中小型燃煤锅炉湿法除尘废水循环回用治理技术

中小型燃煤锅炉湿法除尘废水循环回用治理技术

提要介绍了当前应用于中小型锅炉湿法除尘废水循环回用治理的各项技术。根据锅炉除尘废水循环回用的水质要求，提出将循环水净化与锅炉烟气脱硫除尘联合进行以及应因地制宜，利用各种废物处理锅炉废水和废气。

关键词中小型锅炉湿法除尘废水循环回用处理

On Recycle Using of Boiler Dust-Trench Wastewater

Abstract: Various existing methods to treat the dust-trench wastewater of boilers with medium and small capacity for recycle using are presented technically. According to the quality requirement for the recycle water a treatment scheme combining the purification of circulating wastewater and the desulfurization process of stack gas treatment is proposed.

0前言

我国目前有工业锅炉50多万台，其中80%为中小型锅炉(1t/h～35t/h)。据统计，在这些锅炉安装的除尘设备中，湿法除尘装置(水膜和淋洗等)约占25%～35%。由于我国北方缺水，南方水源丰富，南方装有湿法除尘装置的比例大于北方。这些湿法除尘器每年耗用大量自来水，以一台10t/h锅炉为例年耗用自来水(含除尘、冲渣用水)约5万m3～7万m3。因此采用湿法除尘装置的中小型锅炉所耗用的自来水量是相当可观的。由于技术、资金、场地等方面的原因，除部分中小型锅炉湿法除尘废水采用循环回用治理工艺外，大量中小型锅炉湿法除尘废水仅经过简单沉淀就外排，不仅浪费了大量水资源且由于废水含有一定量HSO-3、F-、NO-x等酸性物质而造成对环境的二次污染。因此采用循环回用工艺积极治理中小型锅炉湿法除尘废水，研究开发适用于该废水治理的技术和工艺，提高废水循环使用周期，不仅能够防治湿法除尘废水对环境的二次污染，也是节水节能的重要措施，为此作者结合自己的工作经验和研究成果对当前应用于中小型锅炉湿法除尘废水循环回用治理技术作一简要讨论。

1湿法除尘废水水质特点

煤炭在高温燃烧过程中，所含有的大量硫、氮、氟、氰和灰分进入煤气，在被除尘水淋洗时，煤气中所含有的SO2、CO2、NOx、F等酸性气体溶于水中，特别是SO2溶于水中生成的HSO-3大量增加导致废水pH值下降，同时烟气中大量烟尘(主要为CaO、SiO2等碱性物质和未燃尽微小炭粒)进入废水，使得废水悬浮物增加，颜色加深。特别是除尘废水循环回用后，水中的Ca2+、HSO-3、F-等物质的含量不断增加，一般在循环30次左右浓度达到平衡，较之直排废水浓度高。废水中pH值在循环20次左右达到平衡，一般为pH 3～4。由于除尘废水循环水质受多种因素影响，如燃煤含硫量的差别(含硫量从1%～8％)，锅炉燃烧方式不同(手烧炉、链条炉、沸腾炉等)导致除尘废水pH值和所含悬浮物粒径分布也不相同。表1为中小型锅炉湿法除尘循环水质，表2为除尘废水中悬浮物粒径分布情况。

表1中小型燃煤锅炉湿法除尘废水循环水质

pH值SS/mg/L CODCr

/mg/L HSO-3

/mg/L HCO-3

/mg/L F-

/mg/L Ca2+

/mg/L Mg2+

/mg/L

2.5～4 200～1 000 50～300 400～800 300～700 15～25 100～200 40～60

表2各种类型锅炉烟尘粒径分布

锅炉类型烟尘粒径分布

＞10μm ＜20μm ＜44μm ＜74μm ＜149μm ＞149μm

手烧炉排/% 5

8

30

40

49 51

链条炉排/% 7 7 25 38 57 43

小型粉煤炉/% 25 25 49 79 90 98

抛煤机炉/% 11 23 42 56 73 27

沸腾炉/% 4 10 20 26 14 26

除尘废水中所含悬浮物粒径不同，致其在水中重力沉降速度的差别，关系到废水沉降效果及所需沉降池容积大小，直接影响废水循环运行处理费用。表3为湿法除尘废水中悬浮物重力沉降速度。

表3除尘废水所含悬浮物重力沉降速度

悬浮物粒径/μm 0.1 0.25 0.5 1.0 2.5 5.0 10.0

重力沉降速度/μm/s 0.005 0.034 6 0.138 4 0.554 3.46 13.84 55.2

2湿法除尘废水循环回用治理技术

中小型燃煤锅炉湿法除尘废水与大型工业锅炉(电厂锅炉)湿法除尘废水水质不同，也导致其循环回用治理工艺的不同。大型工业锅炉废水处理站一般建有大型贮灰场，采用水力冲灰并将灰水输送到贮灰场经沉淀后回用，由于废水在较长循环过程中吸收了大量粉煤灰中的钙、镁离子，形成具有结垢倾向的碱性废水，造成循环设备的结垢和堵塞，治理的关键是消除废水中钙、镁离子和高氟离子。中小型锅炉湿法除尘废水循环周期短，循环系统沉淀池容积小，废水沉降不完全，造成废水pH值小，酸废大，悬浮物浓度高而对循环水系统产生严重腐蚀和堵塞。处理循环水质的关键是采用中和工艺降低废水酸度以及净化工艺减少废水中悬浮物浓度。

2.1中和处理技术

当前大量中小型锅炉湿法除尘废水循环系统最常用的中和处理方法是投放石灰，因为石灰价廉、来源广泛和对于酸性除尘废水适应性强，但其缺点也是显而易见的。由于石灰在水中分散性差，形成浆液后流动性不好，且在中和反应过程中石灰接触废水中的SO2-4离子后，较易被生成而不能继续反应的CaSO4所覆盖，反应中生成的CO2也减缓中和反应的进行，这一切都导致石灰对中和酸性除尘废水的效率低。此外由于石灰中和反应后的泥渣量大

以及石灰保管、操作复杂和工人劳动条件问题都进一步限制了石灰的直接应用。采用工业用碱在上述因素方面优于石灰，但限制其应用的是其价格。

当有条件时，利用碱性工业废水作为中和剂是中小型锅炉湿法除尘废水循环回用治理的新途径。我国每年排放大量碱性工业废水，如印染废水、造纸废水的年排放量都在数十亿m3，这些废水中含有大量NaOH。利用碱性废水中和酸性除尘废水一方面来源广泛，另一方面废水中碱性物质在除尘废水中分散性好，除尘废水中和效率高，不存在采用石灰中和工艺的诸多缺点。此外某些治理工艺还直接采用稀释后的碱性工业废水作为除尘用水泵入锅炉除尘系统进行燃煤烟气洗涤，可以取得较高的烟气脱硫和除尘效率。排放后废水pH值呈中性，达到以废治废，燃煤烟气脱硫除尘及除尘废水和工业废水同时治理的目的。表4为目前国内部分中小型锅炉烟气脱硫除尘效率和废水中和效率。

采用碱性炉渣过滤酸性除尘废水以提高废水pH值的方法也是当前国内中小型锅炉湿法除尘废水中和处理的另一项可行工艺。锅炉燃烧过程中所产生的炉渣含有部分氧化硅、氧化铁等碱性物质，炉渣在与水接触和浸泡过程中，碱性物质被溶出进入废水，废水pH值得到提高。利用炉渣中和处理酸性除尘废水可采用两种方式，一种是将酸性除尘废水直接经炽热炉渣接触过滤，废水渗入炉渣，在极短时间内发生汽化，造成爆裂，使炉渣粒度减小，促进炉渣内碱性物质溶出，与废水中SO2-4、CO2-3等酸性物质发生中和反应，特别是炉渣内Ca2+溶出与废水中SO2-4生成CaSO4以固体形式析出，达到降低废水酸度、提高pH值的目的。另一种方式是将炉渣浸出水(pH=8～11)用泵直接抽入锅炉除尘系统进行烟气脱硫除尘，洗涤后废水中酸度较采用自来水除尘后废水的酸度减少30%～50％，脱硫效率达40%～70%。表5为各种炉渣化学成份，表6为采用炉渣处理除尘废水降低废水酸度效果。

表4利用碱性工业废水进行烟气脱硫除尘及废水处理效果

废水锅炉除尘

装置类型进水pH值出水pH值脱硫效率

/% 除尘效率

/%

印染废水离心水膜9.6～11 7～8 90～96 92～97

丝绸废水文丘里水膜8～9 6.5～7.5 95.2 87.2

造纸废水离心水膜10～11 7～8 93.5 74.6

皂化废水冲击喷淋10～12 7～8 80～89 96

制革废水离心水膜10.8 7～8 30

苎麻脱胶废水水膜与喷淋7.5～8.5 7.5～8.5 36.3

表5炉渣所含碱性氧化物成份/%

炉渣类型K2O Na2O Fe2O3 Al2O3 CaO SiO2

烟煤炉渣0.27～0.34 0.078～1.38 4.33～24.9 16.8～35.2 0.03～9.6 37.7～61.9

无烟煤炉渣1.3～2.8 0.31～0.43 5.28～16.1 15.1～25.2 0.69～4.9 49.3～62.5

褐煤炉渣0.93～2.78 0.1～1.3 4.5～12.2 12.2～23.1 1.7～41.3 21.2～59.1

表6碱性炉渣过滤中和酸性除尘废水效率

除尘器出水

酸度/mg/L 炉渣过滤后出水

酸度/mg/L 去除率/% 进水pH值出水pH值

269～508 72～122 69.7～83.7 2～3 6.1～6.8

2.2水质净化技术

大型工业锅炉湿法除尘废水的净化工艺是采用大型水平式沉淀池，废水中悬浮物去除率达95%，保证除尘及废水循环系统不被堵塞。但该工艺构筑物占地面积大，基建投资及机械装置维护运行费用高，不适用于中小型锅炉湿法除尘废水净化。目前国内在中小型湿法除尘废水净化处理中单纯依靠沉淀池处理的工艺不能满足除尘废水循环回用的水质要求。原因是除尘废水尽管经过沉淀池沉淀，但废水中悬浮物存在微循环积累，据测定，悬浮物仅有50%～70%能在6h沉降下来，较小的沉淀池不能保证废水中悬浮物沉淀效果。但由于资金、场地、技术等原因，大量中小型燃煤锅炉不可能象电厂锅炉那样建有大型沉淀池。如何在现有条件下进行中小型锅炉湿法除尘废水水质净化，笔者根据多年工作探索，以下几种途径可供选择：一是对沉淀池进行优化设计，根据中小型锅炉除尘废水中悬浮物沉降特性按照水力学原理选取最佳沉降曲线设计沉淀池型和池容，尽可能在一定容积沉淀池内获得悬浮物的最佳沉降。二是投加混凝剂，经过试验筛选，选取聚丙烯酰胺和聚合硫酸铁作为除尘废水混凝剂，使除尘废水中大量悬浮物在循环净化过程中缩短沉降时间。三是在废水经沉淀池沉降后再增加一套过滤装置。该装置占地面积不大，却可快速有效地对除尘废水进行固液分离，滤速快、水质净化效果好，能有效减少除尘废水处理停留时间，从而达到减少沉淀池池容，降低废水处理运行费用的要求。目前已开发出两种过滤装置，一种是使用粉煤灰、炉渣作为过滤介质，特别是炉渣，其内部含有大量孔隙，比表面积大，且来源广泛，除尘废水经过过滤不仅有效去除悬浮物，且由于炉渣中所含有的微小炭粒的吸除及所含碱性氧化物的中和作用而降低废水中硫、氰、氟等有害物质和SO2-4离子浓度，并能降低废水COD值(据测定除尘废水中COD来源于水中粉煤灰)，及提高废水pH值，且炉渣一次性使用，成本低、不产生二次污染。另一种过滤介质是微孔石英陶瓷，它是一种新型过滤材料，由陶瓷原料、石英砂，掺合一定粘结剂、成孔剂、稀土抗蚀剂，经高温烧结而成，其内部含有大量半径为15μm～50μm的微孔，可有效截留除尘废水中90%～95%的悬浮物和粉煤灰。石英微孔陶瓷过滤器耐酸耐碱、强度好，可长期使用，反冲洗再生方便，较一次性使用的粉煤灰和炉渣有较好的经济性。表7和表8分别列出炉渣和石英微孔陶瓷对燃煤锅炉湿法除尘废水的处理效果。

表7炉渣过滤除尘废水水质情况(炉渣层厚50cm)

序号SS/mg/L COD/mg/L HSO-3/mg/L pH

进水出水进水出水进水出水进水出水

1 384 24 68 14 315 107 2.7 6.7

2 760 27 8

3 27 837 21

4 3.2 7.1

3 1 235 76 13

4 36 750 270 2.9 6.1

4 1 710 127 127 5

5 524 117 3.4 6.5

表8石英微孔陶瓷过滤除尘废水水质情况

(石英微孔陶瓷厚10cm)

序号SS COD

进水/mg/L 出水/mg/L 处理率/% 进水/mg/L 出水/mg/L 处理率/%

1 343 13 96.3 46 7.

2 84.3

2 576 45 91.8 87 10.6 87.8

3 1 327 51 96.2 97 8.7 91.1

4 2 231 47 97.6 11

5 13 88.7

3小结

我国目前拥有中小型锅炉约40万台，采用湿法除尘的占25%～35％，这些锅炉每年排放的除尘废水、废气严重污染环境，急需得到根本治理，对湿法除尘废水循环回用工艺方案的确定一定要因地制宜，合理选择，从设计角度来说首先应考虑除尘废水循环回用与烟气脱硫相结合的工艺方案。当有条件时，优先选择各种价廉的有效脱硫剂，特别要充分利用工业废物及锅炉本身排放的有害物质进行烟气脱硫除尘，再将脱硫除尘废水净化后循环回用，以达到以废治废、废物资源化的目的。

参考文献

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