【技術(shù)匯】火電廠團(tuán)聚除塵協(xié)同脫硫廢水零排放技術(shù)應(yīng)用研究
摘要
隨著我國(guó)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，對(duì)火電廠提出了全廠廢水零排放的要求，其最大的困難就在于脫硫廢水高效低成本無(wú)害化處理。鄂州電廠在一期工程2×330MW機(jī)組上創(chuàng)造性地采用團(tuán)聚除塵協(xié)同脫硫廢水蒸發(fā)技術(shù)，利用脫硫廢水配制團(tuán)聚劑除塵，有效地解決脫硫廢水零排放的難題，同時(shí)大幅提高靜電除塵器的除塵效率、降低煙氣中的SO3含量。鄂州電廠的成功應(yīng)用表明，利用團(tuán)聚除塵協(xié)同脫硫廢水蒸發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)火電廠脫硫廢水零排放工藝成熟可靠，投資節(jié)省較多，運(yùn)維費(fèi)用極低，運(yùn)行操作簡(jiǎn)單，設(shè)備維護(hù)方便，是脫硫廢水處理方面的重大創(chuàng)新，具有一定的推廣價(jià)值。
關(guān)鍵詞：團(tuán)聚除塵;脫硫廢水;煙道蒸發(fā);粉煤灰;協(xié)同
0引言
鄂州電廠一期工程2×330MW機(jī)組于1999年正式投產(chǎn)，采用進(jìn)口“W”型火焰鍋爐，設(shè)計(jì)燃用山西無(wú)煙煤。為滿足超低排放要求，鄂州電廠采用高頻電源疊加脈沖電源等先進(jìn)技術(shù)對(duì)原靜電除塵器進(jìn)行了改造，但因場(chǎng)地空間受到限制，改造后電除塵出口粉塵設(shè)計(jì)值只能達(dá)到50mg/m3。結(jié)合鄂州電廠的實(shí)際情況，煙塵超低排放僅靠常規(guī)脫硫協(xié)同除塵已不可能實(shí)現(xiàn)，在技術(shù)路線的選擇上面臨著較大的困難。同時(shí)其煙氣脫硫采用石灰石－石膏濕法脫硫工藝，脫硫廢水的含鹽量極高，pH值一般＜6，主要含有Ca2+、Mg2+、SO42－、Cl-等離子，具有成分復(fù)雜、高硬度、高腐蝕性等特點(diǎn)，也是燃煤電廠廢水零排放中處理難度最大的廢水。
為解決脫硫廢水零排放和煙塵超低排放這兩個(gè)難題，結(jié)合自身特點(diǎn)，鄂州電廠于2019年采用了團(tuán)聚除塵協(xié)同脫硫廢水煙道蒸發(fā)技術(shù)，利用脫硫廢水來(lái)配制團(tuán)聚劑溶液，霧化噴入鍋爐尾部煙道來(lái)實(shí)現(xiàn)電廠脫硫廢水的無(wú)害化消納利用。同時(shí)，團(tuán)聚劑能夠使煙氣中PM2.5以下的細(xì)顆粒物絮凝、長(zhǎng)大成為大顆粒，更加有利于電除塵設(shè)備對(duì)超細(xì)粉塵的捕獲，從而提高電除塵的效率，再通過(guò)脫硫系統(tǒng)協(xié)同除塵實(shí)現(xiàn)煙塵超低排放。
1團(tuán)聚除塵協(xié)同脫硫廢水蒸發(fā)技術(shù)
團(tuán)聚除塵協(xié)同脫硫廢水煙道蒸發(fā)技術(shù)通過(guò)利用脫硫廢水配制團(tuán)聚劑溶液，在燃煤鍋爐空預(yù)器入口高溫?zé)煹馈㈦姵龎m入口煙道中噴入霧化的團(tuán)聚劑溶液，液滴與煙道中的煙氣充分混合，水份吸收煙氣的熱量而蒸發(fā)，其中的鹽份形成固體，與粉塵一起經(jīng)電除塵器脫除后被收集到灰斗中，從而在提高電除塵效率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了脫硫廢水的零排放。具體的工藝流程如圖1所示。
圖1團(tuán)聚除塵協(xié)同脫硫廢水零排工藝流程
團(tuán)聚除塵協(xié)同脫硫廢水蒸發(fā)技術(shù)由團(tuán)聚劑乳化系統(tǒng)、廢水緩存系統(tǒng)、霧化噴射系統(tǒng)以及自動(dòng)控制系統(tǒng)等組成，主要包含以下幾種核心技術(shù):
(1)細(xì)顆粒物團(tuán)聚技術(shù)通過(guò)在團(tuán)聚劑中添加高分子化合物，可使顆粒物之間以電性中和、吸附架橋的方式團(tuán)聚在一起，增強(qiáng)細(xì)顆粒物的團(tuán)聚效果，從而提高靜電除塵器的除塵效率。
(2)Cl-鈍化技術(shù)團(tuán)聚劑中的官能團(tuán)可以抑制溶液中CI－離子活性，減緩金屬的腐蝕速度，從而避免脫硫廢水對(duì)系統(tǒng)設(shè)備和煙道的腐蝕。
(3)霧化噴射技術(shù)采用壓縮空氣將脫硫廢水通過(guò)噴槍的霧化噴嘴送至煙道，保證霧化粒徑＜60μm，液滴進(jìn)入空預(yù)器前、后煙道，煙氣高溫瞬間蒸干霧滴。
(4)SO3脫除技術(shù)團(tuán)聚劑與SO3在高溫條件下，可以發(fā)生磺化反應(yīng)，生成有機(jī)磺酸鹽高分子化合物。團(tuán)聚劑溶解在脫硫廢水中噴入煙道后，除增加細(xì)顆粒物的團(tuán)聚效果外，還可以同時(shí)脫除煙氣中的SO3。
2團(tuán)聚除塵協(xié)同脫硫廢水蒸發(fā)技術(shù)在鄂州電廠的應(yīng)用
2.1項(xiàng)目概況鄂州電廠團(tuán)聚除塵協(xié)同脫硫廢水蒸發(fā)技術(shù)研究
項(xiàng)目按“一拖二”模式設(shè)計(jì)，一套團(tuán)聚系統(tǒng)供應(yīng)兩臺(tái)鍋爐。項(xiàng)目建設(shè)16m×16m×6m的混凝土結(jié)構(gòu)廠房一座，全套設(shè)備主要由團(tuán)聚劑配置系統(tǒng)、團(tuán)聚劑稀釋系統(tǒng)、團(tuán)聚溶液供應(yīng)及噴射系統(tǒng)等組成。每臺(tái)鍋爐設(shè)置三套團(tuán)聚除塵噴射系統(tǒng)，共配置32支噴槍，每支噴槍最大出力0.2t/h。
在BMCR工況下，燃用設(shè)計(jì)煤種，空預(yù)器入口煙氣溫度≤380℃，除塵器入口煙氣溫度≤153.5℃，電除塵出口粉塵濃度≤50mg/m3，投入團(tuán)聚除塵系統(tǒng)后，電除塵出口粉塵排放濃度控制在30mg/m3之內(nèi)，滿足脫硫系統(tǒng)協(xié)同除塵達(dá)到粉塵超低排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。該項(xiàng)目單臺(tái)機(jī)組煙道蒸發(fā)處理脫硫廢水的能力達(dá)到3t/h，整套系統(tǒng)兩臺(tái)機(jī)組合計(jì)處理脫硫廢水能力達(dá)到6t/h。自投運(yùn)以來(lái)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
2.2項(xiàng)目技術(shù)優(yōu)化
根據(jù)類似項(xiàng)目案例，采用煙道直噴技術(shù)主要存在煙道積灰和噴嘴堵塞等問(wèn)題，且該技術(shù)對(duì)噴槍霧化要求較高，為此結(jié)合鄂州項(xiàng)目特點(diǎn)，對(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理。
(1)高效霧化噴槍及流場(chǎng)模擬優(yōu)化設(shè)計(jì)
本項(xiàng)目采用新型專利霧化噴槍，噴嘴材質(zhì)采用特殊合金鋼，耐腐蝕、耐磨損，噴出的霧滴不刷墻，噴射高Cl-含量的脫硫廢水時(shí)可以減少結(jié)垢。霧化噴嘴根據(jù)實(shí)際工況單獨(dú)定制，根據(jù)不同噴入點(diǎn)的煙溫情況，采用不同的霧化粒徑，并采用在線監(jiān)控噴嘴調(diào)節(jié)模塊，在線控制每支噴槍流量、壓力，確保廢水霧化參數(shù)滿足設(shè)計(jì)值，最大霧化粒徑D50＜60μm。根據(jù)計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)組全工況下的模擬計(jì)算結(jié)果，確定相關(guān)設(shè)計(jì)方案，在不同負(fù)荷下，霧化量和霧化粒徑能夠自適應(yīng)調(diào)整，保證了脫硫廢水霧滴在進(jìn)入安全位置前完全蒸發(fā)成為氣態(tài)。
(2)煙道防腐、防結(jié)垢及防積灰技術(shù)措施
機(jī)組尾部煙道形狀不規(guī)則，存在較多變徑、轉(zhuǎn)彎等突變結(jié)構(gòu)，煙氣在該段煙道內(nèi)部的速度、壓力和溫度分布不均勻，煙氣在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的局部渦流或紊流，易造成廢水霧滴觸碰煙道內(nèi)壁，存在煙道內(nèi)腐蝕、積灰和結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)。本工程通過(guò)對(duì)廢水噴入煙道后，煙氣與廢水霧滴在煙道內(nèi)的速度矢量進(jìn)行分析，得出煙氣與廢水液滴之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，模擬廢水液滴在煙道內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)軌跡，以此優(yōu)化流場(chǎng)，確定霧化設(shè)備安裝位置、數(shù)量、噴入角度、速度和噴霧量，確保霧化后的廢水霧滴在煙道內(nèi)的整個(gè)行程中不會(huì)碰壁或觸底，成功避免了煙道中產(chǎn)生腐蝕、結(jié)垢、積灰的情況。同時(shí)，各個(gè)霧化設(shè)備的霧化量、霧化粒徑等參數(shù)均可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行獨(dú)立的在線調(diào)節(jié)，以確保沿程煙道內(nèi)煙氣溫度始終高于酸露點(diǎn)，避免出現(xiàn)酸腐蝕情況。
2.3團(tuán)聚強(qiáng)化除塵效果
在除塵器入口煙道霧化噴入團(tuán)聚劑溶液和脫硫廢水的混合液，根據(jù)煙囪排放口安裝的在線監(jiān)測(cè)粉塵儀，進(jìn)行團(tuán)聚液噴量的調(diào)整。除塵器前煙氣溫度134℃，投入脫硫廢水團(tuán)聚混合液噴霧經(jīng)過(guò)煙道蒸發(fā)后，團(tuán)聚劑會(huì)加強(qiáng)細(xì)顆粒之間的碰撞、絮凝，使難以捕集的PM2.5細(xì)微顆粒不斷長(zhǎng)大，形成鏈狀的大顆粒，更加有利于被電除塵捕集，從而提高了電除塵的除塵效率，減少粉塵排放量。同時(shí)，煙氣溫度最大降幅約9℃，煙氣濕度增加＜1%，可以降低粉塵比電阻，也在一定程度上有利于提高電除塵的效率。經(jīng)性能試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明:在機(jī)組300MW負(fù)荷、電除塵器正常運(yùn)行狀態(tài)下，團(tuán)聚除塵系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)，實(shí)測(cè)電除塵出口粉塵濃度為36.7mg/m3;團(tuán)聚除塵系統(tǒng)投運(yùn)后，機(jī)組電除塵器出口粉塵濃度為23.9mg/m3。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，團(tuán)聚強(qiáng)化除塵技術(shù)對(duì)電除塵效率的提升非常顯著。在團(tuán)聚除塵系統(tǒng)投入后的實(shí)際運(yùn)行中，一期機(jī)組的凈煙氣粉塵排放濃度長(zhǎng)期穩(wěn)定在5mg/m3以下。由此可見(jiàn)，采用團(tuán)聚強(qiáng)化除塵技術(shù)協(xié)同脫硫系統(tǒng)除塵的技術(shù)路線，在燃燒無(wú)煙煤的W型鍋爐上實(shí)現(xiàn)了機(jī)組粉塵的超低排放。
2.4脫硫廢水零排效果
粉煤灰中Cl-含量與廢水中Cl-濃度、廢水噴入量以及單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的粉煤灰量有關(guān)。改造后通過(guò)對(duì)脫硫廢水的連續(xù)取樣化驗(yàn)監(jiān)測(cè)表明，其中的Cl-含量最大值約在15000mg/L左右，脫硫廢水水質(zhì)如表1所示。
按照脫硫廢水Cl-濃度15000mg/L計(jì)算，每噸脫硫廢水中Cl-含量為15kg。根據(jù)鍋爐相關(guān)參數(shù)，單臺(tái)機(jī)組BMCR工況下飛灰量最大約為39.3t/h。實(shí)際運(yùn)行中，單臺(tái)機(jī)組在滿負(fù)荷下的脫硫廢水噴入量控制在3t/h內(nèi)，脫硫廢水導(dǎo)致的粉煤灰中的Cl-含量可以控制在0.1%以內(nèi)。
本項(xiàng)目按照每臺(tái)機(jī)組平均1.5t/h的脫硫廢水消耗量統(tǒng)計(jì)，每年2臺(tái)機(jī)組能夠去除脫硫系統(tǒng)中的Cl-總量在300t以上。
表1脫硫廢水水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)
3團(tuán)聚除塵協(xié)同脫硫廢水蒸發(fā)技術(shù)其他影響分析
3.1對(duì)電除塵的影響分析
本項(xiàng)目以脫硫廢水作為鈍化團(tuán)聚劑稀釋溶液，脫硫廢水團(tuán)聚液霧滴噴入煙道后，水分快速蒸發(fā)形成水蒸氣，脫硫廢水中的鹽分形成固體結(jié)晶后隨飛灰一起被除塵器回收。團(tuán)聚劑組成成份主要為C、H、O等元素，無(wú)毒、無(wú)害，飛灰的成分以及飛灰含水量、粒徑分布等參數(shù)無(wú)明顯變化，對(duì)電除塵放電除塵、儲(chǔ)灰斗及輸灰系統(tǒng)正常運(yùn)行無(wú)影響。
3.2對(duì)粉煤灰的影響分析
在實(shí)際運(yùn)行中，按照單臺(tái)機(jī)組在滿負(fù)荷下的脫硫廢水蒸發(fā)量不超過(guò)3t/h的原則進(jìn)行控制，并在不同噴入量下對(duì)電除塵灰斗中的粉煤灰進(jìn)行了取樣化驗(yàn)，其中Cl-含量以及相關(guān)重金屬的檢測(cè)結(jié)果與理論分析基本一致，如表2所示。
從表2數(shù)據(jù)結(jié)果分析可知，粉煤灰中Cl-含量隨著脫硫廢水噴入量的增加呈明顯上升趨勢(shì)，單臺(tái)機(jī)組滿負(fù)荷工況下脫硫廢水噴入量為3t/h，Cl-平均含量為0.086%。
按照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ55－2011)對(duì)混凝土拌合物中水溶性Cl-含量的規(guī)定，對(duì)用于除冰鹽等浸蝕性物質(zhì)的腐蝕環(huán)境中的鋼筋混凝土以及預(yù)應(yīng)力混凝土中的水溶性Cl-含量，要求最大不超過(guò)水泥重量的0.06%，在其他情況下，混凝土中的水溶性Cl-含量要求最大值均在水泥重量的0.1%以上。
因此，按照單臺(tái)機(jī)組滿負(fù)荷工況下脫硫廢水噴入量不超過(guò)3t/h的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，所產(chǎn)出的粉煤灰中的Cl-含量不超過(guò)0.1%，以任意比例摻配均可滿足一般混凝土對(duì)于Cl-含量的要求，按照不大于水泥用量20%的比例摻配時(shí)，也可以滿足用于最極端嚴(yán)苛條件下的混凝土對(duì)于Cl-含量的要求，對(duì)粉煤灰的綜合再利用無(wú)較大影響。
表2粉煤灰中部分重金屬及氯元素檢測(cè)數(shù)據(jù)
3.3對(duì)SO3的協(xié)同脫除分析
在空預(yù)器入口前的煙道霧化噴入團(tuán)聚液后，其中的團(tuán)聚劑能夠與煙氣中的SO3發(fā)生磺化反應(yīng)生成有機(jī)磺酸鹽高分子化合物，從而有效降低煙氣中的SO3含量。鄂州電廠對(duì)空預(yù)器后煙氣中SO3濃度進(jìn)行了檢測(cè)試驗(yàn)，在滿負(fù)荷工況下，團(tuán)聚除塵系統(tǒng)未投入時(shí)，SO3平均濃度為31.6mg/m3，投入團(tuán)聚系統(tǒng)后，SO3平均濃度降低到14.4mg/m3。
火電機(jī)組SCR脫硝裝置逃逸的氨，與煙氣中的SO3反應(yīng)生成NH4HSO4，極易形成結(jié)晶附著于空預(yù)器換熱片上，造成空預(yù)器堵塞。團(tuán)聚除塵協(xié)同脫硫廢水煙道蒸發(fā)技術(shù)在空預(yù)器前使用，可以有效減少煙氣中的SO3含量，防止空預(yù)器堵塞，保障機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，大幅降低了隨機(jī)組凈煙氣排放到大氣中的SO3含量，可以減少酸雨和PM2.5的形成，有利于4結(jié)語(yǔ)
(1)鄂州電廠團(tuán)聚除塵協(xié)同脫硫廢水蒸發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放項(xiàng)目的成功實(shí)施，實(shí)現(xiàn)以廢治廢，是一種行之有效且經(jīng)濟(jì)可靠的脫硫廢水零排放新工藝。
(2)相較于其他脫硫廢水零排放技術(shù)，團(tuán)聚除塵協(xié)同脫硫廢水蒸發(fā)技術(shù)投資低、運(yùn)行成本低、改造及維護(hù)簡(jiǎn)單，在脫硫廢水零排放的同時(shí)可以降低煙塵和SO3的排放，實(shí)現(xiàn)多污染物協(xié)同治理目標(biāo)。
(3)項(xiàng)目利用團(tuán)聚強(qiáng)化除塵新技術(shù)在燃燒無(wú)煙煤的W型火焰鍋爐上進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，對(duì)噴槍、流場(chǎng)以及煙道防腐防堵防積灰進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化，確保系統(tǒng)運(yùn)行可靠，對(duì)類似火電機(jī)組實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放以及煙塵超低排放提供了一種的新技術(shù)路線選擇。
(4)項(xiàng)目工程實(shí)踐表明，在空預(yù)器前霧化噴入團(tuán)聚劑，能夠降低煙氣中SO3的濃度，從而減少NH4HSO4的生成，避免空預(yù)器堵塞，為火電廠解決空預(yù)器堵塞問(wèn)題提供了新的技術(shù)選擇。環(huán)境保護(hù)。
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