循環(huán)水排污水用作脫硫工藝水的應(yīng)用
隨著國家“水十條”的出臺，對火電廠而言，如何實現(xiàn)水的重復(fù)利用，力爭實現(xiàn)廢水零排放，就顯得尤為重要。采用敞開式循環(huán)水冷卻系統(tǒng)的火電廠既是用水大戶又是排水大戶，其循環(huán)水排污水量占排水總量的70%～80%，因此，對循環(huán)水排污水進(jìn)行重復(fù)利用就成為火電廠節(jié)水的重點(diǎn)。
某電廠安裝6臺350MW燃煤發(fā)電機(jī)組，采用敞開式循環(huán)水冷卻方式，每年新鮮水用量約為2200萬m3，排水量約為400萬m3。該廠煙氣脫硫采用石灰石/石膏濕法脫硫工藝，每年脫硫用水量約為230萬m3。如果能將循環(huán)水排污水用于脫硫，不但可節(jié)約用水而且可以減少廢水排放。該電廠人員通過試驗，成功地將循環(huán)水排污水用于脫硫生產(chǎn)，解決了這一問題。
1、脫硫用水情況
石灰石/石膏濕法煙氣脫硫(FGD)工藝是將石灰石磨成粉，再配成漿液，噴入脫硫吸收塔中與煙氣中的二氧化硫反應(yīng)，最終生成石膏。該工藝具有運(yùn)行穩(wěn)定、脫硫效率高的優(yōu)點(diǎn)，但用水量很大。濕法脫硫系統(tǒng)用水大體可分為4類：石灰石制漿用水、設(shè)備沖洗水、運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備冷卻水和廢水處理系統(tǒng)用水。該電廠每臺機(jī)組脫硫用水量為50～60t/h，平均為55t/h。
1.1 石灰石制漿系統(tǒng)用水
該電廠采用濕式球磨機(jī)自磨石灰石粉，將石灰石粉制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%～35%的漿液。制漿用水量占脫硫用水總量的20%～35%。
1.2 設(shè)備沖洗水
設(shè)備沖洗水主要是除霧器沖洗水和真空皮帶機(jī)沖洗水，也有臨時性沖洗水，如漿液輸送設(shè)備及管道的沖洗水等。
1.2.1 除霧器沖洗水
脫硫除霧器安裝在吸收塔頂部，其作用是除去脫硫后的塵霧及液滴，截留下來的灰塵、石膏顆粒和鹽分會黏附在除霧器上，為保證除霧器長期高效運(yùn)行，必須及時對其進(jìn)行沖洗。沖洗水會落入吸收塔中，同時起到調(diào)節(jié)漿液密度和吸收塔水位的作用。這部分水用量較多，占脫硫用水總量的55%～65%。
1.2.2 真空皮帶機(jī)沖洗水
為保持石膏濾布的清潔和減少石膏細(xì)灰雜質(zhì)及可溶性鹽類含量，在石膏脫水過程中，需對濾餅和濾布進(jìn)行連續(xù)沖洗，沖洗水量占脫硫用水總量的10%～15%，但大部分會返回吸收塔重復(fù)使用，補(bǔ)充水量占脫硫用水總量的1%左右。
1.3 轉(zhuǎn)動設(shè)備冷卻用水
增壓風(fēng)機(jī)、漿液循環(huán)泵及其他泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會發(fā)熱，需進(jìn)行冷卻。這部分水量較少，占脫硫用水量的2%～4%。這部分水匯入吸收塔，幾乎無損耗。
1.4 廢水處理系統(tǒng)用水
脫硫系統(tǒng)運(yùn)行過程中會產(chǎn)生廢水，處理廢水時需加入化學(xué)藥劑。配制藥劑時需消耗一部分水，這部分水占不到1%的脫硫用水量。
2、脫硫用水水質(zhì)要求
國標(biāo)和行業(yè)規(guī)范中均未對脫硫用水作出專門規(guī)定，現(xiàn)對各類用水分別說明。
2.1 制漿用水
因漿液最終會進(jìn)入脫硫吸收塔中，所以，制漿水水質(zhì)要綜合考慮二氧化硫吸收、石膏氧化反應(yīng)、設(shè)備防腐等的要求。
2.1.1 氯離子
氯離子質(zhì)量濃度過高會引起金屬部件的點(diǎn)蝕，所以，一般要求吸收塔內(nèi)氯離子質(zhì)量濃度控制在20000mg/L以內(nèi)。對于制漿用水，應(yīng)盡量控制氯離子質(zhì)量濃度，以避免因氯離子質(zhì)量濃度升高而被迫加大脫硫廢水排放。
2.1.2 有機(jī)物(COD)
有機(jī)物含量過高時，運(yùn)行過程中吸收塔上部會發(fā)生起泡現(xiàn)象。如某電廠工藝水COD達(dá)到40mg/L時，吸收塔產(chǎn)生大量氣泡，不得不通過添加消泡劑來抑制氣泡的生成。此外，也有實驗證實，大多數(shù)有機(jī)物對于亞硫酸鈣的氧化有抑制作用。綜合考慮，制漿用水COD控制在30mg/L以下是很有必要的。
2.1.3 懸浮固形物
懸浮固形物會覆蓋在石灰石表面，影響二氧化硫吸收反應(yīng)，降低脫硫效率，所以將工藝水中懸浮固形物質(zhì)量濃度控制在一定范圍內(nèi)也是很有必要的，但脫硫的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范中均未見到此控制值。該電廠多年的運(yùn)行經(jīng)驗表明：懸浮固形物質(zhì)量濃度控制在200mg/L以內(nèi)，對脫硫運(yùn)行無明顯不良影響。
2.1.4 油類
與一般有機(jī)物對亞硫酸鈣的氧化抑制作用相比，油類物質(zhì)對亞硫酸鈣的氧化抑制作用則快速得多，油類物質(zhì)進(jìn)入吸收塔會使?jié){液品質(zhì)迅速變差，所以必須將工藝水中的油類物質(zhì)質(zhì)量濃度控制在一定范圍內(nèi)。該廠多年的運(yùn)行經(jīng)驗表明：油類物質(zhì)質(zhì)量濃度控制在5mg/L以內(nèi)，對脫硫運(yùn)行無不良影響。
2.1.5 有機(jī)膦
有機(jī)膦水處理劑對亞硫酸鈣的氧化也有一定程度的抑制作用，但當(dāng)有機(jī)膦質(zhì)量濃度控制在5mg/L以下時，其對亞硫酸鈣的氧化作用影響不明顯。
2.2 除霧器沖洗水
濕法脫硫系統(tǒng)中，對于除霧器沖洗水的水質(zhì)，既要防止除霧器沖洗水噴嘴因工藝水中的懸浮物雜質(zhì)含量過高而引起堵塞，也要防止因硬度離子含量過高而引起噴嘴結(jié)垢現(xiàn)象。JB/T10989―2010《濕法煙氣脫硫裝置專用設(shè)備除霧器》中建議的沖洗水水質(zhì)要求為：pH值，7～8;Ca2+質(zhì)量濃度，≤200mg/L;SO42-質(zhì)量濃度，≤400mg/L;SO32-質(zhì)量濃度，≤10mg/L;總懸浮固形物質(zhì)量濃度，<1000mg/L?？梢姡F器沖洗水對水質(zhì)要求不高，一般的工業(yè)水可滿足要求。
2.3 轉(zhuǎn)動設(shè)備冷卻水
為盡可能減緩轉(zhuǎn)動設(shè)備冷卻系統(tǒng)的結(jié)垢、腐蝕、堵塞，對轉(zhuǎn)動設(shè)備冷卻用水水質(zhì)提出了相對較高的要求，根據(jù)DL5000―2000《火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，轉(zhuǎn)動設(shè)備冷卻水水質(zhì)應(yīng)符合以下要求：pH值，6.5～9.5;硬度(以CaCO3計)，≤250mg/L;總懸浮固形物質(zhì)量濃度，<50mg/L(300MW以上機(jī)組)，<100mg/L(其他機(jī)組)。
3、循環(huán)水排污水水質(zhì)
該電廠循環(huán)水采用加硫酸、加阻垢劑處理工藝，地表水作補(bǔ)充水，濃縮倍率控制在4～5。循環(huán)水排污水水質(zhì)見表1。常用朗格利爾飽和指數(shù)(L.S.I)來判斷水質(zhì)結(jié)垢情況：L.S.I>0，結(jié)垢;L.S.I=0，不結(jié)垢不腐蝕;L.S.I<0，腐蝕。
經(jīng)計算，該排污水的L.S.I為1.83～2.18，屬結(jié)垢型水。朗格利爾指數(shù)沒有考慮水中懸浮雜質(zhì)和腐蝕產(chǎn)物對結(jié)晶的誘導(dǎo)作用，也沒有考慮阻垢劑對結(jié)晶成長的阻礙和分散作用，由于水質(zhì)自身和外界條件變化往往要產(chǎn)生平衡穩(wěn)定點(diǎn)的漂移，所以該指數(shù)的應(yīng)用具有局限性，只能作為判斷水質(zhì)的參考，但該指數(shù)仍不愧為指數(shù)判定法中具有權(quán)威性的基本方法。
4、循環(huán)水排水用作脫硫工藝水
經(jīng)分析，該電廠人員認(rèn)為：循環(huán)水排污水水質(zhì)基本可滿足制漿用水和廢水處理用水水質(zhì)要求;用作沖洗水和冷卻用水雖然存在結(jié)垢的風(fēng)險，但因循環(huán)水中加有緩蝕阻垢劑且在流動的狀態(tài)下，不易成垢。首先在一臺機(jī)組進(jìn)行試驗，運(yùn)行3個月后，發(fā)現(xiàn)無不良影響，隨后在全廠推廣應(yīng)用，效果良好。
循環(huán)水排污水作為脫硫工藝水時，水中的碳酸鹽硬度會參與二氧化硫吸收反應(yīng)，在節(jié)水的同時還可節(jié)約石灰石用量;但循環(huán)水排污水作為除霧器沖洗水和轉(zhuǎn)動設(shè)備冷卻水存在結(jié)垢風(fēng)險，需在機(jī)組停運(yùn)時對設(shè)備進(jìn)行檢查。
5、經(jīng)濟(jì)性分析
將循環(huán)水排水用作脫硫工藝水需增加管道、閥門及施工費(fèi)用，但可節(jié)約水費(fèi)、排污費(fèi)等。每年可節(jié)約新鮮水230萬m3，節(jié)約水費(fèi)和電費(fèi)共計390萬元;每年減少排水230萬m3，減少排污費(fèi)15萬元;每年少用碳酸鈣810t(相當(dāng)于石灰石900t)，減少石灰石購置費(fèi)5.5萬元;減少磨煤機(jī)及循環(huán)泵電費(fèi)、維護(hù)費(fèi)共計1萬元;增加管道、閥門及施工費(fèi)用總計10萬元：該電廠用循環(huán)水排水作為脫硫工藝水后，需增加投資10萬元，但每年可節(jié)約費(fèi)用約411萬元。
6、結(jié)束語
循環(huán)水排污水用作濕法脫硫工藝用水，既節(jié)約水資源又減少排污，經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益顯著，但因循環(huán)水排污水含鹽量和硬度均較高，用作除霧器沖洗水和轉(zhuǎn)動設(shè)備冷卻水時需注意結(jié)垢風(fēng)險。(來源：山西潞光發(fā)電有限公司)