您現在的位置: 中國汙水處理工程網 >> 汙水處理技術 >> 正文

電廠含鹽廢水蒸發處理技術

发布时间:2019-12-18 17:21:37  中國汙水處理工程網

  我国淡水资源极其有限且分布不均,水环境污染严重。火电企业用水需求大且成本高,水正在成为影响火电企业经济效益的主要因素。随着《中华人民共和国环境保护法》《国务院办公厅关于推行环境污染第三方治理的意见》《水污染防治行动计划》、《中国制造 2025》等一系列相关政策相继出台和实施,提高火电企业用水效率,实现水资源的梯级利用和廢水零排放,已经成为火电企业实现可持续发展的必由之路。

  电厂高含盐廢水(总含盐量>1%)主要来自脱硫廢水(燃煤电厂)和化学酸碱廢水,这些廢水含 有以 Cl-、SO42-、Na+、Ca2+等为主的大量无机盐,高含盐廢水虽在全厂用水中占比不大,却是制约电厂实现廢水零排放的主要因素,也是目前研究的热点。近年来我国火电厂高含盐廢水多是经初步处理后直接排放,造成了严重的环境污染和水资源浪费,寻找技术稳定、节能环保的廢水处理方法迫在眉睫。

  1 電廠含鹽廢水蒸發處理技術

  廢水处理方法多种多样,图 1 汇总了一些适用于处理高含盐廢水的方法,主要包括蒸发法、膜法和冷冻法。

  蒸發法指將含鹽水經加熱、沸騰蒸發成水蒸氣,使鹽水不斷濃縮,含鹽水體積減小,溶質濃度增大,進而進行含鹽水處理或結晶鹽回收的方法。

  蒸發法是最早用于脫鹽處理的方法,也是目前火電廠處理含鹽廢水較爲經濟有效的辦法,其産生的冷凝水可以直接作爲電廠鍋爐用水,也可以進一步處理後直接飲用,而結晶鹽則可處理成工業鹽加以利用,實現零排放目的。

 

  1.1 多级闪蒸

  多级闪蒸(MSF)脱盐技术由英国学者 Silver R S在 1957 年提出[7],其工艺流程如图 2 所示。盐水首先通过闪蒸室顶部的冷凝管束,在冷凝管束中被各级闪蒸室内生成的逐渐升温的蒸汽预热,最后经由盐水加热器加热的蒸汽(汽轮机低压抽汽)加热到最高温度(90~115 ℃)后进入第一级闪蒸室。

 

  由于閃蒸室中的壓力低于鹽水在該溫度下所對應的飽和蒸汽壓力,鹽水迅速沸騰,直到溫度降到沸點。其中,一部分鹽水汽化,生成的蒸汽通過除霧器去除溶解的鹽類物質後,在頂部的進水冷凝管束表面冷凝,然後生成淡水被收集。未汽化的鹽水則流入下一級壓力較低的閃蒸室繼續上述過程。MSF系統必須有一個真空裝置來去除不可冷凝氣體,並維持所需的負壓。

  MSF 法常用于海水淡化、火电厂锅炉供水、食品、化工、廢水治理等领域,在海水淡化领域已商业化应用30 余年,淡水生产能力可达5 000~75 000 m³/d。

  MSF 法很少单独用于处理盐水,常与膜法、多效蒸发技术等结合使用,以提高系统处理效果。MabroukA N 等设计的多级闪蒸和机械蒸汽压缩相结合(MSF-MVR)脱盐系统,通过视觉设计仿真(VDS)对系统不同工况的模拟,得出该系统的性能系数是传统 MSF 系统的 2.4 倍。

  1.2 多效蒸发

  多效蒸发(MED)系统由多个蒸发器串联而成,其基本原理如图 3 所示。前一效蒸发器蒸发所生成的二次蒸汽流进下一效蒸发器作为盐水的加热热源并被冷凝为蒸馏水,即后一效蒸发器充分利用了前一效蒸发器流出的二次蒸汽余热,各效蒸发器的操作压力、相应加热蒸汽温度与溶液沸点依次降低。低温多效蒸发(LT-MED)操作温度低,50~70 ℃的低品位蒸汽均可作为理想的热源,可充分利用电厂的低温废热,实现二次蒸汽的再利用,大大降低抽取背压蒸汽对电厂发电的影响,减缓设备的腐蚀和结垢,达到节能的目的。

 

  MED 法最早应用于海水淡化,近年来不断发展,已广泛应用于果汁浓缩、造纸业和废碱液回收等,淡水生产能力可达 40 000 m³/d。Dahdah T H 等基于上层建筑的概念提出低温多效蒸馏-热蒸汽压缩(MED-TVC)作为传统 MED 的一种改进,并利用 MED 装置内发生的闪蒸过程,确定了系统的最佳方案及最优运行条件;经过案例验证,该系统结构节省了成本,适用于海水淡化工厂和具有海水淡化系统的电厂,并扩展至混合热力脱盐装置,在热电联产中展示了显著的优越性。

  1.3 机械蒸汽再压缩蒸发

  作为20 世纪90 年代末开发出来的新型高效节能蒸发技术,机械蒸汽再压缩蒸发(MVR)又可称为热泵技术,其基本原理是将蒸发器中原本需要用冷却水冷凝的二次蒸汽,经压缩风机提高其压力和饱和温度,增加其热焓,然后再送入蒸发器加热室作为热源加热料液,其基本原理如图 4 所示。大多数 MVR 装置生产能力约 500 m³/d,同传统 MED 相比,二次蒸汽的潜热得到了充分利用,节能 50%。

 

  我国 MVR 技术的相关研究虽起步较晚,但已成为国家重点推广的节能环保技术之一,在浓缩制盐、化工污水处理、食品工业、制药(维生素等)、廢水处理(含盐廢水、含重金属廢水等)等领域商业化应用运行良好。毛彦霞进行了内置式 MVR中试装置处理不同含盐量的单污染物模拟廢水、模拟 RO 浓水和模拟脱硫廢水的试验研究,发现其处理 1 t 原水、RO 浓水原水、脱硫廢水原水的平均能耗分别为 23.3、23.0、23.5 kW·h,最高水回收率达91.2%,证明该装置基本可行。为了尽早实现 MVR技术在高盐有机廢水零排放领域的推广与应用,我国科研人员还需在 MVR 设备国产化和操作条件优化等方面深入开展研究工作,以降低设备成本。具体联系汙水寶或參見更多相關技術文檔。

  1.4 喷雾蒸发

  喷雾蒸发(SED)是近期发展起来的一项新的非常规强化蒸发脱盐技术,属于增湿-除湿技术的一种,其原理是依据双流体雾化原理使浓盐水在热空气中雾化并迅速蒸发,在相变过程中实现固液分离。SED 可充分利用废热废气,水回收率高达90%以上,可直接形成盐晶,实现零排放。闪蒸是喷雾蒸发的常见蒸发形式。赵子竞通过进行液滴蒸发零维模型的 MATLAB 模拟、Fluent 离散相三维模型仿真及相关实验验证,得出当空气初始温度为 90 ℃、喷雾温度为 20 ℃、气液体积比为 45 000时,直径为 0.1 mm 的雾滴在 1.29 s 内完全蒸发,实现了零排放,此时空气相对湿度为 78 %,而当气液体积比降至 40 000、液滴直径降至 0.0 367 mm 时达到气液平衡,空气处于饱和状态。此外,某大学设计的喷雾蒸发技术设备可以把146 790 mg/L的高质 量浓度盐水浓缩为 351 880 mg/L,技术性能稳定。

  SED 法在食品、化工等领域应用广泛,但在廢水处理中应用较少。在国内,蒸发塘利用机械SED 技术,大大增加了蒸发速度,减小了蒸发塘面积。燃煤电厂针对湿法脱硫廢水的特点,通常结合炉后烟风系统配置,基于喷雾干燥原理,利用锅炉尾部烟气余热使烟道内脱硫廢水迅速完成喷雾蒸发,溶解物迅速结晶并被除尘器捕集,实现脱硫廢水的近零排放。SED 法与传统的 RO、MSF、MED 等方法联合运用,可以大大增加高盐廢水的浓缩率,提高整个脱盐系统的综合经济效益。

  1.5 蒸发法技术比较

  MED、MSF、MVR、SED 几种主要蒸发法在节能性、环保性、经济性及规模和预处理要求方面的比较见表 1。相比 MSF、MED 和 MVR 等常规的含盐廢水处理方法,SED 具有装置操作灵活、预处理简单、不易结垢及环保性良好等优点,适于处理较高盐度含盐廢水,且脱盐效率高,盐分甚至可以完全结晶,经济性好、节能效果显著,能克服常规处理方法的缺点,具有较大的研究价值。但是,含盐廢水的复杂性使得单一技术难以实现对含盐廢水的高效节能处理,因此,技术集成优化是火电厂含盐廢水处理技术发展的重要趋势。

 

  2 蒸发结晶技术及应用案例

  2.1 蒸发结晶技术

  蒸发结晶技术路线一般为“预处理单元”+“减量浓缩单元”+“蒸发结晶单元”,廢水必须经相应预处理再送入蒸发结晶单元,若直接采用蒸发的方法处理,势必会消耗大量蒸汽和电力。蒸发结晶单元是整个脱硫廢水零排放系统的关键,主要包括前面所述各种蒸发法及喷雾干燥/结晶等,其本质均为通过末端廢水的物理性蒸发实现盐与水的分离。

  图 5给出了 8 个利用蒸发结晶技术实现零排放的较常用工艺,即:预处理+MVC 浓缩+MVC 结晶、预处理+多级预热+多效蒸发(MED)+结晶、预处理+高压反渗透+MVC 蒸发+MVC 结晶、预处理+膜浓缩+正渗透+机械蒸发(MVC)结晶、预处理+MVC 蒸发+三效混流强制循环蒸发结晶、预处理+MED 结晶、Na2CO3 软化+多效立管降膜蒸发+结晶、卧管喷淋薄膜蒸发+结晶。

 

  蒸发结晶技术是一种有效的脱盐技术,但其投资及运行成本较高,综合考虑经济性和环保要求,在现场开展中试工作,确定合适的蒸发结晶廢水零排放技术应为今后火电厂廢水处理的重中之重。

  2.2 蒸发结晶技术应用案例

  目前国内已有十几家火电厂运用不同的蒸发结晶技术实现了含盐廢水零排放,典型案例及应用效果见表 2。由表 2 可知,这几家电厂采用的末端蒸发结晶技术为多效强制循环蒸发结晶或机械蒸汽再压缩蒸发结晶,虽然从不同程度上实现了零排放,但仍存在经济投资大、结晶盐是杂盐等问题。因此,寻找能够商业化应用的火电厂含盐廢水零排放普适技术成为火电厂当前急需解决的首要问题。

 

  3 结 语

  蒸发结晶技术通过预处理改善廢水水质,减少取排水水量,提高循环水浓缩效果,减少高盐廢水量,最终实现电厂含盐廢水零排放。但国内真正实现零排放的电厂很少,而且都集中在燃煤电厂,燃气电厂还没有相关零排放项目实施,技术、投资、运行成本均是制约零排放实施的重要因素。喷雾蒸发结晶技术作为处理含盐廢水较节能经济有效的新方法,具有较大的发展前景。燃气电厂的压缩空气具有较大的压力能,若能加以利用,通过喷雾蒸发辅助雾化浓盐水,则对电厂含盐廢水处理将会是一个新的飞跃。

  根据火电厂含盐廢水处理现状,结合火电厂现有热源,借鉴其他领域的成熟技术,对现有火电厂含盐廢水处理技术进行改造是现阶段处理电厂含盐廢水的一种思路,如海水淡化、浓盐水烟气脱硫、洗煤等均是对含盐廢水综合利用的有益探索。(来源:《热力发电》  作者:时国华 王佳 杨林棣 张金瑞)

相關推薦
技術工藝案例