火電廠廢水回用作脫硫工藝水的可行性研究

樂園園，李治國，湯 治，吳芳芳

（浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州 310014）

目前火電廠脫硫普遍采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置。裝機(jī)容量為4×600 MW的電廠，若脫硫系統(tǒng)無氣—?dú)饧訜崞鳎℅GH）配置，維持脫硫系統(tǒng)運(yùn)行所需的工藝水將達(dá)到300 t/h，有GGH配置時(shí)也接近200 t/h。脫硫設(shè)計(jì)中工藝水一般采用新鮮淡水，隨著濕法脫硫裝置的投運(yùn)，其用水量將成為電廠淡水消耗的一大關(guān)注點(diǎn)。另一方面，電廠在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量廢水，部分可回收利用。如何在電廠內(nèi)部將“用”和“排”這兩方面有機(jī)結(jié)合，做到化廢為利，引出了火電廠廢水回用作濕法脫硫工藝水的可行性探討。

1 工藝水水質(zhì)對(duì)脫硫運(yùn)行的影響

濕法脫硫的大部分工藝水進(jìn)入吸收塔參與脫硫反應(yīng)，最終蒸發(fā)。而進(jìn)塔前，工藝水還用作溶解制備吸收劑，沖洗管道、設(shè)備，濾餅沖洗等。工藝水指標(biāo)中可能對(duì)脫硫造成影響的主要有：

（1）pH值：吸收塔漿液pH值的一般范圍是5.0～5.8。從作為塔內(nèi)的液相工作介質(zhì)，以及從除霧器、脫硫工藝水輸送管道、噴嘴等設(shè)施的材質(zhì)和防腐考慮，工藝水偏酸或偏堿都是不利的。

（2）含固量（SS）、 濁度、 色度：工藝水中的顆粒物雜質(zhì)易造成噴嘴堵塞、磨損，而在漿液中會(huì)影響脫硫反應(yīng)，導(dǎo)致盲區(qū)產(chǎn)生，進(jìn)入石膏后又成為雜質(zhì)，過細(xì)的顆粒物還會(huì)堵塞濾布，造成石膏脫水困難。如果工藝水的濁度和色度較高，在沖洗石膏餅時(shí)，會(huì)對(duì)成品石膏的白度產(chǎn)生影響，從而影響石膏的銷售利用。

（3）化學(xué)需氧量（CODCr）、 生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、 總磷（P）： 吸收塔內(nèi)溫度較高（45～50℃），當(dāng)生化指標(biāo)較高時(shí)易造成有機(jī)物大量繁衍，從而在吸收塔內(nèi)產(chǎn)生“起泡”現(xiàn)象，導(dǎo)致吸收塔液位無法控制在正常范圍。

（4）油類：有可能覆蓋在脫硫吸收劑的表面，導(dǎo)致盲區(qū)產(chǎn)生。油類的存在相當(dāng)于在塔內(nèi)加入了表面活性劑，同樣會(huì)引起泡沫。油粘附到吸收塔內(nèi)壁，會(huì)導(dǎo)致丁基橡膠（不耐油）老化、防腐層脫落，還會(huì)使脫水石膏呈黑色，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致石膏漿液無法脫水。

（5）鹽類（電導(dǎo)率）：當(dāng)吸收塔漿液中鹽類濃度較高時(shí)，會(huì)使?jié){液表面張力增加從而起泡，影響吸收塔液位控制。

（6）重金屬離子：在吸收塔中不斷循環(huán)富集，漿液排出后，有害重金屬離子進(jìn)入石膏和廢水，在后續(xù)利用和排放中引起二次污染。

（7）Cl-： Cl-比較活潑， 比 SO42-更容易與 Ca2+結(jié)合，生成溶解于水的CaC12，由于同離子效應(yīng)，會(huì)阻礙CaCO3充分溶解，導(dǎo)致石灰石活性下降，從而影響脫硫反應(yīng)。Cl-還具有腐蝕性，濃度高時(shí)會(huì)破壞系統(tǒng)防腐。建筑行業(yè)對(duì)石膏品質(zhì)要求較高，要求其中氯離子的質(zhì)量濃度不得超過100 mg/kg，當(dāng)石膏用于建筑行業(yè)時(shí)，沖洗水中Cl-含量就不能太高。

（8）Ca2+，SO42-：Ca2+對(duì)脫硫反應(yīng)有利的一面，但如果工藝水中SO42-含量也較高，在用作除霧器沖洗水時(shí)，會(huì)加大除霧器表面生成CaSO4硬垢的可能性，影響除霧效果。

（9）F，Al：如果含量較高，且滿足一定比例，會(huì)生成氟鋁絡(luò)合物AlFn（n一般為2～4），這是一種膠狀絮凝物，容易包裹細(xì)小的石灰石顆粒，使之無法正常溶解反應(yīng)，從而使?jié){液進(jìn)入氟化鋁盲區(qū)。

（10）特異菌類：極個(gè)別使用添加劑的脫硫吸收塔中曾出現(xiàn)異味，主要原因是工藝水中發(fā)現(xiàn)了特異細(xì)菌，如硫酸鹽還原菌，在特定的溫度和pH值條件下會(huì)以添加劑為食物大量繁衍，將硫酸鹽還原成硫化氫氣體，從而引發(fā)惡臭。

2 脫硫工藝水標(biāo)準(zhǔn)

到目前為止，尚沒有針對(duì)石灰石-石膏濕法脫硫工藝水水質(zhì)的要求形成一個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計(jì)規(guī)范。若采用廢水作工藝水，由于可能會(huì)對(duì)脫硫造成影響，因而有必要制定工藝水水質(zhì)的控制指標(biāo)。

由于不同電廠煤種、水源不同，脫硫設(shè)計(jì)存在差異，脫硫運(yùn)行方式也不盡相同，制定工藝水水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，定性指標(biāo)可以統(tǒng)一，但指標(biāo)的控制限值則不必強(qiáng)求統(tǒng)一。科學(xué)的做法是電廠根據(jù)本廠脫硫系統(tǒng)運(yùn)行情況和在用水質(zhì)制定自控標(biāo)準(zhǔn)，包含前述的定性指標(biāo)，但控制限值可自我調(diào)整，即“一廠一標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)可動(dòng)態(tài)刷新”。

3 廢水回用于脫硫工藝水的可行性

3.1 工業(yè)廢水

表1是省內(nèi)某4×600 MW電廠的工業(yè)廢水與脫硫工藝水水質(zhì)主要指標(biāo)。可見，工業(yè)廢水除了電導(dǎo)率和Cl-指標(biāo)較脫硫工藝水差，其它指標(biāo)都優(yōu)于或接近后者。

Cl-較高是工業(yè)廢水集中處理后的水質(zhì)特點(diǎn)，也成為回用這類水時(shí)的最大顧慮。Cl-來自酸堿廢水處理中調(diào)整pH值時(shí)加入的鹽酸，廢水中Cl-有時(shí)可超過1 000 mg/L。隨著反滲透技術(shù)在電廠的應(yīng)用，酸堿廢水的排放量逐步減少。許多電廠還通過將陰、陽床再生廢水自身中和來減少耗酸，從而減少了Cl-的帶入。因而從趨勢看，工業(yè)廢水中的Cl-正變得越來越低。

回用這類廢水的關(guān)鍵是對(duì)入塔前的工藝水進(jìn)行監(jiān)測，如加裝電導(dǎo)率表來間接監(jiān)視Cl-含量，結(jié)合脫硫系統(tǒng)工況適應(yīng)能力，隨時(shí)改變引入量，使水質(zhì)受控。

3.2 渣煤水處理出水

表2是省內(nèi)2個(gè)4×600 MW電廠的外排渣煤水與工藝水水質(zhì)主要指標(biāo)對(duì)比。

可見兩廠渣煤水處理出水的總硬度、Ca2+、SO42-、Cl-、電導(dǎo)率指標(biāo)較工藝水高，這也符合渣水的特征。若兩廠渣煤水全部回用到工藝水，將分別占到各自工藝水量的1/2到1/3，這樣除電廠1的Cl－濃度較高外，其它指標(biāo)均在同一水平，不致構(gòu)成影響。如果電廠1要引用渣煤水則需要適當(dāng)控制Cl－指標(biāo)，最好的辦法是回用部分渣煤水到煤場，減少回用至脫硫系統(tǒng)的份額，同時(shí)監(jiān)控工藝水電導(dǎo)率，使水質(zhì)受控。

表1 某電廠工業(yè)廢水與脫硫工藝水水質(zhì)指標(biāo)對(duì)比數(shù)據(jù)

表2 外排渣煤水與工藝水水質(zhì)指標(biāo)對(duì)比

渣煤水回用中還需注意出水pH值。目前電廠因煤種原因，渣水的pH值有時(shí)可超過10，有時(shí)進(jìn)行加酸處理，則又有可能過酸，所以建議這類水進(jìn)入工藝水系統(tǒng)前要進(jìn)行pH值在線監(jiān)控。同樣由于有煤污水影響，有必要進(jìn)行出水濁度監(jiān)測。

3.3 生活污水（城市中水）

一般電廠廠區(qū)生活污水的廢水量按10 t/h估算，與脫硫工藝水需求量相比較小，所以只要處理合格，進(jìn)入脫硫系統(tǒng)后不會(huì)造成影響。海邊電廠大多存在地面沉降等問題，因而生活污水系統(tǒng)中漏入海水的可能性很大，這些廠回用時(shí)需要關(guān)注監(jiān)控生化指標(biāo)和Cl-等。

省內(nèi)有內(nèi)陸電廠機(jī)組使用城市中水替代淡水，從中水處理后的廠內(nèi)控制指標(biāo)看，生化類指標(biāo)都很低，Cl-和硬度與原來取用河水差不多，由于脫硫設(shè)計(jì)中已考慮了該地區(qū)水質(zhì)普遍不好的問題，所以中水水質(zhì)能適應(yīng)脫硫運(yùn)行，未產(chǎn)生影響。

3.4 反滲透濃水

海水反滲透濃水的Cl-含量非常高，可達(dá)30 000～40 000 mg/L，所以不作任何回用考慮。淡水反滲透濃水各項(xiàng)指標(biāo)值基本為原工藝水的2～3倍，其回用從工藝水補(bǔ)水、濃水量的配比及各指標(biāo)配比后的絕對(duì)值大小來綜合考慮。一般水量配比大，指標(biāo)絕對(duì)值低（低于可致影響的閾值）且經(jīng)濟(jì)性好的就可以回用。

3.5 渣排水

渣水通常設(shè)計(jì)為循環(huán)使用，目前有兩類情況可能需要外排，一是整個(gè)系統(tǒng)水量不平衡，產(chǎn)生的渣溢水通常排入地溝；二是渣水系統(tǒng)的定期排泥水如果沒有較好的處理回用去向，也會(huì)成為廢水。省內(nèi)已有電廠每日檢測分析渣溢水水質(zhì)指標(biāo)，嚴(yán)格控制水量，將約30%的渣溢水引入脫硫工藝水中，目前脫硫系統(tǒng)運(yùn)行基本正常。渣水處理定期排泥水的SS可能會(huì)高于渣溢水，但經(jīng)處理后可有效解決，因而同樣可參照渣溢水的回用方法進(jìn)行利用，利用過程中重點(diǎn)關(guān)注Cl-，SO42-，Ca2+。

4 廢水回用作工藝水的實(shí)施思路

廢水要回用作脫硫工藝水，在實(shí)施中需關(guān)注以下方面的問題。

4.1 調(diào)查廢水和工藝水水質(zhì)水量

有必要摸清廠內(nèi)各類廢水以及脫硫工藝水的水質(zhì)和水量，跟蹤和統(tǒng)計(jì)時(shí)間至少應(yīng)持續(xù)3～6個(gè)月，目的是摸清水量、水質(zhì)的變化規(guī)律，包括其峰/谷值和平均水平，根據(jù)脫硫系統(tǒng)可能受到的影響來確定水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)。

目前省內(nèi)電廠脫硫工藝水與原水水質(zhì)監(jiān)測基本合并，指標(biāo)局限于CODCr，Cl-和硬度，而廢水的監(jiān)測分析也參照排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。所以，如果要進(jìn)行廢水回用，還需要增加水質(zhì)監(jiān)測項(xiàng)目，建議參照前文推薦的指標(biāo)。

4.2 分析脫硫系統(tǒng)現(xiàn)狀

分析評(píng)估脫硫系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀況很有必要，主要需考察脫硫系統(tǒng)對(duì)工藝水變化的緩沖能力，建議按以下方面進(jìn)行：

（1）煤種Cl-的高低，對(duì)吸收塔Cl-的控制能力，脫硫廢水排放能力，脫硫系統(tǒng)設(shè)備、管道的防腐等級(jí)是否足夠。

（2）吸收塔內(nèi)起泡現(xiàn)象是否嚴(yán)重，是否較易進(jìn)入反應(yīng)盲區(qū)。

（3）除霧器的除霧效果是否良好，結(jié)垢傾向是否較高。

（4）對(duì)石膏產(chǎn)品的綜合利用要求是否嚴(yán)格，如白度、Cl-含量的指標(biāo)控制。

以上評(píng)估建議由化學(xué)和脫硫?qū)I(yè)人員共同進(jìn)行，摸清脫硫系統(tǒng)現(xiàn)狀后，可充分利用優(yōu)勢，在指標(biāo)控制上寬嚴(yán)有別，即使廢水得到利用，又不致對(duì)脫硫有太大影響。

4.3 確定本廠工藝水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

工藝水標(biāo)準(zhǔn)采用“一廠一標(biāo)準(zhǔn)”的自控方式最為合理。廢水回用的初始工藝水標(biāo)準(zhǔn)可以借鑒當(dāng)前工藝水水質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)平均值。

4.4 優(yōu)選排序，利用廢水

通過對(duì)水質(zhì)水量的摸底和對(duì)脫硫系統(tǒng)的評(píng)估，可以對(duì)各類待回用的廢水進(jìn)行優(yōu)選排序。建議首先回用只需去除懸浮物的渣煤水出水、工業(yè)廢水以及內(nèi)陸電廠的生活污水。渣水、酸堿廢水其次，反滲透濃水放在最后。前者通常可以直接引入，后兩者往往需要和較好的工藝水進(jìn)行適當(dāng)混兌。水量配比很關(guān)鍵，稀釋效應(yīng)越大，引入后脫硫系統(tǒng)的自我緩沖就越強(qiáng)，影響也越少。另外還需考慮回用的經(jīng)濟(jì)性。

4.5 逐步引用，觀察效果，刷新標(biāo)準(zhǔn)

水量配比對(duì)脫硫系統(tǒng)的影響在實(shí)驗(yàn)室較難模擬，推薦的做法是直接在系統(tǒng)中逐步引入，先優(yōu)再次，同類廢水先引入20%～30%，觀察脫硫系統(tǒng)運(yùn)行情況，一段時(shí)間后若無影響，再加大份額，每次增加都應(yīng)留有觀察期，并檢測指標(biāo)水平，直至廢水全部引入。在引入過程中若出現(xiàn)脫硫系統(tǒng)不能維持原有正常運(yùn)行工況的現(xiàn)象，應(yīng)分析原因，鎖定某個(gè)指標(biāo)的量值影響，或下調(diào)廢水的引入份額，或遵循后進(jìn)先出的原則，先撤出影響最大的廢水。不適影響都消失時(shí)的回用份額可認(rèn)為是安全的引用份額，此時(shí)的工藝水水質(zhì)指標(biāo)為新的控制標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語

工藝水水質(zhì)指標(biāo)對(duì)脫硫系統(tǒng)運(yùn)行有一定影響，推薦以pH值、電導(dǎo)率、濁度、石油類、重金屬、 SS，CODCr，NH3-N，Cl-，Ca2+，SO42-， F 和 Al作為工藝水的水質(zhì)控制指標(biāo)。電廠在制定指標(biāo)限值時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，遵循“一廠一標(biāo)準(zhǔn)”的原則來合理制定。通過對(duì)個(gè)案電廠的取樣分析，對(duì)比在用工藝水和各類待利用廢水的水質(zhì)，認(rèn)為廢水回用作脫硫工藝水是可行的，實(shí)施時(shí)建議優(yōu)選排序，逐步引入，在線監(jiān)控，觀察效果，并對(duì)自控標(biāo)準(zhǔn)不斷刷新。

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