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燃煤电厂脱硫废水零排放技术分析

2020-01-05赵羽

科学技术创新 2020年12期
关键词:闪蒸烟道蒸发器

赵羽

(大唐环境产业集团股份有限公司特许经营分公司信阳项目部,河南 信阳464000)

火力发电一直是我国电厂发电的主要方式,对于保障国民经济发展具有重要意义。火力发电动力来源是煤炭资源,但是在煤炭燃烧脱硫过程中会产生包含大量污染性因子的废水,严重破坏了环境。分析废水零排放技术有利于从本质上解决燃煤电厂废水排放问题,对电厂未来发展具有深远影响。

1 燃煤电厂脱硫废水探析

1.1 废水产生原因

脱硫技术是产生脱硫废水的根本原因,目前,燃煤电厂普遍应用传统技术脱硫,即石灰石- 石膏湿法,在燃烧炉内部处理二氧化硫的过程中会产生大量废水。

1.2 脱硫废水特点

废水具有高腐蚀性、含盐量与硬度比,其腐蚀性致使废水在破坏环境的同时,对设备也有所损害;其高含盐量导致脱硫工艺应用效果减弱;其高硬度比导致废水容易固结,继而严重破坏设备[1]。此外,废水中还含有大量多种类重金属,容易出现二次污染。

2 燃煤电厂脱硫废水零排放技术分析

2.1 预处理技术

(1)蒸发结晶技术。将碳酸钠、絮凝剂、有机硫等化学试剂添加到脱硫废水中,可以去除废水中的重金属、悬浮物等已经固结的污染物质。之后,使用机械蒸汽或者多效蒸发器将其固结成晶,此时产生的冷凝水可以回收利用,另行处理结晶盐。目前,我国部分燃煤电厂已经实现了对该技术的应用,预处理废水量为22/h,能够实现零排放的目标[2]。

(2)膜浓缩- 蒸发结晶技术。在单纯使用蒸发结晶技术的基础上,融合应用正渗透、反渗透等技术进行处理,处理后可以直接回收利用淡水部分,其余部分再使用机械蒸汽或者多效蒸发器处理,并在回收利用冷凝水后另行处理结晶盐。相较于上述工艺,该技术融合了下文所述的浓缩工艺,技术更加成熟,在实现零排放目标的同时还可减少投资费用,具有广阔应用前景。

2.2 浓缩技术详解

(1)蒸发技术。污染物零排放系统中多有应用蒸发技术。目前,燃煤电厂侧重选择使用机械蒸汽,而蒸发技术便是电厂的首选技术。蒸发操作会消耗大量热能,蒸汽由高温渐渐变为低温,低温环节就是再次使用蒸汽的环节,其大大提高了蒸发技术运用的经济性。相比于机械蒸汽,多效蒸发器能够有效提高蒸发操作期间产生的能量,继而提高经济性,又因经过系统处理后潜热较多,因而又具有节能效果。多效蒸发器节能效果与效数成正比例关系,但是高于五效后其节能效果提高趋于缓慢,最佳效数为二效或者三效。机械蒸汽与传热温差成正相关关系,节能效果高于多效蒸发器十几倍。

(2)正渗透技术。正渗透技术具有高效处理废水高含盐量的效果。采用半透膜,借助两侧的渗透压力差,含有较高盐物质的水会自动且具有选择的以高盐水为核心向外扩散,并流入提取液侧。提取液由氨、二氧化碳等组成,将其溶解于水中能够促使其生成大量驱动力(35kPa),进而使水分子扩散出半透膜,废水含盐量纵使达到150000mg/L 也具有同等效果。将提取液稀释再进行蒸发分解能够获得其溶质,进而实现循环利用,提取其溶质所需能量相比于蒸发潜热更低。分解之后氨、二氧化碳经由冷凝处理予以回收再次重复上述工序。回收氨、二氧化碳后所剩余的水物质较为纯净。正渗透技术的应用优势在于其耗能低,操作简单,安全可靠,反渗透技术与正渗透技术运行原理相似。

(3)结晶技术。结晶器即是运用结晶技术的必备设备,操作结晶器可比照操作普通蒸发器。处理废水的核心部位是循环结晶系统,结晶器内包含闪蒸罐,管壳式换热器中间由循环管相连。系统中的循环泵将废水运输到换热器以实现热交换,继而实现循环结晶。进入结晶器的废水与系统中原有的浓盐浆融合,再经由加热器加热,出现显著升温的表现,废水再次进入闪蒸罐,出现闪蒸,进而使废水中的盐物质结晶。从换热器中流出的盐浆会从闪蒸罐中间位置切线进入罐内,形成涡流,最终产生较大的闪蒸面。蒸汽聚集于罐内,此时除雾分离设备发挥作用,使其进入到压缩机中,蒸汽经过压缩机压缩温度升高,之后再进入换热器壳程中冷凝,促使盐浆蒸发,冷凝液均流入冷凝罐中。简言之,含有较高盐分的废水进入闪蒸罐前就会不断出现,经过加热后,水分蒸发,浓盐物质逐渐饱和并析出,进而达到净化的效果,实现零排放。

2.3 烟道蒸发技术

(1)直喷烟道蒸发技术。运用该技术后废水会直接进入烟道内,需要在预热器与除尘器间安装喷嘴,废水经由该喷嘴作用直接雾化。雾化的液体会在高温作用下迅速蒸发,并随着烟气排出,此时废水中的污染物质会随着粉煤灰排出,进而实现废水零污染排放。该技术处理的废水量较低,容易出现烟道系统腐蚀、堵塞等问题,且喷嘴位置对蒸发效果具有较高影响,对烟道安装具体位置要求较高,加之运用了低温电除尘技术,烟道可用余热进一步减少,导致废水蒸发量也有所降低[3]。

(2)旁路烟道蒸发技术。运用该技术的原理与运用上述烟道蒸发技术的原理相同,区别在于需要把高温度的烟气从旁路引出,而非从主路引出。具体而言,在该蒸发设备内,脱硫废水经过预处理后进入系统进而被雾化,雾化的水汽被烟气蒸发,此时,废水中的盐性因子也会不断析出,附着在烟道蒸汽中的粉尘上,再经由旁路被输送到除尘器中,最后进入脱硫系统中冷凝,并补充脱硫工艺运行用水,进而达到零排放。根据所选择的蒸发器类型,具体包括双流体喷嘴式、旋转喷雾式两种。该技术对操作、安全均较为简单,相比于第一种烟道蒸发技术对设备的破坏性小,在实现零排放的同时能够有效避免烟道腐蚀、堵塞等问题。

3 燃煤电厂脱硫废水零排放技术发展展望

纵观目前存在的脱硫废水零排放技术使用效果不难发现,当下该类技术应用的阻碍如下:一是预处理耗费好,经济成本高;二是浓缩技术仍不完善,容易受到影响;三是浓缩技术使用成本高,抑制了技术普及运用;四是烟气蒸发技术存在结垢、堵塞隐患;五是结晶盐循环利用困难,处理费用高。

未来该技术的发展关键是有效解决上述问题,具体如下:第一,减少预处理技术消耗,研发高效能絮凝剂及其系统;第二,提高浓缩率,减少浓缩工艺运行过程中的能耗,采用新材料,研发新技术,例如,空气蒸馏浓缩技术;第三,进一步提高烟气蒸汽技术应用可靠性,分析防腐蚀、防结垢方法,优化烟气蒸发设备;第四,开发多样化方法运用结晶盐,例如,制作玻璃砖;第五,研究新工艺,减低盐结晶成本。此外,还应当从下述两方面对予以优化,一方面是研发标准化设备,融入自动化、智能化、信息化等技术,增强设备综合性能,构建模块化处理单元,并不断改良预处理设备、结晶设备等,通过局部的改良提高整体效果;另一方面是探究脱硫废水使用方法,例如,将其作为制氯装置、捞渣机装置水源。

综上所述,本文以燃煤电厂为对象,探索了实现其脱硫废水零排放的相关技术,结合脱硫废水特点对技术有效运用进行了详细分析,阐述了不同技术的应用优势与不足。随着国家经济的发展,电厂规模不断扩大,传统技术已经不能满足零排放需求,有必要加大力度解决零排放技术的不足,提高废水处理效果。

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