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零排放形势下热电厂脱硫废水处理进展及展望

北极星环保网来源:化学工业与工程 郑利兵2019/3/13 14:17:54我要投稿

热法蒸发技术一般与结晶盐固化过程相同,其耗能较大。因此一般零排放过程对于低浓度的溶液都使用膜法进行浓缩减量,然后通过热法进一步浓缩和结晶,降低整体能耗、提高能量效率。

整体而言,热法技术主要通过多级或者多效结晶的方式实现盐的结晶,在脱硫废水处理中主要作为结晶工艺,将在3.4进行讨论。

新型蒸发技术、装置的开发及废热利用是热法浓缩的关键方向。热法与膜法的组合已成为脱硫废水零排放最常用的工艺,具有运行费用低、水回收率高、纯盐回收等优点。

3.4盐结晶固化技术

脱硫废水经过浓缩减量后,水量显著下降,为了实现零排需进一步采用热法实现盐饱和析出及盐水分离。蒸发塘、排至除灰系统、煤场喷洒和灰渣闭式循环系统排放等方法主要利用高温条件(废热)实现脱硫废水处理和盐结晶,这是第1代零排放工艺。

但这些方法无法实现水回用,结晶盐也会导致严重的腐蚀问题,且会产生大量含盐和重金属的危废。烟道喷雾蒸发可认为是第2代零排放技术,工艺简单,可同时降低高温烟气温度,在发达国家很多火电厂得到应用。

烟道喷雾蒸发分为烟道内蒸发和旁路烟道蒸发,烟道内喷雾蒸发可在空预器之前或者电除尘器和空预器之间进行,主要利用高温气体实现脱硫废水的雾化和盐结晶,结晶微颗粒通过静电除尘器捕集。

张丽珍研究了某电厂烟道内喷雾蒸发对脱硫废水的处理效果,经过“预处理UF-两级RO”处理和浓缩之后,烟道内可以快速高效蒸发脱硫废水,防止出现结垢和烟道积灰的现象。但该方法易出现结垢或蒸发不完全造成的腐蚀现象,为解决这个问题,近年来旁路烟道蒸发得到了广泛关注。


通过新增1个蒸发塔,从空预器前引入1股高温烟气蒸发浓缩脱硫废水,可有效防止主烟道的结垢现象。焦作某电厂采用旁路烟道蒸发技术实现了脱硫废水的零排放,且冷凝废水可回用为脱硫工艺的补充水。

目前烟道蒸发过程的主要问题在于蒸发不完全所带来的结垢和腐蚀问题,同时蒸发过程和理论研究仍存在很大的缺陷。近年来蒸发过程和烟道蒸发模拟研究已经取得了一定的效果。

基于烟道旁路蒸发工艺,日本三菱日立公司通过优化反应器的构型、尺寸设计,开发了一种旋转喷雾干燥器,可以有效控制蒸发过程,提高蒸发效率,该技术已在一些电厂得到应用。蒸发结晶工艺是目前实现零排放的主要形式之一。

蒸发结晶主要利用热法使水分蒸发而盐饱和析出,包括多效蒸发(MED)、蒸汽机械再压缩(MVR)、热力蒸气压缩强制循环(TVC)等。广东河源电厂应用四级多效蒸发方式处理脱硫废水,产生的蒸馏水在电厂回用,结晶盐达到了工业盐要求。

三水恒益电厂零排放项目采用两级MVR工艺,可以实现良好的水回用和结晶盐回收。长兴电厂零排放系统采用“预处理+RO+FO+TVC”工艺,实现高倍浓缩和盐回收,同时FO产水进一步采用RO处理,回用于锅炉补给水。

国电汉川发电公司应用“预处理+NF+RO+MVR”工艺处理脱硫废水并生产工业二级盐,每年可节水27.28万t。但蒸发结晶技术不存在选择性,为了实现盐回收,一般需要在前端进行化学软化、离子交换软化或NF分盐,实现钙镁等2价盐和NaCl的分离,以提高结晶盐质量,因此,全膜法与蒸发结晶结合的零排放技术是今后脱硫废水处理的重要研究方向。

冷冻结晶是利用低温下盐溶解度的下降进行盐的结晶,在脱硫废水处理中也得到一定的研究。庞冬等研究了“三联箱-TMF-NF-冷冻结晶-RO”工艺对脱硫废水的处理,考察冷冻结晶对纳滤浓缩液的浓缩结晶效能,可以析出纯的十二水芒硝,达到分盐的目的。

郭天娇和温成远采用MVR和冷冻结晶组合工艺进行钠碱法脱硫废水的处理,通过数学建模和结晶动力学分析了冷冻结晶的效能,发现相比传统的结晶工艺,能耗仅为1/6~1/7。

综上所述,烟道蒸发和蒸发结晶是目前2种非常有效的盐结晶技术。

烟道蒸发目前主要以旁路烟道蒸发为主,主要的研究方向包括蒸发过程模拟与优化、反应器设计等。蒸发结晶随着膜工艺的发展和广泛应用而逐渐得到发展,是新一代的零排放技术。为了实现更高的蒸发结晶效率,浓缩和分盐工艺是关键;同时,新型蒸发器的研发是未来蒸发结晶工艺的重要发展方向。

4脱硫废水零排放案例

脱硫废水零排放处理技术经过了以下3个阶段:第1阶段是直接蒸发,直接利用蒸发塘或者灰场、煤场等余热进行蒸发,但存在突出的危废处理处置难题。

第2阶段是烟道喷雾蒸发,利用烟道气高温进行废水蒸发与废盐排除,可部分回收冷凝水。在烟道内喷雾蒸发的基础上又开发了旁路烟道蒸发,以解决蒸发效率低和结垢问题。

第3阶段是蒸发结晶,通过“预处理+重金属去除+浓缩减量+盐结晶”组合工艺实现污染物的去除和盐结晶,进而实现水回用和盐回收,已成为目前研究最多的零排放工艺,其中膜分离技术与蒸发结晶技术的结合日益广泛。零排放技术目前已经实现了工业应用的突破(表2)。

延伸阅读:

【图文】火电厂脱硫废水零排放技术分析及案例

脱硫废水零排放工艺- 震动膜+烟道蒸发

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