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火电厂化学再生废水回收利用经验探讨

发布时间:2019-10-18

  水利电力 156 2018 年 10 月 火电厂化学再生废水回收利用经验探讨 张利权 天津国华盘山发电有限责任公司,天津 301900 摘要:随着节水减排环保压力越来越高,为了消除废水排放环保隐患,降低生产运营成本,并最终实现全厂废水零排放目标,本文通过电厂对化学再生废水回收至脱硫系统补水改造,实现降低原水取用水量,达到深度节水目的,取得了良好经济效益及社会效益,并未后续废水零排放实施夯实基础。 关键词:弱酸系统;化学再生废水;脱硫补水、环保 中图分类号:TE644 文献标识码:A 文章编号:1671-5799(2018)10-0156-03 1 概述 火力发电厂是工业用水大户,用水量和排水量...

  水利电力 156 2018 年 10 月 火电厂化学再生废水回收利用经验探讨 张利权 天津国华盘山发电有限责任公司,天津 301900 摘要:随着节水减排环保压力越来越高,为了消除废水排放环保隐患,降低生产运营成本,并最终实现全厂废水零排放目标,本文通过电厂对化学再生废水回收至脱硫系统补水改造,实现降低原水取用水量,达到深度节水目的,取得了良好经济效益及社会效益,并未后续废水零排放实施夯实基础。 关键词:弱酸系统;化学再生废水;脱硫补水、环保 中图分类号:TE644 文献标识码:A 文章编号:1671-5799(2018)10-0156-03 1 概述 火力发电厂是工业用水大户,用水量和排水量巨大。随着国家《节约能源法》、《环境保护法》和相应的用水、排水收费政策(水资源费、排水费、超标费)的相继颁布,以及《电力工业“十二五”规划》、《水污染防治行动计划》等的逐步实施,对火电厂用、排水量和水质都有严格的指标限制。从可持续发展的角度考虑,要满足相关国家、地方政策及环保要求,实施火电厂深度节水及废水零排放改造是一条最佳途径。 化学再生废水为火电厂难处理的工业废水,主要来源于化学除盐制水过程中产生的二次污染废水,废水含有较高的酸碱液,此类废水盐分高、处理的难度较大、处理的费用高、外排对生态影响较大。 根据全厂废水零排放改造规划思路,废水先减量再利用,优先能分质分级利用,无法回用的废水先经过浓缩减量后进行固化处理,最终实现全厂废水零排放,故需要优先对厂内化学再生废水进行回收利用,降低后续废水零排放运营成本。 2 化学再生水系统介绍 某电厂化学具有化学水处理制水系统、循环水补水弱酸系统、精处理系统、供热钠床系统等系统,再生药剂采用硫酸、氢氧化钠再生,再生液回收至化学中和水池经过排水泵外排。其中弱酸再生废水为循环水系统预处理工艺产生,废水产量较大,再生工作频繁;精处理再生废水主要为发电机组凝结水系统产生,废水中含有大量氨氮及铁锈,废水外排具有环保超标风险,工艺流程如下: 化学再生系统排水流程图如下: 图 1 化学再生系统排水流程图 弱酸再生废水、精处理再生废水、化学制水再生废水、和反渗透冲洗水均收集至中和水池,经 pH 调至合格后外排。 据统计,每年化学中和水池总外排废水水量 18 万吨,外排水量大,若将这其中的部分废水分类收集回用,每年可节省取水费数十万元。 3 化学再生废水面临问题 电厂外排废水按环保要求需执行《地方污水综合排放标准》,对外排废水氨氮、悬浮物等指标有限值要求,化学再生废水未经过工业废水处理系统,直接外排存在隐患如下: 1)无工业废水处理系统,无法对化学再生废水进行处理,化学再生废水仅通过调节 pH 后外排,外排水质不可控。 2)精处理再生废水氨氮 20~100mg/l 及悬浮物100mg/l,远高于排放氨氮8mg/l、悬浮物20mg/l 标准,外排具有环保风险。 3)化学中和池仅有 250m3 有效容积,化学再生工作由于排水要求无法同时进行,经常出现再生工作排队等待现象,影响机组安全稳定运行。 4)化学再生水含盐量高,弱酸系统再生废水 TDS 约4000mg/l,除盐系统再生废水含盐量约 10000mg/l,钠床系统再生废水含盐量约 16000mg/l,因此,化学再生废水直接外排对接纳河道水系统生态平衡具有很大影响。 4 改造方案 由于环保要求严格,电厂结合自身设备的特点,将本工程分成两个阶段实施,第一阶段,将现有化学再生废水按照原运行方式回收至化学中和池,在中和池内调节 pH 合格后通过中和池排水泵输送至 2000m3 缓存水箱,由缓存水箱自流到#1、2 机脱硫区地沟,再通过脱硫地沟泵输送之脱硫吸收塔回用,工艺流程如下: 图 2 化学再生废水回用至脱硫系统流程图 通过化学再生废水回收至脱硫吸收塔,解决再生废水中氨氮及悬浮物外排超标隐患,减轻达标排放压力。 第二阶段,将化学再生废水进行分质回收改造,由于再生过程步骤多,有反洗、正洗、预进水、进酸碱、置换等步骤,每步的工艺不同,产生的废水水质也不同。反洗、正洗、擦洗等过程中产生的废水含酸碱很少,可以作为普通废水处理,工艺简单,容易实现回用,而进酸碱过程中产生的废水酸碱度高,回用较为困难,所以从废水回用角度来看,高盐废水和低盐废水必须分开收集。结合全厂废水零排放改造思路总体规划如下: 图 3 化学再生系统高低盐分类回收系统图 4.1 水质情况分析 电厂脱硫工艺水为循环水排污水和处理后的生活污水,主要为循环水排污水。为保证化学再生废水回用至脱硫系统后保证系统安全稳定运行,故对弱酸再生废水和循环水排污水主要水质进行分析对比,如下表 1 所示。弱酸再生废水的硬度、SO42- 、含盐量高于循环水排污水,这几项指标对脱硫化学再生高盐部分吸收塔工业废水处理站冷却塔低盐部分中和池精处理再生钠床再生高盐部分 末端废水系统低盐部分 中国科技期刊数据库 工业 A 2018 年 10 月 157 废水影响较小,但是对脱硫系统影响大的指标如悬浮物、Cl-、COD 和总磷含量均低于循环水排污水,因此,可将弱酸再生废水作为脱硫工艺水。 表 1 弱酸再生废水与循环水排污水水质对比 项目 弱酸再生废水 循环水排污水 pH 7.65 8.19 电导率,S/cm 3640 1495 浊度,NTU 11.8 29.1 Cl- ,mg/l 51.77 167.84 SO 42- ,mg/l 2527.22 340.60 1/2Ca2+ ,mmol/l 31.12 4.58 1/2Mg2+ ,mmol/l 14.44 3.86 总硬度,mmol/l 45.56 8.44 总碱度,mmol/l 0.54 2.86 总固体,mg/l 4080 1076 溶 解 性 总 固 体 ,mg/l 4078 1072 悬浮物,mg/l 2 4 COD,mg/l 41.8 88 氨氮,mg/l 3.25 1.32 TP,mg/l 0.13 5.94 化学再生工艺采用 H 2 SO 4 再生,硫酸根与钙离子对脱硫吸收塔系统影响较低,进入吸收塔后形成 CaSO 4, 伴随石膏脱水外售,因此化学再生废水满足脱硫系统补水要求。 4.2 水量情况分析 目前脱硫工艺水箱由于补水管路限制,在机组高负荷期间需要开生水补水,满足脱硫系统工业用水,根据水质分析,化学再生废水可作为脱硫系统补充水源,解决脱硫系统使用新鲜生水补水问题。 化学中和水池目前主要收集弱酸再生废水、精处理再生废水、化学制水再生废水、钠床再生废水,各类废水水量如表 2 所示。 表 2 化学中和水池收集各类废水水量 序号 废水种类 每 次 再生 水 量(m3 ) 再生频次 一年总水 量(m3 ) 平均水量(m3 /h) 1 弱 酸再 生废水 260~390 475 个/年 149290 23 2 精 处理 再生废水 阳 床 :550 阳床:2 个月/次 9480 2 混 床 :360 混床:3 个月/次 3 化 学制 水再生废水 450 2 个月/次 2700 0.5 4 钠 床再 生废水 180 初期:2 天/次 3780 1.5 正常:7 天/次 化学再生系统中弱酸床再生工作每年约 475 台次,平均每台次再生工作产生废水量约 260~390t,年产生废水约149290t,为化学再生废水主要组成部分。其它化学再生系统包括精处理再生废水、化学制水系统再生废水、钠床再生废水、高效过滤器碱洗废水等,每年共计产量约 20000t 左右。回收至化学中和池后平均每小时约 30t,需要进行厂内回收利用。 电厂机组有绿改,脱硫系统补水增大,2016 年脱硫工艺用水水量统计如表 3 所示,4 月份为双机停,6 月份为#5 机组停机、#6 单机运行,其余月份只是统计双机运行时的负荷和用水量。由表 3 可知,脱硫系统双机高负荷运行,工艺水箱时平均补水量约 140m3 /h,脱硫系统除雾器冲洗水约 40m 3 /h;根据 2017 年水平衡报告,脱硫系统设备冷却水 30m3 /h,这两部分合计 70m3 /h,因此,脱硫系统可接纳中和水池来水水量约 140-70=70m3 /h,化学再生废水平均每小时约 30m 3 /h,脱硫系统可以完全接收化学再生废水水量。。 表 3 脱硫用水统计 时间 发电负荷 工艺水箱时平均用水量 生活水 #1 除雾器冲洗水量均值 #2 除雾器冲洗水量均值 MW m3 /h m3 /h m3 /h m3 /h 1月 755.52 86.80 4.39 14.56 25.00 2月 741.99 86.08 4.64 17.33 23.19 3月 780.39 82.50 5.52 17.74 20.20 4月 双 停 5月 788.76 144.93 6.45 14.54 38.90 6月 392.89 69.13 6.37 5.29 0.06 7月 735.83 145.56 8.44 19.25 21.59 8月 795.30 143.98 7.87 17.50 25.22 9月 881.19 143.38 5.21 22.87 16.84 4.3 设备利旧方案 为充分发挥生产现场原有设备的利旧回用,对原有设备系统进行参数核算,降低改造工程的投资成本。 1)中和池排水泵利旧计算:通过计算预计化学中和池排水泵出力、扬程可以满足要求。从化学中和池到缓存水箱的阻力计算,扬程损失约:水箱高度+母管+泵管=13+5.78+3.08=21.86m,化学中和池原有3台排水泵扬程32m,可满足中和池到缓存水箱的再生废水输送要求。 2)缓存水箱容积利旧选择:脱硫吸收塔附近有两个空置的水箱可供选择,#1 水箱 600m3 ,#2 水箱 2000m 3 。经过数据统计,每天至少有一个弱酸床再生,一次弱酸再生废水量390m3 ,脱硫系统至少需 5.5h 消耗完。考虑到弱酸、精处理、化学同时再生的可能,精处理每次再生废水水量为 270m3 ,化学制水再生废水 220m3 ,合计 880m 3 ,超过#1 水箱 600m 3 的容积,同时考虑一定的缓冲和余量,因此,选择#2 水箱 2000m3作为中和水池来水接纳水箱。 3)缓存水箱到脱硫系统自流 缓存水箱具有 1m 高的地基底座,水箱采用上进下出的运行方式,利用 1m 高度的液位差实现再生废水至缓存水箱流入脱硫系统地沟,在出口管道上增设电动门,脱硫系统自动补水控制。 4.4 化学制水、精处理、钠床再生废水高低盐分类回收 为实现全厂废水零排放需要降低废水产量,各类废水分开收集,降低废水的处理难度,同时降低运营成本。由于化学再生过程步骤多,有反洗、正洗、预进水、进酸碱、置换等步骤,每步的工艺不同,产生的废水水质也不同。反洗、正洗、擦洗等过程中产生的废水含酸碱很少,可以作为普通 水利电力 158 2018 年 10 月 废水处理,工艺简单,容易实现回用,而进酸碱过程中产生的废水酸碱度高,回用困难,所以从废水回用角度来看,高盐废水和低盐废水必须分开收集。 实现再生过程排水低含盐废水和高含盐废水分段回收。为达到分段收集再生废水的目的,需在再生废水排水母管上设置在线电导率仪表,并将排水母管通过三通分为两路,一路用于收集低含盐废水,一路用于收集高含盐废水,两路排水管路分别设置气动阀门实现对再生废水排放控制。 4.5 再生废水高低盐分类回收改造后控制方案 设立两个单独回收水池 500m3/ 座,分别用于回收低含盐废水和高含盐废水,在再生罐的排水系统上增加电导率表计,根据电导率表计的数值进行低含盐废水和高含盐废水回收判断,具体控制方案如下: 再生过程进行树脂输送、清洗、分离、混合步序以及阴/阳树脂正洗后期步序时,关闭高含盐收集管路阀门,打开低含盐废水收集管路阀门,收集该过程低含盐废水至低含盐废水池; 再生过程进行阴树脂进碱、置换,阳树脂进酸、置换以及阴/阳树脂前期正洗步序时,关闭低含盐收集管路阀门,打开高含盐废水收集管路阀门,收集该过程高含盐废水至高含盐废水收集池。 再生过程中反洗、正冲及冲洗阶段,外排废水的水质较好,一般情况下,此阶段废水的电导率小于 1000s/cm,这部分废水水量约占总水量 50%~60%。 4.6 再生废水高低盐分类回收改造后再利用方案 再生过程高含盐量废水主要包括阴树脂进碱、置换,阳树脂进酸、置换以及阴/阳树脂正洗前期排放废水。再生过程产生的高含盐量废水水量约占总水量 40%~50%,主要成分为 Ca2+、Mg2+、SO42-。通过改造精处理、化学制水离子交换再生系统排水管路,对高盐废水集中回收至化学中和水池,pH 调节合格后送至脱硫吸收塔,作为脱硫工艺用水。 精处理、化学制水再生废水低盐部分,水质较好,收集经工业废水处理站去除悬浮物和 Fe 等杂质后,补到冷却塔。 通过改造钠床离子交换再生系统排水管路,低盐部分收集至工业废水处理站,经污水澄清器处理后回用至冷却塔;高盐部分与脱硫废水一起处理。 5 改造项目解决问题 目前电厂内已经完成第一阶段改造内容,即将现有化学再生废水按照原运行方式回收至化学中和池,在中和池内调节 pH 合格后通过中和池排水泵输送至 2000m3 缓存水箱,由缓存水箱自流到#1、2 机脱硫区地沟,再通过脱硫地沟泵输送之脱硫吸收塔回用,通过本次改造解决了以下问题: 5.1 解决电厂外排水环保隐患 化学再生废水中氨氮、悬浮物不稳定,部分时段超出排放标准要求,通过化学再生废水回收利用改造,实现了化学再生废水全部回收利用,无外排,消除环保隐患。 5.2 解决脱硫补水不足问题,节约新鲜水使用 机组高负荷期间,由于设计原因循环水排污水管道补水量不能满足脱硫系统补水要求,脱硫系统需要补充生水来满足工艺用水量需求,化学再生废水回收至脱硫系统后,可优先使用化学再生废水补充,减少新鲜水使用量。同时缓存水箱具有 2000M3 的存水能力,可有效实现水量的缓存及补充。 5.3 解决化学再生工作排队等候现象 化学中和池有效使用容积 250m3 ,化学再生系统经常出现再生工作排队等候现象,同时收到外界排水环保约束,迫使再生工作不能按时开展。通过改造后,系统增加 2000M3缓存水箱,具有 5~8 天的化学再生废水缓存能力,实现了化学再生废水转存,有效解决化学再生工作排队等候现象。 5.4 提高排水设备自动化水平 原化学中和池排水系统阀门均为手动门,需要值班员到现场进行启泵、开门,人员操作量大。系统改造过程,将系统涉及阀门更新为电动门、排水泵改为远程启动、增加在线监测流量仪表,并将控制信号引入辅控 DCS 系统,实现远程控制,提高设备自动化水平。 6 改造取得效果 通过化学再生废水回收至脱硫系统补水改造,实现高盐废水在电厂内的回收利用,解决了废水排放的环保隐患,降低新鲜水的使用,具有良好经济效益及社会效益。 经济效益:按照平均每年化学再生废水产生约 18 万吨计算,脱硫废水可少补地表水 18 万吨约 48.78 万元,减少化学再生废水排污费 18 万元。每年节约 66.78 万元。 社会效益:1)按照平均每年化学再生废水约 18 万吨,平均含盐量约为 4000mg/l 计,可减少向河道水系排放盐分约为 720 吨;2)化学再生废水中精处理废水氨氮含量平均值约为 50mg/l 计,可减少向外界水系排放氨氮约为 500kg。化学再生废水平均悬浮物 20mg/l 计,每年可减少向外界水系排放氨氮约为 3.6t;3)平均每年减少 18 万吨地表水取水量。 7 结论 火电厂化学再生废水属于产生工艺产生二次水污染的废水,应加强节水新工艺技术推广,逐步淘汰技术落后、高耗水、产生二次水污染的水系统工艺和设备。 贯彻水资源按质供水、按质回用的用水理念,化学再生过程排水应按照工艺流程进行分质、分级回收利用,降低高含盐废水产量,并提高系统自动化水平。 化学再生废水的回收利用为火电厂深度节水工作一部分,更为实现全厂废水零排放的先锋,应挖掘设备潜力,扩充水系统缓冲能力,优化水资源的梯度利用,为废水零排放夯实基础。 参考文献 [1]门慧娟.火电厂离子交换树脂再生废水处理及减排[J].建筑工程技术与设计,2016,23. [2]贺爽.电厂化学水处理技术应用分析[J].城市建设理论研究(电子版),2014,(17):1094-1094. [3]丁峰赵兴辉.火电厂凝结水精处理系统再生废液的分析与再利用[J].中国电机工程学会电厂化学 2016 年学术年会,2016-12-23.

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