化學結晶造粒流化床和石灰軟化法在電廠循環水處理系統中的應用前景簡析

馮運超，李愷弘，胡瑞柱

（1.中國能源建設集團規劃設計有限公司，北京 100120；2.西安建筑科技大學環境與市政工程學院，陜西 西安 710055）

目前我國熱電廠循環水冷卻系統多為敞開式冷卻系統，在敞開式冷卻系統中，一部分水在冷卻過程中會蒸發損失，水中的硬度當含量超過一定范圍后會產生發電機組結垢的情況，造成安全隱患。針對上述存在的問題，目前熱電廠循環水處理系統中較為常用的處理工藝方法為絮凝沉淀+固液分離，該工藝需要向水中投加大量的藥劑，這使得其污染物去除效率低，同時會在處理過程中產生大量的污泥，致使操作過程繁瑣，處理系統占地面積變大。

化學結晶造粒法以誘導結晶機理作為主要原理，通過向原水投加軟化藥劑和誘導晶種，同時通過特殊設計的流化床反應器，使水中的Ca2+和Mg2+離子形成結晶物并附著在誘導晶種表面形成結晶顆粒物得到去除。

本文選取了5項水質條件較為典型的工程案例，通過多方面對比，對2種工藝的運行效果進行分析研究，為同類型水質處理工藝選擇提供一定的依據。

1 工藝原理

1.1 藥劑沉淀法

化學藥劑沉淀法是以水中溶解平衡為機理，通過向水中投加一定量的堿性軟化藥劑（Ca(OH)2、CaO等）使水中的目標離子產生均相成核現象形成沉淀物進而從水中分離。

1.2 化學結晶造粒法

化學結晶造粒法以誘導結晶機理為基本原理，通過向原水中投加一定級配晶種和堿性藥劑(NaOH、Na2CO3)，使原水中的硬度離子（Ca2+、Mg2+）發生非均相成核反應形成結晶物并附著在晶種表面從水中去除。

2 水質概況

為保證工藝對比結果具有代表性，本文中選取5組典型原水水質進行對比，原水水質如表1所示。

表1 原水部分水質指標

3 結果與討論

3.1 硬度去除效果對比分析

由圖1可知，結晶法對于總硬度和Ca2+的去除效果均好于藥劑法，Ca2+的去除率最高可達到95%，總硬度去除率最高可達到68%。此外結晶法堿性藥劑投加量在霧中水質狀況下均小于藥劑法，且與理論投加量相比，結晶法實際藥劑投加量為理論值的0.5~1倍之間，化學結晶法具有硬度去除率高、堿性藥劑利用率高等優點。

圖1 硬度去除效果對比

3.2 中間污廢產量對比分析

在本部分對比中，以第2組濰坊電廠為例對兩種工藝的中間污廢物產量進行計算對比。

藥劑法在處理過程中將產生大量的污泥，這些污泥主要由2部分組成：

（1）來自原水的懸浮固體、色度和處理工藝中投加的混凝劑等。

（2）堿性藥劑與Ca2+、Mg2+反應生成的CaCO3以及Mg(OH)2等不溶物質。

水處理站處理能力為3200m3/h，根據石灰—混凝處理泥渣量試驗計算可得該廠每小時產生的污泥量為44.8 t。

化學結晶法對原水進行軟化處理時，水中的Ca2+與

在堿性條件下進行結晶反應，生成粒徑在0.9～1.2mm之間，顆粒物具有良好的脫水性的顆粒物，該顆粒物表面CaCO3質量比超過99%，因此該結晶顆粒物可作為電廠脫硫原料進行100%回收利用，實現系統零排放。

3.3 經濟與環境效益對比分析

在本節內容中，藥劑法采用濰坊電廠作為典型案例，化學結晶法選用濟寧金盛電廠為典型案例，對兩座電廠日常運行成本進行計算分析。

其中濰坊電廠的運行電機總功率為966kW，深度處理廠的處理規模為3200m3/h，則每方水的電耗為：966kW÷3200 m3/h=0.32kWh/m3，對電廠成本核算成本如下。

藥劑法噸水水處理成本費為0.74元，其中藥劑費為0.273元，占總成本約37%。化學結晶法的噸水處理成本為0.73元，其中藥劑費為0.618元，占總成本費用的84%。藥劑法噸水處理電耗0.192元。化學結晶法中原水從圓柱形反應器的底部進入，形成升流式流化床反應器。反應器中的結晶顆粒物采用重力自排，因此該處理系統主要的電耗來自原水進水泵。

4 結語

（1）對于熱電廠循環水進行軟化處理，化學結晶法具有硬度去除率高、藥劑利用效率高等優勢。在進行軟化處理過程中，化學結晶法產生的結晶顆粒物表面光滑易脫水，同時具有純度很高的CaCO3，回收后可作為碳酸鹽原料進行利用，因此整個處理系統可以達到零排放。

（2）通過對化學結晶法和藥劑法處理工藝進行經濟及環保效益對比可以看到，化學結晶法在藥劑利用率、電耗以及中間產物處理等方面具有明顯的優勢，同時該方法處理工藝占地面積小、系統集成度高、操作便捷以及具有良好的經濟和生態效益。因此化學結晶法在熱電廠循環水處理領域具有廣闊的應用前景。