循环冷却排污水污泥处理后用于电厂脱硫工艺的探讨

张博，雷海东，王波慧，陈国巍，王玉鑫

(1.大连发电有限责任公司，辽宁 大连 116035；2.东北电力有限公司，辽宁 沈阳 110170；3.成都市蜀科科技有限责任公司北京分公司，北京 100070)

0 引言

大连发电厂为城市供热电厂，现有装机容量2×300 MW，循环水系统浓缩倍率为2～5倍之间，循环冷却排污水水量约为300 m3/h。为保证环保达标排放，场内现有设备又不具备处理条件，造成原循环水系统不能定期排污，故通过提高浓缩倍率来减少排污量，导致电厂循环水水质较差，对冷却设备产生明显腐蚀，同时极易引起系统设备内部结垢，结垢引起热交换均匀，造成蒸汽温度波动；也会发生垢下腐蚀，造成换热器管壁泄漏引发停机事故，提高发电气耗，增加运行成本。为解决以上问题，在原有循环冷却排污水深度处理站基础上进行改造对循环冷却排污水进行处理后回用于循环水系统，以保证循环水系统的正常运行，实现了电厂的“零取水、零排放”的双零要求，同时减轻了电厂的环保压力。将循环冷却排污水经膜除盐后回用于循环水系统，循环冷却排污水含盐量较高，硬度及碱度都较高，因此循环冷却排污水在进入反渗透脱盐前，采用石灰处理去除水中易造成结垢和污堵的物质，会产生一定的污泥。污泥的主要成分和脱硫系统的脱硫剂石灰石的主要成分大致相同，从理论上可用作脱硫系统的脱硫剂。基于以上分析，大连发电厂将这部分污泥用于脱硫系统，针对脱硫系统的回用点和对脱硫系统运行可能产生的影响进行处置，减少了污泥的掩埋处置的费用，同时减少了占用掩埋场地的问题。

1 循环冷却排污水石灰预处理反应生成的污泥

循环冷却排污水为经浓缩后的冷却水补充水，具有含盐量高，高硬度，高碱度，高氯根等的特点，大连发电厂循环冷却排污水水量、水质如表1所示。

表1 大连发电厂循环冷却排污水水量、水质

根据表1数据，得出循环冷却排污水中的化合物如表2所示。

表2 循环冷却排污水中的化合物

根据表2可看出，循环冷却排污水中与石灰发生反应的化合物为：Ca(HCO3)2和MgCl2，反应式如下：

为提高沉降效果，在澄清阶段添加了凝聚剂和助凝剂等，因此循环冷却排污水经石灰反应产生的污泥主要成分为CaCO3、Mg(OH)2、经絮凝层吸附的不溶性的有机物、不溶性硅和未反应的Ca(OH)2等，其中Mg(OH)2、经絮凝层吸附的有机物、不溶性硅和未反应的Ca(OH)2等的生成量和运行控制及澄清池的运行效果有关系，可通过调节澄清池的运行pH值来调节污泥中除碳酸钙外其他成分含量。

其中石灰预处理生成的污泥中未反应的石灰所带来的污泥量来自两部分：(1)澄清池内所加入石灰药剂中的杂质，一般石灰药剂为熟石灰Ca(OH)2，电厂所采购的石灰纯度为85%；(2)石灰加入澄清池内，石灰药剂中的Ca(OH)2并没有全部和水中的Ca(HCO3)2和MgCl2反应，因石灰的溶解特性和石灰反应较快的特点，石灰的反应率仅为90%，会有约10% 的Ca(OH)2没有参与反应而沉降下来变成污泥。

循环冷却水污泥中的Mg(OH)2沉淀与澄清池运行工况有关，当澄清池加入石灰后，运行pH较低时，pH控制在10.5以下，水中没有OH-，MgCl2与石灰不发生反应，因此污泥成分只有CaCO3及没反应的Ca(OH)2、石灰中的杂质、经过絮凝层吸附除去的不溶性有机物及硅等；当澄清池加入石灰后，运行pH较高时，运行pH控制在10.5以上，水中会有OH-，MgCl2与石灰发生反应，因此污泥成分有CaCO3、Mg(OH)2及没反应的Ca(OH)2、石灰中的杂质、经过絮凝层吸附除去的不溶性有机物及硅等。

2 循环冷却排污水石灰处理污泥回用于脱硫系统可能对脱硫系统的影响

脱硫系统的石灰石作为脱硫系统的脱硫剂，脱硫效果除与石灰石的含量有关外，石灰石粉的反应速率与石灰石粉的粒径(细度)、浆液的pH值、浆液温度、接触面积等有关。

2.1 石灰石和污泥中碳酸钙的含量

脱硫系统用石灰石的主要成分为CaCO3、MgCO3、酸不溶物、铁、有机物等，成分组成根据厂家及批次的不同也不同，但与循环冷却排污水石灰处理产生的污泥的主要成分相同，CaCO3为主要成分，脱硫石灰石质量分数占比约为85%～95%；循环冷却排污水污泥石灰石和氢氧化钙质量分数占比约为85%，污泥中碳酸钙的含量稍低于石灰石，但不影响脱硫系统的运行。

2.2 石灰石浆液的pH

石灰石作为脱硫剂时，脱硫塔的pH一般控制在4～6之间，而相同浓度下的石灰石配置浆液的pH约为9.60左右，而循环冷却排污水污泥的pH受石灰处理运行池内pH控制值影响，一般控制pH可为9～11之

间，pH控制高于10.5以上，石灰能与循环冷却排污水中的镁发生反应生成Mg(OH)2，而Mg(OH)2对除去循环冷却排污水中的硅和有机物有很好的吸附作用，对循环冷却排污水除盐工艺中的反渗透有很好的防污堵作用，但高pH生成的Mg(OH)2和污泥中一起沉降的有机物和硅等会引起脱硫系统脱硫塔起泡的问题，导致脱硫塔液位不稳，引起脱硫运行，因此可以通过控制循环冷却排污水石灰处理澄清池的pH在合理范围内，污泥的成分和pH不会对脱硫系统产生影响。

2.3 石灰石浆液的粒度影响

根据文献《中水污泥回用对电厂脱硫过程中脱硫石膏品质的影响》中结论，石灰预处理污泥，主要成分为CaCO3。用于脱硫系统的脱硫剂时，脱硫系统的石膏结晶颗粒较小，因此石膏脱水困难，导致石膏含水较高[1]。

2.4 石灰石浆液的反应活性

根据文献[2]中结论，循环冷却排污水石灰处理污泥的活性较低于石灰石的反应活性。因此可以通过控制污泥与石灰石浆液的掺混比例达到对脱硫系统的运行不发生影响[2]。

2.5 石灰石与污泥的密度影响

根据文献[3]，循环冷却排污水石灰处理污泥密度为1 030～1 080 kg/m3，石灰石浆液密度在1 200～1 240 kg/m3，因循环冷却排污水污泥的加入导致石灰石浆液箱浆液密度在1 100～1 150 kg/m3，因此可以通过加大供浆量来提高脱硫塔内的pH，实现脱硫系统的正常运行[3]。

2.6 污泥中氯离子对脱硫系统的影响

在循环水石灰处理中，加入的石灰并不影响循环冷却排污水中Cl-的变化，生成的污泥中不含氯化物，因此循环冷却排污水的污泥用作石灰石脱硫剂，不会对脱硫系统造成任何影响。

循环水污泥用于脱硫系统时加入点的影响。

大连发电厂把循环冷却排污水的污泥用于脱硫系统，接入点设置有2个：脱硫系统的滤液水箱和脱硫废水零排放的曝气池。循环水污泥和石灰石的特性的不同会对脱硫系统造成影响，但通过调节污泥的成分含量及与石灰石的掺混比例来减少影响，以达到电厂的资源充分利用，减少污泥排放，减少石灰石的用量。

根据循环冷却排污水的水质、水量，生成泥量主要成分及泥量如表3所示。

表3 泥量主要成分及泥量

从表3可看出，大连发电厂循环冷却排污水石灰预处理生成的污泥中碳酸钙和氢氧化钙占比为95%左右，全部污泥以5%～8%的浓度输送到脱硫系统作为脱硫剂是可行的。为防止污泥中的部分镁盐和有机物在脱硫塔内的循环可能发生的起泡现象，在循环冷却排污水石灰预处理设置有污泥脱水单元，以便应对短时间内污泥对脱硫系统的影响。

3 结语

通过对循环冷却排污水污泥与石灰石的分析可知，循环冷却排污水石灰处理污泥用于脱硫系统完全可行。针对污泥用于脱硫系统造成的影响，可以通过调节石灰处理污泥的pH值，及污泥与石灰石的掺混比例来实现。污泥回用于脱硫系统，既解决大连电厂循环冷却排污水石灰处理的污泥处置问题，又节约了电厂脱硫系统的石灰石的外采量，为电厂大大节约了运行成本，缓解了环保压力，真正实现了电厂的“零取水、零排放”的双零要求，具有较好的经济效益和显著的社会效益。