火力发电厂冲灰水处理情况探析

火力发电厂冲灰水处理情况探析[摘要]本文阐述了近年来火力发电厂普遍采用的水力除灰冲灰水的水质特点及其对电厂生产的影响，综合分析了目前各种常用冲灰水的处理方法及其不足，重点介绍了除灰－脱硫一体化工艺。

[关键词]火力发电厂；冲灰水；除灰－脱硫一体化工艺火力发电厂燃煤通过锅炉高温燃烧后，燃料中的成分大部分以氧化物的形式存在于烟气和灰渣中，其中烟气通过电除尘器后，非金属氧化物如sox、co2、nox等随烟气进入烟道通过脱硝、脱硫设施处理后排入大气，金属氧化物成分如cao、mgo等存在于炉灰中进入灰水系统前池，配以运行机组的循环冷却水稀释后，以柱塞泵为动力直接排入灰场。

此灰水处理系统由于烟气经电除尘器进入烟道通过脱硝、脱硫设施处理后排入大气，而灰水中含有大量的金属氧化物，使得灰水的碱性较大，ph值较高。

炉灰进入灰水前池后直接经柱塞泵打入冲灰管道，由于炉灰中的金属氧化物活性强，极易在冲灰系统管道及运行设备中与水反应生成ca（oh）2、mg（oh）2，在碱性情况下与水中的碳酸根或碳酸氢根反应生成不溶于水的caco3、mgco3，在灰水管道及其设备上以硬垢的形式出现，造成灰水管道的实际流通内径减小，系统阻力增加，柱塞泵出口压力升高，水力除灰系统设备能耗增加，严重时危及电厂生产安全。

我公司水力除灰系统自2002年投运以来，柱塞泵出口压力（我公司灰水排放管道为a、b两管道）由运行初期的2.1mpa左右，经过一年半时间的运行最高增至3.6mpa左右，我公司于2004年6月进行酸洗，酸洗后投入运行不到一年时间，即2005年4月份，b管道运行压力最高又达到3.9mpa，a管道运行压力最高又达到3.3mpa，此后几乎每隔1年需对灰水排放管道酸洗1次。

该问题的存在虽有运行调整、灰水配比等多方面的原因，但主要是由灰水的成分特性所决定的。

为了解决除灰系统运行结垢问题，多年来许多火力发电厂进行了研究和试验，总结出了许多适合自己生产实际的经验，取得了很好的效果。

根据我公司现场生产运行经验和对其它相关系统的了解，总结近年来火力发电厂的生产实践探索的方法和经验，现将几种主要处理方法归纳如下。

1.向冲灰水系统中加酸处理采用加酸方式来中和灰水的碱性是根据酸碱中和的原理，即向冲灰水中加入h2so4、hcl来中和灰水中的金属氧化物，降低其ph 值，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。

这种工艺应用较早，处理工艺简单，在最初进行冲灰水处理时被多数电厂采用。

根据加酸处理目的不同，加酸点的选取也不同，如果单纯为了降低灰水排放的ph值，使其达到环保控制要求，则加药点选取在灰场排放口；如果为了阻缓冲灰水系统的无机盐结垢，则将酸投加药点加在冲灰泵入口灰浆池中。

此种处理方法由于灰水量大，耗酸量多，处理成本较高，且由于水量不稳定，需要随时调整加酸量。

同时在灰浆泵入口加酸时，当加酸量过大时，容易造成灰浆泵的腐蚀；当加酸量较小时，容易造成灰场出口排水难以控制在废水排放标准规定的ph值范围内。

由于向灰浆池内加酸，所加酸很难均匀分布在灰浆池中，使得灰浆池内灰水的酸碱浓度不均匀，容易造成灰浆池的局部腐蚀。

加酸处理废水，需要设置专门的运行人员进行调整监督，还要对加酸设备进行检修维护，增加了运行及维护费用。

这种方法除耗费大量酸外，还会增加灰水中so2-4、cl-含量，即增加了水体的含盐量，这无疑对排放水体是不利的，也不符合环保要求，因此，该处理方法在目前火力发电企业很少使用。

2.锅炉补给水处理系统再生废酸液处理锅炉补给水处理系统设计含有离子交换水处理设备的发电厂，由于离子交换设备运行周期较短，交换树脂填料再生次数多，再生产生的废液较多，如果直接排入厂外，需要对再生废液进行中和处理，达到环保控制标准后方可排放，但会增加一定的运行成本。

如果将阳离子交换设备再生产生的废酸排放到灰浆池中，降低灰水的ph值，中和冲灰水碱度，则相当于对冲灰水系统管道进行间断酸洗，可以溶解部分冲灰管道内的无机盐垢，同时阻止灰水中的金属氧化物结垢，在进入冲灰水管道前生成无机盐类，避免在管道中生成无机盐垢，可以缓解硬垢的生成，延长冲灰管道的使用周期。

有部分发电厂使用了的这种方法，但这种处理方法的前提是锅炉补给水处理系统必须设计为单一的离子交换设备，运行中能产生大量的盐酸再生废液。

如果水处理系统设计包含反渗透系统的发电厂则无法使用这种处理方法，即使反渗透后设计深度离子交换设备，由于其运行周期很长，再生产生的盐酸废液非常少，对灰水系统运行来讲几乎可以忽略，所以目前锅炉补给水处理设计有反渗透系统的发电企业无法采用这种灰水处理方式。

3循环冷却水稀释中和ph火力发电厂机组运行需要大量的冷却水，对于用天然水作直流冷却系统的电厂，其排水量相当大，用这部分排水当作冲灰水，稀释锅炉排灰可以降低灰水的ph值，同时还可以在此过程中使部分金属氧化物发生反应，生成无机盐，减弱其金属活性，降低在冲灰系统管道中结垢的可能。

因此可利用直流冷却水来稀释中和冲灰水中的碱度，使其ph值降低，同时由于其ph值相对较低，运行中结垢的速率较慢，冲灰管道运行周期较长。

这种处理方式要求发电厂周围天然水源丰富，排水条件畅通。

现在大多数电厂由于受水资源条件限制，大都使用循环冷却水系统，采用冷却塔的再循环供水，冷却水闭式循环，排水较少，对冲灰水调整作用不大。

我公司目前采用闭式循环冷却水作为冲灰水，灰水碱度较高。

4炉烟处理冲灰水用炉烟处理冲灰水原理是利用炉烟中的非金属氧化物，如sox、cox、nox等与水接触生成酸性水，排入冲灰水系统中，中和其中的碱性金属氧化物，降低灰水的ph值，减缓冲灰水系统的无机盐结垢速率，延长其运行周期。

1）炉烟so2处理原理如下：so2+h2o→h2so3。

h2so3→h++hso-3h2so3→2h++so2-32h2so3+o2→2h2so42h2so4→4h++2so2-4用炉烟中so2处理冲灰水要求燃煤要有一定含硫量，烟气中so2含量过低会造成处理效果的下降。

2）炉烟co2处理冲灰水也是利用酸碱中和的原理，但影响处理效果的因素较多，取决于烟气中co2含量，co2与冲灰水接触时间、气水比、搅拦程度、水温和液面上co2平衡分压。

此种处理方法在个别发电厂曾有使用，系统构造为从炉后烟道处引一路烟气管路，连接一台吸风机，吸风机出口连接吸收塔，使烟气从塔底部进入，从塔顶部排出，在塔中与从塔上部进入的水经布水层充分接触，使从塔底部排出的水成酸性水，排入灰浆池，原理与加酸中和相同。

该方法理论上可行，但必须计算好炉烟中的酸性非金属氧化物和灰水的排放量及灰水中碱性物质的含量，使得运行时酸碱比例基本相符。

5.冲灰水闭路循环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，加酸处理后用返回泵抽取至厂内清水池再用作冲灰水。

该方法有利于水资源的循环利用，节约水源。

此外，加酸后的灰水ph值较低，作为冲灰水再利用可以降低灰水的ph值，延长结垢速率，但需要大量的酸，原理同加酸处理相同，也是加酸处理方法的一种。

我公司设计的是灰水可以回收利用，但由于从投产来灰场的水量较少，一直没有回收利用。

部分电厂采用灰水管前处理，高ph值闭路运行方式，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，促使碳酸钙提前析出，不在运行中的冲灰管道和设备中结垢，从而使灰水系统达到基本稳定，管道中不再有碳酸钙结垢。

我公司的冲灰水设计为灰水进入灰浆池直接进入冲灰管道，在灰浆池停留时间短，必然造成碱性较强的金属阳离子在冲灰系统结垢，增大系统的运行压力。

6.其他处理工艺探索为了彻底解决冲灰水系统结垢问题，达到经济运行，近些年不少电厂开始探索新的处理方法和工艺，其中包括除灰－脱硫一体化工艺和投加阻垢剂形成金属络合离子减弱其反应活性，现将此工艺简单作一下介绍：1）除灰－脱硫系统一体化工艺根据我国煤炭资源的分布情况，许多地区火力发电厂所用的燃煤含硫量较高，锅炉排出的烟气中含有so2、nox和co等酸性气体，对人类赖以生存的大气环境造成严重污染。

随着十二五期间新的火电厂大气污染物排放标准的实施，燃煤电厂必须配备脱硫、脱硝装置，以除去烟气中的so2、nox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，caco3，mgo，nh3等，与烟气中的非金属氧化物so2、co2等酸性气体起中和反应，达到去除烟气中的so2的目的。

火力发电厂燃煤在锅炉燃烧后，燃煤中的金属元素以碱性氧化物的形式存在于炉灰中，这些碱性物质，通过冲灰水系统排到灰场。

一方面，冲灰水排入灰场沉淀后排入自然水系，将对自然水环境造成污染，同时，由于排放前必须进行中和处理，需要大量的酸，增加了运行费用；另一方面，灰水在输送过程中，在冲灰系统管道和设备形成大量无机盐垢，对运行系统造成了危险，进行除垢也将增大运行成本。

要解决此问题，需要在灰水外排前进行处理。

近些年来，随着社会经济的高速发展，生产资源的匮乏，人们对资源的再循环利用越来越重视。

火力发电厂的废气、废水、废渣等的综合利用，也成了人们研究的热点问题，根据废气、废水的成分和性质，如果合理利用，不但能减少成本，变废为宝，而且还能减少污染，具有综合社会环保效益。

于是人们考虑是否能将烟气中的酸性氧化物与炉灰的碱性物质进行科学处理，除灰－脱硫一体化，达到以废治废的目的，既有经济效益，又有社会效益。

2）工艺原理在除灰系统中，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适量的酸性物质中和飞灰溶出的碱性物质中和，则除灰系统的冲灰废水水质超标和系统结垢问题便能够解决。

而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，则可解决水力除灰系统目前存在的问题。

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。

另外，在炉烟进入脱硫系统前，可使其通过特定的吸收塔，吸收炉烟中的酸性氧化物，所生成的酸液作为冲灰水用，达到中和灰水，降低灰水ph值的目的。

对于不同的tds（溶解性总固体）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。

3）工艺特点及工业化应用的可行性与传统湿法相比，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值超标的问题。