燃煤電廠石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)水平衡分析及節(jié)水措施

＊齊曉輝 牛如清

（華電電力科學(xué)研究院東北分院 遼寧 110000）

燃煤電廠石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)水平衡分析及節(jié)水措施

＊齊曉輝 牛如清

（華電電力科學(xué)研究院東北分院 遼寧 110000）

本研究對(duì)近年燃煤電廠石灰石-石膏濕法脫硫工藝，介紹了其用水情況。對(duì)石灰石及石膏濕法脫硫的廢水水質(zhì)進(jìn)行了分析，并探討了脫硫運(yùn)行的節(jié)水優(yōu)化措施，提出了煙道蒸發(fā)處理脫硫廢水零排放技術(shù)的技術(shù)，其目的就是做到回收水資源的同時(shí)，減少并防止高鹽廢水污染環(huán)境。該研究對(duì)濕法脫硫的設(shè)計(jì)和運(yùn)行具有一定指導(dǎo)意義。

石灰石-石膏濕法脫硫；水平衡分析；節(jié)水措施

1.前言

目前大型的燃煤電廠其所使用的脫硫技術(shù)就是石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)，這種技術(shù)是國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛和成熟的技術(shù)。水平衡的有效合理控制是石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中的一個(gè)前提要求。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)火電廠煙氣脫硫技術(shù)蓬勃發(fā)展，脫硫技術(shù)日漸成熟。但由于在脫硫技術(shù)消化吸收、創(chuàng)新等方面不足，各電廠脫硫系統(tǒng)普遍存在水平衡無(wú)法實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)耗水大的現(xiàn)象，這一方面使得各項(xiàng)工藝參數(shù)難以控制無(wú)形中浪費(fèi)了大量水資源；從另一方面而言，脫硫廢水是一種含大量雜質(zhì)的廢水，其特點(diǎn)就是含有高懸浮物、高鹽含量、強(qiáng)腐蝕性等，廢水中主要有過(guò)飽和的亞硫酸鹽、硫酸鹽以及重金屬，因此，有必要對(duì)系統(tǒng)水平衡進(jìn)行分析和改造，以保證脫硫系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2.脫硫系統(tǒng)工藝與系統(tǒng)用水簡(jiǎn)介

(1)脫硫系統(tǒng)工藝

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝的主要反應(yīng)是在吸收塔中進(jìn)行的，在煙氣脫硫過(guò)程中，最為繁復(fù)的就是物理反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程，吸收塔由吸收區(qū)、氧化區(qū)和結(jié)晶區(qū)三部分組成，在吸收塔漿池（氧化區(qū)和結(jié)晶區(qū)組成）和吸收區(qū)，不同的層存在不同的邊界條件，現(xiàn)將最重要的物理和化學(xué)反應(yīng)方程式描述如下：

石灰石-石膏濕法脫硫之所以能夠在世界上得到廣泛的應(yīng)用，是因?yàn)榕c其它方法相比，它具有如下優(yōu)點(diǎn)：①資源來(lái)源較豐富，成本低。在我國(guó)分布著大量的石灰石，其作為一種吸收劑主要用于石灰石（石灰）-石膏濕法脫硫工藝。在我國(guó)的很多地區(qū)有著豐富的石灰石資源，碳酸鈣的含油量高達(dá)90%以上；②脫硫效率較高；石灰石（簡(jiǎn)稱石灰）—石膏濕法脫硫工藝脫硫率高達(dá)95%以上，脫硫后的煙氣不僅極大地降低了含塵量而且二氧化硫的濃度很低；③技術(shù)成熟，運(yùn)行可靠性好；④副產(chǎn)物的再利用。對(duì)副產(chǎn)物的再利用也是石灰石-石膏濕法脫硫的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)，可以深加工副產(chǎn)物石膏，進(jìn)一步拓展其經(jīng)濟(jì)效益；⑤對(duì)煤種變化的適應(yīng)性強(qiáng)，煙氣量的適用范圍寬等。

(2)脫硫系統(tǒng)用水

濕法脫硫系統(tǒng)的用水可分為3大類：石灰石制漿用水、設(shè)備沖洗用水及冷卻用水和廢水處理系統(tǒng)排水。

石灰石制漿水主要是指加工成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%～30%的石灰漿水，制漿本身并不消耗任何形式的水，只是把石灰漿的形式吸收塔脫硫反應(yīng)。

除霧器、真空皮帶脫水機(jī)、漿液的輸送管道、漿液儲(chǔ)存箱罐、漿液循環(huán)泵等沖洗用水、氧化風(fēng)機(jī)、漿液循環(huán)泵等輔助設(shè)備冷卻、軸封用水一部分送去制漿，另一部分返回吸收塔，使之循環(huán)利用。

為減少脫硫液中的氯離子濃度，要定期定量脫硫廢水排放。廢水排放的廢水氣旋溢出到污水處理系統(tǒng)，處理后按照《火電廠石灰石/石膏濕法脫硫廢水水質(zhì)控制指標(biāo)》排放。

3.脫硫水平衡試驗(yàn)內(nèi)容

(1)試驗(yàn)?zāi)康?/p>

用水單位的科學(xué)管理最為有效的方式就是水平衡測(cè)試，是城市水資源保護(hù)規(guī)劃的基礎(chǔ)工作。它的意義在于，通過(guò)水平衡測(cè)試可以完全了解掌握單位用水管網(wǎng)情況，不同地區(qū)（單位）現(xiàn)狀，為水平衡和合理的水位，采取相應(yīng)措施，水潛力，加強(qiáng)水資源管理，改善水的合理水平的目的。通過(guò)對(duì)濕法煙氣脫硫系統(tǒng)工藝用水和耗水的分析，結(jié)合電廠濕法脫硫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)和運(yùn)行情況，測(cè)試該脫硫系統(tǒng)在滿負(fù)荷下的水平衡并根據(jù)具體的用水、耗水情況提出節(jié)水措施

。

(2)試驗(yàn)原則

①機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷80%以上進(jìn)行試驗(yàn)，以保證其真實(shí)用水水平。②脫硫重點(diǎn)設(shè)備必測(cè)，即與生產(chǎn)有關(guān)的用水量較大的管道必須測(cè)量且力求準(zhǔn)確，相同設(shè)備抽樣測(cè)試。

(3)試驗(yàn)依據(jù)

①GB/T 12452-2008《企業(yè)水平衡試驗(yàn)通則》；

②DL/T 1052-2007《節(jié)能技術(shù)監(jiān)督導(dǎo)則》；

③DL/T 783-2001《火力發(fā)電廠節(jié)水導(dǎo)則》；

④DL/T 904-2015《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》；

⑤DL/T 606．1-2014《火力發(fā)電廠能量平衡導(dǎo)則第1部分：總則》；

⑥D(zhuǎn)L/T 606．5-2009《火力發(fā)電廠能量平衡導(dǎo)則第5部分：水平衡試驗(yàn)》。

(4)試驗(yàn)儀器

超聲波測(cè)流量裝置的優(yōu)點(diǎn)是非接觸測(cè)量，不破壞流場(chǎng)，無(wú)壓力損失，不影響管道、水溝的正常工作，無(wú)需使用外接電源，安全可靠。

①便攜式超聲波流量計(jì)

生產(chǎn)廠家：美國(guó)康創(chuàng)；型號(hào)：FLCS1011。

②溫度計(jì)、秒表、皮尺等

水平衡測(cè)試主要采用儀器法，封閉式（管道）用水系統(tǒng)采用康創(chuàng)（美國(guó)）超聲波流量計(jì)測(cè)量，排放口排水流量采用國(guó)產(chǎn)明渠流量計(jì)測(cè)量。對(duì)不具備測(cè)試條件的測(cè)點(diǎn)采用推估計(jì)算的方法。

(5)試驗(yàn)內(nèi)容

脫硫系統(tǒng)內(nèi)水的消耗主要有吸收塔內(nèi)水分蒸發(fā)、石膏中攜帶水分及脫硫廢水排放。

水平衡試驗(yàn)期間：

①鍋爐煙氣在吸收塔內(nèi)經(jīng)石灰石漿液洗滌后，煙氣中的水蒸氣達(dá)到飽和，并在煙氣中出現(xiàn)了液態(tài)水。塔內(nèi)蒸發(fā)水占FGD系統(tǒng)耗水量的90%左右，是系統(tǒng)水平衡中水耗的主要部分。脫硫系統(tǒng)補(bǔ)水為間斷性，在系統(tǒng)補(bǔ)水時(shí)測(cè)量其瞬時(shí)流量，并于試驗(yàn)期間統(tǒng)計(jì)累計(jì)流量，然后折算成小時(shí)平均流量；

②水量采用便攜式流量計(jì)測(cè)量；

③石膏中攜帶水分按石膏產(chǎn)量的10%計(jì)算；

④目前大多數(shù)電廠采用化學(xué)沉淀法處理脫硫廢水，主要是通過(guò)氧化、中和、沉淀、絮凝等去除脫硫廢水中的重金屬和懸浮物等污染物，化學(xué)沉淀法具有操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)，但是其設(shè)備較多、建設(shè)投資高。

4.脫硫節(jié)水措施

建議脫硫廢水排放出口加裝流量計(jì)，統(tǒng)計(jì)脫硫廢水排放量，根據(jù)吸收塔漿液化驗(yàn)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)脫硫廢水系統(tǒng)運(yùn)行。

在保證脫硫效率的前提下，可通過(guò)提高石灰石品質(zhì)、根據(jù)不同工況調(diào)整漿液循環(huán)泵數(shù)量，仍需適當(dāng)維持一定的漿液密度1100kg/m3措施優(yōu)化脫硫系統(tǒng)。建議根據(jù)吸收塔除霧器壓差情況優(yōu)化運(yùn)行，保證除霧效果，減少塔內(nèi)蒸發(fā)水耗。

提高脫水機(jī)脫水效果，減少石膏含水率，防止含水率過(guò)大。當(dāng)石膏含水率較大時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整石膏脫水系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

建議加裝煙氣余熱利用節(jié)能裝置，降低脫硫吸收塔入口煙氣溫度，減少吸收塔蒸發(fā)量。根據(jù)已加裝煙氣余熱利用節(jié)能裝置機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，可節(jié)約濕法脫硫工藝水量約30%。

脫硫廢水按照當(dāng)前化學(xué)沉淀法處理后的出水含鹽量高，直接排放容易引起二次污染。

因此，脫硫廢水采用先進(jìn)工藝實(shí)施零排放處理改造。

5.脫硫廢水水質(zhì)分析與零處理工藝改造

(1)脫硫廢水水質(zhì)

某電廠，脫硫廢水水量10t/h，pH6～9，COD為942mg/ L，TDS為21350 mg/L 左右，難以回用，水質(zhì)分析見(jiàn)表 1。

表1 水樣水質(zhì)

盡管脫硫廢水水量在電廠廢水中占比很小，但是其含鹽量極高、污染物種類多，不同電廠水質(zhì)波動(dòng)大，同時(shí)脫硫廢水具有高濁度、高硬度等特點(diǎn)，因此成為燃煤電廠中成分最為復(fù)雜、處理難度最大的廢水。

(2)脫硫廢水煙道蒸發(fā)工藝零處理

當(dāng)前，許多地區(qū)的環(huán)保部門要求電力企業(yè)實(shí)現(xiàn)廢水零排放，這就要求尋找一種簡(jiǎn)易可行的技術(shù)實(shí)現(xiàn)脫硫廢水處理的難題。

針對(duì)上述問(wèn)題目前最好的處理方式是脫硫廢水煙道蒸發(fā)處理技術(shù)，即空氣預(yù)熱器和煙氣的塵土之間液體兩相流噴嘴安裝在里面，將生成后的脫硫石膏脫水廢水噴到空氣預(yù)熱器以及電除塵器之間的煙道，廢水利用高溫?zé)煔忪F化液滴干燥后，固體顆粒的形成與煙氣進(jìn)入電除塵器被捕獲，最后與粉煤灰排出，從而達(dá)到脫硫廢水零排放的目的。這種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就是制造技術(shù)簡(jiǎn)單，效率較高，占地小，而且改造成本低等優(yōu)勢(shì)。這樣既降低了運(yùn)行成本去除了傳統(tǒng)化學(xué)工藝無(wú)法處理的Cl-和F-等，同時(shí)也能達(dá)到電廠脫硫廢水的零排放的目的，完全滿足我國(guó)政策上對(duì)電力行業(yè)節(jié)能環(huán)保的現(xiàn)實(shí)要求。

6.總結(jié)

本文對(duì)火電廠脫硫系統(tǒng)用水、耗水、排水進(jìn)行全面的分析和總結(jié)，指出了吸收塔內(nèi)水分蒸發(fā)是脫硫耗水的主要組成部分，其次對(duì)脫硫廢水的來(lái)源及組成特性進(jìn)行介紹，對(duì)常規(guī)濕法脫硫廢水化學(xué)沉淀法此種技術(shù)的原理進(jìn)行了分析和運(yùn)用。最后，對(duì)脫硫廢水煙道蒸發(fā)零處理技術(shù)研究和發(fā)展進(jìn)行展望。該結(jié)果可為我國(guó)燃煤電廠脫硫系統(tǒng)用水運(yùn)行優(yōu)化及節(jié)水措施提供參考。

[1]李曉蕓．火電廠用水與節(jié)水技術(shù)[M]．北京:中國(guó)水利水電出版社,2008．

(責(zé)任編輯：牛玉娟)

Water Balance Analysis and Water-saving Measures for the Limestone-gypsum Wet Desulfuration System of Coal-fired Power Plant

Qi Xiaohui, Niu Ruqing

（Northeast China Branch Offce, Huadian Electric Power Research Institute, Liaoning, 110000）

This research has introduced the water-using situation of limestone-gypsum wet desulfuration technology for coal-fred power plant in recent years and analyzed the waste water quality of the limestone-gypsum wet desulfuration, besides, discussed the water-saving and optimization measures for desulfuration operation and put forward the desulfuration waste water zero-emission technology by gas fue evaporation, which purpose is that at the time of fnishing water resources recycling, reducing and preventing the pollution of high-salinity wastewater on environment. This research has certain guiding signifcance to the design and operation of wet desulfuration.

limestone-gypsum wet desulfuration；water balance analysis；water-saving measures

T

A

齊曉輝（1986～)，男，華電電力科學(xué)研究院東北分院；研究方向：火電廠環(huán)境污染治理研究與電力建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)。