燃煤电厂蒸发塔处理脱硫废水的热量衡算

北极星环保网讯:摘要：湿法脱硫产生的废水杂质种类多、处理量大,其处理及回用问题亟待解决.常规的混合堆放、水力除灰、化学处理等工艺均存在一定的缺陷,喷雾蒸发法操作简单可靠,可以实现脱硫废水的近零排放,但可能由于液滴未完全蒸发对烟道和电除尘器造成腐蚀.对此。

本文利用蒸发塔代替烟道蒸发,对传统喷雾蒸发法工艺进行了改进;利用MATLAB软件对蒸发塔模型进行了理论分析及热量衡算,并结合国外工业应用实例对本文热量衡算进行校核.结果表明,该热量衡算结果与工业应用实例均有较高契合度.实际应用中应结合模型对抽取的烟气流量及比例进行合理的重新分配,同时电厂应根据自身实际情况选择合适的脱硫废水处理方式.

关键词：脱硫废水;喷雾蒸发;热量衡算;蒸发塔

全国87%的SO2来自煤炭的直接燃烧排放[1].工业中常用的脱硫方法为化学法,湿法、半干法和干法等工艺均属于化学法[2].在众多脱硫技术中,石灰石G石膏湿法烟气脱硫技术以技术条件成熟、适用煤种广、脱硫效率高和对机组适应性好等优点而成为应用最为广泛的脱硫技术[3].但该技术常常会产生大量的脱硫废水,该废水与电厂其他废水差别很大,性质较为特殊.目前已应用的脱硫废水处理工艺尚不成熟,存在设备运行可靠性低、流程繁杂等问题,难以达到火电厂环保达标排放标准[4].因此,如何经济有效地处理、回用脱硫废水,这一问题亟待解决.

1脱硫废水处理现状

脱硫废水水质特点表现为:

1)杂质种类繁多且含量不一,盐分含量非常高,其中Cl-最高,其质量浓度可达5000~18000mg/L[5],远大于海水中Cl-的质量浓度,同时SO42-和SO32-等离子的质量浓度也很高;

2)含有大量悬浮物,如SiO2颗粒、碱性金属的氢氧化物等;

3)重金属、氟化物含量以及COD值也远大于国家标准[6],其中很多物质为国家环保规定中要求严格控制的第一类污染物;

4)经过循环使用,脱硫废水酸性物质含量高,pH较低,一般为4~6[7].

造成脱硫废水杂质种类多、处理量大的原因是,锅炉炉膛内的高温条件诱使燃煤中各种元素发生一系列化学反应,生成多种化合物,其中一部分变为炉渣排出,另一部分随烟气流动,进入脱硫塔,被Ca(OH)2浆液吸收,并在系统中发生浓缩,不断循环,杂质质量浓度大幅增高[8].

根据以上脱硫废水水质特点,目前脱硫废水处理方法[9]主要有混合堆放、水力除灰、化学处理、喷雾蒸发等工艺.

1)混合堆放法

这是我国一部分电厂的脱硫废水处理方式.石膏为湿法脱硫的副产品,经过浓缩后,将其与废水混合排放到灰场.这种方法无需对脱硫废水进行处理,节省了人力和投资费用;但其将副产品石膏完全丢弃,未能实现资源的有效利用,同时堆放需要占用大量场地,其中的重金属等有害物质还可能逃逸到环境中造成污染,这显然不能满足当前节能减排的要求,也在一定程度上降低了火力发电的经济性.

2)水力除灰法

部分电厂采用该方法,在除灰系统用水中掺入脱硫废水.无需对原有的除灰系统进行改造,脱硫废水也无需处理,具有投资小、操作简单等优点,但由于脱硫废水在较低pH下易对灰斗造成酸性腐蚀,因此需要均匀掺入除灰系统中.

3)化学处理法

这是目前应用最广泛的脱硫废水处理方法[13].通过建立一套完整的化学水处理系统,分别对重金属、有机物、悬浮物、F-等物质进行处理,既能使脱硫废水水质达到较高水平,又能实现石膏的综合利用.但该方法不能有效去除Cl-,且设备数量多、系统复杂、基础投资高,在一定程度上影响电厂的经济性.

4)喷雾蒸发法

该方法能够使废水中的杂质形成颗粒物并最终被除尘器捕捉,真正实现脱硫废水的近零排放.具体可分为:1)设置特定的蒸发干燥装置;2)利用烟气余热在烟道中蒸发.前者设计、安装特定的蒸发装置需要投资过高,在国内尚无运营业绩;后者是将经过雾化的脱硫废水喷入省煤器与空气预热器之间的烟道中,使其吸收烟气余热蒸发,其中水蒸发为水蒸气进入后续烟道,废水中的Ca2+、Mg2+、Na+、SO42-、CO32-、Cl-、重金属离子等各种污染物瞬间蒸发、干燥结晶形成细微颗粒物,随烟气进入电除尘器被去除.

但烟道蒸发对脱硫废水的蒸发条件要求较为严格,微小雾滴进入烟气后,在很短时间内要完成雾滴的完全蒸发汽化,否则由于未完全蒸发的雾滴有酸性,烟道和电除尘器会发生腐蚀[15].所以,提高单位时间内液滴群的蒸发质量及降低烟道完全蒸发时间成为该方法的关键,同时要在实际操作中考虑对除尘效率的影响.

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