火电厂废热蒸发浓缩脱硫废水中试零排放实验研究.pdf

8 5 4 电力与能 源 第 3 6 卷第 6 期 2 0 1 5年 l 2月 火电厂废热蒸发浓缩脱硫废水 中试零排放实验研究 王可辉 ， 蒋 芬 ， 徐 志清 ， 赵 军， 王 飞 ， 顾 小红 中国国电北京朗新明环保科技有 限公 司南京分公 司， 南京 2 1 0 0 1 9 摘 要 现行常规处理的火电厂脱硫废 水 ， 设 备故 障率 高、 难 以去除重 金属离子 和无法 除去氯离子 等诸多 缺 点。实验 利用 电厂余废热对脱硫废水进行常温蒸发 ， 对实验前后水质测试 可知 ， 实验减量浓缩效果 显著 ， 该技 术的热交换过程温升小 ， 蒸发 过程全部发生在蒸发单元的气相和液相的界面 ， 基本消除 了结垢风险 ， 对 系统进 水水 质要 求低 ， 可根据电厂脱硫废水 的实 际情况仅需简单 调整 p H 值即可进行蒸 发处理 ， 节省 了大量 的药剂 费用 ， 由于属于常温常压范围 ， 大大降低了高含盐量条件下 的设备 腐蚀风险 ， 减少 了设备制 造成本 ， 使废 水零 排放技术的大规模推广成 为可能 。 关键词 脱硫废水 ； 常温蒸发 ； 零排放 作者简介 王可辉 1 9 8 7 ， 男 ， 硕士 ， 从事火 电厂脱硫废水 排放新技术研 发。 中图分类号 X 7 0 1 ． 3 文献标志码 B 文章编号 2 0 9 5 ～1 2 5 6 2 0 1 5 0 6 0 8 5 4 0 4 I n d u s t r i a l Ze r o Di s c h a r g e b y Ev a p o r a t i ng a nd CO n c e n t r a t i n g De s u l f u r i z e d W a s t e wa t e r wi t h W a s t e He a t i n Co a l - Fi r e d Po we r Pl a nt W ANG Ke h u i ，J I ANG Fe n，XU Z h i - q i n g ，Z HAO J u n，W ANG Fe i ，GU Xi a o h o n g Na n j i n g B r a n c h，B e i j i n g L u c e n c y En v i r o Te c h Co ． ，L t d ． ，Na n j i n g 2 1 0 0 1 9 Ch i n a A b s t r a c t Th e e x i s t i n g c o n v e n t i o n a l t r e a t m e n t o f d e s u l f u r i z e d wa s t e wa t e r i n c o a l f i r e d p o we r p a n t ，i s d e f e c t i v e i n h i g h e q u i p me n t f a i l u r e r a t e a n d d i f f i c u l t y t o r e mo v e h e a v y me t a l i o n s a n d c h l o r id e i o n ．Th i s e x p e r i me n t e v a p or a t e d d e s ul f ur i z e d wa s t e wa t e r a t r o om t e mpe r a t ur e by u s i ng po we r p l a nt was t e he a t ． The wa t e r qu a l i t y t e s t b e f o r e a n d a f t e r t h e e x pe r i me nt v a r i f i e d t he r e ma r ka b l e e xp er i me n t a l e f f e c t，r e d uc i ng s ma l l t e mpe r a t ur e r i s e d u r i n g h e a t e x c h a n g e ．Th e e v a p o r a t i o n p r o c e s s a l l o c c u r r e d o n g a s p h a s e l i q u i d p h a s e i n t e r f a c e o f t h e e v a p o r a t i o n u n i t ， b a s i c a l l y e l i mi n a t i n g s c a l e r i s k s ． W i t h t h e l o w wa t e r q u a l i t y r e q u i r e me n t s o f t h e s y s t e m ， wa s t e wa t e r v a n b e e v a p o r a t e d b y s i mp l y a d j u s t i n g p H v a l u e a c c o r d i n g t o t h e a c t u a l s i t u a t i o n o f p o we r p l a n t de s ul f ur i z e d wa s t e wa t e r，t he r e f o r e，s a v i ng a l ot o f d r u g c os t s ．The no r ma l t e mpe r a t u r e a n d a t mos phe r i c pr e s s u r e gr e at l y r e duc e s t h e e q ui pme n t c o r r o s i on r i s k un de r t he c o ndi t i on o f hi g h s al t c o nt e n t ，de c r e a s e s t he e qu i p me n t ma nu f a c t ur e c o s t ，a nd m a ke s i t po s s i bl e t o wi de l y p r o mo t e t he wa s t e wa t e r z e r o di s c h a r g e t e c h nol og y． Ke y wo r d s d e s u l f u r i z e d wa s t e wa t e r ；r o o m t e mp e r a t u r e e v a p o r a t i o n；z e r o e m i s s i o n 石灰 石一石 膏 湿 法 烟气 脱 硫 因其 技 术 成 熟 ， 适 应性强 成为 我 国当前火 电厂烟气 脱 硫的 主流工 艺 。湿法脱硫工艺脱硫时， 脱硫吸收塔 内浆液反 复 循环利 用 ， 塔 内可 溶盐浆 液不 断浓缩 ， 为确 保脱 硫 性能 和维持 系 统 内 的氯 离 子平 衡 ， 需 要 不 断补 充 、 更新 浆液 ， 此过 程 中需 要排 放含 有大量 重金 属 离 子 的 废 水 ， 此 部 分 排 放 的 废 水 即 为 “ 脱 硫 废 水” [ 1 ] 。废水 中主 要 含有 悬 浮 物 、 硫 酸 盐 、 过 饱 和 亚硫 酸盐 以及 重金 属 等 杂质 口 ] ， 很 多是 国家 环 保 标准中严格要求控制的第一类污染物[ 3 ] ， 采用普 通方法 处理 这部 分 废水 很 难 达 标排 放 ， 针 对 脱 硫 废水处理提出新型的处理方法显的尤为重要 ， 尤 其是经济发达地区对环保要求更 高， 往往要求高 含盐废 水“ 零 排放 ” 。 现有 火电厂 废水零 排放 工艺 主要有 多效 蒸发 技术 、 机 械 蒸 汽再 压 缩 蒸 发 MV R 等 技术 j ， 投 资 和 运 行 维 护 成 本 高 ， 一 般 工 业 企 业 难 以承 受 。 另一方面能耗高、 结垢风险大、 运行维护困难 ， 进 8 5 6 王可辉 ， 等 火 电厂废热蒸发浓缩脱硫废 水中试零排放实验研究 脱硫 工艺 ， 脱 硫 吸收塔浆 液运 行一段 时 间后 ， 定 期 排放一部分浆液至石膏脱水系统中， 石膏旋流站 上清 液经过 废水 旋 流站 的二 级旋 流后 ， 利 用 脱 硫 废水 提取 系统提 取 出需 要 处 理 的脱 硫 废 水 ， 此 部 分脱硫废水未经过任何处理直接排到电厂的工业 水池 ， 废水主要特征 呈弱酸性 、 悬浮物高、 颗粒物 细小等。现场实拍图片如图 4所示 。 图 4电厂工业水池中的脱硫废水 电厂脱 硫废水 水质 分析见 表 2 。 表 2 电厂脱硫废水水质分析 测定项 目 数值 M g 2 十 S0； 一 Ca 2 Cl TDS 2 ． 3实验 过程 低温 强化 自然蒸 发装置 蒸发单 元 由三部 分组 成 余热利用单元、 蒸发单元 、 浓缩液分离 单元。 实验 数据 通过 P L C控制柜 实时显 示并 记 录 ， 实 验 过程 如下 。 1 利 用热 水 泵将 虹 吸 井 中 的废 热 水提 升 到 列管 式换 热器 中， 废热 水 进 水 温度 经 过 温 度计 实 测 2 0 ～2 6 ℃ 水温 有小 范 围波 动 ， 换 热完 废水 温 度 1 5 ～1 8 ℃ ， 换热 温差 6 ℃左右 ， 换热 完废水 经过 出水 管返 回到虹 吸井 中 ， 不 影 响 虹 吸井 的正 常运 行 。 2 国电江苏 某 电 厂脱 硫 废 水 在 吸收 塔 浆液 排 放 至石膏脱 水 系 统制 作 石 膏 过程 中 ， 石 膏 旋 流 站上清液经过废水旋流站 的二级旋流后 ， 利用脱 硫 废水 提取 系统 提取 出需要处 理 的脱硫废 水 。此 部 分脱 硫废水 未经 过任 何处理 直接 排到 电厂 的工 业水池 ， 工业水池中的脱硫废水经过潜水提升泵 打到 实验装 置 的原水箱 中 水箱容 积 2 5 0 0 I ， 通 过重 力溢流 至蒸 发池 中 ， 经过 强制 循环渣 浆泵 ， 将 蒸发 池 中的脱硫 废 水 送 到换 热 器 中， 经 过换 热 后 再送 回蒸 发池 中 ， 如 此循 环 往 复 。经 过 温度 计 实 测脱硫废水换热完温度 约为 2 1 ℃， 经过蒸发池蒸 发 降温后温 度约 为 1 6 C， 温降范 围在 5 ℃左右 。 3 随着水分 的不 断蒸发 ， 系统 中的脱 硫废 水 含盐 量不断 增大 ， 这 部 分 浓水 在 浓 缩 分离 箱 中不 断浓 缩 ， 当达到 过饱 和 状 态 时有 部 分 晶体 从 浓 水 中析 出 ， 上 清液返 回至蒸发池 中继续 蒸 发 。 4 P I C控 制 柜 实 时 显 示 并 记 录进 出水 量 、 液位变化情况 ， 在不考虑其他 因素影响的情况下， 通过 电磁流 量计 上 总 的 来 水 和 P L C控 制 柜 上 的 数据 记录综 合算 出每小 时蒸 发水量 。 3实 验 结 果 与讨 论 3 ． 1 浓水 水质 分析 原水经 过运 行 一段 时间 后 ， 蒸 发池 中脱 硫 废 水浓 度不 断增加 ， 脱 硫 废 水 浓缩 水 的水 质检 测 如 表 3所示 。 表 3蒸发池 中浓水水质 mg ／ [ 测定项 目 数值 M g s ol 一 a 。 Cl TDS 由表 2和表 3中 的数据 可 知 ， T DS的浓缩 倍 数 大约 为 8倍 ， 考 虑 到在 污 泥 浓缩 箱 中硫 酸 钙 的 沉 淀析 出 ， 浓水 中 的硫 酸根 和 钙 离 子会 有 部 分减 少 ， 浓水 中的 C l 一 浓度 不断 增 大 ， 由于 C l 一 具 有 较 强 的穿 透性 和腐 蚀性 ， 蒸发 浓 缩设 备必 须 是 防 腐 性 材料 ， 否则 运行一 段 时间设备 就会 出现故 障 。 3 ． 2 高含盐 浓水加 药 沉淀分 析 实验过程 中取 部 分 浓 缩 水 放 置 6 h ， 观 察 发 现沉 淀效果 并不 明显 ， 无 明显 的 固液分离 界面 ， 对 其 中的浓水 加入 混凝剂 和絮凝 药 剂沉淀 发现悬 浮 物沉 降效果 明显 ， 有很 明显 的矾花 ， 对于 后面浓 缩 后 的浓水 可以考 虑 加 入适 量 药 剂 进行 沉 淀 ， 有 利 于将 除浓水 中的悬 浮 固 形 物析 出 ， 过 滤 出固行 悬 浮物 ， 对 于后 面的浓 盐 水 送 到蒸 发 器 可 以减 少 蒸 发 系 统 的 结垢 风 险 。浓 水 加 药 后 效 果 如 图 5所 示 。 3 ． 3 蒸发 水量 本实 验 目前 在 秋 冬 季最 差 的 环 境下 进 行 ， 电 厂地 处 长 江边 上 ， 冬 季温 度 低 ， 环境 湿 度 大 ， 选取 某 天 的蒸 发水 量 如 图 6所 示 ， 由实验 结 果 可 知稳 定运 行状 态下 7 0 rai n左 右蒸 发一 吨废 水 ， 基 本 达 到设计 时 的蒸 发水 量 。 王 可辉 ， 等 火 电厂废 热蒸发浓缩脱硫废水 中试零排放实验研究8 5 7 0 F 二二二二二二二二 E 1 至 三 z卜 ⋯ ⋯ 一 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ _____一 一 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ～ ⋯1 r ⋯ ～ ⋯ ⋯ ⋯ 一 ⋯ ⋯ ⋯⋯ ⋯ 一 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ～ ⋯ 1 o 1 通 过开展 工 业性 实验 可知 ， 低 温强化 自然 蒸发装置很好的利用 了电厂 的余热废热资源 ， 能 耗 低 。正 常运 行 能 耗 主要 是 水 泵 和 风 机 的运 转 ， 和 清洗换 热器 少量 的药 剂消 耗 ， 无 需新 鲜蒸 汽 ， 可 为 电厂节 约 大量 的能 源 。 2 该技 术 的热交 换过 程温 升小 ， 蒸发 过程 全 部发生在蒸发单元的气相和液相 的界面， 基本消 除 了结垢 的风险 ， 因此 对 系统进 水水 质要求 低 ， 可 根 据 电厂脱 硫废 水 的 实 际情 况仅 需 简 单调 整 p H 值 即可 以进 行蒸 发 处 理 ， 不 需 要 严 格 的 软化 预 处 理 ， 节 省 了大量 的药 剂费 用 。 3 低温强化 自然蒸发结 晶技术蒸发过程在 2 0 ～4 0 ℃条 件下 发生 ， 属 于常 温常压 范 围 ， 大 大降 低 了高含盐 量条 件 下 的设 备 腐蚀 风 险 ， 减 少 了设 备 制造 成本 ， 使 废水 零 排放 技 术 的 大 规模 推 广 成 为 可能 。 4 运 行 维 护 方 便 。系 统 结 垢 、 腐 蚀 风 险 降 低 ， 且没 有 高温 高压设 备 、 复杂 的污 泥脱水 设备 和 加 药设 备 ， 因此 低 温强 化 自然 蒸 发 结 晶处 理 系 统 运 行维 护简 单 ， 可实 现 无 人 值 守设 计 。后 面工 程 应 用 时后面 的 的浓盐 水可 以选 择强 制循 环蒸发 结 晶器 ， 对其进行蒸发结晶处理 ， 由于前面浓缩使来 水 水量 大量 减少 ， 相 比于将 脱 硫 废 水 直 接进 行 蒸 发结晶处理能耗成本降低很多 ， 经济效益显著 。 5 目前 经 蒸 发单 元 蒸 发 出去 的 水量 每 小 时 大 概有 1 t ， 后 期可 以考 虑在 蒸发 池顶 部增 加一 套 冷 凝水 回收 装 置 ， 将蒸 发 出去 的水 汽 冷凝 回收 再 利 用 。 参 考 文 献 [ 1 ] 王敏琪．火电厂湿式烟气脱 硫废水 特性及 处理 系统研究 [ D ] ． 杭州 浙江工业大学 ， 2 0 1 3 ． [ 2 ] 杨 明杰． 脱硫废 水设计方 案及 经济性 分析 [ c ] ． 山东 电机 工程学会 2 0 1 1年学术年会论文集 ， 2 0 1 i ． [ 3 ] 杨 明杰． 脱硫废水设计 方案及经 济性分析 E J ] ． 给水排水 ， 2 01 2 ， 3 8 1 5 4 - 5 5 ． [ 4 ] 王 丹 ， 蒋道利．蒸发结晶技术在高含盐废 水零排放领域 的应用[ J ] ． 中国井矿盐 ， 2 o 1 4 ， 4 5 1 0 } 7 - l 0 ． W ANG Da n，J I ANG Da o l i ．Th e a p p l i c a t i o n o f e v a p o r a t ion c r y s t a l l i z a t i o n t e c h n o l o g y i n z e r o d i s c h a r ge a r e a o f h i g h s a l t wa s t e wa t e r [ J ] ． C h i n a We l l a n d Ro c k S a l t ， 2 0 1 4 ， 4 5 1 0 7 1 0 ． [ 5 ] 王 枫． 电厂循环水余热利用方案研究 [ D] ． 北京 华北 电 力 大 学 ， 2 0 0 9 ． [ 6 ] 国家环保总局． 水和废水监 测分析方 法 第 4版 [ M] ． 北 京 国环科学 出版社 。 2 0 0 2 ． 收 稿 日期 2 0 1 5 0 7 0 8 本文编辑 赵艳粉