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超低排放改造與脫硫廢水處理的優(yōu)化探討
1、概述
河南華潤電力首陽山有限公司位于河南省偃師市首陽山鎮(zhèn)，南依隴海鐵路，北臨連霍高速，背靠邙嶺，面向洛河，東距鄭州108公里，西距洛陽市22公里。公司成立于2004年11月11日，公司規(guī)劃建設(shè)4×600MW國產(chǎn)超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組。
一期工程2×600MW國產(chǎn)超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組一年雙投，#1機(jī)組于2006年5月5日投運(yùn)，#2機(jī)組于2006年10月6日投運(yùn)。同期配套建設(shè)兩套煙氣脫硫裝置(FGD)，采用由比曉芙公司提供的脫除SO2的石灰石－石膏濕法工藝，一爐一塔，設(shè)計(jì)處理煙氣量2989100Nm3/h（濕），脫硫效率大于95％，由山東三融環(huán)保工程有限公司采用EPC總承包方式建造。
2、現(xiàn)狀把握
我司#1、2爐電除塵器改造工程分別于2013年6月26日、10月27日完成，并投入運(yùn)行，目前運(yùn)行穩(wěn)定，超低排放改造前電除塵器出口及煙囪入口粉塵濃度分別為32mg/Nm3、13.4mg/Nm3。2013年9月13、23日河南電科院測試結(jié)果如下：
受環(huán)保大環(huán)境及國家環(huán)保政策的推動，2014年9月10日國務(wù)院發(fā)布了《大氣污染防治行動計(jì)劃》，隨后，國家發(fā)改委、國家環(huán)保部、國家能源局聯(lián)合發(fā)文“關(guān)于印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計(jì)劃(2014-2020年)》”。三個(gè)月后，河南省出臺《2014-2020年煤電節(jié)能減排升級與改造行動計(jì)劃》，明確要求到2020年，河南省內(nèi)燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放濃度原則上接近或達(dá)到燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組排放限值。具體數(shù)值如下表：
當(dāng)時(shí)我司2×600MW機(jī)組大氣污染物實(shí)際排放情況為：氮氧化物90mg/Nm3、二氧化硫80mg/Nm3、煙塵15mg/Nm3左右，顯然無法滿足新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，必須進(jìn)行提效改造，以維護(hù)公司環(huán)保品牌。
我司電除塵器及吸收塔外觀
超低排放改造技術(shù)選擇：單塔一體化脫硫除塵除霧深度凈化技術(shù)（SPC-3D）
單塔一體化深度凈化技術(shù)介紹：單塔一體化脫硫除塵深度凈化技術(shù)（SPC-3D）是北京國電清新環(huán)保技術(shù)股份有限公司自主研發(fā)的專有技術(shù)，該技術(shù)可在一個(gè)吸收塔內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn)脫硫效率99%以上，除塵效率90%以上，滿足二氧化硫排放35mg/Nm3、煙塵排放5mg/Nm3的超低排放要求。
引風(fēng)機(jī)出口煙氣進(jìn)入吸收塔后，首先經(jīng)過旋匯耦合裝置，利用流體動力學(xué)原理，形成強(qiáng)大的可控湍流空間，使氣、液、固三相充分接觸，提高傳質(zhì)效率，同時(shí)液氣比比同類技術(shù)低30%，實(shí)現(xiàn)*步的脫硫和除塵。
其次，優(yōu)化噴淋層結(jié)構(gòu)，改變噴嘴布置方式，提高單層漿液覆蓋率達(dá)到300%以上，增大化學(xué)吸收反應(yīng)所需表面積，完成第二步的洗滌，煙氣經(jīng)旋匯耦合裝置和節(jié)能噴淋裝置2次洗滌反應(yīng)，兩次脫硫效率的疊加，可實(shí)現(xiàn)煙氣中二氧化硫可降低至35mg/Nm3以下。
zui后，經(jīng)脫硫、初步除塵后的煙氣向上經(jīng)離心管束式除塵裝置進(jìn)一步完成除塵除霧過程，完成對微米級粉塵和細(xì)小霧滴的脫除，實(shí)現(xiàn)煙塵低于5mg/Nm3超凈脫除。
單塔一體化深度凈化技術(shù)示意圖
1)單塔一體化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn):
（1）脫硫效率高、除塵效率高；
（2）改造工期短、工程量??；
（3）投資低、運(yùn)行費(fèi)用低；
（4）系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高；
（5）*消除“石膏雨”；
（6）解決場地空間不足的影響。
我司成功實(shí)現(xiàn)的#1機(jī)組超低排放改造是華潤電力*臺600MW及以上機(jī)組超低排放改造的機(jī)組，也是華潤電力*臺采用SPC一體化脫硫除塵裝置技術(shù)的機(jī)組。本技術(shù)路線節(jié)省投資約4000余萬元，運(yùn)行成本年節(jié)約400余萬元。
由上表可看出超低排放改造后在#1、#2爐電除塵出口粉塵信號Ash數(shù)據(jù)維持原數(shù)據(jù)不變的情況下，煙囪入口粉塵信號Ash分別由13.4mg/Nm3、12.5mg/Nm3降至1.47mg/Nm3、2.38mg/Nm3，90%左右的粉塵經(jīng)過除塵除霧器吸收后被沖洗水沖洗攜帶返回吸收塔漿液中，對石膏漿液在吸收塔內(nèi)的結(jié)晶反應(yīng)產(chǎn)生影響，并附著在石膏晶體表面，導(dǎo)致石膏脫水時(shí)在真空皮帶脫水機(jī)上形成一層黑色的黏狀物體，致使石膏透氣性差，真空泵負(fù)壓升高，石膏含水量升高。
在一定程度上對脫水系統(tǒng)的運(yùn)行造成了影響，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致漿液品質(zhì)惡化，脫硫系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。如何做好廢水處理以實(shí)現(xiàn)有效降低吸收塔內(nèi)灰分顯得非常重要。
3、廢水處理運(yùn)行情況
我司脫硫廢水處理系統(tǒng)為zui初為常規(guī)設(shè)計(jì)，廢水來源于回收水池（主要由石膏旋流器溢流、石膏脫水濾液、濾布沖洗水等組成），廢水進(jìn)入廢水處理系統(tǒng)后經(jīng)旋流器分離、加藥、凝聚、調(diào)整pH值后，經(jīng)沉淀澄清后清水排放至#2煤泥沉淀池用于煤場噴灑，泥漿由板框式壓濾機(jī)壓制脫水成泥餅后裝車外運(yùn)。
由于脫硫廢水處理系統(tǒng)經(jīng)常不能正常穩(wěn)定運(yùn)行，對脫硫效率、石膏脫水影響較大，并影響到吸收塔、漿液循環(huán)泵等漿液系統(tǒng)設(shè)備壽命，因此對廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行改造早已成為我司一項(xiàng)長期攻關(guān)項(xiàng)目。
自2009年起，我司就開始了一系列對廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行改造的探索。
3.1廢水排渣倉脫水方案研究
*階段試驗(yàn)：澄清器底部泥漿直接排入撈渣機(jī)。
本試驗(yàn)設(shè)想是希望爐渣對泥漿中固體顆粒能起到吸附作用，但經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)濕渣已基本上沒有什么吸附能力，且泥漿直接排入撈渣機(jī)后造成撈渣機(jī)溢流量增大，溢流水含固量較大，渣水沉淀池淤積很快，渣水池溢流混濁，未達(dá)到預(yù)期效果。
第二階段試驗(yàn)：澄清器底部泥漿排入渣倉，通過渣層過濾泥漿中的固體顆粒。2009年6月10-13日完成渣倉換向擋板改造。6月23日對2A渣倉進(jìn)行排廢水泥漿試驗(yàn)，zui初排泥漿量較少，每次排泥約6噸左右，過濾21個(gè)小時(shí)未濾完，過濾時(shí)間過長，但淅出的水樣非常清澈，能夠達(dá)到排放要求。
之后我們重點(diǎn)在加快淅水速度、加大排泥漿量上進(jìn)行攻關(guān)，通過對渣倉加裝淅水板、渣倉上部加裝壓縮空氣管對泥漿層人工進(jìn)行攪動破壞等改造，zui終達(dá)到每天排泥兩次、每次約5噸，淅水時(shí)間約5～8小時(shí)，時(shí)間間隔基本與渣倉一天兩次排渣的正常運(yùn)行方式吻合，脫硫廢水泥漿排渣倉試驗(yàn)取得初步成效。
后期問題
廢水排渣倉試驗(yàn)雖然初步做到了每天穩(wěn)定排放，但該排泥方式經(jīng)3個(gè)月的運(yùn)行試驗(yàn)后，仍存在一些問題難以解決。比如加入泥漿后渣倉淅水時(shí)間與正常爐渣淅水相比仍然偏長，泥漿滲入爐渣間隙造成爐渣透水性差，渣中含水量大，放渣及渣車行駛中污染嚴(yán)重。受渣倉淅水較慢影響，每日排泥漿量還不能*脫硫廢水排放需求，澄清器等設(shè)備仍時(shí)有堵塞、淤死故障發(fā)生。雖然我們對渣倉淅水反復(fù)進(jìn)行改造，但這些問題始終沒能得到很好解決。
3.2廢水噴入煙道蒸發(fā)處理方案研究
由于廢水泥漿排渣倉方案始終存在一些難以解決的問題，不能算*成功，因此我們繼續(xù)尋求能夠*解決脫硫廢水排放難題的更優(yōu)方案。2011年中，我們對廢水噴入煙道蒸發(fā)處理的方案設(shè)想做了深入研究，還成立了相應(yīng)的SDA項(xiàng)目《實(shí)現(xiàn)脫硫廢水*》，對該方案做了可行性分析及風(fēng)險(xiǎn)評估，并做了初步試驗(yàn)。
通過可行性分析僅能證明脫硫廢水噴入電除塵前煙道蒸發(fā)處理具備理論上的可行性，但由于脫硫廢水噴入電除塵前煙道蒸發(fā)處理目前在國內(nèi)僅有理論研究及計(jì)算，在美國及日本有少數(shù)應(yīng)用，國內(nèi)電廠尚無實(shí)際應(yīng)用，帶有試驗(yàn)性質(zhì)，因此如實(shí)施還存在較大的風(fēng)險(xiǎn)性。該系統(tǒng)投運(yùn)后由于運(yùn)行調(diào)整、噴嘴磨損腐蝕、管道堵塞等一系列運(yùn)行中可能出現(xiàn)的負(fù)面因素，都可能造成其后的電除塵、煙道等出現(xiàn)嚴(yán)重問題：
若進(jìn)入煙道試驗(yàn)，因影響因素較多，如系統(tǒng)設(shè)置、廢水品質(zhì)、人為操作、設(shè)備缺陷等，均有可能造成噴霧失效，而帶來的后果將非常嚴(yán)重，并已做了風(fēng)險(xiǎn)分析。因此，在無法確保噴霧系統(tǒng)*可靠的情況下，zui終決定取消下一步試驗(yàn)計(jì)劃，目前在煙道蒸發(fā)處理廢水工藝方面所做研究，做為技術(shù)預(yù)研及技術(shù)儲備。煙道蒸發(fā)處理廢水工藝，先進(jìn)性與風(fēng)險(xiǎn)性共存，且風(fēng)險(xiǎn)極大，在將來可以確保系統(tǒng)可靠的情況下，作為一個(gè)真正“*”的處理方案，仍不失為一個(gè)比較好的選擇。
3.3廢水排入事故漿液箱沉淀分層排放方案研究
在廢水蒸發(fā)處理方案研究告一段落后，2012年我們繼續(xù)對脫硫廢水問題進(jìn)行探討和研究，重點(diǎn)仍放在拋開壓濾機(jī)排泥及盡量減少加藥處理環(huán)節(jié)兩方面。
3.3.1利用事故漿液箱沉淀分層排放試驗(yàn)：
在真空皮帶脫水機(jī)脫泥試驗(yàn)取得一定進(jìn)展后，我們發(fā)現(xiàn)問題歸結(jié)到了需要更大的澄清器以及專門的脫水設(shè)備上，這都需要不小的改造資金。zui終我們想到了事故漿液箱，容積足夠大，且我司事故漿液箱采用脈沖懸浮系統(tǒng)而非攪拌器，因此具備短期沉淀后仍能正常攪動的特性，平常又基本閑置，*可以作為沉淀箱使用。
3.3.2事故漿液箱沉淀及分層排放方案：
事故漿液箱中部加裝排放門，吸收塔石膏脫水后（密度1130kg/m3）一部分漿液直接排入事故漿液箱內(nèi)進(jìn)行分層沉淀澄清，期間加入一定量的中水泥漿，中水泥漿中所含Ca(OH)2即可調(diào)節(jié)廢水pH值又可沉淀一部分重金屬離子。漿液經(jīng)沉淀后上部澄清水從中部排放門排放，底部濃漿經(jīng)脈沖懸浮后直接打回吸收塔，仍按系統(tǒng)需求正常進(jìn)行石膏脫水。
3.3.4事故漿液箱排放試驗(yàn)
事故漿液箱排放試驗(yàn)從2012年10月底開始，經(jīng)初期不斷對進(jìn)漿、沉淀、排放的周期進(jìn)行摸索、調(diào)整及優(yōu)化，逐步穩(wěn)定在沉淀期24小時(shí)，每日平均排放200噸，能夠滿足脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行對廢水排放的要求。排放水重金屬、pH值、COD等等參數(shù)均合格，對脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行未造成不良影響。
超低排放改造后漿液中的含塵量有所增加，對漿液的品質(zhì)和脫水系統(tǒng)的運(yùn)行造成一定的影響，石膏含水量偏高，脫水系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間延長。我司增加一個(gè)廢水澄清箱以加大廢水處理能力，廢水處理的進(jìn)一步優(yōu)化和處理仍是我們努力的方向。
3.4后續(xù)優(yōu)化設(shè)想
下一步我們?nèi)詫υ撓到y(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化、完善：
將沉淀澄清后的水在廠內(nèi)尋找出路，如排至撈渣機(jī)，作為渣水補(bǔ)充水。澄清水廠內(nèi)回用方案將作為重點(diǎn)優(yōu)化方向，如果廠內(nèi)回用能夠?qū)崿F(xiàn)，則今后加藥或脫水設(shè)備等運(yùn)營、改造成本都將不存在，這是經(jīng)濟(jì)效益*的優(yōu)化方向。
4總結(jié)
脫硫廢水處理系統(tǒng)不能穩(wěn)定可靠運(yùn)行，很多脫硫電廠都存在的問題。本文通過華潤首陽山電廠在脫硫廢水處理系統(tǒng)方面幾年來所做的探討和試驗(yàn)，做了粗淺分析和總結(jié)，有我們走過的彎路，也有創(chuàng)新性的思維。目的在于拋磚引玉，通過與各兄弟廠的交流取長補(bǔ)短，共同解決脫硫廢水處理系統(tǒng)問題。對各運(yùn)行廠來說，可參考我們所做過的工作，根據(jù)本廠實(shí)際情況，進(jìn)一步深化研究，找出更適合本廠的解決方案，來保證脫硫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。