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關于煙氣余熱用于脫硫廢水處理的探討
http://www.abgskr.live 2017-12-29 15:22:45 清潔高效燃煤發電

摘要:行業內目前脫硫廢水處理工藝主要有三聯箱處理排放,蒸發結晶固化等技術,但利用鍋爐煙氣余熱進行脫硫廢水的蒸發干燥處理,具有回收水分減少濕法脫硫塔蒸發水量,降低脫硫廢水處理成本等優點。

  根據國務院2015年印發的《水污染防治行動計劃》,以及環境保護部辦公廳2015年12月22日印發《關于規范火電等七個行業建設項目環境影響評價文件審批的通知》環辦[2015]112號要求,火電廠需“根據“清污分流、雨污分流”原則提出廠區排水系統設計要求,明確污水分類收集和處理方案,按照“一水多用”的原則強化水資源的串級使用要求,提高水循環利用率,最大限度減少廢水外排量。因此,含氯高鹽廢水的處理回用以及零排放,成為電廠亟需解決的問題。

  1 目前國內外脫硫廢水處理工藝路線

  1.1 傳統三聯箱工藝

  目前,火電廠采用最多的脫硫廢水處理方法是傳統的“三聯箱”工藝,該工藝經過中和、沉降、絮凝和澄清等過程對廢水進行處理,不但該工藝比較復雜、投資大且需要消耗多種藥劑,而且對脫硫廢水含有的高濃度氯離子無法處理,導致處理后的脫硫廢水仍然不能回收利用也不能直接排放,其基本工藝流程如圖1所示。

  

  1.2蒸發結晶

  通過蒸發結晶可實現氯化物的結晶析出與蒸發水分的循環利用,解決脫硫廢水中Cl-的富集問題。蒸汽濃縮蒸發技術是利用蒸發對廢水進行蒸發濃縮產生蒸餾水和濃縮水,濃縮通過結晶器或是噴霧干燥進一步的蒸發,產生蒸餾水和固體廢棄物,固體廢棄物進行回收或是填埋處理。為了防止蒸發器結垢,需要對廢水進行預處理,去除廢水中的鈣鎂離子,其基本工藝流程如圖2所示

  

  國內河源電廠采用了此技術,該系統設計出力為22m3/h,包括脫硫廢水18m3/h 和其他廢水4m3/h,采用“預處理+深度處理”的方式,其中預處理分為混凝沉淀系統、水質軟化系統和污泥處理系統;深度處理則采用4效立管強制循環蒸發結晶工藝,預處理出水依次進入1~4效蒸發結晶罐進行蒸發結晶。此脫硫廢水處理系統的總投資在(7000~7500)萬元,運行成本高昂。

  1.3煙氣余熱噴霧干燥處理工藝

  利用鍋爐煙氣余熱進行脫硫廢水的蒸發干燥處理,不但能夠回收水分減少濕法脫硫塔蒸發水量,而且可利用煙氣余熱降低運行成本。在本工藝中,部分脫硫廢水引入到電除塵器前的煙道內,利用煙氣余熱對廢水進行干燥。但脫硫廢水噴入受限煙道內蒸發容易引起煙道干燥段的腐蝕、結垢與堵塞,由此帶來的鍋爐安全運行風險與經濟損失限制了此工藝的推廣應用,故采用煙氣旁路干燥塔干燥脫硫廢水的工藝可以有效解決該問題的出現,其主要工藝流程如圖3所示。

  

  通過新建干燥塔進行廢水干燥處理,安裝、檢修時對主系統無影響。新建干燥塔設計煙氣流速低、停留時間長,且與主系統隔離開,不會影響鍋爐主系統的運行。從省煤器后抽取一部分中溫煙氣用于干燥,抽取高溫煙氣熱容量大,抽取的煙氣量少,有利于實現脫硫廢水迅速干燥與減少系統占地面積及投資。另外,由于空預器阻力大于干燥塔的阻力,所以干燥系統無需再設置風機旁路干燥。因此,通過干燥塔利用中溫煙氣干燥脫硫廢水工藝具有更好的系統可靠性與實際可行性,而且在投資、運行費用方面更具優勢。

  2.煙氣余熱噴霧干燥原理特點

  噴霧干燥是指將溶液、乳濁液、懸濁液或漿料在熱風中噴霧成細小的液滴,在其下落過程中,水分被蒸發而成為粉末狀或顆粒狀的產物。本實驗采用的噴霧干燥塔是在干燥塔底部導入熱風,同時通過雙流體霧化噴嘴把脫硫廢水從塔底噴入干燥塔,霧化后的液滴群的表面積很大,與高溫熱風接觸后水分迅速蒸發,在極短的時間內便成為干燥產物,隨熱煙氣從干燥塔頂排出。

  

  物料干燥過程分等速階段和減速階段兩個部分進行。在等速干燥階段,水分蒸發是在液滴表面發生的,蒸發速度由蒸汽通過周圍氣膜的擴散速度所控制。主要的推動力是周圍熱風和液滴的溫度,溫度差越大,蒸發速度越快,水分通過顆粒的擴散速度大于蒸發速度。當擴散速度降低而不能維持顆粒表面的飽和時,蒸發速度開始減慢,干燥進入減速階段。此時顆粒溫度開始上升,干燥結束時,物料的溫度近于周圍空氣的溫度。

  3.煙氣余熱噴霧干燥工藝試驗應用

  孟津電廠委托相關單位利用傳熱傳質計算,進行了理論分析,設計出了實驗工況。以此為基礎,搭建了中試試驗系統,如圖所示。

  

  實驗系統中干燥塔直徑400mm,主干燥段11m,入口設計煙溫250-350℃;采用雙流體霧化噴嘴進行廢水霧化,雙流體噴嘴空氣霧化壓力0.4-0.6MPa,噴水量30-100L/h;干燥塔煙氣量1000-1500m3/h;加灰量5-20g/Nm3。煙氣中SO2濃度200ppm。左右主干燥段設計有11個測溫點,干燥塔入口與出口設置有溫度、壓力測點。干燥固相產物與氣相產物分別從干燥塔入口與出口取樣進行分析。固相產物采用煙氣分析儀進行取樣,氣相產物通過煙氣取樣器取樣后進行測試分析。

  3.1煙溫對脫硫廢水干燥的影響

  脫硫廢水經過干燥塔后迅速能否干燥完全是試驗的重點。因此,在中試實驗臺上首先進行了不同入口煙溫、不同噴水量(控制出口煙氣溫度最低80℃)、噴嘴不同空氣霧化壓力對廢水干燥特性的影響分析。實驗過程中標況煙氣流量650-800m3/h。

  在脫硫廢水流量低于理論設計干燥流量下,不同入口煙氣溫度、煙氣流量下經過3-5秒,脫硫廢水均能獲得很好的干燥;脫硫廢水流量一定,則噴嘴空氣霧化壓力越高,霧化液滴粒徑越小,在塔內分布越均勻,因此干燥速度越快,干燥塔內溫度分布也越均勻。如果脫硫廢水流量過大,則難以在短時間內干燥完全,對后續除塵設備造成影響。

  3.2高鹽廢水干燥后煙氣對電除塵器的影響

  脫硫廢水干燥后產物的比電阻如表4所示。由下表可知,在110℃以下脫硫廢水干燥后的產物比電阻比粉煤灰的比電阻要高,120℃后脫硫廢水干燥后的產物比電阻比粉煤灰的比電阻要低,根據比電阻變化,建議干燥后溫度控制在110-120℃為宜;另外,即使干燥后煙氣溫度不在這個范圍內,由于廢水干燥過程中與粉煤灰進行的顆粒團聚等作用,也同樣能實現廢水干燥產物的高效收集。

  

  中溫干燥過程中,由于抽取的煙氣量比較小,而且控制干燥后煙氣溫度與進入靜電除塵器的主煙氣溫度基本一致,因此干燥后的煙氣與主煙氣混合后,不會對原煙氣溫度造成影響,而且由于噴水量比較小,混合后對主煙氣濕度影響很小,煙氣遠達不到飽和狀態,因此水蒸氣不會冷凝析出造成腐蝕;連續一個月的中試試驗也證明,控制出口溫度與噴水量在理論設計條件下,除塵器的運行沒有受到任何影響。進一步驗證了中溫干燥脫硫廢水對后續除塵的不利影響可以忽略。

  另外,脫硫系統產生的廢水量,約占煙氣蒸發帶走水量的3-10%之間,通過煙氣干燥脫硫廢水,實現了水資源的回收利用,降低了煙氣蒸發水量,而且由于廢水量占煙氣蒸發水量的比例不大,不會對脫硫水平衡產生不利影響。

  結語:

  綜上所述,煙氣余熱噴霧干燥技術用于脫硫廢水干燥,能夠有效降低脫硫廢水處理投資與運行成本,保證系統運行可靠性,而且不會對靜電除塵器的性能產生不利影響,因此本技術用于脫硫廢水干燥是完全可行。研究結論為利用中溫煙氣進行脫硫廢水低成本干燥處理、實現廢水資源化利用提供了基礎數據與設計參考。 

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