石灰石-石膏湿法脱硫废水排放量深度解析

石灰石-石膏湿法脱硫废水排放量深度解析
发表时间：2020-12-03T14:59:46.647Z 来源：《中国电业》2020年20期作者：魏威
[导读] 火电厂废水零排放势在必行，其主要难点之一为石灰石?石膏湿法烟气脱硫工艺的废水
魏威
中国电建集团河南工程有限公司河南郑州 450001
摘要：火电厂废水零排放势在必行，其主要难点之一为石灰石?石膏湿法烟气脱硫工艺的废水处置。

为得出脱硫废水的合理排放量，以典型350MW燃煤机组为例，从进入和排出脱硫系统的氯离子（Cl–）量入手，以脱硫吸收塔浆液Cl–平衡浓度控制为基准，对入炉煤、脱硫工艺水、脱硫石膏排出、脱硫废水排出等进行了Cl–物料平衡计算。

在此基础上分析了脱硫系统深度优化和烟气深度治理等工程对脱硫系统水平衡的影响。

关键词：燃煤机组；石灰石?石膏湿法脱硫；氯离子
中图分类号：W223.1文献标识码：A
引言
2018年中国提出了全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案，对烟气污染物超低排放改造提出了新的要求；同年，中国发布的《水污染防治行动计划》中明确提出：到2020年，全国水环境质量得到阶段性改善，污染严重水体较大幅度减少，“狠抓工业污染防治”成为重要任务；HJ2301—2018《火电厂污染防治可行技术指南》指出，实现电厂废水近零排放的关键是脱硫废水零排放。

因此，对于烟气污染物超低排放改造后的燃煤机组，特别是配套石灰石?石膏湿法脱硫工艺的发电企业，烟气污染物超低排放改造后的工作重点之一就是全厂节水及废水零排放改造。

目前，配套石灰石?石膏湿法脱硫工艺的燃煤发电企业脱硫废水排放量偏离设计值的情况时有发生。

其主要原因为：（1）煤源不稳定；（2）某些电厂实施深度配煤掺烧；（3）脱硫工艺水水源水质与原设计不符。

为了获得可靠的脱硫废水排放量，需要结合机组的平均负荷率，实地统计某一长历史周期的脱硫废水排放量。

事实上，现阶段多数燃煤发电企业脱硫废水三联箱处理系统因堵塞、腐蚀等问题而无法正常运行，造成脱硫废水排放量历史数据多有缺失。

为确保脱硫废水零排放工程设计容量既能满足机组全负荷时段运行，又避免设计裕量过大，将对脱硫系统运行过程中存在的复杂平衡关系进行深度解析，为终端废水零排放工程项目的可行性研究提供数据支持。

1脱硫废水排放的作用
石灰石?石膏湿法脱硫系统工程设计普遍要求吸收塔浆液中的Cl–质量浓度不超过20g/L。

设定Cl–浓度限值目的为：（1）避免吸收塔浆液中的Cl–对吸收塔本体及输送设备腐蚀；（2）避免过高的Cl–与Ca2+结合形成溶解性钙盐，其可抑制碳酸钙的溶解，干扰CaSO4·2H2O的结晶，导致脱硫系统运行效率降低。

因此，从运行角度来看，脱硫废水排放最主要目的之一就是维持吸收塔浆液中的Cl–浓度在合理的范围内，同时也可相应避免重金属、化学耗氧量（COD）等有害物质及其他可溶性盐（镁盐、钠盐）富集。

本文基于脱硫系统的生产安全，拟从Cl–平衡的角度进行脱硫系统废水排放量分析。

2脱硫系统氯离子物料平衡解析
以超低排放改造后的350MW燃煤机组为例，设定该机组烟气流量为1.1×106m3/h（标态，干基6%O2），燃煤烟气中的SO2质量浓度为2400mg/m3（标态，干基，6%O2），净烟气中的SO2排放限值为35mg/m3（标态，干基，6%O2）。

为保证机组安全稳定运行，总排放口烟气中SO2浓度按排放限值的80%予以控制。

按照火电厂平均供电煤耗360g/（kW·h）标准煤计算，350MW燃煤机组对应的标准煤耗为
126t/h。

基于以上设定参数，分别从吸收塔浆液中Cl–来源和排出两方面情况进行详细论述。

2.1机组燃煤来源
脱硫吸收塔浆液中Cl–的最主要来源为机组燃煤。

氯在煤中的存在形式主要有3种：（1）以阴离子形态与金属阳离子形成化合物；（2）以游离的Cl–形式存在于矿物颗粒间的水溶液及煤层孔隙的水溶液之中；（3）以有机物的形式存在于羟基化合物的晶格中。

燃煤中的氯在燃烧过程中绝大部分都以H2Cl的形式释放，且Cl转化为H2Cl（Cl→H2Cl）的转化率随燃烧温度的升高而显著增加。

煤燃烧过程中，温度达200℃时H2Cl即开始析出，500℃时Cl→H2Cl转化率达90%，1200℃时Cl→H2Cl转化率达95.63%。

燃煤锅炉排放的烟气进入脱硫吸收塔经气液充分接触后，烟气中的H2Cl被捕集率达到98%以上。

因此，对机组燃煤中的氯元素进行实验室分析，便可推导出转移至烟气中的Cl–浓度。

仍以超低排放改造后的350MW燃煤机组为例，设定燃煤中的氯质量分数为0.05%（特低氯煤和低氯煤的分界值），通过计算可得出烟气中H2Cl质量浓度为54.8mg/m3（标态，干基，6%O2）。

煤燃烧过程中Cl–的迁移计算结果如表1所示。

2.2脱硫用水来源
脱硫吸收塔浆液中Cl–的第2来源为脱硫系统用水（工艺用水和工业水）。

工艺用水包括除雾器的冲洗水、石灰石制浆用水、设备及管
湿度。

水露点温度为：。