火电厂石灰石-石膏湿法烟气脱硫废水排放量的计算.pdf

第 3 2卷 第 9期 2 0 1 0年 9月 华 电技 术 Hua d i a n T e c hn o l o g y V0 1 ． 3 2 No． 9 S e p． 2 01 0 火电厂石灰石 一石膏湿法烟气脱硫废水 排放量 的计算 吴 冲 ， 陶爱平 中国华电工程 集团 有限公司， 北京1 0 0 0 3 5 摘要 分析了脱硫废水产生的原因， 介绍了脱硫废水排放量计算的 3个基本计算模型， 举实例对 3个计算模型的应用 情况进行了阐述并对计算结果进行了分析。 关键词 湿法脱硫； 脱硫废水 ； 废水排量； 计算模型 中图分类号 X 7 0 3 ． 1 文献标志码 B 文章编号 1 6 7 41 9 5 1 2 0 1 0 0 9 0 0 0 50 2 0 引言 由于石灰石 一石膏湿法脱硫技术具有脱硫效率 高 、 工艺成熟 、 系统运行稳定等优点 ， 所 以， 国内火 电 厂的烟气脱硫大多采用该技术 。应用该技术在运行 过程 中会产生废水 ， 脱硫废水水质复杂 ， 难处理 ， 而 脱硫废水的处理一直是困扰火 电厂的一个难题。因 此， 通过合理的计算来确定废水量 ， 再根据废水量来 确定合适 的废水处理工艺 ， 就显得尤为重要。 1 废水产 生的原 因 J 在石灰石 一石膏湿法烟气脱硫系统运行 过程 中， 为了维持系统安全稳定运行 ， 同时确保较高的脱 硫效率 ， 必须外排一定量的废水。 1 系统需要排放 C l 一 。脱硫系统 内 C l 一 主要 来 自于烟气中的 H C 1 和工艺水 中的 C l 一 ， 随着 系统 的运 行 ， c l 一 会 在 系统 中不 断 富集。 由于 液相 中 C a 和 C l 一 配成离子对 C a C 1 ， 溶解 的 C a 质量浓 度随 C l 一 质量浓度增加而增加 ， 由于同离子效应 ， 会 抑制石灰石 的溶解 ， 降低 了液相 的碱度。在消耗 同 样石灰石的情况下 ， 会降低脱硫效率。为 了维持一 个 比较高的脱硫效率 ， 必须排放废水 以降低 c l 一 质 量浓度 。同时 ， c l 一 的富集会加大浆 液对设备 和管 道 的腐蚀 ， 为了保证系统安全 、 稳定运行 ， 必须排放 废水以降低 c l 一 质量浓度 。 2 系统需要排放灰分。脱硫系统灰分主要来 自烟气 ， 当进入系统的灰尘含量过多且长时间不外排 时， 会导致石膏纯度下降并使脱硫效率较低。严重 时， 细小的灰尘包裹在石灰石颗粒外表面 ， 阻碍石灰 石溶解 ， 即使大量补人石灰石也无法提高系统的 p H 收稿 日期 2 0 0 91 1 1 9 值， 脱硫效率大幅降低 ， 这种现象被称作石灰石中毒。 3 系统需要排放惰性物质 。在脱硫系统运行 过程 中， 石灰石中的惰性物质也会在系统内积累， 这 些物质积聚过多会影响石膏的纯度和系统浆液的正 常物化性能， 所 以， 需要通过排放脱硫废水来降低它 们 的浓度。 2 废水产生量的计算 2 ． 1 通过 C l 一 建立模型进行计算 石灰石 一石膏湿法烟气脱硫工艺系统废水排放 量主要是通过维持系统 内 c l 一 的平衡来确定。脱硫 系统内 C l 一 主要通过废 水排放及 外排石 膏离开 系 统 ， 平衡式为 q Pp c l 一g什Pmc l M c l 一 ／ M H c 】 一 q f PtH c l Mc 卜／ MH c 1 q wP c 卜 q 垤P g c 卜， 1 式中 g 为工艺水量 ， I l l ／ h ； p 。 c 卜为工艺水中 c l 一 质 量浓度 ， k g ／ m 。 ； q v f 为脱硫系统人 口烟气量 6 ％氧、 干基 、 标况 ， m ／ h ； q 为脱硫 系 统 出 口净 烟气 量 6 ％氧、 干基 、 标况 ， m 。 ／ h ； p 为原烟气 中 H C 1 质 量浓度 ， k g ／ m。 ； JD ㈣】 净烟气中 H C 1 质量浓度 ， k g ／ 1 T I ； 。一为 C l 一 的摩尔质量 ， k g ／ mo l ； M 为 H C 1 的摩尔 质量 ， k g ／ mo l ； q 为脱硫废水排放量 ， m ／ h ； p 卜为 脱硫废水 中 C l 一 质量浓度 ， k g ／ m ； q v g 为石膏产生量 ， k g ／ h ； p 一 为石膏中 c l 一 的质量浓度。 q ， P fl C l 一 ， g w ， P l 一 可以从原始资料中得到， 由于 H C 1 比 S O ， 更容易与石灰石发生反应 ， 认为 HC 1 的 脱除率为 1 0 0 ％ ， 所 以P 。 一 一般取 0 。q v g 可 以从脱硫 工艺计算 中得到。 废水排放有 3种方式 从一级旋 流器溢流液排 放 、 从废水旋流器溢流液排放 、 从滤液排放。在 3种 排放方式 中， 从废水旋流器溢流液排放最常见 ， 本文 - 6 华 电技 术 第 3 2卷 以此为计算依据。 湿法石灰石 一石膏烟气脱硫系统通常维持吸收 塔浆液内 c 1 一 含量最大值不超过 2 0 k g ／ m ， 废水 中 的 c l 一 与吸收塔 内 c l ～ 浓度相同， 取值 2 0 k g ／ m 。所 以， 根据上式可以计算 出废水的量。 2 ． 2 通过飞灰建立模型进行计算 系统 中的飞灰主要通过烟气带入 ， 通过净烟气 携带 、 废水和石膏排出， 平衡式为 q v f P f f ～q v t f P t f q l1w P P f q P g f ， 2 式 中 为原烟气 中飞灰质量浓度 ， k g ／ 1T I ； p 为处理 后净烟气中飞灰质量浓度 ， k g ／ m。 ； p 为脱硫废水 中 飞灰的质量浓度 ； p 为废 水的密度， k g ／ I l l ； P 为石 膏中飞灰 的质量浓度。p 可 以从原始资料 中得 到， P 根据项 目具体要求确定 ， 一般取 5 0 m g ／ I ， P ， P P 一般根据脱硫工艺计算取值 。 2 ． 3 通过惰性物质建立模型进行计算 系统 中的惰性物质主要来 自石灰石 、 烟气 中 H F 和石灰石反应 的生成物 C a F ， ， 通过净烟气携带、 废 水和石膏排出系统 ， 平衡式为 q w P】 ． 1 ／ 2ql／ f PMv M c ． r 2／ M H F一1 ／ 2 q } ”Pt H F M C a F 2／ MH F q v w P P q v g P i ， 3 式 中 q 为石灰石消耗量 ， k g ／ h ； p 为石灰石 中惰性 物质 的质量 浓度 ； P Ⅲ 为原 烟气 中 HF质 量 浓度 ， k g ／ m ； p 为处 理后 烟气 中 HF质 量浓度 ， k g ／ I T I ； ，为 C a F 的摩尔质量 ， k g ／ t o o l ； 为 HF的摩尔 质量 ， k g ／ too l ； p ， 为脱硫废水 中惰性物 质的质量 浓 度 ； p 为石膏中惰性物质的质量浓度 。 q ， q V g 可以通过脱硫工艺 计算得到 ， q P m 可 以从原始数据 中得到 ， 由于 H F比 S O 更容易 与石 灰石发 生反应 ， 认 为 HF的脱 除率 为 1 0 0 ％ ， 所 以 P 小 一般取 0 。P i ， P P 根据脱硫工艺计算取值。 3 计算举例及讨论 根据某 2 X 6 0 0 MW 机组 石灰石 一石膏湿法烟 气脱硫项 目进行计算 ， 原始数据及工艺计算见表 1 。 脱硫废水的产生量 由上述 3个公式共 同确定 ， 但在不同的条件下， 3 个公式所起的作用不同。 一 般情况下 ， 脱硫废水 的产生量 主要 由式 1 来确定 ， 通过计算可以得到一个 比较准确的值。 当工艺水水质较好 ， 水 中 c I 一 浓度很低且烟气 中 H C 1 的含量也较低时 ， 脱硫废水产生量则 由其他 2个公式控制。 当燃用高灰分煤 或除尘器发生故障时， 烟气 中 飞灰的浓度 比较高， 为了保证石膏的质量及脱硫系 统的安 全稳 定运 行 ， 此 时脱硫废 水 的产 生量 由式 表 1 某 2 6 0 0 M W 机组石灰石 一石膏湿法 烟气脱硫项 目废水排放计算结果 2 来确定 。 当石灰石品质较差时 ， 石灰石 中的其他杂质对 湿法 F G D系统的稳定运行也会带来较大影响 ， 从而 降低 F G D系统的性能。F G D系统运行时 ， 会 出现加 人过量石灰石浆液后 p H值依然呈下降趋势 ， 从 而 使 p H值失去控制的现象 ， 脱硫效率也会随之下降 ， 即进入石灰石浆液“ 盲区” ， 或称“ 坏浆” 。 由石灰石中的杂质带人系统 中的可溶性铝和浆 液中的 F 一 可以形成 A 1 F 络合物 ， A 1 F 络合物达到 一 定浓度时， 会降低石灰石 的反应活性 ， 即所谓“ 封 闭” 石灰石， 这是进入石灰石浆液“ 盲区” 的主要原 因。在较高 p H值运行时 ， A 1 F 络合 物包 裹在石灰 石 颗 粒 表 面， 使 之 暂 时 失 去 活 性 的 现 象 更 加 明显 。此时脱硫废水的产生量主要 由式 3 来 确定。 4 结论 对于石灰石 一石膏湿法烟气脱硫系统 ， 运行过 程 中必须排放一定量 的脱硫废水 ， 以确保 系统安全 稳定运行。脱硫废水排放量 由上述 3个计算模型共 同确定 ， 当条件不 同时 ， 起 主导作用 的计算模 型不 同 。 所 以 ， 在实 际运 行 中 ， 只测量浆 下转第9页 第9期 翟松森， 等 新型烟气换热器在燃煤电厂脱硫 系统 中的应用 9 3 ． 4 高压静电除雾器加相变或强制循环换热 G G H 的方案及其优缺点 研究高压静电除雾器的最初 目的是想替代 回转 式 G G H ， 因为高效的静电除雾器可以通过降低烟气 中的水含量 ， 在保证烟气 中不含液态水 的基础上 ， 增 加 1个相变或强制循环换热器 ， 使烟气成 为非饱和 水的烟气 ， 从而减轻烟气对烟 囱的腐蚀 ； 同时 ， 高 压静电除雾器还能进一步降低烟气中的 S O 和烟尘 量。图 3为高压静电除雾器加相变或强制循环换热 G G H的方案。 图 3 高压静 电除雾器加相变 或强制循 环换 热 G G H 的方 案 该方案有以下 4个方面的优点 1 在烟气进 入相变或强 制循环换 热器 G G H 前除掉净烟气中的饱和水 ， 不会在烟囱中发生结露 ， 也不会在加热净烟气 过程中吸收相变潜热或显热 ， 既节省能耗 ， 又减少了大气污染 。 2 通过除雾进一步脱除溶于水 的 S O ， S O 和 1 0 ／ ．z m 以上 的烟尘 。 3 烟气除雾后 ， 待加 热的净烟气 的温升可 以 低于 8 5 ， 因此 ， 原烟气的余热有 一部分可以作 为 他用 ， 如加热锅炉补水或加热一次风 ， 进一步节约能 源。在控制新型换热器金属壁温不低于酸露点 的同 时 ， 进入脱硫塔原烟气的温度会明显降低 ， 客观上提 高了脱硫效率。 4 由于进行 了高效静 电除雾 ， 净 烟气侧 G G H 的烟气 中除去 了水 和浆液 滴 ， 不但 减轻 了烟 气对 G G H的腐蚀 ， 也免除了因堵塞而使用冲洗设备 的水 耗与电耗 。 高压静电除雾器已在太原第一热电厂做过小型 工业试验 ， 试验所用高压静电除雾器 的内部结构 阳 极为正六方柱体， 其柱体中心为阴极线。试验结果 表明， 当静 电电压为 6 0 k V时， 脱硫效率为 4 2 ％ ， 除 尘效率为 3 4 ％ ， 游离烟气中的液滴脱除率为 1 0 0 ％。 4 结束语 在锅炉尾部采用相变或强制循环 G G H替代现 有 的回转式 G G H， 不但解决 了 G G H运行故障频发 的问题 ， 而且运行 阻力小 、 节水节 电。若应用在无 G G H的湿烟囱防治方面 ， 相变或强制循环换热器配 备静电除雾器后 ， 可大大提高烟囱防湿冷凝腐蚀能 力 ， 有效避免了烟囱内衬施工难度大的问题 ， 为脱硫 系统 高效 、 低耗 、 安全 运 行提 供 了新 的技 术解 决 方 案 。 参考文献 [ 1 ] 刘慷， 刘明辉， 高原， 等． 燃煤电厂湿法脱硫不设 G G H方 案的技术经济分析[ J ] ． 电力设备， 2 0 0 8 ， 9 6 5 9 6 1 ． [ 2 ] 殷文香， 朱天涛． 燃煤 电厂湿法烟气脱硫系统是否设置 G G H的探讨分析[ J ] ． 内蒙古环境科学， 2 0 0 7 ， 1 9 4 5 7 6 2． [ 3 ] 董其伍． 换热器[ M] ． 北京 化学工业出版社， 2 0 0 8 2 2 2 2 2 5． [ 4 ] 郭东明． 脱硫工程技术与设备[ M] ． 北京 化学工业出版 社 ， 2 0 0 7 3 0 3 3 0 7 ． [ 5 ] 杨柳 ， 王世和． 脱硫除雾器除雾特性的研究[ J ] ． 中国动 力工程学报 ， 2 0 0 5 ， 2 5 2 2 8 9 2 9 2 ． 编辑 刘 芳 作者简介 翟松森 1 9 4 2 一 ， 男， 河北石家庄人 ， 高级工程师 教授 级 ， 从事电厂锅炉管理和技术管理方面的工作。 孙淮林 1 9 5 8 一 ， 男， 江苏南京人 ， 高级工程师， 从事电 厂热能 动力 工程 和环境工程等技术管理方面 的工作 。 ● ● ● ● ● ● ● ● 0◇● ● ● ● ● ● ● ●● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●C ● ● ●● ● 上接第 6页 液中 C l 的质量浓度 ， 认为 c l 一 质量 浓度不高就不需要外排废水 的观点是错误 的。 参考文献 [ 2 ] 庄沪丰． 石灰石粉品质对湿法烟气脱硫性能的影响[ J ] 中国环保产业 ， 2 0 0 8 9 2 4 2 7 ． 编 辑 白银 雷 作者简 介 [ 1 ] 郭东明． 脱硫工程技术与设备 [ M] ． 北京 化学工业出版 吴冲 1 9 7 8 一 ， 男， 河北河间人 ， 工程师， 工学硕士， 从 社， 2 0 0 7 ． 事大气污染控制方面的工作。