某火电厂湿式烟气脱硫废水提取系统挖潜改造研究

2017-06-27王华阳

化工设计 2017年3期

关键词：旋流吸收塔氯离子

王华阳

神华福建能源有限公司鸿山电厂泉州 362712

某火电厂湿式烟气脱硫废水提取系统挖潜改造研究

王华阳*

神华福建能源有限公司鸿山电厂泉州 362712

根据某火电厂湿法烟气脱硫工艺系统和其配套脱硫废水工艺系统的工程设计运行要求，从脱硫废水提取系统入手进行分析设计优化，在满足脱硫废水外排标准规范要求前提下，降低上游脱硫吸收塔内浆液氯离子浓度、下游脱硫废水处理工艺系统运行负荷及整个烟气脱硫工艺系统的运行故障缺陷率，从而提高脱硫系统运行经济性。

脱硫废水 COD 氯离子火电厂技改设计

随着我国经济的快速发展，能源消耗需求增长迅速，而火力发电作为一种设计成熟、技术可靠、操作稳定且建设周期短的电力来源，在国内电力能源结构中占据重要位置，湿法烟气脱硫由于适应性强已经成为当前火电厂烟气脱硫的主流工艺。在湿式脱硫工艺系统运行中，浆液在脱硫吸收塔内反复循环，导致其中可溶性无机盐不断浓缩。为维持工艺系统的脱硫高效性，浆液需要不断补充更新，而含有大量重金属离子的“脱硫废水”则需要及时排放[1]。脱硫废水水质呈酸性，含有大量悬浮物、氯离子以及大量重金属离子，如不及时进行处理，将会对脱硫工艺系统设备(氯离子具有强腐蚀性)以及周边环境产生严重破坏性影响，脱硫废水系统是火电厂湿式烟气脱硫工艺系统的重要组成部分之一，其设计优化运行关乎火电厂废水污染物减排及机组安全稳定高效运行[2]。

1 某电厂脱硫废水系统介绍

该电厂成立于2013年5月，总装机容量为2010 MW，脱硫废水系统与电厂主设备同期建设，包括脱硫废水处理工艺系统、加药系统、污泥处理系统及脱硫废水提取系统等四部分。其中脱硫废水处理工艺系统设计流量为22m3/h，入口悬浮物浓度即含固率为1%，氯离子的含量为7000～20000 mg/l。该机组各项技术和经济指标位于同类型机组前列，并同步建设电除尘系统、脱硫脱硝系统、海水淡化系统等，除尘、脱硫、脱硝效率位居国内领先水平。

脱硫系统所处理废水水质与脱硫设计工艺、上游烟气成分、飞灰及脱硫剂种类等多种因素有关，脱硫废水的主要特征：呈弱酸性(pH值 5～8之间)，含固率高但颗粒悬浮物直径较小，固体悬浮物中主要成分为灰尘和脱硫产物(CaSO4和CaSO3)，且其中无机盐含量高，并含铬、汞等重金属离子。目前，该电厂脱硫废水经处理后主要易超标项目为pH值、悬浮物含量、重金属离子含量、氯离子含量以及氟离子含量等。该电厂脱硫废水处理工艺系统见图1。石膏浆液为石膏及各种污染物的浓溶液，经过脱硫废水提取系统及后续处理系统处理后分离为脱硫塔回用水(储存于三个回用水箱)和外排污泥，同时由于脱硫塔有水损耗，因此需要在回用水箱II补充工艺水；经真空皮带机产出的外排污泥主要为石膏旋流站固液分离得到的石膏，而污泥压滤机所产出污泥为经脱硫废水处理系统处理后得到的污泥(主要为石膏、氢氧化镁、重金属氢氧化物等)。

图1 脱硫废水处理工艺系统改造前工艺流程

脱硫系统中的吸收塔浆液，通过管道输送至本装置脱硫废水处理工艺系统中，经过石膏旋流站将其中上清液管道输送至废水旋流站供水箱，并经过脱硫废水旋流站二级旋流后，获得脱硫废水(上清液)进下游处理装置进一步处理。由烟气脱硫系统排放的其他脱硫废水管道输送至废水箱。在废水箱中，由于脱硫废水COD贡献成分主要为还原态无机盐，例如亚硫酸盐等，其降解过程主要是通过曝气氧化从而降低其含量，一般采用空气为氧化剂。经过曝气处理后送三联中和箱，在其中强碱Ca(OH)2将来水pH值调整到9.0左右。在三联箱中，废水中大部分二价及三价重金属离子与氢氧根形成难溶氢氧化物。同时，添加至三联箱的Ca2+与废水中的F-反应生成难溶的CaF2无机盐沉淀[2]。经三联箱处理后的脱硫废水进浓缩澄清分离器，在添加有机硫化物和一定量混凝剂后，进一步将不能以氢氧化物沉淀的重金属离子以难溶的硫化物形式脱除。废脱硫水在脱硫废水箱、废水箱、三联箱和浓缩澄清分离器内停留时间分别约为45min，澄清浓缩分离器完成固液分离的操作，澄清浓缩分离器上部分清水通过澄浓缩分离器周边溢流口流至下游废水处理装置进一步处理；澄清浓缩分离器设备下部分沉淀浆液由机械旋转式刮泥刀刮出，管道输送至污泥缓冲池。污泥缓冲池浆液经过下游污泥压滤机压滤成泥饼，泥饼由电厂自备车送至灰场，所回收的脱硫废水浆液由污泥循环泵泵送至脱硫废水箱，以提供上游各箱中结晶沉淀所需要的晶种。

2 脱硫废水系统运行指标

该电厂脱硫废水处理工艺系统自投产后一直存在废水排放指标超限的问题，因此针对此问题对脱硫废水工艺处理系统的工艺运行数据进行统计与分析，结果见表1。

表1 脱硫废水处理工艺系统改造前水质分析

从表1可以看出在第3次化验分析所测得的悬浮物的含量值甚至高达2.63wt%(脱硫废水工艺系统设计悬浮物的含量为1wt%)，并且脱硫废水化学需氧量COD和氯离子含量较高。

脱硫废水处理工艺系统废水悬浮物的含量高，超过其脱硫废水处理工艺系统的设计处理能力，造成系统处理后出水的水质超标及系统相关处理设备故障率激增。脱硫废水中的大部分污泥通过浓缩澄清分离器沉淀下来，然后经由污泥压滤机进行压泥后送往灰厂进行暂时储存。由于污泥量大，下游污泥压滤机来不及进行处理，造成浓缩澄清分离器内污泥过量，污泥泥位过高，经常导致浓缩澄清分离器刮泥机电机过载损坏，脱硫废水处理系统退出运行。另外，沉积的污泥在废水箱堵塞曝气管道出气孔，使管道内出气量不足，既影响脱硫废水出水的COD值，也使曝气风机经常过载，甚至造成风机电机烧坏。

因废水处理系统含固率高，其系统加药量和污泥压滤机处理量同时增大。脱硫废水处理工艺系统脱硫废水箱泥浆淤积严重，其清理需长时间停运。脱硫废水处理工艺系统的无法正常投运，使脱硫废水得不到及时进行下游处理，只能返回上游吸收塔系统，最终造成脱硫吸收塔内浆液氯离子含量超标，严重威胁脱硫系统设备的正常运行。改造前吸收塔浆液氯离子化验结果见表2。

表2 改造前吸收塔浆液氯离子化验 (mg/l)

由表2可知，改造前脱硫吸收塔内平均氯离子的含量在18000 mg/l以上。脱硫塔吸收液氯离子的含量过高将会对脱硫系统各相关设备产生严重腐烛，并且对吸收塔内吸收液脱硫反应有抑制作用[3]。

3 脱硫废水提取系统工艺优化

为降低脱硫废水处理工艺系统处理量，减少工艺系统运行故障率，提高工艺系统运行可靠性，同时降低脱硫吸收塔内氯离子含量，在满足脱硫废水处理工艺系统排放要求的前提下，对脱硫废水提取系统进行了改造，以达到降低脱硫废水处理系统入口悬浮物含固率和提高脱硫废水处理系统投运率的目的。

3.1 现有脱硫废水提取系统指标分析

对脱硫废水旋流站上清液、石膏滤液(滤液接收箱至回用水箱流股)、脱硫废水(脱硫废水箱进水流股)取样分析，结果见表3。

表3 脱硫废水处理废水提取系统改造前水样化验

由表3可知，石膏滤液悬浮物含量为0.19%，脱硫工艺系统废水的悬浮物含量为1.83%，两者相差约10倍，其它水质指标比较接近。石膏滤液的氯离子含量比脱硫废水旋流站上清液氯离子含量低，因此将石膏滤液作为废水排放可增加石膏回收并降低脱硫废水处理工艺系统悬浮物处理量，从而降低废水处理系统运行负荷和氯离子的含量，确保脱硫系统的正常运行。

3.2 脱硫废水提取系统优化设计

根据表3分析结果，将滤液接收箱底部流股作为脱硫废水，可改善脱硫废水水质，从而提高脱硫废水处理工艺系统投运率，其改造后工艺流程见图2。

图2 脱硫废水处理系统改造后工艺流程

脱硫废水处理工艺系统技改变动之处如下：

(1)滤液接收箱至回用水箱II的管道接入分流管，该分流管接至脱硫废水箱(见图2实黑线)。

(2)停运脱硫废水旋流站，拆除废水旋流站供水箱及相关管道(见图2虚线)。

3.3 脱硫废水提取系统改造效果

改造后，各流股汇合至脱硫废水处理工艺系统的脱硫废水的水质指标得到优化。改造前经脱硫废水旋流站旋流获得的脱硫废水，改造后则此部分脱硫废水直接取滤液接收箱底部管道，滤液接收箱至回用水箱管道接入分流管，分流管接至脱硫废水箱，同时停运脱硫废水旋流站，拆除废水旋流站供水箱及相关管道，在脱硫废水箱内集中收集的脱硫废水，管道输送至下游化学脱硫废水处理工艺系统进行进一步处理。

改造后脱硫废水处理工艺系统运行稳定，经过多次取水分析化验比较，表明了其可靠性，其水样化验结果见表4。

表4 脱硫废水处理废水提取系统改造后水样化验

由表4可知，脱硫工艺系统废水的悬浮物含量大幅降低，COD值也降低至设计规定排放标准以内，同时氟离子含量及氯离子的含量稳中有降，pH值基本保持稳定。这表明本次技术改造达到了预期效果。由于脱硫工艺系统废水的悬浮物含量的降低，减轻了脱硫废水处理系统运行压力，提高了脱硫废水处理系统投运率，使得脱硫废水系统处理量较改造前大幅度增加，减少了脱硫吸收塔的废水回用量，减缓了脱硫吸收塔浆液氯离子含量上升速率，最终脱硫吸收塔浆液氯离子含量得到降低和有效控制。

表5为技改前后1～3号脱硫吸收塔浆液氯离子的含量化验分析结果。