燃煤电厂湿法脱硫废水蒸发结晶处理工艺的选择_龙国庆

书书书 燃煤电厂湿法脱硫废水蒸发结晶处理工艺的选择 龙国庆 广东省电力设计研究院 广东 广州 510663 摘要 对预处理之后的燃煤电厂湿法脱硫废水水质进行了分析 提出了可实现脱硫废水零 排放的后续蒸发结晶处理工艺 介绍了四种湿法脱硫废水蒸发结晶处理工艺 并进行了优化选择 其中卧式薄膜喷淋 MVC 蒸发系统 结晶系统具有能耗低 管内不结垢 可设在线清垢设施等优 点 可作为脱硫废水蒸发结晶处理工艺的优选方案 关键词 燃煤电厂 湿法脱硫废水 废水零排放 蒸发 结晶 中图分类号 X703文献标识码 B 文章编号 1000 4602 2013 24 0005 04 Selection of Evaporation Crystallization Treatment Process of Wastewater from Wet FGD in Coal fired Power Plant LONG Guo qing Guangdong Electric Power Design Institute Guangzhou 510663 China Abstract The water quality of pretreated wastewater from wet FGD in coal fired power plant was analyzed The evaporation crystallization treatment process that could achieve zero discharge of wastewater from wet FGD was put forward Four kinds of evaporation crystallization treatment processes for wastewater from wet FGD were introduced and they were optimized and selected The combined process of horizontal film spray MVC evaporation and crystallization was preferred due to its low energy consump tion no scaling in tubes and online scale cleaning Key words coal fired power plant wastewater from wet flue gas desulphurization FGD wastewater zero discharge evaporation crystallization 燃煤电厂湿法脱硫废水为高浓度悬浮物 高氯 根 高含盐 高浓度重金属废水 对环境污染性极强 处理难度也较大 也是电厂实现废水零排放的最大 难点 目前 国内对脱硫废水的处置方式主要是优先 考虑处理后回用 若无回用条件则对其处理后达标 排放 由于脱硫废水经初步处理后虽然能满足达标 排放要求 但仍然为高氯根 高含盐且含有微量重金 属废水 其回用范围局限性很大 目前比较多的做 法是将达标废水回用于干灰调湿 煤场喷淋 灰场喷 淋 有水力除灰的电厂其脱硫废水还可直接作为冲 灰用水 但这类回用有很大的局限性 一方面干灰 调湿 煤场喷淋用水量不大 电厂的脱硫废水不能完 全回用 另一方面脱硫废水用于干灰调湿会影响干 灰品质从而影响干灰的回用 此外 由于脱硫废水 中的高浓度盐 高氯根 高浓度重金属等均来自煤 源 若脱硫废水回用煤场喷淋 会导致高浓度盐 高 氯根在系统内聚集 可能带来其他不利影响 因此 对于燃煤电厂的脱硫废水要实施处理后 回用 实现电厂真正的废水零排放 就必须对其做进 一步的深度处理 对于脱硫废水的特殊水质 比较 可行并有工程应用实例的工艺就是蒸发结晶处理工 艺 1脱硫废水水质对蒸发结晶工艺的影响 1 1废水水质 进入蒸发结晶处理工艺系统的脱硫废水 需先 5 第 29 卷第 24 期 2013 年 12 月 中 国 给 水 排 水 CHINA WATE WASTEWATE Vol 29 No 24 Dec 2013 经中和 絮凝 沉淀等预处理过程 其水质指标满足 火电厂石灰石 石膏湿法脱硫废水水质控制指 标 DL T 997 2006 主要指标见表 1 表 1燃煤电厂脱硫废水蒸干结晶系统的进水水质 Tab 1Influent quality of evaporation crystallization system 项目数值 pH 值 6 9 色度 倍40 化学需氧量 COD mg L 1 90 悬浮物 SS mg L 1 70 硫化物 mg L 1 0 58 氟化物 mg L 1 30 氨氮 mg L 1 50 总汞 Hg mg L 1 0 05 总镉 Cd mg L 1 0 1 总铬 Cr mg L 1 1 5 总砷 As mg L 1 0 5 总铅 Pb mg L 1 1 0 总镍 Ni mg L 1 1 0 总锌 Zn mg L 1 2 0 氯根 mg L 1 5 000 18 000 硫酸根 mg L 1 4 000 12 000 含固率 2 5 钙 Ca2 mg L 1 2 000 10 000 镁 Mg2 mg L 1 100 Na K mg L 1 1 000 HCO 3 mg L 1 200 SO2 3 mg L 1 50 100 Si mg L 1 70 NO 3 mg L 1 100 500 B 硼 mg L 1 10 400 1 2影响分析 1 2 1COD 氨氮和硫化物含量的影响 在脱硫废水蒸发过程中 部分氨 低沸点有机酸 VOC 和 H2S 易被蒸出 因此需要将蒸发温度控制在 一个很窄的范围 102 103 这是因为在各种 蒸发工艺中 多效蒸发系统中各效的蒸发温度不同 而且一般为真空低温蒸发 蒸发温度范围较宽 VOC 很容易再次溶入蒸馏水 因而不能达到最佳的蒸馏 水纯度 从而影响出水水质 为确保上述物质不造 成二次空气污染 蒸干系统应设有酸吸收塔 吸收 NH3 和碱吸收塔 吸收 VOC 和硫化物 H2S 1 2 2悬浮物 预处理出水悬浮物浓度并不高 但有可能含有 炭粉和一些无机盐固体 故系统应配置自动反冲过 滤器 以确保后续蒸发系统的处理效果 1 2 3高氯根 高含盐指标 根据水中离子种类及浓度可认为 经初步处理 后的湿法脱硫废水中主要含有不同浓度的氯化钙 氯化镁 氯化钠 氯化钾 硫酸钙 硫酸镁 硫酸钠 硫 酸钾等 其中氯化钙腐蚀性非常强 易溶于水 并以 多种含水晶体出现 必须解决蒸发系统中氯化钙沸 点上升导致的腐蚀性问题 此外水温越高 硫酸钙 的溶解度越低 当脱硫废水升温时 硫酸钙会沉淀 如果处理不当则会积垢在热交换面上很难处理 在应对氯化钙沸点温升及硫酸钙溶解度问题 上 可选用如下合理的工艺处理措施 碳酸钠水质 软化 加入碳酸钠对废水进行软化变性 使氯化钙 氯化镁 硫酸钙 硫酸镁等反应生成碳酸钙和氯化 钠 此工艺的弊端是 沉淀滤后水为饱和碳酸钙水 若经升温蒸发则会立即释放出碳酸钙而变成积垢 因此需要经常酸洗 从而增大处理费用 并缩短停机 检修周期 全物理综合分离 首先将脱硫废水加 热至沸点 虽然 CaSO4有可能沉淀出来 但可以通 过在线清除 不会附在热交换面上 且微粒还可作为 晶种 以防在下游蒸发器上积垢 然后利用锅炉蒸汽 和多效蒸发系统 处理高浓度沸点上升时的蒸发 仍 采用在线清垢直至饱和点 2蒸发结晶处理工艺的提出 脱硫废水蒸发结晶处理系统原则上分为蒸发系 统 深度浓缩 结晶系统 结晶物处理 干燥系统 大 部分废水通过蒸发系统后冷凝为凝结水回用 经过 深度浓缩和结晶的剩余废水再进入结晶处理系统 最后形成干燥的固体 含水量 1 可打包外运 脱硫废水为高氯根 高含盐水 富含高钙 镁离 子和其他易结垢盐分 在加热 蒸发浓缩 结晶的过 程中易结垢 因此应设计清理等措施以防止设备和 系统管路结垢 同时脱硫废水有较强的腐蚀性 与废 水接触的材质要选用耐腐蚀材料 保证设备和系统 的使用寿命 结合脱硫废水的水质分析 提出以下四种蒸发 结晶处理工艺 多效立管降膜蒸发系统 结晶系 统 工艺一 Na2CO3软化 多效立管降膜蒸发 结晶系统 工艺二 Na2CO3软化 立管降膜 MVC 蒸汽压缩蒸发系统 结晶系统 工艺三 卧 管喷淋薄膜 MVC 蒸汽压缩蒸发系统 结晶系统 工艺四 6 第 29 卷第 24 期中 国 给 水 排 水www watergasheat com 2 1工艺一 多效立管降膜蒸发系统是比较传统的工艺 一 般为 3 5 效 以一套 3 效系统为例 其设计一般是 将锅炉蒸汽供到最浓的蒸发效 第三效 将该效的 废水蒸到最终浓度再排到结晶系统做进一步的结晶 处理 而产生的再生蒸汽送到中间的效 即第二 效 作为能量来源 如此类推 第二效的再生蒸汽也 向前送到第一效作为能量来源 最终第一效的再生 蒸汽送到主冷凝器 用河水或冷却塔的冷却水冷凝 最后的再生蒸汽 而不凝气体则由真空系统抽走 立管降膜技术主要将脱硫废水从设备主体顶部 引入 连同再生蒸汽从管内流下以薄膜形式蒸发 液体在管内以接近均压和均温蒸发 因此在所有热 交换面的蒸发温度保持均衡 由于废水腐蚀性强 需要贵重合金来处理浓盐 水 立管降膜可以通过减少热交换面积 降低系统制 造成本 这也是设计重点之一 多效立管降膜蒸发系统的主要技术特点与不 足 再生蒸汽走立管外 浓液走立管内 立管 较高 有的高达 30 m 管束必须经过严格的垂直 调校 否则浓液不易在管内分布均匀成下降薄膜 浓 液水膜不均匀会引起干燥点 这样下降的水膜会形 成旁路 造成难以清理的管内积垢 如果操作不当 则可能会造成管内完全堵塞 上方管头必须用分水器均匀地将浓水分配 到每一根管 若布水不均匀可致管内积垢 所以一般 多效立管降膜蒸发系统只用于积垢率较低的液体 必须给每效配置适当的蒸汽 水雾分离箱 否则会影响蒸馏水水质 系统操作严格 否则启动时各效不易平衡 管束很高 观察检测不易 有时管内即使积垢也不易 察觉 而且清垢非常困难 需要冷却水及真空系统排气 冷却水的流 量和温度变化会影响其稳定性 遇上任何系统的密 封漏气也会影响其稳定性 2 2工艺二 蒸发结晶系统分 不加晶种 和 加晶种 两种 如果废液的积垢率低 可以采用不加晶种形式 如 果预期会积垢 尤其是使用多效立管降膜蒸发 则必 须采用 加晶种 形式 通过让结晶体生长在晶种 上 以降低积垢率 否则结垢在蒸发管内很难清理 先软化后蒸发 结晶工艺的主要特点与不足 软化处理后 废水为饱和碳酸钙溶液 蒸发 时 CaCO3会立即从饱和溶液中释出晶体 其他物质 也有机会释出 在没有晶种的情况下 会积垢在热 交换管内壁 一般强酸 如硝酸 可以清除碳酸钙 但酸洗对 SiO2没有作用 SiO2需通过碱洗去除 残 余的 CaCl2 CaSO4等则需要特殊清洗液 增加运营 费用 软化工艺一般应用于废水流量不大的处理 方案 否则耗药量会很高 且所产生的 NaCl 和 Na2SO4的混合盐利用价值不高 不具备经济效益 脱硫废水的钙离子浓度范围大 5 000 28 000 mg L 以上 采用软化工艺要求运行期间随 时检测钙离子的浓度 否则容易耗药过多 而药量不 足又易引起积垢 软化改性过程中产生的 CaCO3湿泥需要 进行固废处理 增加了处理费用 2 3工艺三 该工艺的蒸发工艺为立管降膜 MVC 蒸汽压缩 工艺 废水走蒸发管内 在流下管腔时被管外的蒸汽 加热 在这种 MVC 系统中再生蒸汽被压缩送至主 体外壳 并由主体外壳的板块引导再生蒸汽 最后冷 凝下来的蒸汽从主体外壳收集成为冷凝水 该工艺 采用蒸汽压缩工艺 降低了能耗 但仍无法根本解决 立管降膜蒸发器积垢发生率高的难题 2 4工艺四 该工艺采用卧管喷淋薄膜 MVC 蒸汽压缩蒸发 系统 主要技术特点为 废水走壳相 管外 管束呈平卧式放置 有多个视镜可以观察室内蒸发情况 视镜设置自动 冲洗设施 保持可视度 卧管式布置具有不会在管内积垢的优点 但要求布水必须均匀 因为是薄膜蒸发 蒸发面没 有水柱压力 所以蒸发效率比立管降膜式高 卧管管束以方形布局 管与管之间可安装 高压水枪束 可在线冲洗管束 不影响系统正常运 行 管相走压缩机供来的工作蒸汽 蒸汽在管 内冷凝 将热能交换给管外的脱硫废水 管束分开数 段管程 以保证冷凝气体迅速排出而不会短路 而立 管式的蒸汽走管外 壳相 不可冷凝气体靠管束外 的隔板引导到排气口 由于空间大 往往排气不足 7 www watergasheat com龙国庆 燃煤电厂湿法脱硫废水蒸发结晶处理工艺的选择第 29 卷第 24 期 只能靠提高排气量来进行 排气中挟带有较多蒸汽 易浪费能量 2 5蒸发结晶处理工艺比较 上述四种处理方案的比较见表 2 表 2脱硫废水蒸发结晶处理工艺比较 Tab 2Comparison of evaporation crystallization treatment processes 项目 工艺一 多效立管降膜蒸 发系统 结晶系统 工艺二 Na2CO3软化 多效立管降膜蒸发 结晶系统 工艺三 Na2CO3软化 立管降膜 MVC 蒸发系统 结晶系统 工艺四 卧式薄膜喷淋 MVC 蒸发系统 结晶系统 软化装置无有有无 蒸发系统特点 管束立式布置 蒸汽走立 管外 废水浓液走立管 内 蒸汽直接从上部引入 管束立式布置 蒸汽走立 管外 废水浓液走立管 内 蒸汽直接从上部引入 管束立式布置 蒸汽走立管 外 废水浓液走立管内 蒸 汽被压缩机压缩后引入 管束卧式布置 废水浓液 走壳相 管外 蒸汽走立 管内 蒸汽经压缩后引入 稳定性启动时比较难调平衡 启动时比较难调平衡 进水水质复杂 软化系 统不能保证稳定 进水水质复杂 软化系统 不能保证稳定 不用软化处理 不受进水 水质 温度等影响 管内积垢 管内积垢严重且 难以清理 存在管内积垢 清洗费用较高 存在管内积垢 清洗费用较高 不存在管内积垢 能耗高能耗高能耗低能耗低能耗 投资 处理水量为 20 m3 h 计 万元 5 2005 300约 5 100约 4 600 运行费用 元 m 3 约 19 50 约 19 65 约 17 80 约 17 65 从上述各工艺的分析对比可知 卧管喷淋薄 膜 MVC 蒸汽压缩蒸发系统 结晶系统 具有可设 置在线清垢设施 不产生管内积垢 能耗低等优点 可作为脱硫废水蒸发结晶处理工艺的优选方案 3脱硫废水蒸发结晶工艺的