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中小型电厂脱硫废水烟道蒸发零排放处理技术

北极星环保网来源:清洁高效燃煤发电技术中心2017/7/26 10:32:41我要投稿
所属行业: 水处理  关键词:脱硫废水 烟道蒸发 废水零排放

对中小型电厂来说,脱硫废水的产量相对较小,利用废水浓缩方法固然能实现废水的回收利用,但其能耗较高,投入高产出小,缺乏实际应用价值。而烟道处理工艺不但具有设备少,占地小,投入小产出高的特点,而且废水中的盐类通过烟气热量蒸发成为固体,再由电除尘器收集,对原有烟道系统影响很小,因此是可以重点关注的一个处理方法。

在设计废水烟道喷雾蒸发处理技术需要注意几个关键问题:一、进行热量平衡计算,计算单位时间内排放的废水能否在单位时间内蒸发完毕;二、喷枪的选择和布置,喷嘴雾化粒径的优化,喷嘴雾化效果能否保证液滴的完全蒸发;三、分析喷雾蒸发处理技术对除尘器的影响;四、分析喷雾蒸发对烟道和除尘器腐蚀。五、蒸发器的积灰控制。

3烟道喷雾蒸发处理零排放技术

高压泵和雾化喷嘴是系统中的重要设备,雾化后对雾滴粒径的控制是工艺成败的关键。为防止喷嘴堵塞和结垢,烟道喷雾蒸发前端设置废水处理系统。具体工艺流程如图1所示。

脱硫废水

3.1预处理工艺段

脱硫废水预处理工艺段包括废水水质水量调节、加药絮凝沉淀、污泥处理3个分系统[4]。废水通过管路流入中和调节池,同时按比例加入制备合格的石灰乳(1m3废水加入固体粉末3.5g),将pH调整到9.2±0.3,此pH范围适合大多数重金属离子的沉淀。另外,可按比例加入重金属沉淀剂有机硫化物(TMT15),使不能以氢氧化物形式沉淀出来的重金属得以沉淀,如Hg2+。加药量按1m3废水加入15%的有机硫溶液20-50mL投加。

脱硫废水为经过石膏旋流器和真空皮带机抽滤后的废水,进入废水系统的悬浮物都是颗粒比较小,沉降性差的,很难利用自然重力沉降进行分离,为了改善固体物的沉降能力,向废水中加入聚合FeClSO4(1m3废水加入质量分数15%聚铁溶液0.2-0.5kg),同时向脱硫废水中加入助凝剂聚丙烯酰胺(1m3废水加入质量分数0.1%聚丙烯酰胺溶液10g)。在去除悬浮物和胶体等杂质的同时,混凝生成的活性絮体共同沉淀可以吸附水中析出的细小金属氢氧化物,增加金属氢氧化物除去的速度和效率。

加药混合反应后的废水在重力作用下流入沉淀池,进行固液分离。沉淀池出水进入清水箱进行后续浓缩除盐。为了促进反应和后续反应箱中絮凝粒子的形成,在中和调节池中加入沉淀池中回流的少量恒定量的接触泥浆。剩余污泥间歇性地利用螺杆泵输送至板框压滤机(或是真空皮带机)进行脱水处理,泥饼外运。

所有加药装置均包括药箱和可调节计量泵,可以保证方便准确地投配所需要的化学药剂量。

3.2烟道喷雾蒸发工艺段

在进行此工艺段设计时,首先确定以下及几个重要参数:

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影响,有研究表明,烟气速度和液滴初速度的改变对液滴蒸发速度的影响都较小[11-12]。主要受烟道结构、烟气入口温度和喷雾粒径的影响。

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。

综上所述,工程废水排放量在1.3m3˙h-1时,每台炉除尘器前入口烟道设置10个40L/h的双流体喷嘴,压缩空气压力04-05MPa,通过调整压缩空气转子流量计入口阀门的开度调节气体流量,将喷嘴雾化粒径控制在100um以下(定为小于50um)。

布置时考虑小于50um液滴蒸发完全时液滴纵向最大运动距离小于0.3m,最大横向运动距离小于5m。经过物料衡算,喷雾后烟气降温小于5℃,烟气湿度有一定程度的增加,但烟气仍处于不饱和状态,烟气温度高于酸露点温度,不会对烟道和电除尘器产生腐蚀。另外,烟气湿度的增加和烟气温度的适当降低,降低了除尘器中灰的比电阻,提高了除尘效率。

4烟道喷雾蒸发处理技术的应用与发展

目前,脱硫废水烟道处理技术在国内外已有成功应用的例子。国内焦作万方电厂2×350MW机20t/h高盐废水零排放项目采用“软化预处理+电絮凝+双膜减量(超滤膜+反渗透RO膜)+烟道蒸发系统”的处理方式,烟道蒸发器利用高温余热将浓水蒸发为水蒸汽,蒸汽随除尘后的烟气进入脱硫塔,在喷淋冷却的作用下凝结出来;蒸发结晶物则随灰尘一起进入电除尘器随灰外排,节省了投资和运行成本。

根据PrabhatKS,AlexanderY等人的报道[13],某国外项目脱硫废水烟道处理将雾化喷嘴、管道及一定量的压缩空气布置在除尘器前端,处理脱硫废水量达2.2t/h,减少了FGD运行的水耗及电耗。

随着国民对水资源保护意识的逐渐提高和国家对污水排放要求的日益严格,相信烟道喷雾蒸发处理技术在电厂废水零排放技术中具有更加广阔的应用前景。

延伸阅读:

关于烟气余热用于脱硫废水处理的探讨

燃煤电厂脱硫废水综合处理工艺

深度过滤 烟道蒸发处理脱硫废水的数值模拟

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