淺述濃縮池溢流澄清水循環(huán)再利用的技術研究

崔校偉

中國的電力是以燃煤為主的發(fā)電結構,目前利用水力除灰系統(tǒng)將灰和渣送到灰場還是相當一部分電廠的一種除灰方式,將灰渣水用管道送到濃縮池后,經濃縮沉淀,濃縮的料漿經泵輸送至灰場,其澄清后的水循環(huán)使用,繼續(xù)沖灰,沖灰水水質就發(fā)生了很大的改變,如pH等指標也增大,不但進一步加劇管道結垢,也超出了國家規(guī)定的排放標準,使沖灰水成為燃煤電廠最大的水污染源。因此要對濃縮池澄清水更好的循環(huán)利用必須進行技術研究。

電力工業(yè)部在“九五”電力規(guī)劃中也明確提出,到2000年投入運行和在建的脫硫設備對應裝機容量將達10000MW。控制火電廠SO2排放已列入電力工業(yè)發(fā)展的議事日程。在眾多SO2控制工藝中,濕法石灰石－石膏脫硫是火電廠應用最為普遍的煙氣脫硫主導工藝。但其產生的脫硫廢水呈酸性,如向外排入需加入堿性物質來中和污染物。因此脫硫廢水也成了廢水處理領域一個需要解決的新問題。利用目前電廠渣漿濃縮后澄清水和煙氣脫硫所產生的廢水的特點,二者相結合,以廢治廢,達到降低成本的目的。

1電廠濃縮池澄清水再利用現(xiàn)狀

目前,火電廠沖灰系統(tǒng)多數(shù)采用水力沖灰,其最大缺點是用水量大并含有多種污染物。隨著水資源的日益緊缺,環(huán)保力度的加大,以及電力改革促使發(fā)電成本的降低,電廠的沖灰系統(tǒng)成為了節(jié)水節(jié)能、降低成本的主要對象。對沖灰系統(tǒng)的節(jié)水改造,目前主要是進行沖灰水的循環(huán)利用。在電廠中,最普遍的灰水循環(huán)利用方式有兩種:一種是灰場水經灰壩、回水泵、回水池返回到廠內進行循環(huán)沖灰;另一種是稀漿沖灰到濃縮池,其溢流澄清水進行再次沖灰,濃漿輸送到灰場。不論哪種循環(huán)運行方式,由于灰與沖灰水都有復雜的理化性質,因此,在循環(huán)沖灰過程中,經過不斷接觸,容易造成循環(huán)系統(tǒng)的嚴重結垢。多年來,雖然對回水循環(huán)系統(tǒng)研究比較多,但對濃縮池澄清水沖灰系統(tǒng)的研究卻比較少。

2濃縮池澄清水的形成

由渣漿泵輸送來的含有細粒物體的漿料,經槽架給入濃縮池中心部分某一深度處,料漿做均勻輻射狀態(tài)向周邊緩慢流動,在漫游中料漿的固體顆粒自上而沉降,最初由于濃度較低顆粒基本上做自由沉降,沉速較快的繼而沉入濃積帶,沉速較慢最后沉到下部一沉積帶,也是濃度較高的壓縮區(qū),水分以沉降顆粒間隙中不斷析出,在耙架連續(xù)回轉時,沉積物沿池底的錐形坡面逐級推向池底的中心處,最后由該處的排料口排出,在耙架推進沉積物時,也是刮板對沉積物的一個壓縮過程,這也大大的促使析水作用的加強,因而排出的沉積物是經過濃縮的料漿,池上部是澄清帶,澄清水由池邊溢流槽流入回水箱,經回水泵輸送至鍋爐沖灰使用。

3濃縮池溢流澄清水的沖灰特點

濃縮溢流沖灰系統(tǒng)一般流程為:渣漿池—渣漿泵—濃縮池(溢流水)—回水箱—回水泵—渣漿池。經此流程后,灰水比可從稀漿輸送的1∶15～1∶20降至1∶3～1∶5,灰水經濃縮池二級制漿后,濃漿送入灰場,而60％～70％的灰水經濃縮池澄清后循環(huán)沖灰。

由于機組運行參數(shù)、除塵器型式、除灰工藝流程、燃燒方式、燃煤種類、沖灰原水水質及粉煤灰的理化特性等參數(shù)的不同,致使水力沖灰系統(tǒng)的基本狀況差異較大,循環(huán)利用系統(tǒng)出現(xiàn)的問題也不同,解決方法也不同。如在不同的除塵方式下,濃縮池溢流水的pH值可以從3～12,甚至超過12,波動范圍很大,在處理上差別也很大。

4沖灰水的水質特點及對電廠的危害

燃煤電廠爐渣和除塵器收集的飛灰一般都含有活性氧化鈣(FCaO)等堿性物質,這是灰渣在水力輸送過程中,由于FCaO等堿性物質的溶出,使沖灰水質惡化,pH值升高,Ca2＋濃度增大,同時含有重金屬等污染物質,其結果是由灰場排出沖灰水水質超出國家規(guī)定的《污水綜合排放標準》(GB8978－96)中最高允許排放限值。

沖灰水中的pH、F-超標,使沖灰水廢水成為燃煤電廠又一污染源,不但污染水體,而且電廠必須承擔巨額排污和超標費用。除此之外,由于沖灰水pH升高和Ca2＋濃度增大,沖灰水中HCO3－轉變?yōu)镃O32－,使沖灰水中的CaCO3過飽和并析出CaCO3沉淀。當這些CaCO3沉淀附著于系統(tǒng)內壁時,即造成系統(tǒng)結垢。它是干灰中游離CaO和沖灰水在水力輸送條件下相互作用的產物。干灰中游離CaO溶于水,發(fā)生如下反應。

CaO+H2O=Ca(OH)2

Ca(OH)2=Ca2++2OH-

游離氧化鈣從煤粉中的碳酸鈣轉移到管壁的過程。使系統(tǒng)阻力增大,輸灰動力消耗增加,嚴重時危及電廠生產安全,而且電廠每年要支付數(shù)十萬乃至上百萬的除灰系統(tǒng)清洗除垢費用。因此沖灰水必須進行處理。

5濃縮池溢流水再利用途徑

根據濃縮池溢流澄清水的特點,為了解決其pH值波動大、回水利用系統(tǒng)易腐蝕、結垢及堵塞等問題,國內外常用方法有以下幾種。

(1)溢流水箱進行隔絕大氣處理,即無碳水處理。首先,將回水與沖灰補充水在機械攪拌澄清池中進行混合、反應,然后進入無碳水池,通過無碳水泵進行沖灰。此法投資大,對運行的要求比較嚴格,且占地面積大,運行維護費用高。

(2)加酸中和pH。

加酸方式來中和灰水的堿性是根據酸堿中和的原理。雖然這是一種成熟工藝,處理工藝簡單,但由于灰水量大,耗酸量多。加酸地點根據管道除垢地方不同,有的加到去灰場的排放口,有的為了方便起見,加在渣漿泵入口灰漿池中。不管在何地方加都要掌握一個量的問題,避免管道腐蝕洗漏。尤其在渣漿泵入口加酸時,當加酸量大時,一方面易造成渣漿泵的腐蝕,另外稍有不慎還易造成渣漿池中垢塊的脫落,堵塞渣漿泵進口,給設備正常運行帶來隱患;當加酸量小時灰場出口排水以及濃縮池澄清水又難于控制在排放標準規(guī)定的pH值范圍內。加酸用量,宜以排水pH＝8．5左右來控制,即加酸中和至灰水中全部OH-堿度和1/2CO32-堿度為宜,以酚酞為指示劑時,中和到無色為止。所用的酸可以是HCl,也可以利用其它廢酸來中和灰水堿度,達到以廢治廢的目的。不過要注意的是,廢酸中所含雜質較多,選用前要作詳細分析調查,以免一些重金屬有毒元素隨沖灰水一起排入水體,污染自然水源。加酸處理廢水,除耗費大量酸外,還會增加灰水中SO42-和Cl-含量,即增加了水體的含鹽量,這無疑對排放水體是不利的。

(3)在回水池前或回水管中加入阻垢劑,即阻垢劑法。該法具有投資少、易操作且效果明顯的優(yōu)勢,但在濃縮池溢流水中的應用研究卻比較少。這是因為一般的阻垢劑對水質中pH值要求比較苛刻,而濃縮池溢流水的pH值容易波動。為解決這一問題,通常的做法是先絮凝再阻垢,但這樣處理的成本就比單純阻垢高出幾倍,而且已建電廠的場地也是一個制約因素。

(4)爐煙處理灰水。

用爐煙處理灰水有兩種方式:一是采用爐煙中SO2;二是采用爐器中的CO2,但目的是相同的,都是利用它們吸收水的酸性來中和灰水的堿度,使之沖灰水pH值達到環(huán)保排放標準要求。

①爐煙SO2處理。

SO2+H2O=H2SO3=H++HSO3-=2H++SO32-

2H2SO3+O2=2H2SO4=4H++2SO42-

用爐煙中SO2處理沖灰水有一定的條件,燃煤要有一定含硫量,煙氣中SO2含量低不行。

②爐煙CO2處理灰水也是利用酸堿中和的原理,影響處理效果的因素很多,它取決于煙氣中CO2含量,又取決于CO2與灰水接觸時間氣水比、攪攔程度、水溫和液面上CO2平衡分壓。

因此,尋求一種既能適合濃縮池溢流澄清沖灰水特點又能阻止管道設備結垢并具有投資少、成本低的方法就成為一種研究方向。

6經以上分析

隨著我國火電廠SO2排放治理工作的深入,大多數(shù)燃煤電廠均要上脫硫、脫硝系統(tǒng),以除去煙氣中的SO2、NOX等有害氣體。因此可以利用脫硫形成的酸水去中和灰水中的堿性,以達到降低PH值的目的。

脫硫形成的酸水中和灰水的工藝原理為。

在除灰系統(tǒng)中,飛灰中堿性物質是通過沖灰水而造成環(huán)境污染和系統(tǒng)結垢的,如果在沖灰水中加入中量的酸性物質中和飛灰溶出的堿性物質,則除灰系統(tǒng)的沖灰廢水水質超標和系統(tǒng)結垢問題便解決了。而通過脫硫塔的吸收液含有一定量的H2SO4和H2SO3。若用脫硫塔排出的吸收液作為沖灰水,當吸收液中含有的酸量與飛灰中含有堿量相等時,除灰系統(tǒng)的問題就解決了。另外,經過沖灰過程的吸收液,酸性物質被中和,可送回脫硫塔繼續(xù)吸收煙氣中SO2。這樣相當于飛灰中的堿性物質在脫硫系統(tǒng)中得到利用。在工藝流程中為滿足除灰系統(tǒng)沖灰水的水質要求,脫硫吸收液的pH值控制較低。通過控制可以保持輸灰過程中灰漿pH＜8．5和灰場排水pH＜9．0,達到防止除灰系統(tǒng)結垢和沖灰廢水達標排放的目的。

脫硫形成的酸水中和灰水的特點為如下。

在實現(xiàn)煙氣脫硫的同時,解決了除灰系統(tǒng)長期無法解決的系統(tǒng)結垢和排水pH超標的問題。這樣,既利用了飛灰中的堿性物質,也利用了煙氣中的酸性物質,以廢治廢,降低了運行成本。

目前,我單位在濃縮池澄清水再利用方面雖然達到了利用量,但灰水PH值仍然很高,除灰管道結垢嚴重,兩年結垢有的管段就可達到50mm,必須花費大量資金進行全面酸洗以達到除垢目的,因此也可利用煙氣中的酸根離子來中和灰水以達到防垢和水質處理的目的,不但可以脫硫還可節(jié)約費用,一舉兩得。

7結語

燃煤電廠濃縮池澄清水處理雖然有很多種方法,但每種方法都有一定的利弊,如中和法,雖然簡單,但耗酸量大,同時增加水質中的含鹽量,對水體不利。而利用煙氣中的酸根離子來中和灰水的方法,來解決燃煤電廠灰水pH與結垢問題,值得深入研究并推廣應用。

參考文獻

[1] 輸灰工程[J].華北電力學院.

[2] 電廠鍋爐[M].水利電力出版社.