fā)后的水蒸汽隨煙氣排出，而析出的固體物質則隨粉煤灰一起進入除塵器中。該技術工藝流程簡單，無需額外提供能量，系統(tǒng)所需投資小。目前，國內已有部分電廠使用該處理技術，脫硫廢水在實際運行中蒸發(fā)析出的鹽漬易沉積在煙道底部從而造成煙道堵塞;同時廢水中的Cl旁路煙道蒸發(fā)技術是在主煙道旁新建旁路煙道作為獨立的蒸發(fā)器主體，高溫煙氣從主煙道進入旁路煙道，廢水經(jīng)霧化后送入旁路煙道進行蒸發(fā)過程該技術的處理系統(tǒng)結構簡單，便于后期運行維護;煙氣流量流速可控，可保障液滴的完全高效蒸發(fā);蒸發(fā)系統(tǒng)相對獨立，對鍋爐系統(tǒng)的正常運行影響較小，具有很好的應用前景。如Ma等4燃煤電廠廢水零排放技術關鍵技術燃煤電廠中濕式煙氣脫硫工藝產(chǎn)生的廢水水量大、成分復雜，具有高鹽、高濁度、腐蝕性強等特點，目前最廣泛應用的脫硫廢水處理方法為化學混凝沉淀處理法。隨著國家和社會公眾對生態(tài)環(huán)境保護的要求越來越高，對火電行業(yè)的廢水排放標準要求也更為嚴格，實現(xiàn)燃煤電廠廢水零排放的需求日益強烈。現(xiàn)有的脫硫廢水零排放技術通常通過預處理、濃縮減量和固化處理等步驟實現(xiàn)廢水零排放。(1)預處理階段主要應用“三聯(lián)箱”工藝去除廢水中的重金屬離子及懸浮物，實現(xiàn)水質的軟化，避免后續(xù)處理時出現(xiàn)結垢、堵塞等現(xiàn)象。(2)濃縮減量階段是基于反滲透法、正滲透法、電滲析法和膜蒸餾法等利用濃縮設備使廢水量降低，以減少后續(xù)蒸發(fā)結晶固化過程的處理量，降低零排放處理成本。(3)固化處理階段主要是利用蒸發(fā)結晶技術和煙道蒸發(fā)技術對濃縮廢水進行固化處理，以實現(xiàn)脫硫廢水零排放及處理水再利用。本文對上述3個階段的關鍵技術進行了介紹和對比。由前文可知，各種廢水零排放技術都有其優(yōu)勢和缺陷，燃煤電廠在推進廢水零排放設施建設和改造時，應根據(jù)電廠的實際情況，綜合考慮投資運行成本、社會經(jīng)濟效益擇優(yōu)選擇適合的技術流程。針對現(xiàn)有燃煤電廠脫硫廢水零排放技術存在的問題，未來可從3個方