陶逢春 ，王成立，霍書浩

(1.國核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100094；2.河南省電力勘測設(shè)計(jì)院，河南 鄭州 450007)

1 概述

由于水資源的匱乏，再生水及礦井排水已成為北方電廠的主要水源。石灰軟化處理系統(tǒng)不產(chǎn)生廢水二次污染環(huán)境、適應(yīng)能力強(qiáng)，同時(shí)高純度熟石灰粉的來源在國內(nèi)已得到解決，使石灰軟化系統(tǒng)在使用再生水、礦井排水或較高暫硬水源電廠的循環(huán)水處理中得以廣泛應(yīng)用。但石灰軟化系統(tǒng)會產(chǎn)生大量排泥，通常處理這些排泥方法是先將這些排泥進(jìn)行濃縮，再用脫水機(jī)將其脫水形成泥餅，由汽車外運(yùn)至電廠貯灰場貯存。這樣的處理方法，投資大，運(yùn)行費(fèi)高。如果能對這些排泥加以回收利用，就可達(dá)到廢物再利用、減少初投資、降低運(yùn)行費(fèi)用和節(jié)能減排的目的，符合國家可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。

2 電廠石灰軟化系統(tǒng)和脫硫系統(tǒng)使用的原料和藥劑

2.1 石灰軟化系統(tǒng)使用的藥劑

(1)熟石灰粉[Ca(OH)2]，一般要求純度≥85%。

(2)聚合鐵，通常使用聚合鐵含量為10%的液體。

2.2 燃煤電廠脫硫系統(tǒng)使用的脫硫劑

石灰石[CaCO3]或MgO的水溶液[Mg(OH)2]。一般要求純度≥90%。

3 石灰軟化系統(tǒng)排泥作為脫硫劑的可行性的分析

由于脫硫系統(tǒng)使用的原料為石灰石或氧化鎂的水溶液[Mg(OH)2]，如果石灰軟化系統(tǒng)的排泥主要成分與脫硫原料相同，且排泥中所含脫硫成分比例滿足脫硫系統(tǒng)對脫硫劑純度的要求，那么，將石灰軟化系統(tǒng)的排泥用作電廠脫硫系統(tǒng)的脫硫劑，就是一種一勞永逸的處理石灰軟化處理系統(tǒng)附屬產(chǎn)物的有效方法，從而達(dá)到簡化系統(tǒng)、節(jié)約投資、節(jié)能減排的目的。

3.1 排泥成分分析

石灰軟化處理有兩種控制方式，即氫氧根規(guī)范(加入過量的Ca(OH)2)和碳酸氫根規(guī)范，實(shí)踐證明，石灰軟化處理系統(tǒng)只有采用氫氧根規(guī)范，生成Mg(OH)2沉淀，才能保證澄清池出水是清澈的。所以，在電廠循環(huán)水的石灰軟化過程中，一般均采用氫氧根規(guī)范，即向被澄清池中加入過量的Ca(OH)2，使澄清池的出水中含有約0.1～0.2mmol/L OH-，此時(shí)澄清池出水pH值約為10.3～10.5。采用氫氧根運(yùn)行控制方式，可使出水中殘余堿度降至0.5～1.0mmol/L。

在氫氧根規(guī)范的石灰軟化處理過程中，加入的Ca(OH)2將與水中的CO2反應(yīng)生成CaCO3沉淀；與碳酸鹽硬度反應(yīng)，生成CaCO3和Mg(OH)2沉淀；與永硬部分的鎂反應(yīng)生成Mg(OH)2沉淀；與加入的混凝劑(聚合鐵)反應(yīng)，生成Fe(OH)3沉淀，化學(xué)反應(yīng)式如下：

由反應(yīng)式可以看出，每除去原水中1份鈣的暫硬將產(chǎn)生2份CaCO3沉淀，每除去1份鎂的暫硬，將產(chǎn)生2份CaCO3和1份Mg(OH)2沉淀，每除去1份鎂的永硬，將產(chǎn)生1份Mg(OH)2沉淀，同時(shí)所加的混凝劑聚合鐵液將生成Fe(OH)3沉淀。考慮到原水中含有懸浮物及在軟化過程中所加熟石灰中含有的雜質(zhì)，所以，石灰軟化系統(tǒng)的排泥主要成分如下：

(1)軟化反應(yīng)過程中生成的CaCO3。

(2)軟化反應(yīng)過程中生成的Mg(OH)2。

(3)熟石灰中含有的雜質(zhì)，該雜質(zhì)主要為未煅燒透徹的石灰石CaCO3。

(4)軟化反應(yīng)過程中生成的Fe(OH)3。

(5)原水帶進(jìn)來的懸浮物。

其中(1)、(2)、(3)項(xiàng)均為脫硫劑。

3.2 石灰軟化系統(tǒng)排泥作為脫硫劑時(shí)對原水水質(zhì)的要求

3.2.1 石灰軟化系統(tǒng)熟石灰的加藥量

根據(jù)石灰軟化反應(yīng)式可得：

式中：DSH為石灰用量(mmol/L)；DN為混凝劑加藥量(mmol/L)；當(dāng)原水中堿度小于[Ca2+]+DN時(shí)需要加上，當(dāng)原水中堿度大于[Ca2+]+DN時(shí)不需要加上；α為過剩石灰量，一般取0.2mmol/L。

3.2.2 澄清池排泥量

根據(jù)石灰軟化反應(yīng)式及排泥組成可得：

簡化為：

式中：DPN為排泥量(mg/L)；100{[CO2]+2[HCO3-]}為原水中的堿度與Ca(OH)2反應(yīng)生成的CaCO3量，為脫硫劑；13.32DSH為投加純度為85%的熟石灰所帶進(jìn)來的雜質(zhì)(CaCO3)量(mg/L)，為脫硫劑；58[Mg2+]為原水中鎂與Ca(OH)2反應(yīng)生成的Mg(OH)2量，為脫硫劑；107DN為加入混凝劑聚合鐵所生成的Fe(OH)3沉淀物量，一般情況下，聚合鐵的加藥量(以Fe3+計(jì))為5～10mg/L，那么生成的Fe(OH)3約為9.6～19.11mg/L(采用19.11mg/L)；n為原水懸浮物含量(mg/L)。

由于水中[CO2]所占的堿度比例很小，那么：

3.2.3 排泥作為脫硫劑時(shí)對原水堿度的要求

由公式(7)可以得出排泥中脫硫劑的百分比含量(P)為：

由于電廠石灰石法脫硫所使用的脫硫劑要求純度≥90%，所以要使石灰軟化過程所產(chǎn)生的排泥可用作脫硫劑，公式(8)中的P值必須≥90%，即：

可得：

由公式(10)可以判斷DSH＞{[CO2]+[HCO3-]}(原水中的總堿度)，那么由公式(10)可得并只要200[HCO3-]+13.32 [HCO3-]≥(172+9n)，排泥中P≥90%將可得到滿足，亦即原水中的堿度要滿足下式：

由式(11)可知，要使石灰處理系統(tǒng)的排泥符合脫硫劑標(biāo)準(zhǔn)要求，對原水中的堿度要求值將隨原水中懸浮物含量的增加而增加。

當(dāng)原水為再生水時(shí)，由于所采用的再生水水質(zhì)至少符合GB18918-2002中的二級標(biāo)準(zhǔn)，所以公式(11)中n值可取30mg/L。那么只要再生水中[HCO3-]≥2.07mmol/L ，其石灰處理系統(tǒng)的排泥即可作為脫硫劑使用，考慮到再生水中含有一定量的Mg2+和CO2，再生水中的[HCO3-]可修正為＞2mmol/L。

3.3 結(jié)論

綜上所述，石灰軟化處理系統(tǒng)排泥中的主要成分為脫硫原料CaCO3和Mg(OH)2，當(dāng)原水中的堿度和懸浮物含量滿足公式(7)時(shí)，石灰軟化處理所產(chǎn)生排泥中的脫硫劑含量將滿足電廠脫硫系統(tǒng)對脫硫劑品質(zhì)(≥90%)的要求，完全可以用作燃煤電廠的脫硫原料。對于利用再生水作為水源的電廠來說，只要再生水中的堿度＞2mmol/L，其石灰軟化處理系統(tǒng)的排泥即可用作電廠濕法脫硫系統(tǒng)的脫硫劑。

4 排泥再利用的經(jīng)濟(jì)效益分析

當(dāng)石灰軟化系統(tǒng)排泥中不回收利用時(shí)，泥漿處理系統(tǒng)為排泥→濃縮池→脫水機(jī)→泥餅→汽車運(yùn)至灰場貯存；而將排泥回收用作脫硫原料時(shí)，泥漿處理系統(tǒng)可簡化為排泥→濃縮池→泥漿泵→脫硫系統(tǒng)的石灰石制漿系統(tǒng)。

下面為河南省某2×600MW機(jī)組(年利用小時(shí)數(shù)按5500h計(jì))經(jīng)改造使用該技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益(系統(tǒng)已運(yùn)行近4年)。

經(jīng)濟(jì)效益：可節(jié)省初投資約500萬元(脫水機(jī)、加藥系統(tǒng)、泥餅輸送及貯存系統(tǒng)、建筑安裝費(fèi)用等)；減少運(yùn)行費(fèi)用(排渣脫水系統(tǒng)電費(fèi)、藥劑費(fèi)、設(shè)備折舊費(fèi)等、脫硫系統(tǒng)原料購置及運(yùn)輸費(fèi)、電費(fèi)、水費(fèi)等、環(huán)保排放收費(fèi)等)約260萬元/年。

環(huán)境效益：少向自然環(huán)境排渣(含水率70%)約5.28萬t/年、少利用自然環(huán)境中的石灰石約1.58萬t/年、節(jié)約脫硫制漿系統(tǒng)用水約38.02萬t/年，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

5 應(yīng)注意的問題

值得注意的是，實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，石灰軟化系統(tǒng)使用的助凝劑(聚丙烯酰氨)會嚴(yán)重影響脫硫劑的脫硫效果，如果要使用石灰軟化系統(tǒng)的排泥作為脫硫劑，那么在石灰軟化處理過程中應(yīng)慎用聚丙烯酰胺助凝劑。

[1]許保玖.給水處理理論[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.

[2]德格雷蒙公司[法].水處理手冊[K].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1990.

[3]田斌.濕法脫硫技術(shù)問題及脫硫效率探討[J].電力環(huán)境保護(hù)，2008，(5).

[4]袁鋼.氧化鎂煙氣脫硫反應(yīng)特性研究[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)， 2010，4(5).

[5]武漢水利電力學(xué)院電廠化學(xué)教研室.熱力發(fā)電廠水處理[M].北京：中國電力出版社，1975.

[6]武文江.石灰石石膏濕法:煙氣脫硫技術(shù)[M].北京：水利電力出版社，2006.