超临界热电站再生水系统综合再利用优化研究

2020-03-11邢满江葛晓红2孙宏建王宝亮龚东瑞王阔宾王德强

应用能源技术 2020年1期

邢满江,葛晓红2,孙宏建,王宝亮,龚东瑞,王阔宾,王德强

(1.建投承德热电有限责任公司,承德 067000；2.中钢集团邢台机械轧辊有限公司,邢台 054000)

0 引言

相对于环境保护需要和水资源的匮乏而言，资源的节约和再利用一直是现代科学和工业亟待解决的问题，对于发电生产企业而言资源的有效综合利用一直都是困扰当下的问题。文中以某超临界热电联产电厂再生水系统综合再利用为例进行研究，对比提出相应优化技术方案，以提高发电企业资源综合再利用效率，降低发电企业污染物排放。

再生水系统综合再利用分为两部分：一项为湿冷机组循环水排污水的回收利用，一部分为再生水处理系统泥浆池内泥浆不经脱水直接供应机组脱硫系统作为脱硫反应浆液参与烟气脱硫。

1 实施背景

1.1 再生水系统

再生水深度处理系统采用石灰混凝澄清过滤处理工艺，处理能力为2×900 m3/h(澄清池净出力)。系统出水水质满足以下要求：

(1)澄清池出水水质：

出水碱度≯1 mmol/L；暂时硬度≯1 mmol/L；pH：7.8～9.2；SS：≤5 mg/L

(2)滤池出水水质：

出水碱度0.4～0.6 mmol/L；pH：6.5～9.0；SS：≤1 mg/L；游离余氯：末端0.1～0.2 mg/L

(3)再生水深度处理对其它污染物去除率，见表1。

表1 再生水深度处理其它污染物去除率(%)

(4)再生水深度处理系统主要工艺流程

1.2 脱硫处理工艺系统

脱硫工艺采用湿式石灰石—石膏法。脱硫效率按不小于98.8%设计，不设置烟气换热器GGH。锅炉烟气经除尘器收尘后，通过引风机进入吸收塔。在吸收塔内烟气向上流动且被向下流动的浆液以逆流方式洗涤，洗涤除去SO2、SO3、HF、HCl等酸性组分。

(5)污泥浓缩及脱水系统

石灰石浆液制备系统制成的新鲜石灰石浆液通过石灰石浆液泵送入吸收塔浆液池内，与浆液池中已经生成的石膏浆液混合。浆液通过浆液循环泵向上输送到喷淋层中，通过喷嘴进行雾化形成雾沫液滴，与烟气在塔内形成高效的气液传质。

在吸收塔底部区域，氧化风机供给的空气与洗涤产物在搅拌器的协助下进一步反应生成石膏(CaSO4·2H2O),这部分石膏浆液通过石膏浆液排出泵排出，进入石膏脱水系统。脱水系统主要包括石膏水力旋流器(初级脱水设备)、浆液分配器和真空皮带脱水机(终级脱水设备)。

2 再生水系统综合利用优化

2.1 再生水系统循环水回用

再生水处理完成后补至循环水，循环水浓缩倍率控制在3.5左右，循环水定期排污改为间断性连续排污，排污水通过管道返回再生水处理系统入口生水池，与新水混合后重新进行处理，处理工艺流程如下：

第一种情况：当循环水碱度、pH、浊度都高时，将循环水回用至运行或备用机械加速澄清池内，采用石灰混凝、澄清和过滤及推流式氯接触沟内加硫酸的工艺，降低循环水碱度、pH、浊度。

第二种情况：当循环水单纯pH值超标时，将循环水回用至备用澄清器内，此时机械加速澄清池不加石灰，只采用在推流式氯接触沟内加硫酸的工艺，保持出水pH在7左右，达到降低循环水pH和浊度的目的。

第三种情况：当循环水单纯浊度超标时，将循环水回用至备用澄清器内，此时机械加速澄清池不加石灰，只起到澄清作用，采用澄清和过滤的工艺进行处理后达到了降低循环水浊度的目的。

2.2 再生水泥浆再利用于脱硫浆液

对再生水处理站机械加速澄清池排出泥浆进行再利用，即把再生水处理站泥浆池内浆液利用泥浆输送泵、闭式管道路由等送至脱硫区域浆液地坑和脱硫用浆液箱内并利用脱硫系统设备送至脱硫塔进行烟气脱硫使用。项目主要建造项目：泥浆输送泵(一运一备)、管道(一运一备)以及相应阀门及操作系统等。工艺流程如下：

(1)技术措施

此系统设计双向冲洗及调节回流措施，管道设计采用一运一备设计安装，根据现场条件情况泥浆泵组站设计为气动大闸阀及回流气动调节阀等，官网设计冲洗检查井等；脱硫区域设计安装冲洗水装置及电动调整阀控制流量等。

(2)反应机理优化

脱硫系统原采用石灰石浆液作为湿法脱硫系统脱硫吸收剂，主要成分为CaCO3，而再生水处理站泥浆主要成分亦为CaCO3，主要化学成分见表2。

①再生水泥浆化验统计数据

表2 再生水泥浆数据

②在脱硫吸收塔中主要有如下反应：

SO2的吸收过程：

SO2+H2O→H2SO3

反应产物的氧化：

2Ca(HSO3)2+O2→CaSO4+2H2O

2CaSO3+O2→2CaSO4

结晶生成石膏：

CaSO4+2H2O→CaSO4·2H2O

(3)再生水泥浆用作脱硫剂分析

①再生水泥浆化验结果表明，杂质超标，将弱化CaCO3的溶解和电离降低石灰石活性，使用过程中需降低MgO含量。

②化验CaO含量为48.01%，如果泥浆为95%CaCO3，CaO含量应大于53%，因此，脱硫用再生水泥浆每天加入量应控制在单台炉脱硫浆液用量的5%～8%之间使用，否则将引起脱硫系统脱硫效率降低。

③再生水泥浆不会影响脱硫吸收浆液pH值、碳酸钙含量、CaSO4·2H2O等产生明显影响，Cl-含量略偏高些，但不影响正常运行。

④再生水泥浆不会对石膏外观、含量以及品质产生明显影响。

⑤再生水泥浆加入会导致吸收塔浆液发生起泡现象，可通过在浆液内增加消泡剂或采用再生水机械加速澄清池内减少或停止加入聚合硫酸铁等助凝剂类药品消除起泡现象。

⑥承德热电2×350 MW烟气脱硫，设计时对石灰石中CaCO3含量要求高于90%，成含固量25%～30%的石灰石浆液、石灰石浆液的浓度控制在20%～30%(Wt)之间。再生水系统处理后的泥浆排至石灰石浆液箱，因采用一定混合比例混入，且泥浆密度满足1.05左右为宜。

(4)泥浆脱硫反应影响分析

①杂质的影响：石灰石中的杂质(Mg，Al等)对石灰石的溶解起阻碍作用，一方面它们会在石灰石的表面形成一层包膜，另一方面会使浆液中产生大量的非Ca2+离子，将弱化CaCO3的溶解和电离。

②pH值的影响：pH值越低越有利于石灰石的溶解，降低浆液pH值将使反应向有利于石灰石溶解的方向进行。一般控制吸收塔浆液的pH值在5.4左右，这主要是因为pH值高时氢离子浓度低，使浆液中碳酸根离子的浓度升高，增大了碳酸钙溶解反应的阻力，使脱硫产物中残留的石灰石较多，而pH值低时氢离子浓度高，会增加SO2气相阻力，不利于脱硫效率的提高。

③浆液中CL-的影响：浆液中CL-浓度对石灰石的溶解有明显的抑制作用。当浆液中有CL-时，将增大浆液的离子强度，生成大量的CaCL2，由于同离子效应，将抑制CaCO3的溶解，又因为由于溶液黏度的增大，液膜中离子扩散变慢，致使液膜中含有较高浓度的S032-，降低了SO2由气相至液膜的传质推动力，影响SO2的吸收。

④浆液中F-的影响：浆液中F-浓度单独对石灰石的溶解有微弱的抑制作用。但当浆液中的A13+、Fe2+和Zn2+等离子在吸收塔不断富集时，具有强配位能力的F-会与这些金属发生配位反应，形成氟化络合物，该络合物会吸附于石灰石颗粒的表面，极大地阻碍石灰石的溶解。