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手机版 “ 零排放 ” 下燃煤电厂脱硫手机版水量的确定

0 引言

随着燃煤电厂烟气处理超低排放改造工程的进展,对烟气中SO2排放浓度的要求越来越高,这对石灰石-石膏湿法脱硫系统的运行产生了重要影响。为保证湿法脱硫系统的稳定运行,有必要对脱硫浆液的质量进行更严格的控制,导致部分电厂湿法脱硫系统脱硫手机版排放量增加。同时,2015年4月国务院正式发布的“水污染防治行动计划”,对各类污水的处理和排放提出了更高的要求。河北省颁布的DB13/831-2006“氯离子排放标准”提高了手机版中氯离子的排放限值(350 mg/L);DB37/599-2006“山东省南水北调工程水污染物综合排放标准”和DB37/676-2007“山东半岛流域水污染综合排放标准”对此作了规定。外排水含盐量限值为1600 mg/L,以城市中水或循环水为主要水源的企业含盐量限值为2000 mg/L。2013年,北京市颁布了DB11/307-2013“水污染物综合排放标准”。规定向地表水排放的可溶性固形物总量小于1600 mg/L。

根据近年来燃煤电厂手机版“零排放”改造项目的实施,脱硫手机版“零排放”处理占整个项目投资的很大比例,与投资直接相关和整个项目的运营成本。脱硫手机版量必须保证脱硫系统稳定达标,尽可能减少手机版排放,降低污水处理系统的投资和运行成本。合理减少脱硫手机版的排放,对降低污水“零排放”转化系统的投资和运行成本具有重要意义。

1 脱硫手机版水量的确定

脱硫手机版因其固形物含量高、重金属离子含量高、含盐量高、水质复杂等特点而成为手机版处理的重点和难点。传统的“中和-絮凝-沉淀”工艺处理高盐手机版(含盐量>2000 mg/L)中的固体悬浮物和重金属离子,以脱硫手机版和酸碱再生手机版为代表。但在降低其含盐量方面效果不明显,常规工艺处理后仍难以达到新的排放标准。而含盐量<2000 mg/L的手机版可作为脱硫工艺水、循环水补给、灰渣系统补给等,不需要外排,即燃煤电厂外排水含盐量的要求间接达到手机版“零排放”。

1.1 氯离子含量控制

一般来说,脱硫手机版中的水量可以通过脱硫泥浆中氯离子的质量浓度来确定。根据dl/t5196-2016“火力发电厂石灰石石膏湿法烟气脱硫设计规程”,脱硫吸收罐中的运行氯离子质量浓度设计不超过20,000毫克/升。暴露于吸收泥浆中的部件的耐蚀性应设计为质量浓度不超过40,000毫克/升。然而,在实际操作中,脱硫浆料的氯化物质量浓度控制仍需考虑煤质、液体质量和石膏质量等因素。脱硫泥浆中的氯离子主要来自燃煤烟气中氯的溶解和脱硫工艺水的携带。

1.1.1 燃煤煤质

燃煤烟气中氯元素主要来源于煤燃烧过程中携带的氯元素形成的HCl和灰中携带的NaCl、KCl、CaCl2的化学反应方程。

我国煤中氯的质量分数普遍较低,一般在0.01%~0.2%之间,平均为0.02%,大部分低于0.05%,少数在0.05%~0.15%之间。煤的灰分越高,煤中氯的质量分数越高。以300 MW机组为例,该机组每小时燃烧120吨煤,假定煤中氯的质量分数为中国煤中氯质量分数的平均值(0.02%),煤中所含氯全部燃烧并排入料浆中,通过排出脱硫手机版排出。当脱硫手机版的排放量控制在5t/h(300 MW机组脱硫手机版的正常排放)时,燃煤对氯离子的贡献约为4800 mg/L,在实际应用中需要根据多种因素进行调整。如煤质(氯、灰的质量分数)、装置操作等。

1.1.2 工艺水

石灰石 - 石膏湿法脱硫工艺需要大量工艺用水,工艺用水与脱硫系统中的烟气进行交换,不断蒸发,工艺用水中溶解的氯化物也不断浓缩。因此,工艺用水的携带也是脱硫浆料中氯的重要来源。调查结果表明,600MW机组的脱硫系统总蒸发水和石膏结晶水总量约为100t / h。这部分水可视为纯水(不含氯)。当脱硫手机版量控制在10t / h时,脱硫浆液中氯离子的质量浓度相当于脱硫工艺水浓缩11倍(110/10 = 11)。根据脱硫工艺水中氯离子的浓度,可以粗略计算脱硫工艺水中氯元素对脱硫浆料(手机版)中氯的质量分数的贡献。例如,脱硫处理水中的氯离子浓度为1000mg / L,脱硫处理水中的氯元素对脱硫浆料(手机版)中的氯元素的贡献为约11000mg / L.

脱硫系统中脱硫工艺水浓度倍数的计算是基于脱硫系统的水平衡数据,与脱硫系统的运行状态和烟气参数密切相关。

1.2 浆液起泡的控制

在湿法脱硫系统中,浆料的发泡条件也是影响浆料质量和脱硫效率的重要因素。

在脱硫吸收塔的正常运行过程中,氧化空气通过氧化风机进入脱硫吸收塔,亚硫酸钙被氧化为硫酸钙。在此过程中,在搅拌器和喷浆的作用下,氧化空气进入液相内部,在液相表面形成气泡。当浆体粘度较大时,粘滞力阻碍液膜中的液体流动,泡沫相对稳定,形成泡沫层。随着脱硫浆液的循环使用,浆液不断吸收烟气中的表面活性剂、粉尘、重金属离子和油滴等杂质,表面和内部溶液的表面张力差增大。当局部液膜变薄时,表面张力较高的液体暴露在液面上,在液面形成张力梯度,周围张力较低的液会移动,防止液膜进一步变薄,使液膜具有较强的稳定性。泡沫持续了很长一段时间。

脱硫浆液的发泡会对脱硫系统产生不同的影响:当装置在事故状态下启动或燃烧不充分时,一些表面活性杂质进入吸收塔,可能导致浆液气泡甚至石灰石的“盲目”。当脱硫吸收塔内浆液气泡较大时,吸收塔内实际液面较低,导致石膏氧化时间不足,亚硫酸盐含量高,也会导致脱硫效率下降。如果脱硫系统配备加压风机,当浆液气泡严重时,部分浆液可能会溢出到加压风机中,严重时会导致叶片断裂,影响整个脱硫系统的安全运行。

一些研究表明,浆料中SO42-,As,Cr,Pb和Ni的含量与浆料的发泡程度正相关,与浆料中重金属的总量正相关。增加脱硫手机版的排放是控制浆料发泡的有效手段。在实际操作中,为了控制脱硫手机版的排放量,可以通过添加消泡剂等来控制浆料的发泡,以确保脱硫系统的稳定运行。

1.3 石膏品质的控制

石膏中氯离子的质量浓度通常是石膏销售和综合利用的重要指标。JC/T2074-2011“中华人民共和国建材工业标准烟气脱硫石膏”对石膏中氯离子的限量:一级石膏中氯离子质量浓度不超过100 mg/kg,二级石膏中氯离子质量浓度不超过200 mg/kg,三级石膏中氯离子质量浓度不超过400 mg/kg。研究表明,石膏中高浓度的氯离子会导致石膏脱水性能的急剧下降。此外,浆液中氯离子浓度过高,易导致石膏结晶不良和强度下降,严重影响脱硫石膏的性能。控制脱硫石膏中氯离子的方法主要有两种:

(一)在一定范围内控制脱硫泥浆中氯离子的质量浓度;

(2)脱硫真空带脱水机的石膏洗涤工艺可以通过控制石膏冲洗水中氯离子的质量浓度,增加真空带脱水机的洗涤面积来降低石膏中的氯离子浓度。后者的作用相对有限,因此有必要增加脱硫手机版的排放量,以保证脱硫石膏的氯离子浓度满足要求。

减少脱硫手机版排放的2条途径

在实际操作中,通过优化装置的运行方式,调整脱硫系统的运行参数,尽可能保持脱硫浆料质量,从而减少脱硫手机版的排放量。

(1)在机组启停过程中,控制燃料输入,提高燃烧效率,避免不完全燃烧,减少进入脱硫系统的油滴含量,减少泥浆的发泡量。

(二)尽可能提高脱硫、补充工艺的水质。当回收用水用作脱硫水时,回收用水系统将尽量减少使用含有表面活性物质的杀菌剂,以减少脱硫泥浆的气泡溢流。

(3)提高除尘系统的除尘效率,减少进入脱硫吸收塔的尘粒数量,避免由于微小固体颗粒附着在泡沫表面而提高泡沫的稳定性。

(4)严格控制脱硫石灰石的质量,降低杂质含量(如控制MgO的质量分数<2%),提高脱硫浆液的质量。

(5)扩大和改造脱硫石膏脱水系统,改善石膏洗涤水的水质,尽可能提高石膏洗涤效果。

(6)在保证氧化效果的前提下,减少氧化空气的量,避免多余的空气以气泡的形式从氧化区底部溢出到浆液表面,导致吸收塔浆液气泡增大。

(七)适当注射消泡剂。

3 结论

脱硫手机版排放量的确定是一个系统的论证过程,需要从多个方面加以考虑和论证。在实际运行中,要在保证脱硫系统安全稳定运行的前提下,着眼于全厂,统筹考虑。尽量减少脱硫手机版的排放。通常情况下,可以通过使用消泡剂来调节浆液的质量,以减少浆液和脱硫手机版的排放。

此外,还建议对脱硫系统入口烟气中氯的含量进行测定,并准确测定烟气携带的氯对浆液中氯离子含量的贡献。

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