利用煙氣余熱的脫硫廢水閃蒸技術(shù)

利用煙氣余熱的脫硫廢水閃蒸技術(shù)摘要：采用石灰石濕法脫硫的火力發(fā)電廠各級(jí)各類廢水通過梯級(jí)利用，終端廢水只有脫硫過程產(chǎn)生的廢水，該廢水水質(zhì)成分復(fù)雜，各類雜質(zhì)含量高，處理成本較高，目前常用的處理方式有膜法及熱法，本文就熱法范疇的利用煙氣余熱的多效閃蒸技術(shù)進(jìn)行論述。關(guān)鍵詞：煙氣余熱；閃蒸；脫硫廢水1石灰石濕法脫硫廢水特有的水質(zhì)情況介紹1.1pH值目前我國(guó)燃煤發(fā)電站煙氣脫硫技術(shù)使用最多的是濕法石灰石脫硫工藝，其去除機(jī)理總的反應(yīng)式是：SO2+CaCO3+2H2OTCaSO4.2H2O+CO2其中，最關(guān)鍵的反應(yīng)是鈣離子的形成，石灰石作為反應(yīng)劑，Ca2+的產(chǎn)生與H+的濃度和CaCO3的存在有關(guān)，（而在其他藥劑作為反應(yīng)劑時(shí)，比如CaO,Ca2+的產(chǎn)生僅與CaO的存在有關(guān)），所以，石灰石系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)pH值較低，美國(guó)國(guó)家環(huán)保局的實(shí)驗(yàn)表明，石灰石系統(tǒng)的最佳操作pH值為5.8~6.2。如果采用CaO時(shí)，其pH值宜為8。1.2化學(xué)耗氧量脫硫吸收塔發(fā)生結(jié)構(gòu)的主要原因是CaSO4離子積達(dá)到過飽和，為此，需要在吸收塔中保持亞硫酸鹽的氧化率在20%以下，其氧化需要在脫硫液循環(huán)池中完成。因而，脫硫廢水的化學(xué)耗氧量與通常的廢水不同，形成COD高的因素不是有機(jī)物，而是還原態(tài)的無機(jī)離子。1.3其余雜質(zhì)懸浮物、含鹽量、重金屬等根據(jù)工藝用水的水質(zhì)及燃煤的煤質(zhì)而定。2多效閃蒸技術(shù)的應(yīng)用以內(nèi)蒙某電廠的設(shè)計(jì)為例進(jìn)行說明。工程用水水源：黃河水；脫硫工藝用水：210t/h，其中30t/h為反滲透濃水及酸堿再生廢水，其余水質(zhì)鹽分同黃河水；脫硫廢水排放量由脫硫吸收塔內(nèi)的氯離子濃度及脫硫吸收塔的水平衡控制，廢水排放量根據(jù)脫硫系統(tǒng)計(jì)算為為20t/h。該項(xiàng)目脫硫廢水采用三效閃蒸技術(shù)進(jìn)行濃縮，熱源來自尾部煙道的余熱，煙氣溫度為90C。2.1設(shè)備容量配置設(shè)有2臺(tái)55%煙道換熱器；三效加熱閃蒸器，每一效的閃蒸量為30%的脫硫廢水量，不設(shè)備用；余熱真空裝置和尾部真空裝置分別設(shè)置2套，一運(yùn)一備。主要設(shè)備清單：2.2設(shè)備布置設(shè)備布置于室內(nèi)，與脫硫工藝樓合并布置，三層建筑，占地面積為12mx22.5m。2.3簡(jiǎn)要技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析計(jì)算的外部假設(shè)條件 一（1） 上網(wǎng)電價(jià)：228.81元/MWh；（2） 脫硫廢水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)容量按照25t/h計(jì)；運(yùn)行小時(shí)數(shù)5500h（3） 電廠壽命期按照30年計(jì)；（4） 建設(shè)期長(zhǎng)期貸款年利率按照4.9%計(jì)；（5） 折現(xiàn)率按照6%計(jì)；3利用煙氣余熱處理脫硫廢水的設(shè)計(jì)要點(diǎn)3.1煙道換熱器的選擇是按照2x55%設(shè)置，也就是處理一臺(tái)機(jī)組廢水的熱源來自本機(jī)組，不設(shè)備用，若采用備用，換熱器的投資較大，同時(shí)，增加了煙道阻力而導(dǎo)致能耗增大。3.2關(guān)于脫氣問題由于石灰石濕法脫硫技術(shù)固有的低pH值特性，使得在閃蒸過程中碳酸鹽發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生不凝氣體，由尾部真空泵排除，排除了碳酸鹽硬度結(jié)垢的可能。3.3關(guān)于真空度的選擇三效中每一效閃蒸罐的真空度是不一樣，真空度的選取是根據(jù)處理廢水量、煙氣參數(shù)、冷卻方式及蒸發(fā)的效數(shù)（或級(jí)數(shù)）等確定，先設(shè)定需要沸點(diǎn)溫度及沸點(diǎn)升等值，然后閉環(huán)迭代計(jì)算，使得系統(tǒng)的能量及熱力學(xué)參數(shù)平衡，即為計(jì)算的真空度。3.4脫硫廢水水質(zhì)、水量波動(dòng)時(shí)系統(tǒng)的適應(yīng)性在脫硫廢水水質(zhì)的關(guān)鍵參數(shù)不高于設(shè)計(jì)值時(shí)，對(duì)系統(tǒng)沒有影響；水量波動(dòng)通過控制輸入的熱源（余熱真空度）和尾部真空泵的真空度來調(diào)節(jié)，主要調(diào)整余熱真空度。3.5關(guān)于每一效的循環(huán)泵作用一是為了循環(huán)沖刷防止晶粒沉積，二是為了提供閃蒸水量的熱量，即根據(jù)進(jìn)入閃蒸罐的需要蒸發(fā)的水量及溫度確定循環(huán)水量及其溫降，循環(huán)水量的溫降提供的顯熱保證閃蒸蒸汽量對(duì)應(yīng)溫度的潛熱量。3.6濃縮后的廢液去除從最后一效排出的濃液根據(jù)脫硫廢水處理系統(tǒng)的布置情況確定，若與脫硫工藝樓合并布置，可將濃縮廢液排入脫硫系統(tǒng)石膏脫水機(jī)進(jìn)行脫水，脫出后的廢液繼續(xù)進(jìn)入處理系統(tǒng)進(jìn)行濃縮，固體隨石膏外運(yùn)，由于廢水處理過程不加任何藥劑，進(jìn)入石膏脫水系統(tǒng)的雜質(zhì)成分與石膏成分一致，不影響石膏品質(zhì)。3.7關(guān)于熱源對(duì)于火力發(fā)電廠而言，尾部煙氣溫度達(dá)到85°C即可作為廢水加熱熱源，對(duì)于尾部煙氣沒有其他利用途徑時(shí)是變廢為寶，運(yùn)行費(fèi)用僅考慮電耗即可。4采用多效閃蒸技術(shù)注意的幾個(gè)問題（1） 不需要對(duì)脫硫廢水進(jìn)行預(yù)處理，利用脫硫廢水存在的硫酸鈣作為晶種，即石膏晶種法；石膏晶種法是利用晶種結(jié)構(gòu)與結(jié)垢物相同，晶體表面對(duì)垢物的親和力較管道材料壁面大，使鹽溶液中析出的硫酸鈣分子優(yōu)先附著在懸浮的硫酸鈣晶體上，而足夠數(shù)量的晶種，提供了極大的晶體表面，使溶液中硫酸鈣的過飽和度及時(shí)消除，從而避免硫酸鈣在壁面上的成核及生長(zhǎng)，達(dá)到了防結(jié)垢的目的。（2） 蒸發(fā)器內(nèi)循環(huán)濃鹽廢水中，晶種量控制是蒸發(fā)結(jié)晶過程中，防止同種晶型、溶解度小的鹽析出附著于換熱管（或面）結(jié)垢的重要監(jiān)控指標(biāo)，需控制好每一效大流量、低揚(yáng)程的蒸發(fā)循環(huán)量，使蒸發(fā)器里的料液以20%~30%固液比（體積比）進(jìn)行循環(huán)時(shí)，由于大量的鹽砂在以2m/s的速度通過加熱管是起到了沖刷摩擦作用，避免或緩解了硫酸鈣在壁面上的沉積。（3） 關(guān)于第一效換熱器出口溫度的控制，根據(jù)硫酸鈣的特性，硫酸鈣垢在不同的溫度下存在的形式不同，在82C以上為無水GaSO4，在50~82°C之間為GaSO4.2H2O,硫酸鈣晶體中的結(jié)晶水越多，附著壁表面形成垢層的能力越弱，附著能力也較小，較易用機(jī)械方法清除，即較容易采用上述大流量循環(huán)水量的沖刷作用去除；另外，硫酸鈣在鹽溶液中，能改變離解度或溶解度，這一效應(yīng)稱為鹽效應(yīng)，廢水溶液中存在其他鹽類如氯化鈉、氯化鎂等，而使硫酸鈣的溶解度增大，也能使硫酸鈣析出量減少，下圖為氯化鈉溶液對(duì)硫酸鈣溶解度的影響。參考文獻(xiàn)：《大氣污染控制工程》郝吉明馬廣大《工程熱力學(xué)》王加璇《發(fā)電廠化學(xué)設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL5068-2014)作者簡(jiǎn)介：渠慧英1975.09.16女高級(jí)工程師內(nèi)