燃煤,电厂,水处理

<p>燃煤,电厂,水处理</p><p>摘　要：阐述了目前普遍采用水力除灰的冲灰水的水质特点及对电厂的危害，综合分析了各种目前常用冲灰水的处理方法及其不足，并重点介绍了除灰－脱硫一体化工艺，用其产生的酸性脱硫废水来中和碱性冲灰水，以废治废，而且有利于防止除灰系统结垢和解决燃煤电厂冲灰水和脱硫废水的处理问题。<!--Element not supported - Type: 8 Name: #comment--><br/><!--Element not supported - Type: 8 Name: #comment-->关键词：燃煤电厂；冲灰水；水质；废水处理；除灰－脱硫一体化工艺<!--Element not supported - Type: 8 Name: #comment--><br/></p><p>中国的电力是以燃煤为主的发电结构，因此粉煤灰问题很突出。就全国平均情况来看，每燃烧一吨煤就产生250～300 kg粉煤灰。今后，随着燃煤电厂数量的增加，出灰量还将增加。大量的粉煤灰必须从发电厂到贮灰场，利用水力除灰系统将灰和渣送到灰场是比较经济的方法，也是目前中国主要的一种除灰方式，将灰渣水用管道送到灰场后，灰渣浆中的粗分散杂质在灰场沉淀下来，澄清后的水可以直接排入水体，或送回电厂循环使用。现在大多数电厂把粉煤灰堆放在灰场，为此就产生大量的冲灰水。但是冲灰水水质就发生了很大的改变，如pH、SS等指标超出了国家规定的排放标准，这使冲灰水成为燃煤电厂最大的水污染源。现在为保护环境，国家规定不准灰渣排入河流，必须进行综合利用，或者送到灰场堆放。而冲灰水呈碱性如不治理，直接外排不但污染水体，而且燃煤电厂还必须缴纳排污和超标费用。因此冲灰水成为火电厂废水处理的一个新问题。<br/>同样在1995年末，中国火电装机容量为116 127MW，年SO₂排放量达600万t，基本上呈现出与装机容量同步上升的趋势，如不采取污染控制措施，SO₂的排放污染将成为制约火电建设的重要因素。新的《中华人民共和国大气污染防治法》对控制硫氧化物的排放及污染作了明确规定。1996年颁发的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223－96），对1997年1月以后批准可行性研究报告的新建火电厂提出较为严格的SO₂排放限值。电力工业部在“九五”电力规划中也明确提出，到2000年投入运行和在建的脱硫设备对应装机容量将达10 000MW。控制火电厂SO₂排放已列入电力工业发展的议事日程。在众多SO₂控制工艺中，湿法石灰石－石膏脱硫是火电厂应用最为普遍的烟气脱硫主导工艺。但其产生的脱硫废水呈酸性，如向外排入需加入碱性物质来中和污染物。因此脱硫废水也成了废水处理领域一个需要解决的新问题。<br/>了解冲灰水的水质特点，针对其特点研究合适的处理方法，成为废水领域一个需要解决的新问题。虽然经过实践冲灰水有很多种处理方法，但能否用除灰－脱硫系统一体化工艺即用脱硫产生的废水来中和冲灰水，以废治废，达到降低成本，简化处理系统的目的。下面简述冲灰水处理的有关问题。<br/>1　冲灰水的水质特点及对电厂的危害<br/>燃煤电厂炉渣和除尘器收集的飞灰一般都含有活性氧化钙（FCaO）等碱性物质，这是灰渣在水力输送过程中，由于FCaO等碱性物质的溶出，使冲灰水质恶化，pH值升高，Ca^2＋浓度增大，同时含有重金属等污染物质，其结果是由灰场排出冲灰水水质超出国家规定的《污水综合排放标准》（GB8978－96）中最高允许排放限值。<br/>表1是直流水力除灰系统时，从贮灰场排出的澄清水成分。<br/>从表1可以看出冲灰水中的pH、SS、F^－超标，这使冲灰水废水成为燃煤电厂最大的污染源，不但污染水体，而且电厂必须承担巨额排污和超标费用。除此之外，由于冲灰水pH升高和Ca^;2＋浓度增大，冲灰水中HCO₃;^－转变为CO₃^2－，使冲灰水中的CaCO_;3过饱和并析出CaCO₃沉淀。当这些CaCO₃沉淀附着于系统内壁时，即造成系统结垢。它是干灰中游离CaO和冲灰水在水力输送条件下相互作用的产物。干灰中游离CaO溶于水，发生如下反应。<br/><img height="46" src="http://www.bjx.com.cn/files/wx/scdljs/2003-1/36-1.jpg" width="233" border="0" alt=""/></p><p align="center"><img height="166" src="http://www.bjx.com.cn/files/wx/scdljs/2003-1/36-2.jpg" width="320" border="0" alt=""/><br/><img height="239" src="http://www.bjx.com.cn/files/wx/scdljs/2003-1/36-3.jpg" width="320" border="0" alt=""/><br/><br/>游离CaO溶于水，增加溶液中的<img height="26" src="http://www.bjx.com.cn/files/wx/scdljs/2003-1/36-5.jpg" width="94" border="0" alt=""/>，OH^－和冲灰水中的&lt;;img border="0" src="http://www.bjx.com.cn/files/wx/scdljs/2003-1/36-7.jpg" width="45" height="23"&gt;，反应生成<img height="27" src="http://www.bjx.com.cn/files/wx/scdljs/2003-1/36-6.jpg" width="93" border="0" alt=""/>和CO₃浓度增加到足够大时，超过CaCO₃溶度积，就会出现CaCO₃结晶，沉积在管道壁上形成CaCO₃垢，其反应如下。<br/><img height="48" src="http://www.bjx.com.cn/files/wx/scdljs/2003-1/36-4.jpg" width="269" border="0" alt=""/><br/>灰口游离氧化钙是从煤粉中的碳酸钙转移到管壁的过程。但使系统阻力增大，输灰动力消耗增加，严重时危及电厂生产安全，而且电厂每年要支付数十万乃至上百万的除灰系统清洗费用。因此冲灰水必须进行处理。<br/>2　冲灰水的处理方法<br/>目前我国燃煤电厂采用的冲灰水处理方法，综合起来主要有如下几种。这几种处理方法主要是针对冲灰水中的pH、SS项目进行处理。<br/>2．1　加酸中和pH<br/>加酸方式来中和灰水的碱性是根据酸碱中和的原理。虽然这是一种成熟工艺，处理工艺简单，但由于灰水量大，耗酸量多。加酸地点有的加到灰场排放口，有的为了方便起见，加在冲灰泵入口灰浆池中。虽然都可以，但是前种加酸地点较宜，这是因为在灰浆泵入口加酸时，当加酸量大时，容易造成灰浆泵的腐蚀，当加酸量小时灰场出口排水又难于控制在废水排放标准规定的pH值范围内。加酸用量，宜以排水pH＝8．5左右来控制，即加酸中和至灰水中全部OH^－碱度和1／2<img height="22" src="http://www.bjx.com.cn/files/wx/scdljs/2003-1/36-8.jpg" width="38" border="0" alt=""/>碱度为宜，以酚酞为指示剂时，中和到无色为止。所用的酸可以是H₂SO₄;、HCl，也可以利用其它废酸来中和灰水碱度，达到以废治废的目的。不过要注意的是，废酸中所含杂质较多，选用前要作详细分析调查，以免一些重金属有毒元素随冲灰水一起排入水体，污染自然水源。加酸处理废水，除耗费大量酸外，还会增加灰水中<img height="22" src="http://www.bjx.com.cn/files/wx/scdljs/2003-1/36-9.jpg" width="92" border="0" alt=""/>含量，即增加了水体的含盐量，这无疑对排放水体是不利的。<br/>2．2　用循环水稀释中和pH<br/>对于用天然水作直流系统的电厂，其排水量相当大，一般约为电厂冲灰水的100倍还要多。因此可利用直流冷却水来稀释中和冲灰水的碱度，使其pH达到排放标准。如在电厂的灰场排出口设置一个沉淀电池用泵将灰场澄清水打入循环排水沟，将灰水混合后排放。但现在大多数电厂循环水系统采用冷却塔的再循环供水系统，冷却水闭式循环，排水较少，不适合用此法来处理灰水。<br/>&lt;;b&gt;2．3<b></b>　炉烟处理灰水<br/>用炉烟处理灰水有两种方式，一是采用炉烟中SO₂;，二是采用炉器中的CO₂，但目的是相同的，都是利用它们吸收水的酸性来中和灰水的碱度，使之冲灰水pH值达到环保排放标准要求。<br/>&nbsp;;&nbsp;&nbsp; 1）炉烟SO₂处理<br/><img height="61" src="http://www.bjx.com.cn/files/wx/scdljs/2003-1/36-11.jpg" width="353" border="0" alt=""/><br/>用炉烟中SO₂处理冲灰水有一定的条件，燃煤要有一定含硫量，烟气中SO₂含量低不行。<br/>2）炉烟CO₂处理灰水也是利用酸碱中和的原理，影响处理效果的因素很多，它取决于烟气中CO₂含量，又取决于CO₂与灰水接触时间气水比、搅拦程度、水温和液面上CO₂平衡分压。&lt;;br&gt;2．4　灰水闭路循环<br/>锅炉排出的渣和灰用水冲到灰渣池，然后用冲灰泵经输灰管道输送至贮灰场，灰水在贮灰场澄清分离后的上层清水汇集至回水池，然后用回水泵升至厂内清水池再用。灰水的回收率一般在50％以上。灰水循环可根据灰水性质分为酸性和碱性水循环两种方式。灰水碱性氧化物高的，在循环过程中冲灰水的pH值和钙便会逐渐上升，便形成一种碱性水循环，如不进行处理，冲灰管和回水管都会结垢，所以灰水循环要有防垢措施。有的电厂采用灰水管前处理，高pH闭路运行方式。即灰水在进入灰浆泵前，先在灰浆池用压缩空气进行强烈搅拌，使灰中游离的氧化钙迅速溶解出，促使碳酸钙提前结晶，从而使灰水系统达到基本稳定，管道中不再有碳酸钙结垢。<br/>3　除灰－脱硫系统一体化工艺研究<br/>由锅炉排出的烟气中含有SO₂、NO_;X和CO₂等酸性气体，对人类赖以生存的大气环境造成严重污染。为保护环境，在酸雨和SO₂控制区实行收费。随着中国火电厂SO₂排放治理工作的深入，电力工业部计划到2000年在10 000 MW容量的燃煤电厂机组必须配备脱硫装置。因此大多数燃煤电厂均要上脱硫、脱硝系统，以除去烟气中的SO₂、NO_X等有害气体。目前投入工业应用较为成熟的脱硫方法主要是化学法，包括湿法、半干法和干法等工艺，其共同特点是用碱性物质，如CaO，CaCO_;3，MgO，NH₃等，与烟气中的SO₂起中和反应，形成固体物质另外处理，达到去除烟气中的SO₂的目的。在燃煤电厂锅炉排出的烟气中，分别由于飞灰含有碱性物质和SO₂本身是酸性物质而经不同介质污染了环境，其治理的主要手段也是分别加入酸性物质和碱性物质来中和污染物。为此现在介绍把除灰与脱硫系统结合起来的工艺。<br/>3．1　工艺原理<br/>在除灰系统中，飞灰中碱性物质是通过冲灰水而造成环境污染和系统结垢的，如果在冲灰水中加入中量的酸性物质中和飞灰溶出的碱性物质，则除灰系统的冲灰废水水质超标和系统结垢问题便解决了。而通过脱硫塔的吸收液含有一定量的H₂SO₄和H₂SO₃。若用脱硫塔排出的吸收液作为冲灰水，当吸收液中含有的酸量与飞灰中含有碱量相等时，除灰系统的问题<br/>就解决了。另外，经过冲灰过程的吸收液，酸性物质被中和，可送回脱硫塔继续吸收烟气中SO₂。这样相当于飞灰中的碱性物质在脱硫系统中得到利用。在工艺流程中为满足除灰系统冲灰水的水质要求，脱硫吸收液的pH值控制较低。通过除灰－脱硫一体化工艺模拟实验结果表明，当冲灰水pH＝2．5时，对于不同的TDS的浓度，都可以保持输灰过程中灰浆pH＜8．5和灰场排水pH＜9．0，达到防止除灰系统结垢和冲灰废水达标排放的目的。<br/>3．2　工艺特点及工业化应用的可行性<br/>与传统湿法相比，除灰－脱硫一体化工艺的特点，实现除灰－脱硫系统的联合运行，在实现烟气脱硫的同时，解决了除灰系统长期无法解决的系统结垢和排水pH超标的问题。这样，既利用了飞灰中的碱性物质，也利用了烟气中的酸性物质，以废治废，降低了运行成本。脱硫塔吸收液控制较低pH值，可直接与MgO产生中和反应形成澄清溶液，省去了传统湿法工艺中庞大的制浆系统。<br/>同时，因使用MgO作脱硫剂，脱硫产物MgO_;4溶解度大，于环境无害，可随冲灰水进入除灰系统，并在pH值升高时以Mg（OH）₂沉淀析出，因此省去废液和废水处理设施。这样，整套系统大为简化，设备投资也大为降低。脱硫效率低于传统湿法工艺。<br/>另外，火电厂除灰系统结垢，冲灰废水pH超标一直是难于解决的问题。该工艺为解决这两个问题提供了一个简便的方法。根据飞灰中碱性物质的量，建设一个小型的部分烟气脱硫系统，不需投加脱硫剂。即可解决除灰系统的问题，又可脱去部分烟气中的SO₂，一举两得，其运行费用少于目前专为冲灰系统防垢和水质处理建立的系统运行费用。由于设备简单，其投资也不高。<br/>但是该工艺的工业设备运行也存在一些问题。首先是腐蚀问题，因该工艺要求低pH运行，因此设备腐蚀严重。对于新建成电厂，除了可以在设计时即考虑防腐问题，避免系统腐蚀外，由于飞灰和烟气本在一个通道，若能考虑除灰－脱硫一体化工艺工业的实施，对优化燃煤电厂除灰、脱硫系统工程的运行工况，是十分有利的。其次是HSO_;3^－的氧化。总之，除灰－脱硫一体化工艺在理论上是成立的，工业运行也证明是可行的。且系统简单，投资少，运行费用低的特点，作为简易脱硫系统是有应用前景的，值得深入研究并推广运用。<br/>&lt;;/STRONG&gt;4　防止SS超标的方法<br/>&lt;;/STRONG&gt;由于灰水中含SS甚多，如果将灰水直接排入江河或海洋，就会造成严重污染。因此，建造火电厂必须选择足够容量的贮灰场，使大量的SS沉淀下来。灰水进入贮灰场，能否使SS很好的沉淀，这与灰场的设计、运行管理有关系。灰场排水中SS主要是未经沉淀的细粉煤灰组成，大多是漂浮在灰场表面的空心微珠。一些灰场排水之所以SS超标，是因为当前灰场排水口多半采用竖井式或斜板式溢流口构筑物。这样的构筑物不能拦截灰场漂珠，当灰场溢流口正值下风向时，漂珠随风流入溢流口，这时灰场排水SS含量超标。其次灰场排入口离灰水排出口太近，煤灰在灰场停止时间过短，未经完全沉淀就被排出。由此可见，这些问题只要采取相应的措施是能解决的。近几年来，设计和运行部门对灰场排水建筑物采取了能拦截漂珠措施，如设灰场竖井等解决了SS超标问题。<br/>5　广安电厂冲灰水处理<br/>广安电厂也是采用灰水闭式循环，在灰场设竖井解决了SS超标问题；为了解决结垢问题，在灰场的灰水回收泵房加入阻垢剂T－325，解决冲灰管道结垢问题。广安电厂运行至今，管道结垢问题不是很明显，但灰水的pH＞9．0这个问题始终未得到解决。一般情况灰水全部回收循环利用，不外排。如果遇到特殊情况，灰水溢流出去，就会超标排放。当然可以采取加酸中和，加酸地点可以在灰场排放口，也是可以在灰浆池中。因灰水只是偶尔外排，加酸中和虽然方法简单，但消耗量大，不是很合适。用循环水稀释中和，因循环水闭式循环，外排水量少，也不合适。广安电厂因燃煤含硫量高，准备上石灰－石膏湿法脱硫装置，按石膏抛弃工况运行（至灰场堆放）时，石膏浆液预计为107 t／h，其中废水量约为64 t／h，由灰场废水处理站处理后重复利用，当FGD装置按石膏脱水工况运行（综合利用）时，有少量废水（约为8 t／h）由水力旋流器后产生，其主要污染因子为pH（约5～6），这部分废水拟进入电厂冲灰水系统，由电厂灰场灰水回收站统一回收利用，不外排。由于脱硫废水pH较低，对高pH值的灰水有一定的中和作用，可减少灰水回收处理费用。但脱硫废水量与冲灰水量相比实在太少，只有通过控制pH值为2．5左右，这样既解决了冲灰水问题，也解决了脱硫废水处理问题，以废治废，一举两得。<br/>;6　结论<br/>燃煤电厂冲灰水处理虽然有很多种方法，但每种方法都有一定的利弊，如中和法，虽然简单，但耗酸量大，同时增加水质中的含盐量，对水体不利。循环水稀释法，现在大多数电厂都在推行冷却水闭式循环，排水量小用此法也不很好。而除灰－脱硫两个系统联合运行工艺，适合于所在地区大气SO₂尚有一定环境容量，而没有足够资金建设高效率脱硫工艺系统的燃煤电厂。就是对已建脱硫的燃煤电厂，也可以通过控制脱硫系统产生的脱硫废水pH为2．5左右来中和冲灰水，解决燃煤电厂冲灰水pH与结垢问题。总之除灰－脱硫一体化工艺对燃煤电厂冲灰水处理是一个新的研究领域，值得深入研究并推广应用。</p>

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