某火電廠濕式煙氣脫硫廢水提取系統(tǒng)挖潛改造研究

王華陽

神華福建能源有限公司鴻山電廠 泉州 362712

某火電廠濕式煙氣脫硫廢水提取系統(tǒng)挖潛改造研究

王華陽*

神華福建能源有限公司鴻山電廠 泉州 362712

根據(jù)某火電廠濕法煙氣脫硫工藝系統(tǒng)和其配套脫硫廢水工藝系統(tǒng)的工程設(shè)計運行要求，從脫硫廢水提取系統(tǒng)入手進行分析設(shè)計優(yōu)化，在滿足脫硫廢水外排標準規(guī)范要求前提下，降低上游脫硫吸收塔內(nèi)漿液氯離子濃度、下游脫硫廢水處理工藝系統(tǒng)運行負荷及整個煙氣脫硫工藝系統(tǒng)的運行故障缺陷率，從而提高脫硫系統(tǒng)運行經(jīng)濟性。

脫硫廢水 COD 氯離子 火電廠 技改設(shè)計

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源消耗需求增長迅速，而火力發(fā)電作為一種設(shè)計成熟、技術(shù)可靠、操作穩(wěn)定且建設(shè)周期短的電力來源，在國內(nèi)電力能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要位置，濕法煙氣脫硫由于適應(yīng)性強已經(jīng)成為當前火電廠煙氣脫硫的主流工藝。在濕式脫硫工藝系統(tǒng)運行中，漿液在脫硫吸收塔內(nèi)反復(fù)循環(huán)，導(dǎo)致其中可溶性無機鹽不斷濃縮。為維持工藝系統(tǒng)的脫硫高效性，漿液需要不斷補充更新，而含有大量重金屬離子的“脫硫廢水”則需要及時排放[1]。脫硫廢水水質(zhì)呈酸性，含有大量懸浮物、氯離子以及大量重金屬離子，如不及時進行處理，將會對脫硫工藝系統(tǒng)設(shè)備(氯離子具有強腐蝕性)以及周邊環(huán)境產(chǎn)生嚴重破壞性影響，脫硫廢水系統(tǒng)是火電廠濕式煙氣脫硫工藝系統(tǒng)的重要組成部分之一，其設(shè)計優(yōu)化運行關(guān)乎火電廠廢水污染物減排及機組安全穩(wěn)定高效運行[2]。

1 某電廠脫硫廢水系統(tǒng)介紹

該電廠成立于2013年5月，總裝機容量為2010 MW，脫硫廢水系統(tǒng)與電廠主設(shè)備同期建設(shè)，包括脫硫廢水處理工藝系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)、污泥處理系統(tǒng)及脫硫廢水提取系統(tǒng)等四部分。其中脫硫廢水處理工藝系統(tǒng)設(shè)計流量為22m3/h，入口懸浮物濃度即含固率為1%，氯離子的含量為7000～20000 mg/l。該機組各項技術(shù)和經(jīng)濟指標位于同類型機組前列，并同步建設(shè)電除塵系統(tǒng)、脫硫脫硝系統(tǒng)、海水淡化系統(tǒng)等，除塵、脫硫、脫硝效率位居國內(nèi)領(lǐng)先水平。

脫硫系統(tǒng)所處理廢水水質(zhì)與脫硫設(shè)計工藝、上游煙氣成分、飛灰及脫硫劑種類等多種因素有關(guān)，脫硫廢水的主要特征：呈弱酸性(pH值 5～8之間)，含固率高但顆粒懸浮物直徑較小，固體懸浮物中主要成分為灰塵和脫硫產(chǎn)物(CaSO4和CaSO3)，且其中無機鹽含量高，并含鉻、汞等重金屬離子。目前，該電廠脫硫廢水經(jīng)處理后主要易超標項目為pH值、懸浮物含量、重金屬離子含量、氯離子含量以及氟離子含量等。該電廠脫硫廢水處理工藝系統(tǒng)見圖1。石膏漿液為石膏及各種污染物的濃溶液，經(jīng)過脫硫廢水提取系統(tǒng)及后續(xù)處理系統(tǒng)處理后分離為脫硫塔回用水(儲存于三個回用水箱)和外排污泥，同時由于脫硫塔有水損耗，因此需要在回用水箱II補充工藝水；經(jīng)真空皮帶機產(chǎn)出的外排污泥主要為石膏旋流站固液分離得到的石膏，而污泥壓濾機所產(chǎn)出污泥為經(jīng)脫硫廢水處理系統(tǒng)處理后得到的污泥(主要為石膏、氫氧化鎂、重金屬氫氧化物等)。

圖1 脫硫廢水處理工藝系統(tǒng)改造前工藝流程

脫硫系統(tǒng)中的吸收塔漿液，通過管道輸送至本裝置脫硫廢水處理工藝系統(tǒng)中，經(jīng)過石膏旋流站將其中上清液管道輸送至廢水旋流站供水箱，并經(jīng)過脫硫廢水旋流站二級旋流后，獲得脫硫廢水(上清液)進下游處理裝置進一步處理。由煙氣脫硫系統(tǒng)排放的其他脫硫廢水管道輸送至廢水箱。在廢水箱中，由于脫硫廢水COD貢獻成分主要為還原態(tài)無機鹽，例如亞硫酸鹽等，其降解過程主要是通過曝氣氧化從而降低其含量，一般采用空氣為氧化劑。經(jīng)過曝氣處理后送三聯(lián)中和箱，在其中強堿Ca(OH)2將來水pH值調(diào)整到9.0左右。在三聯(lián)箱中，廢水中大部分二價及三價重金屬離子與氫氧根形成難溶氫氧化物。同時，添加至三聯(lián)箱的Ca2+與廢水中的F-反應(yīng)生成難溶的CaF2無機鹽沉淀[2]。經(jīng)三聯(lián)箱處理后的脫硫廢水進濃縮澄清分離器，在添加有機硫化物和一定量混凝劑后，進一步將不能以氫氧化物沉淀的重金屬離子以難溶的硫化物形式脫除。廢脫硫水在脫硫廢水箱、廢水箱、三聯(lián)箱和濃縮澄清分離器內(nèi)停留時間分別約為45min，澄清濃縮分離器完成固液分離的操作，澄清濃縮分離器上部分清水通過澄濃縮分離器周邊溢流口流至下游廢水處理裝置進一步處理；澄清濃縮分離器設(shè)備下部分沉淀漿液由機械旋轉(zhuǎn)式刮泥刀刮出，管道輸送至污泥緩沖池。污泥緩沖池漿液經(jīng)過下游污泥壓濾機壓濾成泥餅，泥餅由電廠自備車送至灰場，所回收的脫硫廢水漿液由污泥循環(huán)泵泵送至脫硫廢水箱，以提供上游各箱中結(jié)晶沉淀所需要的晶種。

2 脫硫廢水系統(tǒng)運行指標

該電廠脫硫廢水處理工藝系統(tǒng)自投產(chǎn)后一直存在廢水排放指標超限的問題，因此針對此問題對脫硫廢水工藝處理系統(tǒng)的工藝運行數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計與分析，結(jié)果見表1。

表1 脫硫廢水處理工藝系統(tǒng)改造前水質(zhì)分析

從表1可以看出在第3次化驗分析所測得的懸浮物的含量值甚至高達2.63wt%(脫硫廢水工藝系統(tǒng)設(shè)計懸浮物的含量為1wt%)，并且脫硫廢水化學需氧量COD和氯離子含量較高。

脫硫廢水處理工藝系統(tǒng)廢水懸浮物的含量高，超過其脫硫廢水處理工藝系統(tǒng)的設(shè)計處理能力，造成系統(tǒng)處理后出水的水質(zhì)超標及系統(tǒng)相關(guān)處理設(shè)備故障率激增。脫硫廢水中的大部分污泥通過濃縮澄清分離器沉淀下來，然后經(jīng)由污泥壓濾機進行壓泥后送往灰廠進行暫時儲存。由于污泥量大，下游污泥壓濾機來不及進行處理，造成濃縮澄清分離器內(nèi)污泥過量，污泥泥位過高，經(jīng)常導(dǎo)致濃縮澄清分離器刮泥機電機過載損壞，脫硫廢水處理系統(tǒng)退出運行。另外，沉積的污泥在廢水箱堵塞曝氣管道出氣孔，使管道內(nèi)出氣量不足，既影響脫硫廢水出水的COD值，也使曝氣風機經(jīng)常過載，甚至造成風機電機燒壞。

因廢水處理系統(tǒng)含固率高，其系統(tǒng)加藥量和污泥壓濾機處理量同時增大。脫硫廢水處理工藝系統(tǒng)脫硫廢水箱泥漿淤積嚴重，其清理需長時間停運。脫硫廢水處理工藝系統(tǒng)的無法正常投運，使脫硫廢水得不到及時進行下游處理，只能返回上游吸收塔系統(tǒng)，最終造成脫硫吸收塔內(nèi)漿液氯離子含量超標，嚴重威脅脫硫系統(tǒng)設(shè)備的正常運行。改造前吸收塔漿液氯離子化驗結(jié)果見表2。

表2 改造前吸收塔漿液氯離子化驗 (mg/l)

由表2可知，改造前脫硫吸收塔內(nèi)平均氯離子的含量在18000 mg/l以上。脫硫塔吸收液氯離子的含量過高將會對脫硫系統(tǒng)各相關(guān)設(shè)備產(chǎn)生嚴重腐燭，并且對吸收塔內(nèi)吸收液脫硫反應(yīng)有抑制作用[3]。

3 脫硫廢水提取系統(tǒng)工藝優(yōu)化

為降低脫硫廢水處理工藝系統(tǒng)處理量，減少工藝系統(tǒng)運行故障率，提高工藝系統(tǒng)運行可靠性，同時降低脫硫吸收塔內(nèi)氯離子含量，在滿足脫硫廢水處理工藝系統(tǒng)排放要求的前提下，對脫硫廢水提取系統(tǒng)進行了改造，以達到降低脫硫廢水處理系統(tǒng)入口懸浮物含固率和提高脫硫廢水處理系統(tǒng)投運率的目的。

3.1 現(xiàn)有脫硫廢水提取系統(tǒng)指標分析

對脫硫廢水旋流站上清液、石膏濾液(濾液接收箱至回用水箱流股)、脫硫廢水(脫硫廢水箱進水流股)取樣分析，結(jié)果見表3。

表3 脫硫廢水處理廢水提取系統(tǒng)改造前水樣化驗

由表3可知，石膏濾液懸浮物含量為0.19%，脫硫工藝系統(tǒng)廢水的懸浮物含量為1.83%，兩者相差約10倍，其它水質(zhì)指標比較接近。石膏濾液的氯離子含量比脫硫廢水旋流站上清液氯離子含量低，因此將石膏濾液作為廢水排放可增加石膏回收并降低脫硫廢水處理工藝系統(tǒng)懸浮物處理量，從而降低廢水處理系統(tǒng)運行負荷和氯離子的含量，確保脫硫系統(tǒng)的正常運行。

3.2 脫硫廢水提取系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

根據(jù)表3分析結(jié)果，將濾液接收箱底部流股作為脫硫廢水，可改善脫硫廢水水質(zhì)，從而提高脫硫廢水處理工藝系統(tǒng)投運率，其改造后工藝流程見圖2。

圖2 脫硫廢水處理系統(tǒng)改造后工藝流程

脫硫廢水處理工藝系統(tǒng)技改變動之處如下：

(1)濾液接收箱至回用水箱II的管道接入分流管，該分流管接至脫硫廢水箱(見圖2實黑線)。

(2)停運脫硫廢水旋流站，拆除廢水旋流站供水箱及相關(guān)管道(見圖2虛線)。

3.3 脫硫廢水提取系統(tǒng)改造效果

改造后，各流股匯合至脫硫廢水處理工藝系統(tǒng)的脫硫廢水的水質(zhì)指標得到優(yōu)化。改造前經(jīng)脫硫廢水旋流站旋流獲得的脫硫廢水，改造后則此部分脫硫廢水直接取濾液接收箱底部管道，濾液接收箱至回用水箱管道接入分流管，分流管接至脫硫廢水箱，同時停運脫硫廢水旋流站，拆除廢水旋流站供水箱及相關(guān)管道，在脫硫廢水箱內(nèi)集中收集的脫硫廢水，管道輸送至下游化學脫硫廢水處理工藝系統(tǒng)進行進一步處理。

改造后脫硫廢水處理工藝系統(tǒng)運行穩(wěn)定，經(jīng)過多次取水分析化驗比較，表明了其可靠性，其水樣化驗結(jié)果見表4。

表4 脫硫廢水處理廢水提取系統(tǒng)改造后水樣化驗

由表4可知，脫硫工藝系統(tǒng)廢水的懸浮物含量大幅降低，COD值也降低至設(shè)計規(guī)定排放標準以內(nèi)，同時氟離子含量及氯離子的含量穩(wěn)中有降，pH值基本保持穩(wěn)定。這表明本次技術(shù)改造達到了預(yù)期效果。由于脫硫工藝系統(tǒng)廢水的懸浮物含量的降低，減輕了脫硫廢水處理系統(tǒng)運行壓力，提高了脫硫廢水處理系統(tǒng)投運率，使得脫硫廢水系統(tǒng)處理量較改造前大幅度增加，減少了脫硫吸收塔的廢水回用量，減緩了脫硫吸收塔漿液氯離子含量上升速率，最終脫硫吸收塔漿液氯離子含量得到降低和有效控制。

表5為技改前后1～3號脫硫吸收塔漿液氯離子的含量化驗分析結(jié)果。

表5 脫硫廢水處理工藝系統(tǒng)改造前后吸收塔漿液氯離子的含量 (mg/l)

由表5可知，改造后的脫硫廢水處理系統(tǒng)經(jīng)脫硫廢水排放時間及排水量的調(diào)節(jié)控制，脫硫吸收塔漿液氯離子含量超標的問題得到妥善解決，從而優(yōu)化并改善了電廠脫硫系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備運行工況，并進一步提高工藝系統(tǒng)產(chǎn)品石膏的品質(zhì)。

4 結(jié)語

將石膏濾液作為廢水排放，即將濾液接收箱底部流股匯進脫硫廢水，可改善脫硫廢水水質(zhì)，從而提高脫硫廢水處理系統(tǒng)投運率。

(1)實現(xiàn)降低脫硫廢水處理工藝系統(tǒng)進水懸浮物含量的目標，從而提高脫硫廢水質(zhì)量指標，尤其是有效降低了COD值，降低了脫硫廢水工藝系統(tǒng)運行壓力，并減少脫硫廢水箱和污泥壓濾機污泥處理量。

(2)由于改善了脫硫廢水工藝系統(tǒng)進水水質(zhì)指標，有效降低了工藝系統(tǒng)各運行設(shè)備缺陷量,減少了相關(guān)設(shè)備維護工作,提高系統(tǒng)設(shè)備的可靠性。

(3)技改后停運廢水旋流站供水箱、廢水旋流站等工藝系統(tǒng)設(shè)備，取消了這部分附屬設(shè)備的運行操作，降低操作運行工作量和相關(guān)設(shè)備維護工作量。

(4)改善了脫硫吸收塔的操作運行條件，實現(xiàn)了降低控制脫硫吸收塔漿液氯離子含量指標的目的，提高了產(chǎn)品石膏的品質(zhì)，并且進一步降低了電廠工藝系統(tǒng)對周邊環(huán)境影響。

1 陳澤峰，馮鐵玲. 電廠脫硫廢水[J]. 工業(yè)水處理，2006(3)：86-88.

2 王敏琪. 火電廠濕式煙氣脫硫廢水特性及處理系統(tǒng)研究[D].浙江工業(yè)大學，2013.

3 周廣瑞. 高濃度氯離子對脫硫系統(tǒng)的影響[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2011(12)：129-130.

2017-01-09)

*王華陽：助理工程師，2003年畢業(yè)于黃河水利職業(yè)技術(shù)學院給排水專業(yè)。從事電廠脫硫系統(tǒng)工藝優(yōu)化工作。聯(lián)系電話：18005053729， E-mail: 708904why@163.com。