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脱硫废水烟道蒸发技术在超低排放改造中的应用

发布时间:2019-10-4 9:26:14  中国97资源处理工程网

  湿法烟气脱硫系统会在运行过程中产生脱硫废水,这种废水悬浮物和盐含量极高,重金属含量也往往高于国家排放标准,若直接排放会对受纳水体造成严重污染。脱硫废水具有以下特点:

  1)含盐量高。脱硫废水中的含盐量很高,变化范围大,一般在30000~60000mg/L。

  2)悬浮物含量高。脱硫废水中的悬浮物大多在10000mg/L以上,并且由于受煤种的变化和脱硫运行工况的影响,在某些极端情况下,悬浮物质量浓度甚至可高达60000mg/L。

  3)硬度高导致易结垢。脱硫废水中的Ca2+、SO2-4、Mg2+含量高,其中SO2-4在4000mg/L以上,Ca2+在1500~5000mg/L,Mg2+在3000~6000mg/L,并且CaSO4处于过饱和状态,在加热浓缩过程中容易结垢。

  4)腐蚀性强。脱硫废水中的盐分高,尤其是Cl-含量高,且呈酸性(pH为4~6.5),腐蚀性非常强,对设备、管道材质防腐蚀要求高。

  5)水质随时间和工况不同而变化。废水中主要含有Ca2+、Mg2+、Cl-、Na+、K+等各种重金属离子,并且组分变化大。

  近年来,国家对工业废水排放的管控正在日趋严格,脱硫废水的零排放受到了业内的高度重视。常见的脱硫废水零排放技术有蒸发浓缩结晶技术、盐浓缩技术、膜过滤技术、烟道蒸发技术等。

  常规的脱硫废水零排放技术成本较高,以蒸发结晶技术为例,蒸发结晶法是在前级预处理后,增加浓缩和蒸发工艺处理,浓缩工艺可以采用正渗透法或者反渗透法,蒸发工艺可以采用热源蒸发,也可以采用冷源蒸发。

  该技术最大问题在于投资高、能耗高、蒸发器结垢和系统腐蚀,当前单位脱硫废水投资预计在300-500万元/t。巨额投资给当前盈利普遍较差的煤电企业造成巨大负担。

  在诸多零排放技术中,高温烟道蒸发技术工艺流程简单,投资和运行成本低,成为了实现火电厂脱硫废水零排放的主要技术之一。



  烟道蒸发处理法是在前级预处理后,将浓缩后或者未经浓缩的脱硫废水直接喷入除尘器前级烟道,利用烟气余热将水分完全蒸发,废水中颗粒物混入烟气飞灰中。相对于蒸发结晶法来说,烟道蒸发处理法无需额外的能耗,同时没有单独的废盐产生。

  少量盐份的增加对于粉煤灰综合利用的品质不会有大的影响。同时废水蒸发对烟气起到调质的作用,提高细微颗粒物凝并效果,改善颗粒物表面比电阻,提高收尘效率。

  由于进入除尘器的锅炉烟气温度较高、量很大,而W-FGD废水量比较小,废水喷入烟气后,烟气一般仍处于不饱和状态,因此控制烟气温度高于酸露点温度,便不会腐蚀烟道和电除尘器。脱硫废水喷入后,烟道烟气温度下降3℃左右,烟气湿度增加0.5%左右,有利于降低粉煤灰的比电阻,提高了除尘器的除尘效率。

  烟道废水蒸发技术的隐患:

  一、脱硫废水在进入除尘器电极前需要完全蒸发,控制烟气温度高于酸露点温度,否则会对除尘器造成腐蚀。

  二、脱硫废水蒸发后,未被除尘器完全捕集的烟气中高腐蚀性的含氯物质,在脱硫塔或是其他设备上积累,可能引起严重腐蚀,增加运行维护费用。

  三、脱硫废水中重金属等物质在飞灰中的富集影响飞灰品质,从而影响其再利用。

  脱硫废水烟道蒸发技术97资源站注意事项:

  1. 烟道内喷雾位置的选择:喷雾液滴进入除尘器能否完全蒸发受到各种因素。主要受烟道结构、烟气入口温度和喷雾粒径的影响。具体联系97资源宝或参见更多相关技术文档。

  在实际工程中需要对烟道内流场进行CFD模拟,模拟实验和研究表明,在直短烟道内,流场较平稳,液滴在进入除尘器后仍有大量的废水液滴未蒸发完,而弯曲长烟道由于烟道较长,液滴在烟道中的停留时间较长,液滴在进入除尘器之前已被完全蒸发,因此喷嘴布置位置要选择在弯曲长烟道上。

  2. 雾化颗粒粒径的影响

  喷嘴雾化的颗粒直径对液滴的蒸发有着非常重要的影响。雾化粒径越大,残留未完全蒸发的液滴越多,与烟道壁面碰撞的液滴也越多,这是因为液滴直径越小,液滴的比表面积越大,蒸发所用时间越少,蒸发的速率也就越快,部分液滴在到达烟道壁面前已经蒸发。研究表明,当喷雾液滴最大粒径为105.6um时,除尘器进气烟箱入口未完全蒸发液滴的质量约为0.2%,除尘器进气烟箱出口未完全蒸发液滴的质量分数小于0.01%,因此不会对除尘器的运行产生负面影响。但是随着雾化液滴粒径越来越小,雾化废水液滴所需的能耗越来越大,雾化成本也将不断增加。同时,考虑到电厂除尘器的运行安全和系统的运行成本,液滴最大直径可定为100um。

  3. 烟气蒸发温度的选择

  有研究人员发现对于废水蒸发,将烟气温度控制在453K时单位时间内液滴群蒸发质量最大,可供选择的温度区间段413K-473K。

  研究人员研究了入口烟气温度分别为110、115、120、125、130和135℃时的烟箱残留液体量,发现当烟气入口温度为127.4℃时,除尘器进气烟箱入口未完全蒸发液滴的质量分数约0.2%,除尘器进气烟箱出口未完全蒸发液滴的质量分数为0。

  烟气初始温度越低,未完全蒸发液滴的质量分数越大。该电厂烟气最低温度为140℃,可以保障系统的安全稳定运行。但考虑到安全性,需要在该系统中设置低温保护措施,确保温度低于135℃时系统自动停止运行。

  脱硫废水烟道蒸发技术的建议:

  面对越来越严格的污染物排放标准,相当数量的湿法脱硫系统面临着超低排放改造。例如在湿法脱硫技术后增设干法或半干法脱硫及脱硝除尘一体化技术,该技术通常烟气温度在200℃以上,可以考虑将烟气超低排放技术同烟道蒸发技术结合,将湿法脱硫废水喷入该段烟道中。

  该技术需要在一定时间内蒸发定量的脱硫废水,而且不能对烟道结构及后续工艺产生负面影响。因此脱硫废水形成的微小雾滴喷入到烟气流后,需在尽量短的时间内完全蒸发汽化,否则未完全蒸发的雾滴会对烟道和除尘器产生腐蚀。

  随着国民对水资源保护意识的逐渐提高和国家对97资源排放要求的日益严格,相信烟道喷雾蒸发处理技术在脱硫废水零排放技术中具有更加广阔的应用前景。(来源:攻城师小站 作者:姜丰勇)

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