燃煤電廠石灰軟化系統排泥的再利用

陶逢春 ，王成立，霍書浩

(1.國核電力規劃設計研究院，北京 100094；2.河南省電力勘測設計院，河南 鄭州 450007)

1 概述

由于水資源的匱乏，再生水及礦井排水已成為北方電廠的主要水源。石灰軟化處理系統不產生廢水二次污染環境、適應能力強，同時高純度熟石灰粉的來源在國內已得到解決，使石灰軟化系統在使用再生水、礦井排水或較高暫硬水源電廠的循環水處理中得以廣泛應用。但石灰軟化系統會產生大量排泥，通常處理這些排泥方法是先將這些排泥進行濃縮，再用脫水機將其脫水形成泥餅，由汽車外運至電廠貯灰場貯存。這樣的處理方法，投資大，運行費高。如果能對這些排泥加以回收利用，就可達到廢物再利用、減少初投資、降低運行費用和節能減排的目的，符合國家可持續發展的戰略要求。

2 電廠石灰軟化系統和脫硫系統使用的原料和藥劑

2.1 石灰軟化系統使用的藥劑

(1)熟石灰粉[Ca(OH)2]，一般要求純度≥85%。

(2)聚合鐵，通常使用聚合鐵含量為10%的液體。

2.2 燃煤電廠脫硫系統使用的脫硫劑

石灰石[CaCO3]或MgO的水溶液[Mg(OH)2]。一般要求純度≥90%。

3 石灰軟化系統排泥作為脫硫劑的可行性的分析

由于脫硫系統使用的原料為石灰石或氧化鎂的水溶液[Mg(OH)2]，如果石灰軟化系統的排泥主要成分與脫硫原料相同，且排泥中所含脫硫成分比例滿足脫硫系統對脫硫劑純度的要求，那么，將石灰軟化系統的排泥用作電廠脫硫系統的脫硫劑，就是一種一勞永逸的處理石灰軟化處理系統附屬產物的有效方法，從而達到簡化系統、節約投資、節能減排的目的。

3.1 排泥成分分析

石灰軟化處理有兩種控制方式，即氫氧根規范(加入過量的Ca(OH)2)和碳酸氫根規范，實踐證明，石灰軟化處理系統只有采用氫氧根規范，生成Mg(OH)2沉淀，才能保證澄清池出水是清澈的。所以，在電廠循環水的石灰軟化過程中，一般均采用氫氧根規范，即向被澄清池中加入過量的Ca(OH)2，使澄清池的出水中含有約0.1～0.2mmol/L OH-，此時澄清池出水pH值約為10.3～10.5。采用氫氧根運行控制方式，可使出水中殘余堿度降至0.5～1.0mmol/L。

在氫氧根規范的石灰軟化處理過程中，加入的Ca(OH)2將與水中的CO2反應生成CaCO3沉淀；與碳酸鹽硬度反應，生成CaCO3和Mg(OH)2沉淀；與永硬部分的鎂反應生成Mg(OH)2沉淀；與加入的混凝劑(聚合鐵)反應，生成Fe(OH)3沉淀，化學反應式如下：

由反應式可以看出，每除去原水中1份鈣的暫硬將產生2份CaCO3沉淀，每除去1份鎂的暫硬，將產生2份CaCO3和1份Mg(OH)2沉淀，每除去1份鎂的永硬，將產生1份Mg(OH)2沉淀，同時所加的混凝劑聚合鐵液將生成Fe(OH)3沉淀?？紤]到原水中含有懸浮物及在軟化過程中所加熟石灰中含有的雜質，所以，石灰軟化系統的排泥主要成分如下：

(1)軟化反應過程中生成的CaCO3。

(2)軟化反應過程中生成的Mg(OH)2。

(3)熟石灰中含有的雜質，該雜質主要為未煅燒透徹的石灰石CaCO3。

(4)軟化反應過程中生成的Fe(OH)3。

(5)原水帶進來的懸浮物。

其中(1)、(2)、(3)項均為脫硫劑。

3.2 石灰軟化系統排泥作為脫硫劑時對原水水質的要求

3.2.1 石灰軟化系統熟石灰的加藥量

根據石灰軟化反應式可得：

式中：DSH為石灰用量(mmol/L)；DN為混凝劑加藥量(mmol/L)；當原水中堿度小于[Ca2+]+DN時需要加上，當原水中堿度大于[Ca2+]+DN時不需要加上；α為過剩石灰量，一般取0.2mmol/L。

3.2.2 澄清池排泥量

根據石灰軟化反應式及排泥組成可得：

簡化為：

式中：DPN為排泥量(mg/L)；100{[CO2]+2[HCO3-]}為原水中的堿度與Ca(OH)2反應生成的CaCO3量，為脫硫劑；13.32DSH為投加純度為85%的熟石灰所帶進來的雜質(CaCO3)量(mg/L)，為脫硫劑；58[Mg2+]為原水中鎂與Ca(OH)2反應生成的Mg(OH)2量，為脫硫劑；107DN為加入混凝劑聚合鐵所生成的Fe(OH)3沉淀物量，一般情況下，聚合鐵的加藥量(以Fe3+計)為5～10mg/L，那么生成的Fe(OH)3約為9.6～19.11mg/L(采用19.11mg/L)；n為原水懸浮物含量(mg/L)。

由于水中[CO2]所占的堿度比例很小，那么：

3.2.3 排泥作為脫硫劑時對原水堿度的要求

由公式(7)可以得出排泥中脫硫劑的百分比含量(P)為：

由于電廠石灰石法脫硫所使用的脫硫劑要求純度≥90%，所以要使石灰軟化過程所產生的排泥可用作脫硫劑，公式(8)中的P值必須≥90%，即：

可得：

由公式(10)可以判斷DSH＞{[CO2]+[HCO3-]}(原水中的總堿度)，那么由公式(10)可得并只要200[HCO3-]+13.32 [HCO3-]≥(172+9n)，排泥中P≥90%將可得到滿足，亦即原水中的堿度要滿足下式：

由式(11)可知，要使石灰處理系統的排泥符合脫硫劑標準要求，對原水中的堿度要求值將隨原水中懸浮物含量的增加而增加。

當原水為再生水時，由于所采用的再生水水質至少符合GB18918-2002中的二級標準，所以公式(11)中n值可取30mg/L。那么只要再生水中[HCO3-]≥2.07mmol/L ，其石灰處理系統的排泥即可作為脫硫劑使用，考慮到再生水中含有一定量的Mg2+和CO2，再生水中的[HCO3-]可修正為＞2mmol/L。

3.3 結論

綜上所述，石灰軟化處理系統排泥中的主要成分為脫硫原料CaCO3和Mg(OH)2，當原水中的堿度和懸浮物含量滿足公式(7)時，石灰軟化處理所產生排泥中的脫硫劑含量將滿足電廠脫硫系統對脫硫劑品質(≥90%)的要求，完全可以用作燃煤電廠的脫硫原料。對于利用再生水作為水源的電廠來說，只要再生水中的堿度＞2mmol/L，其石灰軟化處理系統的排泥即可用作電廠濕法脫硫系統的脫硫劑。

4 排泥再利用的經濟效益分析

當石灰軟化系統排泥中不回收利用時，泥漿處理系統為排泥→濃縮池→脫水機→泥餅→汽車運至灰場貯存；而將排泥回收用作脫硫原料時，泥漿處理系統可簡化為排泥→濃縮池→泥漿泵→脫硫系統的石灰石制漿系統。

下面為河南省某2×600MW機組(年利用小時數按5500h計)經改造使用該技術的經濟效益和環境效益(系統已運行近4年)。

經濟效益：可節省初投資約500萬元(脫水機、加藥系統、泥餅輸送及貯存系統、建筑安裝費用等)；減少運行費用(排渣脫水系統電費、藥劑費、設備折舊費等、脫硫系統原料購置及運輸費、電費、水費等、環保排放收費等)約260萬元/年。

環境效益：少向自然環境排渣(含水率70%)約5.28萬t/年、少利用自然環境中的石灰石約1.58萬t/年、節約脫硫制漿系統用水約38.02萬t/年，達到節能減排的目的。

5 應注意的問題

值得注意的是，實際運行經驗證明，石灰軟化系統使用的助凝劑(聚丙烯酰氨)會嚴重影響脫硫劑的脫硫效果，如果要使用石灰軟化系統的排泥作為脫硫劑，那么在石灰軟化處理過程中應慎用聚丙烯酰胺助凝劑。

[1]許保玖.給水處理理論[M].北京：中國建筑工業出版社，2000.

[2]德格雷蒙公司[法].水處理手冊[K].北京：中國建筑工業出版社，1990.

[3]田斌.濕法脫硫技術問題及脫硫效率探討[J].電力環境保護，2008，(5).

[4]袁鋼.氧化鎂煙氣脫硫反應特性研究[J].環境工程學報， 2010，4(5).

[5]武漢水利電力學院電廠化學教研室.熱力發電廠水處理[M].北京：中國電力出版社，1975.

[6]武文江.石灰石石膏濕法:煙氣脫硫技術[M].北京：水利電力出版社，2006.