旁路煙道蒸發(fā)的脫硫廢水零排放技術(shù)在火電廠(chǎng)的應用
摘要:在河南焦作某電廠(chǎng)2x350MW機組脫硫廢水煙氣余熱蒸發(fā)零排放工程的運行基礎上,進(jìn)行工藝的優(yōu)化與改進(jìn),創(chuàng )造性地引入旁路煙道蒸發(fā)系統:
在SCR脫硝裝置后、空氣預熱器前引出少量高溫煙氣(煙溫在330-350℃)至旁路煙道系統;旁路煙道出、入口通過(guò)電動(dòng)隔離擋板實(shí)現與主體煙道的隔離;旁路煙道入口加設電動(dòng)調節擋板以調節煙氣的流量、流速;旁路煙道內設置高效雙流體霧化噴嘴,霧化液滴與引入的高溫煙氣進(jìn)行迅速傳質(zhì)、傳熱,實(shí)現液滴的高效蒸發(fā);旁路煙道出口連接在空氣預熱器后、除塵器前的煙道上,蒸發(fā)后的結晶物隨煙氣在除塵系統得到去除,水蒸氣在脫硫塔被冷凝后間接補充脫硫工藝用水,最終實(shí)現了脫硫廢水零排放,且對電廠(chǎng)原有系統影響較小。
0引言
已投運的脫硫廢水零排放工程(河源電廠(chǎng)、恒益電廠(chǎng)、長(cháng)興電廠(chǎng)、萬(wàn)方電廠(chǎng))的通用路線(xiàn)為:預處理單元、濃縮減量單元、固化單元。
預處理單元主要是去除脫硫廢水中固體懸浮物(SS)、重金屬離子、硬度離子(Ca2+、Mg2+)等,減弱后續系統的污堵、結垢傾向,是零排放的基礎。目前主要的預處理技術(shù)有石灰一碳酸鈉軟化、多孔陶瓷膜過(guò)濾、管式微濾等。
濃縮減量單元主要是通過(guò)濃縮,降低進(jìn)入固化單元的水量,以減小固化系統的投資、運行成本,濃縮減量單元是零排放的保障。其主要方法包括蒸發(fā)濃縮(MED,MVR),膜法濃縮(MF/RO,OF/RO,UF/NF,UF/RO/ED、OF/RO/FO,UF/RO/MD)等。
固化單元主要有蒸發(fā)塘(自然蒸發(fā))、機械霧化蒸發(fā)、多效強制循環(huán)蒸發(fā)、降膜機械蒸汽壓縮蒸發(fā)、低溫蒸發(fā)、煙道噴霧蒸發(fā)等,固化單元是零排放的核心。
國內最早實(shí)現脫硫廢水零排放的技術(shù)是蒸發(fā)濃縮結晶技術(shù),但投資、運行費用高,占地面積大等特點(diǎn)限制了其市場(chǎng)推廣。
河南焦作某電廠(chǎng)2x350MW機組前期采用脫硫廢水煙氣余熱蒸發(fā)零排放技術(shù),該技術(shù)在投資運行成本、占地面積等方面具有較大優(yōu)勢。
但隨著(zhù)國家產(chǎn)業(yè)結構的調整,火電廠(chǎng)負荷率降低,空氣預熱器排煙溫度降至110℃以?xún)?,低溫影響液滴的蒸發(fā)效果及蒸發(fā)量;另一方面,低低溫(GGH)的強制普及,使得煙道蒸發(fā)可利用的有效煙道長(cháng)度減小,狹窄的空間限制了蒸發(fā)水量;煙道復雜結構形式及內部支撐杠增加了掛灰、結垢、腐蝕的風(fēng)險。
河南焦作萬(wàn)方電廠(chǎng)在脫硫廢水煙氣余熱蒸發(fā)零排放技術(shù)工程運行的基礎上,進(jìn)行工藝的優(yōu)化與改進(jìn),引入旁路煙道蒸發(fā)系統,在實(shí)現脫硫廢水零排放的基礎上保障了電廠(chǎng)運維的安全性。
1基于旁路煙道蒸發(fā)的脫硫廢水零排放技術(shù)介紹
基于旁路煙道蒸發(fā)的脫硫廢水零排放技術(shù)主要包括二級沉淀預處理系統、雙膜法濃縮減量系統、旁路煙道蒸發(fā)系統(圖1)。其中二級沉淀預處理系統分別加入石灰乳、液堿、PAC和PAM,Na2CO3,PAC和PAM,分步進(jìn)行絮凝沉淀;石灰乳、液堿的混合加入方式以及二級分步沉淀方式可有效降低藥劑成本,高效去除懸浮固體顆粒和重金屬等,并充分軟化水質(zhì),降低雙膜法濃縮減量系統膜結垢風(fēng)險。
圖1 脫硫廢水零排放技術(shù)系統
雙膜法濃縮減量系統包括多介質(zhì)過(guò)濾機、超濾膜組件、反滲透膜組件。多介質(zhì)過(guò)濾機和超濾膜組件可有效去除水中的固體微粒雜質(zhì),降低廢水濁度,經(jīng)超濾系統處理后廢水SDI<3,達到反滲透膜進(jìn)水水質(zhì)要求。反滲透膜組為海水淡化膜,系統脫鹽率≥97%;產(chǎn)生的淡水回用至脫硫工藝水系統,只將濃水引入旁路煙道蒸發(fā)系統進(jìn)行蒸發(fā),充分減小進(jìn)入旁路煙道的水量負荷,降低對鍋爐效率的影響。
旁路煙道入口位于SCR后、空氣預熱器前煙道,出口位于空氣預熱器后、除塵器前煙道。旁路煙道入、出口通過(guò)電動(dòng)隔離擋板實(shí)現與主體煙道的隔離,保障電廠(chǎng)的穩定運行。旁路煙道入口加設電動(dòng)調節擋板以調節煙氣的流量、流速,保障液滴的高效蒸發(fā)。
反滲透濃水經(jīng)廢水管道輸送至旁路煙道內的雙流體高效霧化噴頭,通過(guò)空壓機調節氣液比控制霧化液滴粒徑在100μm以?xún)?。霧化液滴與高溫煙氣(330-350℃)在旁路煙道內充分混合,在不斷的傳質(zhì)、傳熱過(guò)程中實(shí)現液滴的高效蒸發(fā)。霧化液滴中所含的鹽類(lèi)物質(zhì)在蒸發(fā)過(guò)程中持續析出,并附著(zhù)在煙氣中的粉塵顆粒上經(jīng)旁路煙道出口進(jìn)入除塵器,被除塵器捕集;蒸發(fā)后的水蒸氣隨煙氣進(jìn)入脫硫塔,在脫硫塔經(jīng)冷凝后間接補充脫硫工藝用水,最終實(shí)現脫硫廢水零排放。
2旁路煙道蒸發(fā)系統的運行效果
圖2為電廠(chǎng)單爐單側旁路煙道安裝示意圖。
由圖可以看出:該旁路煙道可充分利用電廠(chǎng)原有煙道間的空間,占地面積小,且易于在現有機組上改造。
圖2 旁路煙道現場(chǎng)安裝位置
該旁路煙道蒸發(fā)系統采用PLC控制(圖3),實(shí)現運行參數、設備狀況在線(xiàn)遠程監控,遠程指導現場(chǎng)操作,提高系統維護檢修效率和發(fā)現缺陷的能力。
圖3 旁路煙道控制界面
圖4匯總了旁路煙道蒸發(fā)過(guò)程中各個(gè)參數的變化:旁路煙道的入口、中間、出口處分別設置溫度傳感器,以監測蒸發(fā)過(guò)程中煙氣的溫度變化,初步判斷蒸發(fā)效果。
圖4 旁路煙道蒸發(fā)過(guò)程中各參數的變化
從圖4a可以看出:旁路煙道入口處煙溫基本維持在330℃左右,濃水霧化液滴與高溫煙氣經(jīng)過(guò)迅速的傳質(zhì)傳熱過(guò)程,中間段溫度下降為270℃左右,旁路煙道出口煙溫基本維持在135℃左右,與空氣預熱器出口煙溫基本一致。
從圖4b可以看出:旁路煙道內霧化裝置的氣體壓力和液體壓力均在0.5MPa左右,在該氣液比條件下,霧化液滴的直徑在100μm以?xún)?,具有較大的比表面積,保障了液滴的高效蒸發(fā)。
從圖4c可以看出:蒸發(fā)0.9t/h的脫硫廢水濃水,需要引出的高溫煙氣量在9000m3/h左右。
在旁路煙道底部設置的測試桿根部出現部分浮灰,浮灰較干,未出現結垢現象;通過(guò)檢修口觀(guān)察旁路煙道內壁,未發(fā)現有積灰情況,說(shuō)明旁路煙道在上述參數條件下運行時(shí),實(shí)現了脫硫廢水的高效蒸發(fā)。
3旁路煙道蒸發(fā)系統對電廠(chǎng)的影響
3.1旁路煙道蒸發(fā)對空氣預熱器的影響
旁路煙道蒸發(fā)系統利用脫硝裝置后、空氣預熱器前的高溫煙氣實(shí)現RO濃水的蒸發(fā)。該工藝抽取少量高溫煙氣后,使進(jìn)入空氣預熱器的高溫煙氣量有所減少。在空氣預熱器換熱效率不變的前提下,一次風(fēng)和二次風(fēng)通過(guò)空氣預熱器得到的熱量都將減少。為此,委托國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院對該工藝對空氣預熱器的影響進(jìn)行分析計算,結果如表1所示。
表1 旁路煙道蒸發(fā)對空氣預熱器的影響
由表1可知:
鍋爐BMCR工況下,按照設計蒸發(fā)1t/h脫硫廢水,抽取煙氣量占鍋爐總煙氣的比例為0.6189%,空氣預熱器出口一、二次風(fēng)溫較設計下降0.4173℃;蒸發(fā)3.5t/h脫硫廢水,其比例為2.1654%風(fēng)溫較設計下降1.5188℃。在這2種工況下,該旁路煙道蒸發(fā)工藝對空氣預熱器影響較小。
在第10天旁路煙道蒸發(fā)RO濃水時(shí),通過(guò)電廠(chǎng)DCS系統記錄蒸發(fā)前后空氣預熱器的溫度變化如圖5所示。
圖5 噴霧前后空氣預熱器溫度變化
可以看出:旁路煙道噴霧后對空氣預熱器進(jìn)、出口煙溫幾乎無(wú)影響;噴霧后空氣預熱器一、二次風(fēng)溫略微降低,但波動(dòng)范圍基本在噴霧前的范圍內,對空氣預熱器的影響較小。
3.2旁路煙道蒸發(fā)對脫硫塔內離子濃度的影響
第10天開(kāi)始濃水旁路煙道蒸發(fā)。圖6為噴霧前后脫硫塔內Cl-,Mg2+的濃度變化。
圖6 噴霧前后脫硫塔內Cl-、Mg2+的濃度變化
可知:由于每天脫硫廢水排放量不同,在濃水旁路煙道噴霧前(第1~10天),脫硫塔內ρ(Cl-)為15000-20000mg/L,ρ(Mg2+)為12000-16000mg/L;濃水旁路煙道蒸發(fā)后(第10天后)2種離子的波動(dòng)范圍與噴霧前無(wú)太大變化。
3.3旁路煙道蒸發(fā)對粉煤灰的影響
經(jīng)旁路煙道蒸發(fā)后,RO濃水中的鹽分隨煙氣中的粉塵一起被除塵器捕捉,最終進(jìn)入粉煤灰中。設定該2x350MW機組處理脫硫廢水水量為150t/d,原水ρ(Cl-)在17000mg/L左右,則每天Cl-的產(chǎn)生量為2550kg;每臺鍋爐產(chǎn)生粉煤灰為30.23t/h,2臺鍋爐日產(chǎn)生粉煤灰為1451.04t,粉煤灰按20%的比例作為原料摻做水泥,則Cl-在水泥中的占比為0.036%,低于GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》要求的0.06%。因此,旁路煙道蒸發(fā)不會(huì )影響粉煤灰的資源化。
綜上,該旁路煙道蒸發(fā)系統對空氣預熱器、脫硫塔內Cl-、Mg2+濃度以及粉煤灰的影響均較小。
4結論
(1)基于旁路煙道蒸發(fā)的脫硫廢水零排放技術(shù)具有可行性,該技術(shù)中預處理是基礎,膜減量是保障,旁路煙道蒸發(fā)是核心。應用該技術(shù)時(shí)應根據允許蒸發(fā)水量反推膜濃縮倍數,設計合理的預處理工藝參數。
(2)基于旁路煙道蒸發(fā)的脫硫廢水零排放技術(shù)適應于電廠(chǎng)新常態(tài),利用高溫煙氣實(shí)現脫硫廢水的高效蒸發(fā),無(wú)需額外熱源,運行能耗低;且旁路煙道可充分利用煙道間空隙,占地面積小,工程投資省。
(3)旁路煙道蒸發(fā)的脫硫廢水零排放技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)是:自動(dòng)化程度高、操作方便,提高了系統的運維水平;旁路煙道入、出口隔離門(mén)的設計可實(shí)現與電廠(chǎng)主體的隔離,不影響電廠(chǎng)的日常運作。
(4)該技術(shù)實(shí)現了燃煤電廠(chǎng)真正意義上的脫硫廢水零排放,對空氣預熱器、粉煤灰品質(zhì)等影響較小,是一種低耗高效的脫硫廢水零排放技術(shù),具有廣泛的推廣應用價(jià)值。
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