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脫硫廢水煙道蒸發技術在超低排放改造中的應用

發布時間:2019-10-4 9:26:14  中國污水處理工程網

  濕法煙氣脫硫系統會在運行過程中產生脫硫廢水,這種廢水懸浮物和鹽含量極高,重金屬含量也往往高于國家排放標準,若直接排放會對受納水體造成嚴重污染。脫硫廢水具有以下特點:

  1)含鹽量高。脫硫廢水中的含鹽量很高,變化范圍大,一般在30000~60000mg/L。

  2)懸浮物含量高。脫硫廢水中的懸浮物大多在10000mg/L以上,并且由于受煤種的變化和脫硫運行工況的影響,在某些極端情況下,懸浮物質量濃度甚至可高達60000mg/L。

  3)硬度高導致易結垢。脫硫廢水中的Ca2+、SO2-4、Mg2+含量高,其中SO2-4在4000mg/L以上,Ca2+在1500~5000mg/L,Mg2+在3000~6000mg/L,并且CaSO4處于過飽和狀態,在加熱濃縮過程中容易結垢。

  4)腐蝕性強。脫硫廢水中的鹽分高,尤其是Cl-含量高,且呈酸性(pH為4~6.5),腐蝕性非常強,對設備、管道材質防腐蝕要求高。

  5)水質隨時間和工況不同而變化。廢水中主要含有Ca2+、Mg2+、Cl-、Na+、K+等各種重金屬離子,并且組分變化大。

  近年來,國家對工業廢水排放的管控正在日趨嚴格,脫硫廢水的零排放受到了業內的高度重視。常見的脫硫廢水零排放技術有蒸發濃縮結晶技術、鹽濃縮技術、膜過濾技術、煙道蒸發技術等。

  常規的脫硫廢水零排放技術成本較高,以蒸發結晶技術為例,蒸發結晶法是在前級預處理后,增加濃縮和蒸發工藝處理,濃縮工藝可以采用正滲透法或者反滲透法,蒸發工藝可以采用熱源蒸發,也可以采用冷源蒸發。

  該技術最大問題在于投資高、能耗高、蒸發器結垢和系統腐蝕,當前單位脫硫廢水投資預計在300-500萬元/t。巨額投資給當前盈利普遍較差的煤電企業造成巨大負擔。

  在諸多零排放技術中,高溫煙道蒸發技術工藝流程簡單,投資和運行成本低,成為了實現火電廠脫硫廢水零排放的主要技術之一。



  煙道蒸發處理法是在前級預處理后,將濃縮后或者未經濃縮的脫硫廢水直接噴入除塵器前級煙道,利用煙氣余熱將水分完全蒸發,廢水中顆粒物混入煙氣飛灰中。相對于蒸發結晶法來說,煙道蒸發處理法無需額外的能耗,同時沒有單獨的廢鹽產生。

  少量鹽份的增加對于粉煤灰綜合利用的品質不會有大的影響。同時廢水蒸發對煙氣起到調質的作用,提高細微顆粒物凝并效果,改善顆粒物表面比電阻,提高收塵效率。

  由于進入除塵器的鍋爐煙氣溫度較高、量很大,而W-FGD廢水量比較小,廢水噴入煙氣后,煙氣一般仍處于不飽和狀態,因此控制煙氣溫度高于酸露點溫度,便不會腐蝕煙道和電除塵器。脫硫廢水噴入后,煙道煙氣溫度下降3℃左右,煙氣濕度增加0.5%左右,有利于降低粉煤灰的比電阻,提高了除塵器的除塵效率。

  煙道廢水蒸發技術的隱患:

  一、脫硫廢水在進入除塵器電極前需要完全蒸發,控制煙氣溫度高于酸露點溫度,否則會對除塵器造成腐蝕。

  二、脫硫廢水蒸發后,未被除塵器完全捕集的煙氣中高腐蝕性的含氯物質,在脫硫塔或是其他設備上積累,可能引起嚴重腐蝕,增加運行維護費用。

  三、脫硫廢水中重金屬等物質在飛灰中的富集影響飛灰品質,從而影響其再利用。

  脫硫廢水煙道蒸發技術設計注意事項:

  1. 煙道內噴霧位置的選擇:噴霧液滴進入除塵器能否完全蒸發受到各種因素。主要受煙道結構、煙氣入口溫度和噴霧粒徑的影響。具體聯系污水寶或參見http://www.tnncwz.icu更多相關技術文檔。

  在實際工程中需要對煙道內流場進行CFD模擬,模擬實驗和研究表明,在直短煙道內,流場較平穩,液滴在進入除塵器后仍有大量的廢水液滴未蒸發完,而彎曲長煙道由于煙道較長,液滴在煙道中的停留時間較長,液滴在進入除塵器之前已被完全蒸發,因此噴嘴布置位置要選擇在彎曲長煙道上。

  2. 霧化顆粒粒徑的影響

  噴嘴霧化的顆粒直徑對液滴的蒸發有著非常重要的影響。霧化粒徑越大,殘留未完全蒸發的液滴越多,與煙道壁面碰撞的液滴也越多,這是因為液滴直徑越小,液滴的比表面積越大,蒸發所用時間越少,蒸發的速率也就越快,部分液滴在到達煙道壁面前已經蒸發。研究表明,當噴霧液滴最大粒徑為105.6um時,除塵器進氣煙箱入口未完全蒸發液滴的質量約為0.2%,除塵器進氣煙箱出口未完全蒸發液滴的質量分數小于0.01%,因此不會對除塵器的運行產生負面影響。但是隨著霧化液滴粒徑越來越小,霧化廢水液滴所需的能耗越來越大,霧化成本也將不斷增加。同時,考慮到電廠除塵器的運行安全和系統的運行成本,液滴最大直徑可定為100um。

  3. 煙氣蒸發溫度的選擇

  有研究人員發現對于廢水蒸發,將煙氣溫度控制在453K時單位時間內液滴群蒸發質量最大,可供選擇的溫度區間段413K-473K。

  研究人員研究了入口煙氣溫度分別為110、115、120、125、130和135℃時的煙箱殘留液體量,發現當煙氣入口溫度為127.4℃時,除塵器進氣煙箱入口未完全蒸發液滴的質量分數約0.2%,除塵器進氣煙箱出口未完全蒸發液滴的質量分數為0。

  煙氣初始溫度越低,未完全蒸發液滴的質量分數越大。該電廠煙氣最低溫度為140℃,可以保障系統的安全穩定運行。但考慮到安全性,需要在該系統中設置低溫保護措施,確保溫度低于135℃時系統自動停止運行。

  脫硫廢水煙道蒸發技術的建議:

  面對越來越嚴格的污染物排放標準,相當數量的濕法脫硫系統面臨著超低排放改造。例如在濕法脫硫技術后增設干法或半干法脫硫及脫硝除塵一體化技術,該技術通常煙氣溫度在200℃以上,可以考慮將煙氣超低排放技術同煙道蒸發技術結合,將濕法脫硫廢水噴入該段煙道中。

  該技術需要在一定時間內蒸發定量的脫硫廢水,而且不能對煙道結構及后續工藝產生負面影響。因此脫硫廢水形成的微小霧滴噴入到煙氣流后,需在盡量短的時間內完全蒸發汽化,否則未完全蒸發的霧滴會對煙道和除塵器產生腐蝕。

  隨著國民對水資源保護意識的逐漸提高和國家對污水排放要求的日益嚴格,相信煙道噴霧蒸發處理技術在脫硫廢水零排放技術中具有更加廣闊的應用前景。(來源:攻城師小站 作者:姜豐勇)

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