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        300 MW機組脫硫廢水旁路蒸發(fā)干燥系統(tǒng)性能試驗研究

        2021-07-07 08:49:32王仁雷王豐吉戴瑜蘭永龍
        工業(yè)用水與廢水 2021年3期
        關(guān)鍵詞:干燥塔旁路廢水處理

        王仁雷,王豐吉,戴瑜,蘭永龍

        (華電電力科學(xué)研究院有限公司,杭州 310030)

        某火電廠建有2臺330 MW燃煤機組,每臺機組均配置雙室五電場靜電除塵器和濕法石灰石-石膏脫硫系統(tǒng),脫硫過程產(chǎn)生的廢水來自旋流器排放水,其中含有大量懸浮物、亞硫酸鹽、硫酸鹽、氯化物及重金屬等,具有高硬度、高鹽分、高懸浮物、高腐蝕性、含重金屬等特征,是目前燃煤電廠難處理的廢水之一[1-3]。為響應(yīng)國家環(huán)保政策,滿足脫硫廢水零排放的要求,電廠采用旁路蒸發(fā)干燥技術(shù)進(jìn)行零排放改造工程[4-5]。為了測試該工藝系統(tǒng)各項技術(shù)指標(biāo),對該系統(tǒng)開展性能試驗研究工作,評價裝置性能并提出優(yōu)化建議。

        1 脫硫廢水旁路蒸發(fā)干燥系統(tǒng)

        采用旁路蒸發(fā)干燥技術(shù)處理脫硫廢水、化水車間和精處理再生廢水等,其工藝原理是將經(jīng)預(yù)處理的廢水通過高速旋轉(zhuǎn)的霧化器霧化后,利用鍋爐SCR脫硝反應(yīng)器與空氣預(yù)熱器間的熱煙氣作為熱源,在旁路蒸發(fā)干燥塔內(nèi)將廢水蒸發(fā),水分進(jìn)入煙氣中,干燥產(chǎn)生的大顆粒固體物質(zhì)從塔底部排出,小顆粒固體物質(zhì)隨干燥后的尾氣返回電除塵進(jìn)口進(jìn)行收集處理[6-7]。工藝流程見圖1。

        圖1 脫硫廢水旁路蒸發(fā)干燥處理工藝流程Fig.1 Process flow of bypass evaporation drying treatment of desulfurization wastewater

        1.1 設(shè)計水質(zhì)與水量

        每臺機組滿負(fù)荷工況下產(chǎn)生的脫硫廢水量約4.5 m3/h,2臺共9.0 m3/h,化學(xué)水處理車間和精處理車間的再生廢水量共約1.0 m3/h,總廢水量約為10 m3/h。脫硫廢水設(shè)計水質(zhì)如表1所示,不同負(fù)荷下設(shè)計廢水處理量及機組煙氣參數(shù)如表2所示。

        表1 脫硫廢水設(shè)計水質(zhì)Tab.1 Design quality of desulfurization wastewater

        表2 不同負(fù)荷下設(shè)計廢水處理量及機組煙氣量Tab.2 Design water treatment capacity and unit flue gas capacity under different loads

        1.2 工藝系統(tǒng)

        脫硫廢水旁路蒸發(fā)干燥工藝系統(tǒng)主要包括廢水給料系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、旁路蒸發(fā)干燥塔3個部分。

        1.2.1 廢水給料系統(tǒng)

        脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水經(jīng)現(xiàn)有的三聯(lián)箱石灰漿液調(diào)質(zhì)后,流入清水箱儲存?;囬g再生廢水和精處理再生廢水輸送至澄清池儲存,泵送入三聯(lián)箱調(diào)質(zhì)后,流入清水箱儲存。清水箱內(nèi)的廢水經(jīng)泵輸送至旁路蒸發(fā)干燥塔的廢水箱中,再經(jīng)提升泵送入每個干燥塔的高位給料箱中,自流進(jìn)入塔內(nèi)。

        1.2.2 煙氣系統(tǒng)

        煙氣系統(tǒng)主要包括擋板和煙道等。從現(xiàn)有空氣預(yù)熱器前的主煙道引出一部分煙氣進(jìn)入干燥塔。在本系統(tǒng)進(jìn)出口煙道設(shè)置進(jìn)口擋板和出口擋板,進(jìn)口擋板采用調(diào)節(jié)型執(zhí)行結(jié)構(gòu),可以根據(jù)干燥塔出口煙道溫度調(diào)節(jié)進(jìn)入本系統(tǒng)的煙氣量。出口擋板采用開關(guān)型執(zhí)行結(jié)構(gòu)。

        1.2.3 旁路蒸發(fā)干燥塔

        每臺鍋爐配1個蒸發(fā)干燥塔。干燥塔內(nèi)徑為8.5 m,筒體高度為16.0 m,總高約為36.5 m。干燥塔由圓柱體和圓錐體上下兩部分組成,熱煙氣和廢水均從塔頂部進(jìn)入塔內(nèi),干燥后的尾氣從錐體上部離開干燥塔,大顆粒固體從塔底部進(jìn)入倉泵。煙氣分布器設(shè)置在塔頂,采用蝸殼形式,并裝有一定夾角的導(dǎo)風(fēng)板,其作用是使干燥用熱煙氣均勻地進(jìn)入干燥塔內(nèi)。每個蒸發(fā)干燥塔配1臺旋轉(zhuǎn)霧化器,旋轉(zhuǎn)霧化器配置45 kW的雙頻電機及變頻器,霧化器轉(zhuǎn)速為10 000~13 000 r/min,可通過變頻器調(diào)節(jié),噴射出的霧滴平均直徑為10~60μm。

        2 性能試驗

        2.1 性能試驗結(jié)果

        對脫硫廢水旁路蒸發(fā)干燥塔進(jìn)行性能測試,試驗期間脫硫廢水水質(zhì)情況見表3,性能試驗結(jié)果見表4。由表4可知,在機組滿負(fù)荷工況下,脫硫廢水旁路蒸發(fā)干燥塔進(jìn)口煙氣量約為60 340 m3/h(標(biāo)態(tài)、濕基、實際O2),進(jìn)口煙氣溫度約為334℃,系統(tǒng)廢水處理量達(dá)到5.2 m3/h以上(最大處理量為6.2 m3/h),干燥產(chǎn)物含水率為0.15%,粉煤灰中含氯量為0.26%,鍋爐效率影響值約為0.55%,裝置出口煙氣溫度約為180℃。該系統(tǒng)各項性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求,未出現(xiàn)明顯掛壁、腐蝕結(jié)垢情況。

        表3 性能試驗期間脫硫廢水水質(zhì)Tab.3 Quality of desulfurization wastewater during performance test

        表4 脫硫廢水旁路蒸發(fā)干燥系統(tǒng)性能試驗結(jié)果Tab.4 Performance test results of bypass evaporative drying system for desulfurization wastewater

        不同機組負(fù)荷下的廢水處理量情況見圖2。由圖2可知,50%負(fù)荷工況下大于3 m3/h,75%工況下大于4 m3/h,滿負(fù)荷工況下大于5 m3/h,完全滿足機組負(fù)荷變化情況下脫硫廢水處理要求。同時這部分煙氣進(jìn)入電除塵器后,廢水蒸發(fā)增加了煙氣濕度,從而使煙氣飛灰比電阻得以下降,有利于提高電除塵器的除塵效率。蒸發(fā)的廢水在脫硫吸收塔冷卻后成為脫硫補充水,有利于降低脫硫系統(tǒng)水耗。

        圖2 不同機組負(fù)荷下的廢水處理量情況Fig.2 Wastewater treatment capacity under different unit loads

        2.2 存在的問題及建議

        (1)滿負(fù)荷工況下不同廢水處理量與裝置出口煙氣溫度關(guān)系見圖3。由圖3可知,由于脫硫廢水旁路蒸發(fā)干燥塔進(jìn)口煙氣量高于設(shè)計值,使得廢水處理量為5.2 m3/h時出口煙氣溫度約為180℃,明顯高于設(shè)計煙氣溫度150℃(實際出口煙氣溫度達(dá)到150℃時,廢水處理量約為7.5 m3/h),對鍋爐效率造成一定影響。因此建議對煙氣引入量進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整試驗研究,即根據(jù)機組負(fù)荷和脫硫廢水處理量對入口擋板門進(jìn)行調(diào)節(jié),在滿足廢水充分蒸發(fā)干燥的前提下,盡可能減少裝置的煙氣引入量,減輕對機組經(jīng)濟(jì)性的影響。

        圖3 滿負(fù)荷工況下廢水處理量與出口煙氣溫度的關(guān)系Fig.3 Relationship between wastewater treatment capacity and smoke temperature at system outlet under full load condition

        (2)100%負(fù)荷工況下(廢水處理量5 m3/h),粉煤灰中含氯量約為0.26%,GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》規(guī)定普通硅酸鹽水泥中粉煤灰質(zhì)量分?jǐn)?shù)為不超過20%,按此最大比例摻配該粉煤灰后,含氯量增加值為0.052%,滿足GB 175—2007規(guī)定的硅酸鹽水泥中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.06%的要求,因此不會對粉煤灰的綜合利用產(chǎn)生明顯影響。但粉煤灰中含氯量受機組負(fù)荷、燃煤灰分、廢水氯離子濃度及廢水處理量等諸多因素影響,實際運行中不易控制,一定程度上會限制粉煤灰在水泥中的摻加比例。可考慮在旁路蒸發(fā)干燥塔后設(shè)置一個小型旁路除塵器,當(dāng)粉煤灰中含氯量超標(biāo)時能對部分或全部干燥產(chǎn)物進(jìn)行單獨收集,收集后可與鍋爐爐渣混合處理,用于制磚等一些不限制含氯量或要求不高的行業(yè),避免脫硫廢水干燥產(chǎn)物對粉煤灰綜合利用造成影響。

        (3)脫硫廢水旁路蒸發(fā)干燥塔出口煙氣中HCl濃度明顯高于入口煙氣中HCl濃度,這可能與脫硫廢水在蒸發(fā)干燥過程中揮發(fā)出氣態(tài)氯有關(guān)。據(jù)文獻(xiàn)[8-9]報道,水在高溫下有“酸化”傾向,水解離出的H+與Cl-結(jié)合,高溫下會以氣態(tài)HCl的形式溢出。另外脫硫廢水中含有的鹽類物質(zhì)NaCl、CaCl2和MgCl2等在高溫下會水解生成氣態(tài)HCl。煙氣中HCl含量的增加會造成煙道、擋板等金屬壁面的腐蝕,增加的HCl進(jìn)入濕法脫硫系統(tǒng)還會造成脫硫廢水排放量的增加。一方面揮發(fā)到煙氣中的HCl比例比較小,另一方面通過把脫硫廢水pH值調(diào)節(jié)為堿性可以有效降低HCl的揮發(fā)量,據(jù)文獻(xiàn)[8-9]報道,使用Ca(OH)2溶液將脫硫廢水pH值調(diào)節(jié)為9~10可以最大程度地抑制氯的揮發(fā),實現(xiàn)脫硫廢水中鹽分的固相轉(zhuǎn)移。性能試驗期間脫硫廢水pH值為7.5~8.0,建議優(yōu)化調(diào)節(jié)廢水pH值,減輕氣態(tài)氯揮發(fā)對后續(xù)設(shè)備的不利影響。

        (4)100%負(fù)荷工況下廢水處理量為5 m3/h,脫硫廢水中Cl-的質(zhì)量濃度約為12 000 mg/L,低于設(shè)計值20 000 mg/L。因此在滿負(fù)荷工況下建議控制脫硫廢水排放量為3.0~3.5 m3/h,對應(yīng)脫硫廢水中Cl-的質(zhì)量濃度為17 000~20 000 mg/L,必要時還可考慮對廢水進(jìn)行蒸發(fā)干燥前的濃縮減量,能有效降低用于廢水蒸發(fā)的高溫?zé)煔庖肓?,減輕對機組經(jīng)濟(jì)性的不利影響。

        3 結(jié)論

        該脫硫廢水零排放工程總投資約為2 000萬元,噸水投資為200萬元,直接運行成本包括電耗及調(diào)節(jié)pH值藥劑費,合計約為2.5元/m3[水],同時機組發(fā)電煤耗會略有增加,約為1.6~1.8 g/(kW·h)??傮w來說,旁路蒸發(fā)干燥工藝具有系統(tǒng)簡單、技術(shù)可靠、運行穩(wěn)定、操作方便等特點,能夠?qū)崿F(xiàn)電廠脫硫廢水零排放目標(biāo)。盡管該工藝有諸多優(yōu)點,但仍存在諸如干燥塔出口煙氣溫度及煙氣中HCl濃度偏高、粉煤灰中含氯量不易控制、進(jìn)口脫硫廢水中Cl-濃度偏低等問題,需進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)。

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