劉興傳

(山西潞光發(fā)電有限公司，山西 長(zhǎng)治 046699)

0 引言

我國(guó)是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國(guó)家，人均水資源量只有2 300 m3，僅為世界平均水平的1/4，是全球人均水資源最貧乏的國(guó)家之一。然而，我國(guó)又是世界上用水量最多的國(guó)家，僅2002年，全國(guó)淡水取用量就達(dá)到5 497億m3，約占全世界年淡水取用量的13%，約為美國(guó)1995年淡水供應(yīng)量4 700億m3的1.2倍[1]。

我國(guó)有300多個(gè)城市屬于聯(lián)合國(guó)人居署評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中的“嚴(yán)重缺水”和“缺水”城市；截至2013年，尚有1.1億農(nóng)村居民和1 535萬(wàn)農(nóng)村學(xué)校師生存在飲水安全問(wèn)題[2]。水，已經(jīng)影響到了人們的生存和發(fā)展，所以，如何節(jié)約用水，實(shí)現(xiàn)水的重復(fù)利用，顯得越來(lái)越重要。根據(jù)綠色和平組織公布的報(bào)告，燃煤發(fā)電造成大量的水資源損耗，每年全球燃煤產(chǎn)業(yè)的用水量，足以滿足10億人的用水需求[3]。

隨著國(guó)家“水十條”的出臺(tái)，對(duì)火電廠而言，如何實(shí)現(xiàn)水的重復(fù)利用，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)廢水零排放，就顯得尤為重要。采用敞開式循環(huán)水冷卻系統(tǒng)的火電廠既是用水大戶又是排水大戶，其循環(huán)水排污水量占排水總量的70%～80%，因此，對(duì)循環(huán)水排污水進(jìn)行重復(fù)利用就成為火電廠節(jié)水的重點(diǎn)。

某電廠安裝6臺(tái)350 MW燃煤發(fā)電機(jī)組，采用敞開式循環(huán)水冷卻方式，每年新鮮水用量約為2 200萬(wàn)m3，排水量約為400萬(wàn)m3。該廠煙氣脫硫采用石灰石/石膏濕法脫硫工藝，每年脫硫用水量約為230萬(wàn)m3。如果能將循環(huán)水排污水用于脫硫，不但可節(jié)約用水而且可以減少?gòu)U水排放。該電廠人員通過(guò)試驗(yàn)，成功地將循環(huán)水排污水用于脫硫生產(chǎn)，解決了這一問(wèn)題。

1 脫硫用水情況

石灰石/石膏濕法煙氣脫硫(FGD)工藝是將石灰石磨成粉，再配成漿液，噴入脫硫吸收塔中與煙氣中的二氧化硫反應(yīng)，最終生成石膏。該工藝具有運(yùn)行穩(wěn)定、脫硫效率高的優(yōu)點(diǎn)，但用水量很大。濕法脫硫系統(tǒng)用水大體可分為4類：石灰石制漿用水、設(shè)備沖洗水、運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備冷卻水和廢水處理系統(tǒng)用水。該電廠每臺(tái)機(jī)組脫硫用水量為50～60 t/h，平均為55 t/h。

1.1 石灰石制漿系統(tǒng)用水

該電廠采用濕式球磨機(jī)自磨石灰石粉，將石灰石粉制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%～35%的漿液。制漿用水量占脫硫用水總量的20%～35%。

1.2 設(shè)備沖洗水

設(shè)備沖洗水主要是除霧器沖洗水和真空皮帶機(jī)沖洗水，也有臨時(shí)性沖洗水，如漿液輸送設(shè)備及管道的沖洗水等。

1.2.1 除霧器沖洗水

脫硫除霧器安裝在吸收塔頂部，其作用是除去脫硫后的塵霧及液滴，截留下來(lái)的灰塵、石膏顆粒和鹽分會(huì)黏附在除霧器上，為保證除霧器長(zhǎng)期高效運(yùn)行，必須及時(shí)對(duì)其進(jìn)行沖洗。沖洗水會(huì)落入吸收塔中，同時(shí)起到調(diào)節(jié)漿液密度和吸收塔水位的作用。這部分水用量較多，占脫硫用水總量的55%～65%。

1.2.2 真空皮帶機(jī)沖洗水

為保持石膏濾布的清潔和減少石膏細(xì)灰雜質(zhì)及可溶性鹽類含量，在石膏脫水過(guò)程中，需對(duì)濾餅和濾布進(jìn)行連續(xù)沖洗，沖洗水量占脫硫用水總量的10%～15%，但大部分會(huì)返回吸收塔重復(fù)使用，補(bǔ)充水量占脫硫用水總量的1%左右。

1.3 轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備冷卻用水

增壓風(fēng)機(jī)、漿液循環(huán)泵及其他泵運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)發(fā)熱，需進(jìn)行冷卻。這部分水量較少，占脫硫用水量的2%～4%。這部分水匯入吸收塔，幾乎無(wú)損耗。

1.4 廢水處理系統(tǒng)用水

脫硫系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生廢水，處理廢水時(shí)需加入化學(xué)藥劑。配制藥劑時(shí)需消耗一部分水，這部分水占不到1%的脫硫用水量。

2 脫硫用水水質(zhì)要求

國(guó)標(biāo)和行業(yè)規(guī)范中均未對(duì)脫硫用水作出專門規(guī)定，現(xiàn)對(duì)各類用水分別說(shuō)明。

2.1 制漿用水

因漿液最終會(huì)進(jìn)入脫硫吸收塔中，所以，制漿水水質(zhì)要綜合考慮二氧化硫吸收、石膏氧化反應(yīng)、設(shè)備防腐等的要求。

2.1.1 氯離子

氯離子質(zhì)量濃度過(guò)高會(huì)引起金屬部件的點(diǎn)蝕，所以，一般要求吸收塔內(nèi)氯離子質(zhì)量濃度控制在20 000 mg/L以內(nèi)。對(duì)于制漿用水，應(yīng)盡量控制氯離子質(zhì)量濃度，以避免因氯離子質(zhì)量濃度升高而被迫加大脫硫廢水排放。

2.1.2 有機(jī)物(COD)

有機(jī)物含量過(guò)高時(shí)，運(yùn)行過(guò)程中吸收塔上部會(huì)發(fā)生起泡現(xiàn)象。如某電廠工藝水COD達(dá)到40 mg/L時(shí)，吸收塔產(chǎn)生大量氣泡，不得不通過(guò)添加消泡劑來(lái)抑制氣泡的生成。此外，也有實(shí)驗(yàn)證實(shí)，大多數(shù)有機(jī)物對(duì)于亞硫酸鈣的氧化有抑制作用。綜合考慮，制漿用水COD控制在30 mg/L以下是很有必要的。

2.1.3 懸浮固形物

懸浮固形物會(huì)覆蓋在石灰石表面，影響二氧化硫吸收反應(yīng)，降低脫硫效率，所以將工藝水中懸浮固形物質(zhì)量濃度控制在一定范圍內(nèi)也是很有必要的，但脫硫的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范中均未見到此控制值。該電廠多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：懸浮固形物質(zhì)量濃度控制在200 mg/L以內(nèi)，對(duì)脫硫運(yùn)行無(wú)明顯不良影響。

2.1.4 油類

與一般有機(jī)物對(duì)亞硫酸鈣的氧化抑制作用相比，油類物質(zhì)對(duì)亞硫酸鈣的氧化抑制作用則快速得多，油類物質(zhì)進(jìn)入吸收塔會(huì)使?jié){液品質(zhì)迅速變差，所以必須將工藝水中的油類物質(zhì)質(zhì)量濃度控制在一定范圍內(nèi)。該廠多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：油類物質(zhì)質(zhì)量濃度控制在5 mg/L以內(nèi)，對(duì)脫硫運(yùn)行無(wú)不良影響。

2.1.5 有機(jī)膦

有機(jī)膦水處理劑對(duì)亞硫酸鈣的氧化也有一定程度的抑制作用，但當(dāng)有機(jī)膦質(zhì)量濃度控制在5 mg/L以下時(shí)，其對(duì)亞硫酸鈣的氧化作用影響不明顯。

2.2 除霧器沖洗水

濕法脫硫系統(tǒng)中，對(duì)于除霧器沖洗水的水質(zhì)，既要防止除霧器沖洗水噴嘴因工藝水中的懸浮物雜質(zhì)含量過(guò)高而引起堵塞，也要防止因硬度離子含量過(guò)高而引起噴嘴結(jié)垢現(xiàn)象。JB/T 10989—2010《濕法煙氣脫硫裝置專用設(shè)備 除霧器》中建議的沖洗水水質(zhì)要求為[4]：pH值，7～8；Ca2+質(zhì)量濃度，≤200 mg/L； SO42-質(zhì)量濃度，≤400 mg/L；SO32-質(zhì)量濃度，≤10 mg/L；總懸浮固形物質(zhì)量濃度，<1 000 mg/L?？梢姡F器沖洗水對(duì)水質(zhì)要求不高，一般的工業(yè)水可滿足要求。

2.3 轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備冷卻水

為盡可能減緩轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備冷卻系統(tǒng)的結(jié)垢、腐蝕、堵塞，對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備冷卻用水水質(zhì)提出了相對(duì)較高的要求，根據(jù)DL 5000—2000《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備冷卻水水質(zhì)應(yīng)符合以下要求[5]：pH值，6.5～9.5；硬度(以CaCO3計(jì))，≤250 mg/L；總懸浮固形物質(zhì)量濃度，<50 mg/L(300 MW以上機(jī)組)，<100 mg/L(其他機(jī)組)。

3 循環(huán)水排污水水質(zhì)

該電廠循環(huán)水采用加硫酸、加阻垢劑處理工藝，地表水作補(bǔ)充水，濃縮倍率控制在4～5。循環(huán)水排污水水質(zhì)見表1。常用朗格利爾飽和指數(shù)(L.S.I)來(lái)判斷水質(zhì)結(jié)垢情況：L.S.I>0，結(jié)垢；L.S.I=0，不結(jié)垢不腐蝕；L.S.I<0，腐蝕。

表1 該電廠循環(huán)水排污水水水質(zhì)

經(jīng)計(jì)算，該排污水的L.S.I為1.83～2.18，屬結(jié)垢型水。朗格利爾指數(shù)沒(méi)有考慮水中懸浮雜質(zhì)和腐蝕產(chǎn)物對(duì)結(jié)晶的誘導(dǎo)作用，也沒(méi)有考慮阻垢劑對(duì)結(jié)晶成長(zhǎng)的阻礙和分散作用，由于水質(zhì)自身和外界條件變化往往要產(chǎn)生平衡穩(wěn)定點(diǎn)的漂移，所以該指數(shù)的應(yīng)用具有局限性，只能作為判斷水質(zhì)的參考，但該指數(shù)仍不愧為指數(shù)判定法中具有權(quán)威性的基本方法[6]。

4 循環(huán)水排水用作脫硫工藝水

經(jīng)分析，該電廠人員認(rèn)為：循環(huán)水排污水水質(zhì)基本可滿足制漿用水和廢水處理用水水質(zhì)要求；用作沖洗水和冷卻用水雖然存在結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)，但因循環(huán)水中加有緩蝕阻垢劑且在流動(dòng)的狀態(tài)下，不易成垢。首先在一臺(tái)機(jī)組進(jìn)行試驗(yàn)，運(yùn)行3個(gè)月后，發(fā)現(xiàn)無(wú)不良影響，隨后在全廠推廣應(yīng)用，效果良好。

循環(huán)水排污水作為脫硫工藝水時(shí)，水中的碳酸鹽硬度會(huì)參與二氧化硫吸收反應(yīng)，在節(jié)水的同時(shí)還可節(jié)約石灰石用量；但循環(huán)水排污水作為除霧器沖洗水和轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備冷卻水存在結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，需在機(jī)組停運(yùn)時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查。

5 經(jīng)濟(jì)性分析

將循環(huán)水排水用作脫硫工藝水需增加管道、閥門及施工費(fèi)用，但可節(jié)約水費(fèi)、排污費(fèi)等。每年可節(jié)約新鮮水230萬(wàn)m3，節(jié)約水費(fèi)和電費(fèi)共計(jì)390萬(wàn)元；每年減少排水230萬(wàn)m3，減少排污費(fèi)15萬(wàn)元；每年少用碳酸鈣810 t(相當(dāng)于石灰石900 t)，減少石灰石購(gòu)置費(fèi)5.5萬(wàn)元；減少磨煤機(jī)及循環(huán)泵電費(fèi)、維護(hù)費(fèi)共計(jì)1萬(wàn)元；增加管道、閥門及施工費(fèi)用總計(jì)10萬(wàn)元：該電廠用循環(huán)水排水作為脫硫工藝水后，需增加投資10萬(wàn)元，但每年可節(jié)約費(fèi)用約411萬(wàn)元。

6 結(jié)束語(yǔ)

循環(huán)水排污水用作濕法脫硫工藝用水，既節(jié)約水資源又減少排污，經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益顯著，但因循環(huán)水排污水含鹽量和硬度均較高，用作除霧器沖洗水和轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備冷卻水時(shí)需注意結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)。

[1]中國(guó)水資源[EB/OL].[2017-12-13]. https://baike.baidu.com/item/中國(guó)水資源/4326130?fr=Aladdin.

[2]世界水日：中國(guó)到底有多缺水？世界水資源現(xiàn)狀嚴(yán)峻嗎？[EB/OL].(2015-03-22)[2017-12-13].http://www.askci.com/travel/2015/03/22/114812offl.shtml.

[3]全球燃煤電廠每年的用水量,足以供應(yīng)10億人需求[N].科技新報(bào)，2016-04-02.

[4]濕法煙氣脫硫裝置專用設(shè)備 除霧器：JB/T 10989—2010[S].

[5]火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程：DL 5000—2000[S].

[6]金棟,崔小明,龐如振. 我國(guó)石化行業(yè)循環(huán)冷卻水處理技術(shù)現(xiàn)狀[C]//中國(guó)化工學(xué)會(huì)工業(yè)水處理專業(yè)委員會(huì).水處理技術(shù)研討會(huì)論文集，1999：41.