化学结晶造粒流化床和石灰软化法在电厂循环水处理系统中的应用前景简析

摘要：热电厂循环水处理系统中，药剂软化法（简称“药剂法”）是最为常用的处理工艺。化学结晶软化法（简称“结晶法”）作为一种新兴工艺，对于循环水具有良好的处理效果。本文通过工程实例对2种工艺进行对比，结果表明：结晶法的总硬度平均去除率在62%左右，Ca²⁺平均去除率在80%左右。药剂法的总硬度平均去除率在54%左右，Ca²⁺平均去除率在62%左右。在中间污染物方面，药剂法产生污废率为1.3%，结晶法处理过程中产生的结晶颗粒物是一种具有良好脱水性的高纯度Ca元素化合物颗粒，可作为电厂脱硫的原料进行100%回收，因此不产生任何污废，实现了真正意义上的零排放。综合对比，结晶法高效、低耗、操作便捷以及占地面积小等优点使其具有广阔的应用前景。

关键词：化学结晶造粒法；药剂沉淀法；循环水处理；水质软化；硬度；零排放

目前我国热电厂循环水冷却系统多为敞开式冷却系统，在敞开式冷却系统中，一部分水在冷却过程中会蒸发损失，水中的硬度当含量超过一定范围后会产生发电机组结垢的情况，造成安全隐患。针对上述存在的问题，目前热电厂循环水处理系统中较为常用的处理工艺方法为絮凝沉淀+固液分离，该工艺需要向水中投加大量的药剂，这使得其污染物去除效率低，同时会在处理过程中产生大量的污泥，致使操作过程繁琐，处理系统占地面积变大。

化学结晶造粒法以诱导结晶机理作为主要原理，通过向原水投加软化药剂和诱导晶种，同时通过特殊设计的流化床反应器，使水中的Ca2+和Mg2+离子形成结晶物并附着在诱导晶种表面形成结晶颗粒物得到去除。

本文选取了5项水质条件较为典型的工程案例，通过多方面对比，对2种工艺的运行效果进行分析研究，为同类型水质处理工艺选择提供一定的依据。

1 工艺原理

1.1 药剂沉淀法

化学药剂沉淀法是以水中溶解平衡为机理，通过向水中投加一定量的碱性软化药剂（Ca(OH)₂、CaO等）使水中的目标离子产生均相成核现象形成沉淀物进而从水中分离。

1.2 化学结晶造粒法

化学结晶造粒法以诱导结晶机理为基本原理，通过向原水中投加一定级配晶种和碱性药剂(NaOH、Na2CO3)，使原水中的硬度离子（Ca2+、Mg2+）发生非均相成核反应形成结晶物并附着在晶种表面从水中去除。

2 水质概况

为保证工艺对比结果具有代表性，本文中选取5组典型原水水质进行对比，原水水质如表1所示。

3 结果与讨论

3.1 硬度去除效果对比分析

由图1可知，结晶法对于总硬度和Ca²⁺的去除效果均好于药剂法，Ca²⁺的去除率最高可达到95%，总硬度去除率最高可达到68%。此外结晶法碱性药剂投加量在雾中水质状况下均小于药剂法，且与理论投加量相比，结晶法实际药剂投加量为理论值的0.5~1倍之间，化学结晶法具有硬度去除率高、碱性药剂利用率高等优点。

3.2 中间污废产量对比分析

在本部分对比中，以第2组潍坊电厂为例对两种工艺的中间污废物产量进行计算对比。

药剂法在处理过程中将产生大量的污泥，这些污泥主要由2部分组成：

（1）来自原水的悬浮固体、色度和处理工艺中投加的混凝剂等。

（2）碱性药剂与Ca²⁺、Mg²⁺反应生成的CaCO₃以及Mg(OH)₂等不溶物质。

水处理站处理能力为3200m³/h，根据石灰—混凝处理泥渣量试验计算可得该厂每小时产生的污泥量为44.8t。

化学结晶法对原水进行软化处理时，水中的Ca²⁺与CO₃^2-在碱性条件下进行结晶反应，生成粒径在0.9~1.2mm之间，颗粒物具有良好的脱水性的颗粒物，该颗粒物表面CaCO₃质量比超过99%，因此该结晶颗粒物可作为电厂脱硫原料进行100%回收利用，实现系统零排放。

3.3 经济与环境效益对比分析

在本节内容中，药剂法采用潍坊电厂作为典型案例，化学结晶法选用济宁金盛电厂为典型案例，对两座电厂日常运行成本进行计算分析。

其中潍坊电厂的运行电机总功率为966kW，深度处理厂的处理规模为3200m³/h，则每方水的电耗为：966kW÷3200m³/h=0.32kWh/m³，对电厂成本核算成本如下。

药剂法吨水水处理成本费为0.74元，其中药剂费为0.273元，占总成本约37%。化学结晶法的吨水处理成本为0.73元，其中药剂费为0.618元，占总成本费用的84%。药剂法吨水处理电耗0.192元。化学结晶法中原水从圆柱形反应器的底部进入，形成升流式流化床反应器。反应器中的结晶颗粒物采用重力自排，因此该处理系统主要的电耗来自原水进水泵。

4 结语

（1）对于热电厂循环水进行软化处理，化学结晶法具有硬度去除率高、药剂利用效率高等优势。在进行软化处理过程中，化学结晶法产生的结晶颗粒物表面光滑易脱水，同时具有纯度很高的CaCO₃，回收后可作为碳酸盐原料进行利用，因此整个处理系统可以达到零排放。

（2）通过对化学结晶法和药剂法处理工艺进行经济及环保效益对比可以看到，化学结晶法在药剂利用率、电耗以及中间产物处理等方面具有明显的优势，同时该方法处理工艺占地面积小、系统集成度高、操作便捷以及具有良好的经济和生态效益。因此化学结晶法在热电厂循环水处理领域具有广阔的应用前景。