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关注|火电厂废水综合利用技术经济分析

2019-07-23 10:20:03 来源:《环境与发展》 渠慧英 评论:0 点击:
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摘要 : 水资源作为基础性和战略性的资源,对社会的可持续发展具有重要意义,国家对工业用水控制较为严格,所以,火力发电厂作为用 水大户,对电厂内各级废水的综合利用显得尤为重要。本文针对火力发电厂废水梯级利用做一个较为全面的技术经济比较,寻求减少取用新鲜水的途径,同时降低废水排放量;既减少了水资源的消耗,又减少了废水对环境的污染,对建设生态型环境可提供较大的贡献。 

关键词 : 梯级利用;零排放;脱硫废水;废水特点分析

水资源作为基础性和战略性的资源,对社会的可持续发展具有重要意义,国家对工业用水控制较为严格,火力发电厂作为工业用水大户, 其用水量和排水量十分巨大。 

火电厂主要废水系统 

火电厂主要废水包括(辅机)循环水、排污水,锅炉补给水处理系统根据其不同的工艺流程会产生悬浮性废水、酸碱再生废水及反渗透排浓水,凝结水精处理系统再生废水,生活污水,含煤废水及脱硫废水等, 这些废水根据工艺特点进行分类收集和分质回用,实现梯级利用 [1]。通过水的梯级使用和循环利用,提高水的重复利用率,在对各类废水分类 收集和分质回用的基础上,提高废水回收率,少量难以回用的末端废水 进行蒸发结晶处理后进行回用,从而实现全厂废水“零排放”。 

2 全厂废水梯级利用设计思路 

通过对火电厂各类废水的水质特点进行分析可知,全厂废水主要可分为四大类,即悬浮性废水、高含盐量废水、生活污水及脱硫废水。悬浮性废水主要包括锅炉补给水处理系统过滤系统反洗排水、非经常性的空预器冲洗水、含煤废水、凝结水精处理系统除铁装置反洗废水等;高含盐量废水主要来自于(辅机)循环水排污水、锅炉补给水处理系统反渗透排浓水及离子交换器再生废水、凝结水精处理除盐系统再生废水非经常性锅炉酸洗废水等,生活污水主要是电厂生活用水排污水;悬浮 性废水通过工业废水集中处理系统经除浊处理后回用于循环水系统,高 含盐废水需除硬、脱盐处理回用于循环水系统或调整 pH 值后用于对水 质要求较低的系统,如脱硫系统、渣仓冲洗水、灰场喷洒水等 [2]。脱硫 废水的水质与脱硫工艺、烟气成分、灰及吸收剂、脱硫工艺用水的水质 等多种因素有关,与电厂其他废水差别较大,处理难度也较大,且处理 工艺中设备的设计条件和使用的药品也不同,故宜单独处理,且作为末 端处理。综上所述,废水的梯级利用流程见图 1。 

3 脱硫废水处理系统详述 

脱硫系统作为末端用水点,其废水排放量直接关系全厂的废水排放水平,脱硫废水的消纳在发电厂一般主要用于灰库搅拌,但是,在干灰有综合利用途径时,脱硫废水无法消纳,或是由于废水梯级利用后,水质逐渐恶化,后续工艺难以利用,或者是废水本身水质较为恶劣,难以梯级利用,致使电厂还存在部分废水需要进一步处理;对于湿冷机组, 因废水排放量大,废水几乎不可能在厂内完全平衡,因而,脱硫废水的处理就显得尤为重要了,那么,脱硫废水系统如何选择,在技术性能满 足的前提下,经济性是系统选择的关键。 

目前国内的技术方案主要是预处理 + 预浓缩 + 深度浓缩 + 结晶。 脱硫废水硬度含量高,总硬度有时可达上百毫摩尔每升,需要进行预处理软化,将脱硫废水主要阳离子为钠、镁、钙混合的杂盐体系转化为阳离子以钠离子为主的钠盐体系,钠盐的易溶性可有效防止后续浓缩处理 系统以及结晶设备结垢 [3]。脱硫废水预处理一般可采用以下方案:石灰 - 碳酸钠软化 - 沉淀池 - 过滤器处理工艺;石灰 - 碳酸钠软化 - 管式微滤膜处理工艺。 预浓缩系统目前广泛采用的是膜法,可采用电渗析工艺(ED)、 纳滤 (NF)+ 反渗透工艺、高效反渗透工艺等,使废水进一步浓缩,含盐量达到 50000~60000mg/L。 

深度浓缩技术主要有膜法及热法,膜法有电渗析工艺(ED)、正渗透(FO)、碟管式反渗(DTRO)、纳滤 (NF) 等,热法主要有蒸发塘、 烟道雾化蒸发、多效强制循环蒸发系统(MED)、蒸汽机械再压缩蒸发(MVR)、低温常压蒸发技术(NED)等,使废水的盐分浓缩至约 100000~150000mg/L 左右,进入结晶器进行固液分离。 

3.1 膜法浓缩技术论述 

电渗析技术也是利用离子交换特性去除水中溶解类杂质的,电渗析 膜是由离子交换树脂制成,它实质上是离子交换树脂除盐的另一种形式, 按其选择透过性能分为阳膜和阴膜,用阳离子交换树脂制成的膜是阳膜, 用阴离子交换树脂制成的膜是阴膜,在直流电场作用下,利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性,使溶液中呈离子状态的溶质和溶剂分离的一种理化学过程,是膜分离技术的一种,进水水质要求低, 较低 TDS 可获得 >90% 回收率,COD 去除率低 , TDS 高时能耗高。

正渗透是一种利用膜两侧不同溶液的渗透压差作为驱动力,使得水能自发地从原料液一侧透过分离膜到达驱动液一侧,从而起到原料液脱水减量的过程 , 具有高回收率、低压运行、能耗低和抗污染等特点, 其最终浓缩液盐含量最高可达 20%,对进水水质要求较低,清洗周期较长。正渗透处理技术的进水浓度一般大于 5%,进水浓度太低则经济性较差。正渗透处理技术虽然具有一定的优势,但是其仍受制于具有选择 透过性的膜和高渗透压的驱动溶液这两个重要因素,正渗透膜两侧产生的渗透压差是正渗透过程能得以持续进行的驱动力,而汲取液的渗透压是决定这种驱动力大小的关键因素 [4]。理想的汲取液应具有高的渗透 压、能方便地与水分离、可以循环利用、无毒、高的稳定性等特点。汲取液主要有两个类型:无机汲取液和有机汲取液。无机汲取液主要为 NH4HCO3。NH4HCO3在水中具有高的溶解度,可产生较高的渗透压, 获得较高的产水率。将稀释后的汲取液加热到 60℃,碳酸氢铵分解为 氨气和二氧化碳气体,采用蒸馏等方法从水产品中分离出来,然后再将 其重新溶解于水中得到铵盐汲取液,使其循环利用。在使用 NH4HCO3 作汲取液时,常常发生 NH4HCO3 溶解不完全,NH4HCO3 发生分解, 造成稳定性问题;而且在回收再生时很难做到 NH3 从产品水中全部去 除,可能会导致产品水中氨含量超过 2 mg/L。有机汲取液通常有 2- 甲 基咪唑类化合物、聚丙烯酸钠(PAA-Na)等聚合物。聚合物电解质溶液作为正渗透的汲取液具有高水通量、最低反向通量及易再生等优势。 

DTRO 碟管式反渗透是反渗透的一种形式,是一种独特的膜分离 设备。碟管式膜组件采用开放式流道,膜组件两导流盘直接距离为 4mm,盘片表面有一定方式排列的凸点。这种特殊的力学设计使处理液 在压力作用下流经滤膜表面遇凸点碰撞时形成湍流,增加透过速率和自清洗功能,从而有效的避免了膜堵塞和浓差极化现象,成功地延长了膜片的使用寿命;清洗时也容易将膜片上的积垢洗净,保证碟管式膜组适 用于处理高浑浊度和高含沙系数的废水,适应恶劣的进水条件;是一种 应用于液体脱盐及净化的新型膜分离组件,其耐高压、抗污染特点十分 明显 , 在高浊度、高 SDI 值、高盐分、高 COD 的情况下,也能有效稳 定运行 , 是专门针对高浓度料液的过滤分离而开发的。 

纳滤膜具有反渗透膜的性质,也是以压力差为推动力,介于反渗透和超滤之间的截留水中纳米级颗粒物的一种膜分离技术,或称选择性反渗透膜或松散反渗透膜。对单价阴离子盐溶液的脱除率低于高价阴离 子盐溶液,如对氯化钠及氯化钙的脱除率为 20% ~ 80%,而硫酸镁及 硫酸钠的脱除率为 90% ~ 98%,NF 一般作为高回收率 RO 单元的预处 理 , 扫除了高盐废水 RO 膜污染因素和结垢因素,纳滤去除和高倍率浓 缩 COD 及其他有机污染物 , 易于形成结垢的二价阴离子和阳离子 无机盐的分级 ( 主要是硫酸盐和其他一价盐的分级截留 ) 实现了预脱盐 , 可 降低后续 RO 系统的 TDS 负荷。 

上述各类膜在零排放系统中均不是独立运行,需要结合水质条件组 合或串联运行。 

3.2 热法浓缩技术论述 

热法蒸发技术是用加热的方法使溶液中的一部分溶剂汽化,从而提高溶液的浓度,或使溶液浓缩饱和而析出溶质的过程。加热蒸发用于废水处理的目的就是加热废水,使水分大量汽化,将废水浓缩减量或使其 溶质结晶析出,蒸发后的冷凝水回用。蒸发减量技术主要有蒸发塘、烟道雾化蒸发、多效强制循环蒸发系统(MED)、蒸汽机械再压缩蒸发 (MVR)、低温常压蒸发技术(NED)等。 

蒸发塘是利用自然蒸发的原理将高盐废水中的水分蒸发,使盐份浓 度达到饱和而结晶析出的一种技术。蒸发塘池底设置防渗系统,以防止 对地下水的影响。自然蒸发具有处置成本低、运营维护简单、使用寿命长、抗冲击负荷好、运营稳定等优点。但蒸发塘的缺点是需要较大的占 地面积且场地需要平整,风速、日照时间均需要有一定要求,在北方寒冷地区还需考虑防冻措施,地下水的防渗防污染也是必须考虑的条件, 鉴于这些缺点,蒸发塘的应用受到了限制。 

烟道雾化蒸发技术将末端废水通过雾化喷嘴进行雾化,喷入电厂烟 道内,利用烟道内高温烟气将雾化后的废水颗粒蒸干,形成固体颗粒并 在除尘器中被吸附除去,达到脱硫废水零排放的目的。末端废水烟道雾化蒸发技术根据实际情况的不同,可以有多种实施方式,如在除尘器入 口前烟道雾化喷射废水、在空预器入口前烟道雾化喷射废水、引部分烟 气至蒸发器作为热源蒸发废水等。烟道雾化蒸发处理工艺需根据烟气流 量、烟气温度等参数来计算确定烟道的蒸发容量,并根据雾化喷射装置 的性能试验数据,结合烟道内流场变化特点,优化布置雾化喷射装置。 

多效强制循环蒸发(MED)是在单效蒸发的基础上发展起来的蒸发技术,其特征是将一系列的水平管或垂直管与膜蒸发器串联起来,并被分为若干效组,用一定量的蒸汽通过多次的蒸发和冷凝从而得到多倍 于加热蒸汽量的淡化过程。多效蒸发中效数的排序是以生蒸汽进入的那 一效作为第一效,第一效出来的二次蒸汽作为加热蒸汽进入第二效…… 依此类推。多效蒸发技术是将蒸汽热能进行循环并多次重复用,以减少热能消耗,降低运行成本。在多效蒸发工艺中,为了保证加热蒸气在每 一效的传热推动力,各效的操作压力必须依次降低,由此使得各效的蒸 汽沸点和二次蒸汽压强依次降低。末端废水在多个串联的蒸发器中的加 热蒸气的作用下逐渐蒸发,利用前一效蒸发产生的二次蒸汽,作为后一 效蒸发器热源。由于后一效废水沸点温度和压力比前一效低,效与效之 间的热能再生利用可以重复多次。由于加热蒸汽温度随着效数逐渐降低, 多效蒸发器一般只做到四效,四效后蒸发效果就很差。

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