應用豎流式濃縮池降低脫硫廢水含固率的實踐

李復明，陳啟構，胡達清

（1.蕭山發電廠，杭州 311251；2.天地環保工程有限公司，杭州 310007）

1 改造前系統狀況

浙江能源集團有限公司蕭山發電廠一期工程共安裝2臺SG-420/13.7-M417A型鍋爐，鍋爐煙氣的除塵干灰外銷綜合利用。爐底落渣采用水力出渣。2臺爐共用1套閉式循環渣水分離系統，脫水渣運至廠外渣水場堆放，澄清水回送鍋爐重復使用。該系統配備3臺脫水倉、1個澄清池、1個緩沖回水池及沖渣水泵等設備。2005年實施了石灰石—石膏法煙氣脫硫（FGD）改造工程，產生的廢水采用渣水混合處理方式。

吸收塔外排（間隙運行）石膏漿液由輸送泵送到石膏旋流站進行一級脫水。石膏旋流站上部含固率約3%的稀漿液大部分返回到吸收塔，其余部分下排至廢水箱，通過廢水泵進入各脫水倉，直接與渣水混合、吸附、中和處理。廢水設計排放總量91 m3/d，統計平均日排放量約80 m3，石膏旋流站進入廢水箱的廢水排放量6～7 m3/h。

含固率約3%的脫硫廢水進入脫水倉后，水中微細顆粒物容易堵塞灰渣析水通道，使脫水倉脫水時間大大延長，出渣含水率上升。脫硫廢水含固率越高，排放量越大，出渣含水率也越高，嚴重時會導致脫水倉頻繁失效。因此，脫硫廢水進入渣水系統混合處理的前提是降低脫硫廢水的含固率。

2 沉降試驗

2.1 試驗依據

通常液態非均相物系分離處理的方法有重力濃縮、離心濃縮、氣浮濃縮，當液態中懸浮固體密度大于污水密度時，宜選用前兩種方法。

火力發電廠脫硫廢水含有較多不可溶的固態物，目前普遍采用水力旋流器離心濃縮處理。水力旋流器具有體積小、安裝方便的特點，但也存在運行壓力高、輸送泵能耗大、旋流子易磨損、固液分離度不高等缺點。沉淀池重力濃縮法雖然設備體積大，但操作簡單、運行費用低、分離效果好，基本不需要維護。重力濃縮沉淀池的設計依據是污水中的固體顆粒沉降特性、處理后達到標準及設備運行的可靠性。

通常，在無試驗數據的情況下，平流（輻流）式沉淀池的經驗表面負荷 q 可在 2～4 m3/（m2·h）內選取。豎流式沉淀池中污水上升速度v則取0.000 5～0.001 m/s。由于采用沉淀池直接濃縮處理脫硫廢水沒有可借鑒的經驗，因此要通過脫硫廢水靜置沉降、動態模擬沉降試驗來了解其沉降性能，以便為選型、設計提供必要的數據。

2.2 試驗情況

參照靜置沉降試驗的有關要求，在脫硫廢水泵出口取樣做靜置觀測試驗。樣水瓶高200 mm，樣水高度195 mm，樣水中懸浮固體物自由、絮凝、成層、壓縮的沉降過程見圖1。

圖1 脫硫廢水靜置沉降特性

觀察發現，在45 min內，樣水懸浮物沉降速度相對較快，底部濃縮液體的流動性較好。45 min后進入壓縮沉降，速度明顯減緩，濃縮液的流動性變差。濃縮池應同時滿足溢流液澄清度及底排液的流動性，故沉降時間t0取40 min（0.66 h），去除率約90%，計算脫硫廢水中懸浮固體沉降速度u0=1.39 m/h，靜置試驗表面負荷的數據僅為經驗值的77%，動態時則可能更低。

濃縮池中脫硫廢水的實際沉降過程較靜置沉降復雜，影響因素也較多。為了解其動態沉降情況，尤其是表面液的含固率，選擇與濃縮池相近的脫硫廢水箱進行模擬試驗。試驗過程為：旋流站正常運行，停止廢水箱攪拌器，廢水進入脫硫廢水箱（直徑2.8 m，高2.5 m，容積 15.4 m3），進入流量約7 m3/h。在旋流站下排口與脫硫廢水箱有數米落差、廢水箱入口管無導流消能裝置、進水直接沖擊液面的情況下，動態試驗數據見表1，表面液的含固率為0.81%，優于廢水旋流站的濃縮效果。

表1 脫硫廢水動態試驗

3 沉淀池選型

3.1 選型依據

根據結構及運行方式的不同，沉淀池有多種類型，主要有矩形平流式和圓形輻流（豎流）式。矩形池占地面積大，排泥機運行維修復雜。圓形池結構緊湊，刮泥機結構簡單，維修量小。因此改進方案宜選擇圓形輻流或豎流式沉淀池。

3.2 輻流式沉淀池計算

因沉淀池的底排液仍在系統內循環，沉淀池設計處理流量應為凈排出量及底排量之和。原設計排量約為6 m3/h，考慮一定的富余量，則沉淀池的進水量Q為8 m3/h。

沉淀池設計采用靜置沉降速率時，表面負荷q 應按經驗公式 u0/（1.25～1.75）確定， 常數取 1.25，計算得到 q 為 1.1 m3/（m2·h）； 沉淀時間應按 t=（1.5～2）t0確定， 常數取 2，計算得 t為 1.32 h，二次沉降t為2 h。

有效沉降面積A1=Q/q=7.27 m2，導流筒面積A2已知為0.5 m2，則沉淀池總面積A=A1+A2=7.77 m2。

沉淀池直徑D與有效水深H之比的要求為D/H=（6～12）， 而本工程 D/H=3.15/2.08=1.51＜6，因而不符合輻流式沉淀池設計要求[1]。

3.3 豎流式沉淀池計算

豎流式沉淀池設計流量與輻流沉淀池相同，沉淀池總面積A、沉淀池直徑D亦同輻流式沉淀池。計算得沉淀池有效水深H為2.2 m，沉淀池直徑與有效水深之比要求為D/H＜3，而本工程D/H=3.16/2.2=1.44＜3，因此符合豎流式沉淀池設計要求[1]。

3.4 沉淀池參數選取

輻流式沉淀池通常被用來處理大流量、絮凝性低、顆粒自沉性好的污水。而豎流式沉淀池更適用于小流量、濃縮或分離顆粒物含量高、絮凝性強的泥狀水。

根據旋流站系統的運行情況及場地空間布置等因素，最終確定濃縮池直徑選取3.5 m，有效水深取2.6 m，則有效面積9.1 m2，有效容積23.66 m3。為了解濃縮池運行技術參數、控制運行狀態，根據選定設備的結構參數，對最大處理流量及該流量下的沉淀時間進行校核計算，計算結果為最大允許流量Qmax為10.01 m3/h；最大流量時的沉淀時間tmax為2.34 h。

由上可知，計算最大處理流量時的沉淀時間大于2 h，亦滿足要求。

4 實施情況

2009年11 月，改造項目開工。脫硫廢水濃縮器采用豎流式濃縮池和刮泥機組合，濃縮器過流部件采用襯膠防腐，刮泥機連續運行，進水、濃縮液排放采用程序控制。濃縮器布置在脫硫工藝樓10 m層平臺上的脫硫廢水箱旁，濃縮器溢流口高于廢水箱進水口。15 m層的石膏旋流站部分溢水自流入濃縮器，濃縮器溢流液自流入廢水箱，由廢水泵排入回水池與渣水混合反應處理并作為沖渣系統補水。濃縮器底排濃縮液進入工藝樓底層的石膏漿液箱與石膏漿液混合后去真空皮帶機脫水。底排管安裝有電動閥，閥門根據靜置沉降曲線及運行試驗數據確定開啟、關閉的時間。濃縮器參數見表2。

2010年1 月項目改造完成并投入運行。試驗情況顯示，當濃縮器進口流量約為9.5 m3/h，濃縮器溢流水含固率降至約0.01%，濃縮器底排濃縮液流量約1.5 m3/h，含固率19%～30%。

表2 濃縮器參數

5 結語

火力發電廠濕法煙氣脫硫廢水濃縮設備多采用水力旋流器，雖然體積小、效率高，但易磨損、能耗大，固液分離度有限。特別是當脫硫廢水選擇直接排入渣水系統的處理方式時，其含固率會引起諸多問題。為解決脫硫廢水含固率的問題，對蕭山發電廠脫硫廢水進行靜置沉降、動態試驗分析，取得了沉降性能數據，運用于沉淀池設計與設備選型，最終采用豎流式濃縮器完成了降低脫硫廢水含固率的改造項目。運行情況表明，項目達到了預期目標。本改造方案的成功應用為脫硫廢水處理提供了一條新的途徑，也為同類電廠提供了有益的借鑒。

[1]陳家慶.環保設備原理與設計[M].北京：中國石化出版社，2005.

[2]唐受印，戴友芝，汪大翠.廢水處理工程[M].北京：化學工業出版社，2004.

[3]孫克勤，鐘秦.火電廠煙氣脫硫系統設計、建造及運行[M].北京：化學工業出版社，2005.