火力發(fā)電廠煙氣脫硫廢水處理

竇偉欣

（中煤能源新疆煤電化有限公司，新疆 昌吉 831799）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，火力發(fā)電廠的環(huán)境問(wèn)題日益突出，引起了人們的廣泛重視。通過(guò)對(duì)目前我國(guó)火力發(fā)電廠煙氣脫硫廢水治理的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前火力發(fā)電廠煙氣脫硫廢水治理技術(shù)還沒(méi)有被普遍采用，并且在實(shí)踐中受到了很大的制約，行業(yè)內(nèi)亟須建立一套可行的、高效的、環(huán)保的解決方案。對(duì)煙氣脫硫廢水進(jìn)行高效治理，既能促進(jìn)電廠的發(fā)展，還能保護(hù)生態(tài)，對(duì)于電廠可持續(xù)發(fā)電、綠色發(fā)電具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文從煙氣脫硫廢水治理工程的角度出發(fā)，對(duì)其設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題進(jìn)行了分析，并對(duì)煙氣脫硫廢水處理工藝控制的重點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的闡述。力求為業(yè)內(nèi)建立安全高效的煙氣脫硫廢水處理流程和體系提供參考。

1 我國(guó)電廠環(huán)境污染現(xiàn)狀

中國(guó)存在嚴(yán)重的大氣污染、水污染問(wèn)題。中國(guó)很多城市的空氣質(zhì)量指標(biāo)均超標(biāo)，造成了嚴(yán)重的污染?？諝馕廴景ǘ趸颉焿m等，二氧化硫的主要來(lái)源是燃煤，二氧化硫會(huì)導(dǎo)致酸雨，直接破壞樹(shù)木、建筑、土壤，造成糧食、水果、蔬菜的減產(chǎn)，還會(huì)直接被吸入體內(nèi)，導(dǎo)致呼吸道疾病。由于大量的煙氣從電廠排放出來(lái)，對(duì)大氣造成了極大的污染[1]。上述兩種常見(jiàn)的大氣污染物與火力發(fā)電廠都有密切的關(guān)聯(lián)。

發(fā)電站排放的廢水未經(jīng)嚴(yán)格的處理，污染了水源，土壤，空氣，對(duì)周邊環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。電廠排放出來(lái)的污染物是很難被自然分解的，自然也就不可能利用自身的凈化能力來(lái)進(jìn)行凈化，因此排放出來(lái)的污染物會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境造成很大的破壞，對(duì)居民的生存環(huán)境造成了很大的影響。目前，我們國(guó)家也在大力推進(jìn)環(huán)保政策，對(duì)環(huán)境污染進(jìn)行了積極的處理，對(duì)企業(yè)的管理也更加嚴(yán)格。電廠要想繼續(xù)發(fā)展，就必須采用脫硫技術(shù)的處理廢水。

2 火力發(fā)電廠煙氣治理路徑

2.1 濕式除塵器

目前，國(guó)家正致力于實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代化，其中發(fā)電站以火力發(fā)電、水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電為主。在2017年，火力發(fā)電、水力發(fā)電的發(fā)電量占全國(guó)總發(fā)電量的73.48%，17.24%。由于火力發(fā)電廠的煙塵對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的污染很大，因此必須對(duì)其進(jìn)行高效的處理[2]。

濕法除塵又叫除霧器，它是指在空氣和液相的作用下，減少空氣中的雜質(zhì)含量，從而達(dá)到控制煙塵的目的。鑒于火力發(fā)電廠煙氣量大，可以采用高效濕法除塵，濕法除塵效果達(dá)到99.5%。在熱電廠使用最多的是文丘里洗滌器，它具有60～90m/s 的氣流速度，0.3～1.5L/m3的液體比率，3000～8000Pa 的壓力損耗，0.1μm 的分離直徑?；鹆Πl(fā)電廠煙氣處理時(shí)，除塵效率、操作彈性、疏水性黏性、腐蝕性、耗水量、泥漿處理、操作和維護(hù)等是濕法除塵設(shè)備選用的重要參數(shù)，要根據(jù)煙氣實(shí)際情況，選用合適的濕式除塵器。

2.2 布袋式除塵器

在火力發(fā)電廠煙塵治理中，布袋除塵是與濕法除塵設(shè)備相配套的，采用了干式除塵技術(shù)，可以有效地過(guò)濾煙氣中的粉塵，達(dá)到了煙氣凈化的要求[3]。

目前用于火力發(fā)電廠煙氣治理的袋式除塵器，其結(jié)構(gòu)包括卸灰閥、支架、灰斗、箱體、濾袋、袋籠、電磁脈沖閥、儲(chǔ)氣罐、噴嘴、清潔室、頂蓋。該系統(tǒng)由凈化出氣口和含粉塵的進(jìn)氣口組成。含塵煙氣從進(jìn)氣口進(jìn)入灰斗和箱體，在除塵設(shè)備的作用下，將煙塵中的粉塵沉淀下來(lái)，再經(jīng)過(guò)除塵設(shè)備的凈化，實(shí)現(xiàn)了煙灰的過(guò)濾，通過(guò)出氣口將凈化后的煙氣排放出去。由于布袋除塵器的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，其工作狀況會(huì)對(duì)凈化效果產(chǎn)生很大的影響，所以要經(jīng)常對(duì)它進(jìn)行維護(hù)和維修，同時(shí)要進(jìn)行一些性能試驗(yàn)，比較了試驗(yàn)結(jié)果和正常工作情況，確定了布袋式除塵器的故障和隱患，使其能夠充分地滿足煙塵治理的需要。

3 火力發(fā)電廠煙氣脫硫廢水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，煙氣脫硫廢水的處理在電廠生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越受到重視，同時(shí)也逐步建立起了一個(gè)完善的工藝體系。本文將對(duì)煙氣脫硫廢水的水質(zhì)狀況進(jìn)行分析，并用流程簡(jiǎn)單地描述治理流程。

3.1 煙氣脫硫廢水的水質(zhì)分析

只有掌握了煙氣脫硫廢水的組成成分和水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)，才能進(jìn)行煙氣脫硫廢水的設(shè)計(jì)。燃煤電廠煙氣脫硫廢水的水質(zhì)、水量一般由各種因素決定，其中有工藝是否完善、煙氣成分、吸附劑等。在廢水中，除亞硝酸鹽、氟化物、氯化鈣等雜質(zhì)外，還含有硫酸鈣、懸浮物、絮狀物等，還含有汞離子、砷離子、鎘離子、鋅離子、鎂離子等重金屬離子。但由于不同的燃煤電廠，其燃燒煤的用量、石灰石的組成都有很大的差異，從而導(dǎo)致了廢水中的這些物質(zhì)和含量的變化。通過(guò)對(duì)近幾年的煙氣脫硫廢水的水質(zhì)分析，發(fā)現(xiàn)廢水中的懸浮物、重金屬等污染物含量較高，必須嚴(yán)格控制，特別是在污染物的濃度方面，自然環(huán)境對(duì)重金屬的去除和凈化能力較差；從而導(dǎo)致污染物在自然界中不斷積累，從而對(duì)人體的健康造成嚴(yán)重的危害[4]。

3.2 煙氣脫硫廢水處理過(guò)程

在火力發(fā)電廠，煙氣脫硫廢水的治理有幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，一般分為中和、沉降、絮凝、濃縮、澄清、污泥的處理。在這些分離的過(guò)程中，廢水的輸送和排放過(guò)程必須是連續(xù)的、自動(dòng)的，也就是說(shuō)，在輸送管道的重力作用下，廢水的自流式流動(dòng)，從而達(dá)到了煙氣脫硫廢水的目的。具體流程如下：通過(guò)中和箱、沉淀箱、絮凝箱等方法，達(dá)到對(duì)廢水中離子濃度的控制；控制絮凝劑的含量，然后用清水進(jìn)行凈化，在處理廢水前進(jìn)行pH 的控制。

另外，對(duì)于廢水的運(yùn)輸渠道也有嚴(yán)格的規(guī)定，因?yàn)閺U水中的重金屬離子會(huì)對(duì)管線造成一定的腐蝕，所以要格外的重視。要使用防腐的材料，包括設(shè)備、管道、閥門等。

4 煙氣脫硫廢水處理工藝的控制要點(diǎn)

根據(jù)對(duì)煙氣脫硫廢水中的污染物組成進(jìn)行了初步的研究，將其分成了兩大類別：①采用物理處理法將脫硫廢水中的重金屬進(jìn)行物理沉淀；②通過(guò)化學(xué)處理方法可以將之前加入的化學(xué)藥品進(jìn)行處理，通過(guò)過(guò)濾、沉降、澄清等工藝，使廢水達(dá)標(biāo)排放。

4.1 物理處理方法的控制要點(diǎn)

通過(guò)中和箱、沉降箱、絮凝箱等方式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)廢水的離子濃度和絮狀物的含量控制，即在中和工藝完成后，通過(guò)物理方法將廢水中的沉淀物與絮狀物進(jìn)行分離，以減少煙氣脫硫廢水中重金屬離子、絮狀物的濃度，確保廢水經(jīng)過(guò)處理后達(dá)到達(dá)標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)該指出，在煙氣脫硫廢水中，組成成分復(fù)雜，離子不能完全沉淀，僅通過(guò)過(guò)濾除去已沉淀的部分，所以煙氣脫硫廢水還沒(méi)有得到妥善的治理。其實(shí)，煙氣脫硫廢水處理系統(tǒng)中，兩種方法都是互相滲透的，并非單一的方法可以達(dá)到的。

通過(guò)以上流程，可以看出，經(jīng)過(guò)中和后的煙氣脫硫廢水，再進(jìn)入沉降槽進(jìn)行沉淀，這個(gè)過(guò)程中加入一定數(shù)量的有機(jī)硫化物和鐵質(zhì)，使其與殘余的重金屬發(fā)生反應(yīng)，從而達(dá)到控制分離效果的目的。在對(duì)所得到的絮凝物進(jìn)行處理時(shí)，要加入適當(dāng)?shù)幕炷齽?、助凝劑使其從?xì)小的絮凝物中凝結(jié)成更大的顆粒，如硫酸鋁、硫酸亞鐵、三氯化鐵等。此外，攪拌設(shè)備也是其中必不可少的一部分，以確保廢水處理的有效性[5]。

4.2 化學(xué)處理方法的控制要點(diǎn)

化學(xué)法就是通過(guò)加入一些化學(xué)試劑，將有害的重金屬、微量元素等物質(zhì)控制，這個(gè)過(guò)程的關(guān)鍵就是要掌握好化學(xué)試劑的使用。

根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，氫氧化鈉可以作為一種重要的化學(xué)物質(zhì)，因?yàn)樗梢耘c金屬離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生沉淀，如氫氧化鎂。將廢水中的重金屬以沉淀的方式排出，再用凈化裝置將其過(guò)濾出來(lái)，減少了對(duì)環(huán)保的污染。石灰石、碳酸鈣、苛性鈉等是常用的中和藥物，其中石灰石具有取材方便、價(jià)格低廉、同時(shí)對(duì)中和處理有明顯的作用，因此在電廠中得到了大量的使用。這里要特別指出的是，為了保證經(jīng)過(guò)處理后的煙氣pH適宜，并且大多數(shù)的金屬離子會(huì)以氧化氫的形態(tài)析出，一般采用石灰、石灰石等混合料的濃度為20%。如泥漿濃度過(guò)高造成計(jì)量泵阻塞，可以適當(dāng)?shù)販p少泥漿的含量，從而起到更好的中和作用。

4.3 膜工藝方法的控制點(diǎn)

膜法脫硫廢水處理是在完成物理和化學(xué)處理的基礎(chǔ)上進(jìn)一步淡化和濃縮的技術(shù)，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)脫硫廢水近零排放。系統(tǒng)過(guò)程可根據(jù)廢水含鹽量自動(dòng)調(diào)整關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)，確保各單元物料平衡匹配，從而確定系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和工作條件，計(jì)算出系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行的最佳工作條件，實(shí)現(xiàn)脫鹽和脫硫廢水的高速率濃縮，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行、無(wú)人值守。其最大缺點(diǎn)是處理成本高，而處理能力小。

4.4 膜法濃縮減量技術(shù)

膜法濃縮減量技術(shù)以反滲透膜、納濾膜、正滲透膜、電滲透膜等為主。而反滲透則是通過(guò)不同的壓差法對(duì)不同的溶劑進(jìn)行不同的處理。該工藝因其安全性、高脫鹽效率、出水穩(wěn)定性好、能源消耗小等特點(diǎn)而受到人們的歡迎。根據(jù)壓力和構(gòu)造的不同，可以分為高壓、盤管和特種管道3 種類型。而納米過(guò)濾技術(shù)在低濃度負(fù)離子的情況下，特別是對(duì)低分子量的有機(jī)污染物具有明顯的抑制作用。正向滲濾技術(shù)是一種新型的凈水凈化與脫鹽技術(shù)，它的關(guān)鍵是通過(guò)對(duì)有效萃取溶液產(chǎn)生較大的壓差，從而促使水分的自然、有選擇地進(jìn)行擴(kuò)散，具有出水質(zhì)量高、能耗低、結(jié)垢少等特點(diǎn)。而電解滲透法是通過(guò)膜的選擇性滲透，從而達(dá)到對(duì)污水進(jìn)行富集和脫鹽的目的。由于它對(duì)藥物的要求低，可以降低對(duì)周圍的環(huán)境的影響，但其對(duì)污水的硬度和難離性的雜質(zhì)的清除作用不大。無(wú)論是精煉或精煉，都要根據(jù)具體的實(shí)際情況，從技術(shù)成熟度、運(yùn)行成本和投入成本等方面進(jìn)行探討。目前，化工+微過(guò)濾技術(shù)最具有經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)前景。這是一種新型的綜合防垢預(yù)處理+納濾+機(jī)械蒸汽再壓污水的一體化處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)預(yù)處理、分鹽濃縮和蒸發(fā)結(jié)晶一體化，節(jié)約了15%的資金成本。通過(guò)對(duì)各種不同類型的膜分離技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)盤管電滲透法具有很高的脫鹽效果。因此，薄膜濃縮技術(shù)在系統(tǒng)能耗低、濃縮能力強(qiáng)、離子選擇性除去方面有著很大的優(yōu)越性，但投入和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用高，容易結(jié)垢堵塞，預(yù)處理要求高。發(fā)展國(guó)內(nèi)新的膜材，減少操作和維修費(fèi)用，并進(jìn)行多種配置，是未來(lái)薄膜富集技術(shù)發(fā)展的必然方向。

4.5 沖灰排水處理與回用

在沖灰液排放時(shí)，通過(guò)煙氣中的SO2和CO2，可以將沖灰液中的堿液和雜質(zhì)中和。為了使沖灰水中的鈣質(zhì)快速溶出，必須在泥漿泵之前安裝一個(gè)砂漿槽。為有效地利用污水資源化，大部分電廠均已建立起一套比較完備的再生處理體系，并在此基礎(chǔ)上添加了阻垢物，以避免系統(tǒng)中管路的污染。

5 煙氣脫硫廢水處理工藝流程

5.1 中和箱

將硫酸溶液添加到一個(gè)中和槽里，當(dāng)pH 達(dá)到一個(gè)臨界點(diǎn)的時(shí)候，就可以將水中的酸性成分中和，在此期間，大量金屬離子會(huì)沉淀下來(lái)。

5.2 沉降箱

在沉淀箱中添加了一些不能生成氫氣的重金屬，然后再加入有機(jī)硫溶液。里面有一個(gè)酸堿監(jiān)視器，可以隨時(shí)監(jiān)控溶液的pH，從而可以通過(guò)調(diào)節(jié)溶液的酸性和堿性來(lái)控制溶液的用量，從而保持溶液的pH 平衡。

5.3 絮凝箱

廢水在兩個(gè)階段進(jìn)行了集中和處理，其懸浮液的粒度相對(duì)較低，不易沉淀，難以利用引力進(jìn)行分離。通過(guò)添加聚四氟乙烯和聚氯化聚丙烯酰胺來(lái)提高其沉淀性能和提高其混凝性能。

5.4 澄清池

澄清池的水是從中央流入的，多余的水會(huì)從上方流出，通過(guò)凈化槽后，會(huì)隨著清水分離沉下。然而廢水pH 超過(guò)9，不能滿足排污要求，必須添加鹽酸中和。

6 煙氣脫硫污水處理技術(shù)的應(yīng)用前景

當(dāng)前，生態(tài)環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻，為了適應(yīng)新的發(fā)展趨勢(shì)，電廠污水治理技術(shù)也亟待在技術(shù)與流程上進(jìn)行合理的優(yōu)化；在國(guó)內(nèi)的技術(shù)開(kāi)發(fā)中，借鑒國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，改進(jìn)適合國(guó)情的煙氣脫硫技術(shù)，隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求越來(lái)越高，這種工藝必然會(huì)在各個(gè)電廠得到最大的應(yīng)用。

7 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，火力發(fā)電廠面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，在提高發(fā)電效率的同時(shí)，其排放的煙氣脫硫廢水也是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題，如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)妥善的處理，對(duì)人類和自然界都是一場(chǎng)巨大的災(zāi)難。本文就火力發(fā)電廠煙氣脫硫廢水治理技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，提出了一套處理系統(tǒng)，并從中抽取了幾個(gè)主要的控制要點(diǎn)，進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析。同時(shí)，也希望各電廠對(duì)煙氣脫硫廢水的治理工作給予足夠的重視，確保廢水達(dá)到達(dá)標(biāo)排放。