國電漢川發(fā)電有限公司脫硫廢水蒸發(fā)結(jié)晶項(xiàng)目工藝解析

萬勇剛，徐峰，田旭峰，趙利鑫，王鑫

(1.國電漢川發(fā)電有限公司，湖北 漢川 431600；2.北京朗新明環(huán)保科技有限公司南京分公司，南京 210000；3.合眾高科(北京)環(huán)保技術(shù)股份有限公司，北京 100023)

國電漢川發(fā)電有限公司脫硫廢水蒸發(fā)結(jié)晶項(xiàng)目工藝解析

萬勇剛1，徐峰2，田旭峰3，趙利鑫3，王鑫3

(1.國電漢川發(fā)電有限公司，湖北 漢川 431600；2.北京朗新明環(huán)保科技有限公司南京分公司，南京 210000；3.合眾高科(北京)環(huán)保技術(shù)股份有限公司，北京 100023)

電廠脫硫廢水含鹽量高，水質(zhì)波動(dòng)大，對后續(xù)水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出很高要求。應(yīng)用機(jī)械式蒸汽再壓縮(MVR)蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)來處理脫硫廢水，實(shí)現(xiàn)脫硫廢水資源化零排放。對MVR蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，可為蒸發(fā)結(jié)晶工藝在電廠脫硫廢水處理的實(shí)際應(yīng)用提供借鑒。

電廠；脫硫廢水；機(jī)械式蒸汽再壓縮；蒸發(fā)結(jié)晶；零排放

0 引言

國電漢川發(fā)電有限公司三期擴(kuò)建工程2×1 000 MW超超臨界火力發(fā)電機(jī)組脫硫廢水深度處理(蒸發(fā)結(jié)晶)項(xiàng)目，是全國首個(gè)采用機(jī)械式蒸汽再壓縮(MVR)蒸發(fā)結(jié)晶工藝來處理電廠脫硫廢水的項(xiàng)目，于2016年12月20日成功通過168 h調(diào)試運(yùn)行驗(yàn)收。該項(xiàng)目由國電北京朗新明環(huán)?？萍加邢薰灸暇┓止驹O(shè)計(jì)、采購、施工(EPC)總承包，合眾高科(北京)環(huán)保技術(shù)股份有限公司(以下簡稱合眾高科)負(fù)責(zé)脫硫廢水深度處理(蒸發(fā)結(jié)晶)項(xiàng)目成套設(shè)備供貨和技術(shù)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了脫硫廢水資源化零排放。

1 脫硫廢水系統(tǒng)概況

國電漢川發(fā)電有限公司是湖北省第1個(gè)大型火電廠，分3期建設(shè)，共6臺機(jī)組，脫硫廢水量共計(jì)36 m3/h。脫硫廢水的原水采用常規(guī)處理方法進(jìn)行中和(堿化)、絮凝處理后[1]，送至澄清池/濃縮池，澄清池/濃縮池中的出水在清水箱內(nèi)加酸調(diào)節(jié)至合格，其底部的污泥經(jīng)污泥輸送泵送至脫水機(jī)，產(chǎn)生的泥餅外運(yùn)。常規(guī)脫硫廢水處理設(shè)備布置在脫硫島內(nèi)，脫硫島排放的廢水進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)。脫硫廢水系統(tǒng)流程為：原水→納濾系統(tǒng)→產(chǎn)水→高壓膜濃縮→蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)→工業(yè)精制二級鹽。

2 蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)設(shè)計(jì)水量及水質(zhì)

通過前面預(yù)處理和膜濃縮工藝后，進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶器的廢水量為8 m3/h。蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)的進(jìn)水為上游裝置排放的濃鹽水，其水質(zhì)參數(shù)見表1。濃鹽水經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)處理后得到產(chǎn)品水和結(jié)晶鹽。其中水的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為：pH值6.8～7.8；總?cè)芙夤腆w(TDS)質(zhì)量濃度≤100 mg/L。結(jié)晶鹽的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為：氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥97.5%；水分≤0.80%；水不溶物質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.20%；鈣鎂離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.60%；硫酸根離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.90%(GB/T 5462—2003《工業(yè)鹽》標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的精制工業(yè)鹽二級標(biāo)準(zhǔn))。

表1 蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)參數(shù)

3 工藝說明及描述

3.1工藝說明

合眾高科結(jié)合該項(xiàng)目中廢水的特點(diǎn)，選用了MVR強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)，采用蒸發(fā)結(jié)晶和干燥的方法將濃鹽廢水轉(zhuǎn)化為結(jié)晶鹽，蒸發(fā)濃縮流程如圖1所示。MVR強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)由合眾高科與威亭斯溫森公司共同設(shè)計(jì)，威亭斯溫森公司提供了蒸發(fā)器、結(jié)晶器及相關(guān)設(shè)備。

圖1 蒸發(fā)濃縮流程

MVR的基本原理是將蒸發(fā)器原本需要用冷卻水冷凝的二次蒸汽，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后提高其壓力和飽和溫度，增加熱焓，然后再送入蒸發(fā)加熱器作為熱源來加熱料液。二次蒸汽的潛熱得到了充分利用，從而達(dá)到了節(jié)能的目的。

和傳統(tǒng)的蒸發(fā)器相比較，MVR蒸發(fā)器具有以下優(yōu)點(diǎn)。

(1)壓縮比高，熱效率高，節(jié)省能源，比能耗低，蒸發(fā)1 t清水所需能耗是傳統(tǒng)蒸發(fā)器的1/6～1/5(物料不同時(shí)能耗有所變化)，運(yùn)行成本大大降低。

(2)智能化，可以通過軟件監(jiān)控壓縮機(jī)的各個(gè)運(yùn)行參數(shù)，而且可以得出分析報(bào)告。

(3)壓縮機(jī)采用變頻控制，實(shí)際使用過程中可針對現(xiàn)場的情況自動(dòng)進(jìn)行變頻控制。

(4)壓縮機(jī)系統(tǒng)具有多方位自動(dòng)保護(hù)功能，在溫度、壓力等發(fā)生變化的情況下自動(dòng)進(jìn)行保護(hù)，保證壓縮機(jī)的正常使用。

(5)由于其既是加熱器又是二次蒸汽的冷凝器，所以不需要另外的冷凝器。

(6)占地面積小、操作人員少，配套的公用工程項(xiàng)目少。

3.2設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

MVR蒸發(fā)結(jié)晶的設(shè)計(jì)原理是濃鹽廢水進(jìn)入MVR蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)時(shí)，當(dāng)濃鹽廢水溫度達(dá)到沸點(diǎn)時(shí)溶劑開始蒸發(fā)，濃鹽廢水不斷濃縮，當(dāng)廢水濃縮至飽和溶液后，溶質(zhì)以鹽的形式結(jié)晶出來，因此，濃鹽廢水的溶解度和沸點(diǎn)是MVR蒸發(fā)結(jié)晶的關(guān)鍵。根據(jù)提供的水樣參數(shù)可知，廢水中的主要物質(zhì)是氯化鈉，查閱文獻(xiàn)可知，氯化鈉的溶解度隨著溫度變化波動(dòng)不明顯[2]，而氯化鈉溶液中氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)與沸點(diǎn)的關(guān)系如圖2所示。

圖2 氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)與沸點(diǎn)的關(guān)系

3.3工藝描述

3.3.1 濃鹽水運(yùn)行路線

原水濃縮后的高含鹽水作為原液進(jìn)入原液槽，在進(jìn)料泵加壓后經(jīng)過預(yù)熱進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶器單元，結(jié)晶器的液位計(jì)控制調(diào)節(jié)原料進(jìn)料閥門，從而控制物料的進(jìn)料量。結(jié)晶器內(nèi)物料在設(shè)定的溫度下蒸發(fā)，物料溫度及蒸發(fā)溫度由壓縮機(jī)的設(shè)定值確定，可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。結(jié)晶、干燥流程如圖3所示。

物料在循環(huán)泵的推動(dòng)下經(jīng)加熱器加熱，沿結(jié)晶器中心管上升，在液面表面蒸發(fā)，產(chǎn)生最大過飽和度，由于同時(shí)有大量的晶粒隨液體一同循環(huán)，液面蒸發(fā)時(shí)有大量的晶粒存在，使過飽和度消耗在晶粒生長上，避免了自發(fā)形成晶核。結(jié)晶器中設(shè)有密度檢測儀，當(dāng)物料的密度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，晶漿泵開始將晶漿送至離心分離單元。結(jié)晶器內(nèi)部設(shè)有高效捕沫器，可以提高汽液分離效率，降低霧沫夾帶對冷凝水的污染以及對蒸汽壓縮機(jī)的腐蝕。經(jīng)過多次的循環(huán)蒸發(fā)、去沫、汽液分離后，水分被蒸發(fā)出去，鹽水中氯化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不斷提升，當(dāng)“鹽含量自動(dòng)檢測系統(tǒng)”檢測到母液中氯化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)。

圖3 結(jié)晶、干燥流程

溶液中的氯化鈉達(dá)到過飽和狀態(tài)開始連續(xù)結(jié)晶析出，當(dāng)固液比達(dá)到設(shè)定值時(shí)，晶漿混合物通過排料泵送至旋流器進(jìn)行體外濃縮，清液回流至原料液罐，濃縮液進(jìn)入晶漿罐，晶漿罐濃漿進(jìn)入離心機(jī)進(jìn)行脫水，離心后的母液回流至原料液罐，濕氯化鈉晶體進(jìn)入干燥系統(tǒng)，將含水率降至0.5%，最終得到產(chǎn)品純度達(dá)97.5%的氯化鈉結(jié)晶鹽。

3.3.2 蒸汽運(yùn)行路線

蒸發(fā)結(jié)晶器中產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)入蒸汽壓縮機(jī)加壓升溫后繼續(xù)進(jìn)入蒸發(fā)器中為廢水加熱，在蒸發(fā)器中發(fā)生相變，釋放能量后轉(zhuǎn)為冷凝水。

3.3.3 蒸汽壓縮機(jī)系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶工藝，系統(tǒng)運(yùn)行過程中，母液隨運(yùn)行時(shí)間的增加被不斷濃縮，母液中的雜質(zhì)含量升高，同時(shí)沸點(diǎn)也隨之升高。為保持蒸發(fā)量不變，必須提高壓縮機(jī)溫升。離心式壓縮機(jī)溫升可調(diào)性較差，同時(shí)需要考慮蒸汽溫度和壓力波動(dòng)導(dǎo)致的“喘振”現(xiàn)象。為保證系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行，該系統(tǒng)選用溫升適應(yīng)范圍更寬的羅茨式壓縮機(jī)。

羅茨式壓縮機(jī)為容積式壓縮機(jī)，溫升可調(diào)范圍寬，適用于蒸汽量較小且需要較高溫升的場合，單臺壓縮機(jī)即可實(shí)現(xiàn)溫升16 ℃以上。相對于多級串聯(lián)實(shí)現(xiàn)溫升達(dá)到設(shè)計(jì)要求的離心式壓縮機(jī)，單級羅茨式壓縮機(jī)效率更高、更節(jié)能。

二次蒸汽經(jīng)壓縮后進(jìn)入蒸發(fā)器的加熱器管程并發(fā)生相變，釋放熱量后轉(zhuǎn)變?yōu)槠?/p>

3.3.4 冷凝水運(yùn)行路線

蒸發(fā)器換熱產(chǎn)生的冷凝水進(jìn)入冷凝水罐收集，與原料液換熱后，進(jìn)入冷凝水回收系統(tǒng)。

4 結(jié)論

聯(lián)合使用膜濃縮和MVR蒸發(fā)結(jié)晶工藝后，脫硫廢水中的水以冷凝液的形式被最大限度回用，溶解鹽被分質(zhì)結(jié)晶，得到純度為97.5%的工業(yè)精致二級鹽，實(shí)現(xiàn)資源化利用。國電漢川發(fā)電有限公司脫硫廢水蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)投運(yùn)后，按照年運(yùn)行8 000 h計(jì)算，每年可節(jié)水272 800 t，少產(chǎn)生固體廢棄物6 960 t，在實(shí)現(xiàn)電廠廢水“零排放”的情況下，降低了水處理成本，提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

[1]沈榮澍，代厚兵，楊韋.脫硫廢水常規(guī)處理及零排放技術(shù)綜述[J].鍋爐制造，2013(2)：44-47.

[2]席華.氯化鈉溶液物性關(guān)系式[J].天津輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，1997(2)：72-74.

X 703

B

1674-1951(2017)10-0074-03

2017-04-01；

2017-09-04

(本文責(zé)編：劉芳)

萬勇剛(1974—)，男，湖北武漢人，工程師，從事電廠化學(xué)環(huán)保管理方面的工作(E-mail:wyg740912@163.com)。

徐峰(1978—)，男，江蘇鹽城人，工程師，從事廢水零排放方面的研究工作(E-mail:81686893@qq.com)。

田旭峰(1973—)，男，內(nèi)蒙古巴彥淖爾人，從事環(huán)保水處理設(shè)備及解決方案市場化應(yīng)用方面的工作(E-mail:michael@horwater.com)。

趙利鑫(1981—)，男，黑龍江牡丹江人，工程師，從事膜處理系統(tǒng)及高濃鹽水蒸發(fā)方面的研究工作(E-mail:zhaolx@horwater.com)。

王鑫(1977—)，男，內(nèi)蒙古烏海人，從事環(huán)保水處理市場方面的工作(E-mail:604181068@qq.com)。