邢滿江,葛曉紅2,孫宏建,王寶亮,龔東瑞,王闊賓,王德強(qiáng)

(1.建投承德熱電有限責(zé)任公司,承德 067000；2.中鋼集團(tuán)邢臺(tái)機(jī)械軋輥有限公司,邢臺(tái) 054000)

0 引 言

相對(duì)于環(huán)境保護(hù)需要和水資源的匱乏而言，資源的節(jié)約和再利用一直是現(xiàn)代科學(xué)和工業(yè)亟待解決的問(wèn)題，對(duì)于發(fā)電生產(chǎn)企業(yè)而言資源的有效綜合利用一直都是困擾當(dāng)下的問(wèn)題。文中以某超臨界熱電聯(lián)產(chǎn)電廠再生水系統(tǒng)綜合再利用為例進(jìn)行研究，對(duì)比提出相應(yīng)優(yōu)化技術(shù)方案，以提高發(fā)電企業(yè)資源綜合再利用效率，降低發(fā)電企業(yè)污染物排放。

再生水系統(tǒng)綜合再利用分為兩部分：一項(xiàng)為濕冷機(jī)組循環(huán)水排污水的回收利用，一部分為再生水處理系統(tǒng)泥漿池內(nèi)泥漿不經(jīng)脫水直接供應(yīng)機(jī)組脫硫系統(tǒng)作為脫硫反應(yīng)漿液參與煙氣脫硫。

1 實(shí)施背景

1.1 再生水系統(tǒng)

再生水深度處理系統(tǒng)采用石灰混凝澄清過(guò)濾處理工藝，處理能力為2×900 m3/h(澄清池凈出力)。系統(tǒng)出水水質(zhì)滿足以下要求：

(1)澄清池出水水質(zhì)：

出水堿度≯1 mmol/L；暫時(shí)硬度≯1 mmol/L；pH：7.8～9.2；SS：≤5 mg/L

(2)濾池出水水質(zhì)：

出水堿度0.4～0.6 mmol/L；pH：6.5～9.0；SS：≤1 mg/L；游離余氯：末端0.1～0.2 mg/L

(3)再生水深度處理對(duì)其它污染物去除率，見(jiàn)表1。

表1 再生水深度處理其它污染物去除率(%)

(4)再生水深度處理系統(tǒng)主要工藝流程

1.2 脫硫處理工藝系統(tǒng)

脫硫工藝采用濕式石灰石—石膏法。脫硫效率按不小于98.8%設(shè)計(jì)，不設(shè)置煙氣換熱器GGH。鍋爐煙氣經(jīng)除塵器收塵后，通過(guò)引風(fēng)機(jī)進(jìn)入吸收塔。在吸收塔內(nèi)煙氣向上流動(dòng)且被向下流動(dòng)的漿液以逆流方式洗滌，洗滌除去SO2、SO3、HF、HCl等酸性組分。

(5)污泥濃縮及脫水系統(tǒng)

石灰石漿液制備系統(tǒng)制成的新鮮石灰石漿液通過(guò)石灰石漿液泵送入吸收塔漿液池內(nèi)，與漿液池中已經(jīng)生成的石膏漿液混合。漿液通過(guò)漿液循環(huán)泵向上輸送到噴淋層中，通過(guò)噴嘴進(jìn)行霧化形成霧沫液滴，與煙氣在塔內(nèi)形成高效的氣液傳質(zhì)。

在吸收塔底部區(qū)域，氧化風(fēng)機(jī)供給的空氣與洗滌產(chǎn)物在攪拌器的協(xié)助下進(jìn)一步反應(yīng)生成石膏(CaSO4·2H2O),這部分石膏漿液通過(guò)石膏漿液排出泵排出，進(jìn)入石膏脫水系統(tǒng)。脫水系統(tǒng)主要包括石膏水力旋流器(初級(jí)脫水設(shè)備)、漿液分配器和真空皮帶脫水機(jī)(終級(jí)脫水設(shè)備)。

2 再生水系統(tǒng)綜合利用優(yōu)化

2.1 再生水系統(tǒng)循環(huán)水回用

再生水處理完成后補(bǔ)至循環(huán)水，循環(huán)水濃縮倍率控制在3.5左右，循環(huán)水定期排污改為間斷性連續(xù)排污，排污水通過(guò)管道返回再生水處理系統(tǒng)入口生水池，與新水混合后重新進(jìn)行處理，處理工藝流程如下：

第一種情況：當(dāng)循環(huán)水堿度、pH、濁度都高時(shí)，將循環(huán)水回用至運(yùn)行或備用機(jī)械加速澄清池內(nèi)，采用石灰混凝、澄清和過(guò)濾及推流式氯接觸溝內(nèi)加硫酸的工藝，降低循環(huán)水堿度、pH、濁度。

第二種情況：當(dāng)循環(huán)水單純pH值超標(biāo)時(shí)，將循環(huán)水回用至備用澄清器內(nèi)，此時(shí)機(jī)械加速澄清池不加石灰，只采用在推流式氯接觸溝內(nèi)加硫酸的工藝，保持出水pH在7左右，達(dá)到降低循環(huán)水pH和濁度的目的。

第三種情況：當(dāng)循環(huán)水單純濁度超標(biāo)時(shí)，將循環(huán)水回用至備用澄清器內(nèi)，此時(shí)機(jī)械加速澄清池不加石灰，只起到澄清作用，采用澄清和過(guò)濾的工藝進(jìn)行處理后達(dá)到了降低循環(huán)水濁度的目的。

2.2 再生水泥漿再利用于脫硫漿液

對(duì)再生水處理站機(jī)械加速澄清池排出泥漿進(jìn)行再利用，即把再生水處理站泥漿池內(nèi)漿液利用泥漿輸送泵、閉式管道路由等送至脫硫區(qū)域漿液地坑和脫硫用漿液箱內(nèi)并利用脫硫系統(tǒng)設(shè)備送至脫硫塔進(jìn)行煙氣脫硫使用。項(xiàng)目主要建造項(xiàng)目：泥漿輸送泵(一運(yùn)一備)、管道(一運(yùn)一備)以及相應(yīng)閥門及操作系統(tǒng)等。工藝流程如下：

(1)技術(shù)措施

此系統(tǒng)設(shè)計(jì)雙向沖洗及調(diào)節(jié)回流措施，管道設(shè)計(jì)采用一運(yùn)一備設(shè)計(jì)安裝，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件情況泥漿泵組站設(shè)計(jì)為氣動(dòng)大閘閥及回流氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥等，官網(wǎng)設(shè)計(jì)沖洗檢查井等；脫硫區(qū)域設(shè)計(jì)安裝沖洗水裝置及電動(dòng)調(diào)整閥控制流量等。

(2)反應(yīng)機(jī)理優(yōu)化

脫硫系統(tǒng)原采用石灰石漿液作為濕法脫硫系統(tǒng)脫硫吸收劑，主要成分為CaCO3，而再生水處理站泥漿主要成分亦為CaCO3，主要化學(xué)成分見(jiàn)表2。

①再生水泥漿化驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

表2 再生水泥漿數(shù)據(jù)

②在脫硫吸收塔中主要有如下反應(yīng)：

SO2的吸收過(guò)程：

SO2+H2O→H2SO3

反應(yīng)產(chǎn)物的氧化：

2Ca(HSO3)2+O2→CaSO4+2H2O

2CaSO3+O2→2CaSO4

結(jié)晶生成石膏：

CaSO4+2H2O→CaSO4·2H2O

(3)再生水泥漿用作脫硫劑分析

①再生水泥漿化驗(yàn)結(jié)果表明，雜質(zhì)超標(biāo)，將弱化CaCO3的溶解和電離降低石灰石活性，使用過(guò)程中需降低MgO含量。

②化驗(yàn)CaO含量為48.01%，如果泥漿為95%CaCO3，CaO含量應(yīng)大于53%，因此，脫硫用再生水泥漿每天加入量應(yīng)控制在單臺(tái)爐脫硫漿液用量的5%～8%之間使用，否則將引起脫硫系統(tǒng)脫硫效率降低。

③再生水泥漿不會(huì)影響脫硫吸收漿液pH值、碳酸鈣含量、CaSO4·2H2O等產(chǎn)生明顯影響，Cl-含量略偏高些，但不影響正常運(yùn)行。

④再生水泥漿不會(huì)對(duì)石膏外觀、含量以及品質(zhì)產(chǎn)生明顯影響。

⑤再生水泥漿加入會(huì)導(dǎo)致吸收塔漿液發(fā)生起泡現(xiàn)象，可通過(guò)在漿液內(nèi)增加消泡劑或采用再生水機(jī)械加速澄清池內(nèi)減少或停止加入聚合硫酸鐵等助凝劑類藥品消除起泡現(xiàn)象。

⑥承德熱電2×350 MW煙氣脫硫，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)石灰石中CaCO3含量要求高于90%，成含固量25%～30%的石灰石漿液、石灰石漿液的濃度控制在20%～30%(Wt)之間。再生水系統(tǒng)處理后的泥漿排至石灰石漿液箱，因采用一定混合比例混入，且泥漿密度滿足1.05左右為宜。

(4)泥漿脫硫反應(yīng)影響分析

①雜質(zhì)的影響：石灰石中的雜質(zhì)(Mg，Al等)對(duì)石灰石的溶解起阻礙作用，一方面它們會(huì)在石灰石的表面形成一層包膜，另一方面會(huì)使?jié){液中產(chǎn)生大量的非Ca2+離子，將弱化CaCO3的溶解和電離。

②pH值的影響：pH值越低越有利于石灰石的溶解，降低漿液pH值將使反應(yīng)向有利于石灰石溶解的方向進(jìn)行。一般控制吸收塔漿液的pH值在5.4左右，這主要是因?yàn)閜H值高時(shí)氫離子濃度低，使?jié){液中碳酸根離子的濃度升高，增大了碳酸鈣溶解反應(yīng)的阻力，使脫硫產(chǎn)物中殘留的石灰石較多，而pH值低時(shí)氫離子濃度高，會(huì)增加SO2氣相阻力，不利于脫硫效率的提高。

③漿液中CL-的影響：漿液中CL-濃度對(duì)石灰石的溶解有明顯的抑制作用。當(dāng)漿液中有CL-時(shí)，將增大漿液的離子強(qiáng)度，生成大量的CaCL2，由于同離子效應(yīng)，將抑制CaCO3的溶解，又因?yàn)橛捎谌芤吼ざ鹊脑龃螅耗ぶ须x子擴(kuò)散變慢，致使液膜中含有較高濃度的S032-，降低了SO2由氣相至液膜的傳質(zhì)推動(dòng)力，影響SO2的吸收。

④漿液中F-的影響：漿液中F-濃度單獨(dú)對(duì)石灰石的溶解有微弱的抑制作用。但當(dāng)漿液中的A13+、Fe2+和Zn2+等離子在吸收塔不斷富集時(shí)，具有強(qiáng)配位能力的F-會(huì)與這些金屬發(fā)生配位反應(yīng)，形成氟化絡(luò)合物，該絡(luò)合物會(huì)吸附于石灰石顆粒的表面，極大地阻礙石灰石的溶解。

3 再生水綜合利用優(yōu)化效益

3.1 循環(huán)水排污再利用效益

(1)每年減少循環(huán)水排放量約80萬(wàn)t，循環(huán)水的堿度得到有效控制。

(2)循環(huán)水回用后濁度可控制在5～10NTU，有效地降低了板式換熱器淤泥的沉積。

(3)利用循環(huán)水回用管道，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了備用水源直補(bǔ)循環(huán)水系統(tǒng)，避免再生水處理系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，循環(huán)水系統(tǒng)無(wú)法補(bǔ)水的問(wèn)題。

3.2 再生水泥漿再利用為脫硫漿液效益

(1)解決了再生水泥漿運(yùn)輸、排放的污染問(wèn)題，減少污泥外運(yùn)量，節(jié)約設(shè)備維護(hù)運(yùn)行費(fèi)用，每年減少?gòu)U渣排放量3 600 t，減少了運(yùn)輸成本36萬(wàn)元。

(2)再生水泥漿用作脫硫原料替代部分石灰石，實(shí)現(xiàn)了“以污治污”的循環(huán)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，每年減少石灰石、鋼球等采購(gòu)以及節(jié)約部分電費(fèi)合計(jì)約81萬(wàn)元。

(3)省掉泥漿脫水工藝，脫水機(jī)的停運(yùn)，年節(jié)省廠用電、脫水劑采購(gòu)添加費(fèi)用以及脫水機(jī)檢修維護(hù)費(fèi)用等約30萬(wàn)元。

(4)再生水機(jī)械加速澄清池停止投加混凝劑、助凝劑，減少藥劑費(fèi)用57萬(wàn)元。

綜上所述，再生水泥漿實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)利用，每年可創(chuàng)造價(jià)值約204萬(wàn)元。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)綜述可知再生水處理系統(tǒng)綜合利用優(yōu)化可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)效益，降低發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)成本，節(jié)約保護(hù)自然資源，提高企業(yè)資源有效利用率，在一定范圍內(nèi)具有進(jìn)行推廣價(jià)值，并就提升企業(yè)社會(huì)形象和企業(yè)社會(huì)責(zé)任有一定效果。