Analýza procesov a charakteristík odsírenia v elektrárni

Abstrakt: Mokré odsírenie vápenca-je hlavnou technológiou na kontrolu emisií oxidu siričitého v tepelných elektrárňach. Výsledná odpadová voda z odsírenia, vyznačujúca sa vysokou slanosťou, vysokou tvrdosťou, vysokým obsahom ťažkých kovov a nízkou biologickou odbúrateľnosťou, predstavuje významnú výzvu pre čistenie odpadových vôd z elektrární. Tento článok sa zameriava na hlavný procesný systém čistenia odpadových vôd z odsírenia elektrární, podrobne popisuje princípy a prevádzkové postupy hlavných procesov v každom štádiu podľa toku „predúprava → hlboká koncentrácia → solidifikácia/kryštalizácia“. Analyzuje technické charakteristiky, výhody, obmedzenia a použiteľné scenáre rôznych procesov, pričom integruje základné princípy výberu procesov s cieľom poskytnúť profesionálnu referenciu pre optimalizovaný výber a efektívnu prevádzku procesov čistenia odpadových vôd z odsírenia v elektrárňach, čím prispieva k čistej výrobe a zelenej transformácii tepelného energetického priemyslu.

Kľúčové slová: Tepelná elektráreň; odpadová voda z odsírenia; proces liečby; charakteristiky procesu; predúprava; hlboká koncentrácia; kryštalizačná úprava

S čoraz prísnejšími environmentálnymi emisnými normami a presadzovaním cieľov „dvoj uhlíka“ sa kompatibilné čistenie odpadových vôd z odsírenia tepelných elektrární stalo kľúčovým článkom pri dosahovaní zeleného rozvoja. V súčasnosti viac ako 90 % tepelných elektrární v mojej krajine využíva vápencový-sádrový proces mokrého odsírenia. Tento proces vyžaduje prepláchnutie odsírovacej veže, odhmlievača a odvodňovacieho systému sadry čistou vodou, výsledkom čoho je odsírovacia odpadová voda bohatá na ťažké kovy, vysoké koncentrácie solí a nerozpustených látok. Z dôvodu komplexnej kvality vody a vysokej náročnosti čistenia môže nesprávna likvidácia spôsobiť znečistenie pôdy a vody a zároveň ohroziť bezpečnú prevádzku zariadení elektrárne.

Čistenie odpadových vôd z odsírenia v elektrárňach sa musí riadiť princípmi „zníženia, neškodnosti a obnovy zdrojov“, čím sa vytvorí kompletný procesný systém „predúprava → hlboká koncentrácia → úprava tuhnutia/kryštalizácie“. Rôzne procesy sa výrazne líšia v technických charakteristikách, účinnosti spracovania a prevádzkových nákladoch. Rozumný výber kombinácií procesov je rozhodujúci pre dosiahnutie rovnováhy medzi vyhovujúcim čistením odpadových vôd a ekonomickou efektívnosťou. Tento článok sa zameriava na zhrnutie hlavných procesov v každej fáze, hĺbkovú analýzu ich procesných charakteristík a poskytovanie podpory pri výbere procesov v tomto odvetví.

Kvalita odpadových vôd z odsírenia je výrazne ovplyvnená kvalitou uhlia, čistotou vápenca a parametrami procesu odsírenia, ktoré vykazujú celkové charakteristiky „štyri maximá a dve minimá“, ktoré priamo určujú smer výberu procesu čistenia. Konkrétne:

Vysoká salinita: Celkové rozpustené pevné látky (TDS) 20 000 ~ 100 000 mg/l, dosahujúce maximum 150 000 mg/l, zložené najmä z Cl⁻, SO₄2⁻, Na⁺ a K⁺, vykazujúce extrémne silnú korozívnosť;

Vysoká tvrdosť: Koncentrácia Ca²⁺ môže dosiahnuť viac ako 4000 mg/l. Obsah Mg²⁺ je približne 1600 mg/l, ľahko sa vytvára nerozpustný vodný kameň, ktorý upcháva zariadenie; Vysoký obsah ťažkých kovov: Obsahuje ortuť, kadmium, olovo, arzén atď., v koncentráciách 0,1 ~ 10 mg/l, niektoré tvoria stabilné komplexy, čo sťažuje odstraňovanie; Vysoko suspendované pevné látky (SS): Koncentrácia 1000 ~ 10000 mg/l, zložená hlavne zo sadrových častíc a vápencového prášku, ľahko obrusujúce rúry; Nízka hodnota pH: 4,5 ~ 6,0, slabo kyslá, zhoršuje koróziu zariadenia; Nízka biologická odbúrateľnosť: BSK/CHSK < 0,1, ťažko odbúrateľný biologickými metódami vyžadujúcimi fyzikálno-chemické procesy.

Okrem toho odpadová voda obsahuje aj fluoridy, kremičitany a nepoddajné organické látky, čo ďalej zvyšuje zložitosť výberu procesov a vyžaduje procesy čistenia so silnou špecifickosťou a odolnosťou voči výkyvom.

Odsírenie elektrární čistenie odpadových vôd je systematický projekt. Každá fáza procesu je prepojená a funguje synergicky. Výber procesov pre rôzne stupne musí vychádzať z charakteristík kvality vody, cieľov úpravy a skutočných podmienok elektrárne. Nasleduje podrobná analýza hlavných procesov a základných charakteristík každej fázy.

3.1 Procesy a charakteristiky predúpravy Predúprava je základom odsírovania odpadových vôd. Jeho hlavným cieľom je odstrániť nerozpustné látky, väčšinu ťažkých kovov, ióny vápnika a horčíka, fluoridy a kremičitany, znížiť zákal a tvrdosť odpadových vôd, zabrániť usadzovaniu vodného kameňa a upchávaniu v následných procesoch a poskytnúť kvalifikovaný prítok pre pokročilé čistenie. Hlavné procesy zahŕňajú koaguláciu a sedimentáciu, chemické zmäkčovanie a filtračné čírenie. V skutočných projektoch sa často používajú kombinované procesy.

3.1.1 Proces koagulácie a sedimentácie

Princíp procesu: Do odpadovej vody sa pridávajú koagulanty (chlorid hlinitý, síran polyželezitý atď.) a pomocné koagulačné činidlá (polyakrylamid). Adsorpciou a flokuláciou jemné suspendované pevné látky a koloidy tvoria veľké vločky, ktoré sa potom separujú sedimentáciou. Súčasne sa upraví hodnota pH na 8,5-9,5 (pridaním hydroxidu vápenatého), čo spôsobí vyzrážanie iónov ťažkých kovov vo forme hydroxidov a odstránenie niektorých fluoridových iónov (tvorba zrazeniny fluoridu vápenatého).

Charakteristiky procesu:

Výhody: Jednoduchý proces, pohodlná obsluha, nízke investičné a prevádzkové náklady; rýchlosť odstraňovania nerozpustených látok nad 80%, rýchlosť odstraňovania ťažkých kovov 60%-80%, môže rýchlo znížiť zákal odpadových vôd, vhodný pre potreby predúpravy rôznych elektrární.

Obmedzenia: Obmedzený účinok odstraňovania rozpustných solí a komplexov ťažkých kovov; vyžaduje použitie v spojení s chemickými zmäkčovacími a filtračnými procesmi; v podmienkach vysokej CHSK je potrebná pokročilá technológia oxidácie, inak budú ovplyvnené následné účinky liečby.

Použiteľné scenáre: Predčistenie odpadových vôd z odsírenia zo všetkých elektrární, zvlášť vhodné pre malé a stredné{0}}veľké elektrárne s vysokým obsahom nerozpustených látok a ťažkých kovov a obmedzenými rozpočtami.

3.1.2 Proces chemického zmäkčovania
Princíp procesu: Jadrom je odstrániť ióny vápnika a horčíka, aby sa znížila tvrdosť odpadovej vody. Hlavnou metódou je chemické zrážanie, ktoré sa v závislosti od použitých činidiel delí na vápno-zmäkčovanie sódy a zmäkčovanie hydroxidom sodným-sódou. Metóda vápna-sódy je najpoužívanejšia. Pri vysokej tvrdosti a podmienkach s vysokým obsahom oxidu kremičitého sa používa trojstupňový proces zmäkčovania, pričom sa postupne pridáva Ca(OH)2, Na2S04 a Na2C03, aby sa postupne odstránil Mg2⁺, časť Ca2⁺ a zvyšný Ca2⁺, čím sa vytvárajú Mg(OH)₂, CaSO₃⁺ prerazeniny.

Charakteristiky procesu:

Výhody: Vysoko cielená, účinne znižuje tvrdosť odpadovej vody (Ca²⁺ menej alebo rovná 500 mg/L, Mg²⁺ menej alebo rovná 1000 mg/l), zabraňuje usadzovaniu vodného kameňa v následnom odparovaní a procesoch membránovej separácie; metóda vápna-sodnej soli má nízke náklady, ľahko dostupné činidlá a je vhodná pre odpadovú vodu z odsírenia oxidu kremičitého s vysokou-tvrdosťou a vysokou-sodnou vodou.

Obmedzenia: Dávkovanie činidla vyžaduje presnú kontrolu, inak je pravdepodobné sekundárne znečistenie; produkcia kalu je veľká a vyžaduje podporné zariadenia na likvidáciu kalu; metóda hydroxidu sodného-sódy je nákladná a vhodná len pre scenáre s extrémne vysokými požiadavkami na tvrdosť odpadových vôd.

Použiteľné scenáre: Predúprava odpadových vôd z odsírenia s vysokou-tvrdosťou, s vysokým-oxidom kremičitým a s vysokým-fluoridom, zvlášť vhodné pre následné procesy, ako je membránová separácia a MVR odparovanie s prísnymi požiadavkami na tvrdosť prítoku.

3.1.3 Proces filtrácie a čírenia

Princíp procesu: Tento proces ďalej odstraňuje jemné vločky, suspendované pevné látky a koloidy z koagulácie, sedimentácie a chemického zmäkčovania, čím sa zaisťuje, že zákal predčistenej odpadovej vody spĺňa normy (vo všeobecnosti menej alebo rovná 100 mg/l, membránová koncentrácia vyžaduje menej alebo rovnajúcu sa 5 mg/l). Medzi hlavné technológie patrí piesková filtrácia, ultrafiltrácia (UF) a tubulárna membránová filtrácia.

Charakteristiky procesu:

Výhody: Vysoká presnosť filtrácie; ultrafiltrácia môže znížiť zákal výtoku pod 1 NTU; trubicové membrány majú silnú-schopnosť proti znečisteniu a ľahko sa čistia a udržiavajú; účinne chráni nadväzujúce membránové moduly a odparovacie zariadenia, čím zlepšuje stabilitu systému; piesková filtrácia je lacná; ultrafiltrácia a tubulárne membrány sú vhodné pre scenáre s veľkými výkyvmi v kvalite vody.

Obmedzenia: Piesková filtrácia má obmedzenú účinnosť pri odstraňovaní jemných koloidov; ultrafiltrácia a tubulárne membrány majú vyššie investičné náklady a membránové moduly je potrebné pravidelne vymieňať (životnosť 1-3 roky); rúrkové membrány pracujú pri vyšších tlakoch a majú mierne vyššiu spotrebu energie.

Použiteľné scenáre: Piesková filtrácia je vhodná na ukončenie konvenčnej predúpravy; ultrafiltrácia a rúrkové membrány sú vhodné pre elektrárne, kde sa využívajú následné membránové koncentračné procesy, alebo kde koncentrácia nerozpustených látok výrazne kolíše.

3.2 Proces hlbokej koncentrácie a charakteristiky Aj po predúprave odpadová voda stále obsahuje vysoké koncentrácie solí (TDS väčšie alebo rovné 10 000 mg/l), čo si vyžaduje hlbokú koncentráciu na zníženie jej objemu (80%~90%). Koncentrovaná soľanka sa potom použije na následné stuhnutie/kryštalizáciu, pričom sladkú vodu možno recyklovať. Proces jadra je rozdelený do dvoch hlavných kategórií: koncentrácia membránovej separácie a koncentrácia odparovania.

3.2.1 Proces koncentrácie membránovej separácie
Princíp procesu: Na základe selektívnej priepustnosti membrán sa pod tlakom oddeľujú soli a voda. Medzi hlavné technológie patrí reverzná osmóza (RO), nanofiltrácia (NF) a reverzná osmóza s diskovými trubicami (DTRO). Nanofiltráciou možno dosiahnuť predbežné oddelenie nečistôt, čím sa položí základ pre obnovu zdrojov.

Charakteristiky procesu:

Výhody: Vysoká účinnosť koncentrácie; Miera obnovy sladkej vody RO 70% ~ 80%, miera odsoľovania nad 99%, permeát možno priamo znovu použiť; DTRO má silné proti-zanášanie, vhodné pre odpadové vody s vysokou-slanosťou, s vysokým{5}}suspendovaným-pevným podielom, pomer koncentrácie môže dosiahnuť 10 až 20-násobok; Nanofiltrácia môže zadržiavať dvojmocné ióny, čím sa znižuje zaťaženie následných procesov a uľahčuje sa využívanie zdrojov rôznych solí.

Obmedzenia: Prísne požiadavky na kvalitu prítokovej vody; tvrdosť a nerozpustné látky musia byť prísne kontrolované, aby sa zabránilo znečisteniu membrány; bežné membrány RO nie sú odolné voči vysokému obsahu chlóru, čo si vyžaduje použitie špeciálnych membrán odolných voči chlóru-; vysoké náklady na výmenu membrány (ktoré predstavujú viac ako 40 % celkových prevádzkových nákladov), čo vedie k vysokej investičnej hranici.

Použiteľné scenáre: RO je vhodné pre elektrárne s vysokými požiadavkami na koncentráciu a opätovné využitie odpadových vôd z odsírenia s nízkou{0}}až{1}}strednou slanosťou; DTRO je vhodný pre odpadové vody s veľkými výkyvmi kvality vody a vysokou slanosťou a vysokým obsahom nerozpustených látok; Nanofiltrácia je vhodná pre projekty zamerané na využitie zdrojov rôznych solí.

3.2.2 Proces odparovania a koncentrácie

Princíp procesu: Tento proces koncentruje soli odparovaním vody z odpadovej vody zahrievaním. Je vhodný pre odpadové vody s vysokou-slanosťou (TDS väčší alebo rovný 30 000 mg/l). Medzi hlavné technológie patrí mechanická rekompresia pár (MVR), extrakcia nosného plynu odparovanie a odparovanie spalín.

Charakteristiky procesu:

Výhody: MVR má nízku spotrebu energie (približne 30~50 kWh/t vody), pomer koncentrácií 10~20-násobok a je vhodný na ošetrenie vo veľkom-rozsahu; odparovanie extrakcie nosného plynu môže využívať odpadové teplo z elektrární, má nízke požiadavky na predúpravu a nízke prevádzkové náklady; odparovanie spalín má extrémne nízku spotrebu energie a nízke investície, môže dosiahnuť nulové vypúšťanie odpadových vôd a je vhodné pre malé a stredné-veľké elektrárne.

Obmedzenia: MVR má vysoké investičné náklady, vyžaduje vysokú stabilitu kvality napájacej vody a je náchylný na tvorbu vodného kameňa a upchávanie; technológia odparovania extrakcie nosného plynu má vysoký prah av súčasnosti sa menej používa; odparovanie spalín vyžaduje kontrolu atomizačného účinku, aby sa zabránilo korózii a upchávaniu spalín, a vyžaduje monitorovanie emisií ťažkých kovov.

Použiteľné scenáre: MVR je vhodný pre veľké-tepelné elektrárne a projekty s vysokými požiadavkami na nulové-emisné emisie; extrakcia nosného plynu odparovanie je vhodné pre veľké elektrárne s dostupným odpadovým teplom a obmedzeným priestorom; odparovanie spalín je vhodné pre malé a stredné-veľké elektrárne a nulové-emisné projekty s obmedzenými rozpočtami.

3.3 Procesy a charakteristiky tuhnutia/kryštalizácie Hlboko koncentrovaný soľný roztok (TDS väčší alebo rovný 50 000 mg/l) je potrebné zneškodniť prostredníctvom tuhnutia alebo kryštalizácie. Niektoré procesy môžu dosiahnuť regeneráciu soľných zdrojov, čo je kľúčový krok pri dosahovaní nulového vypúšťania odpadových vôd z odsírenia. Hlavné procesy zahŕňajú kryštalizáciu odparovaním, tuhnutie odparovaním spalín a tuhnutie cementu.

3.3.1 Proces kryštalizácie odparovaním
Princíp procesu: Koncentrovaná soľanka sa zavedie do kryštalizátora na ďalšie odparovanie vody, čo spôsobí, že soli dosiahnu nasýtenie a vykryštalizujú. V kombinácii s technológiami nanofiltrácie a kryogénnej nitrifikácie je možné dosiahnuť stupňovité čistenie nečistôt, separáciu chloridu sodného, ​​síranu sodného a iných solí.

Charakteristiky procesu:

Výhody: Umožňuje obnovu zdrojov soli; regenerovaná soľ, ktorá spĺňa normy čistoty, sa môže opätovne použiť ako priemyselné suroviny; dôkladné ošetrenie; koncentrovaná soľanka po kryštalizácii je neškodná, bez sekundárneho znečistenia; vhodné na úpravu koncentrovanej soľanky s-vysokým obsahom soli; možno integrovať s MVR pre-neenergetickú prevádzku.

Obmedzenia: Vysoké investičné a prevádzkové náklady; ťažké čistenie zmiešaných solí; zmiešané soli vyrobené bežnými procesmi sa musia likvidovať ako nebezpečný odpad; vysoké požiadavky na stabilitu kvality napájacej vody; kryštalizačný efekt je značne ovplyvnený kolísaním kvality vody.

Použiteľné scenáre: Veľké elektrárne; projekty s vysokým dopytom po obnove zdrojov zmiešanej soli; obzvlášť vhodné pre scenáre s veľkými objemami odpadových vôd z odsírenia a vysokou hodnotou výťažnosti soli, ako sú uhoľné chemické elektrárne.

3.3.2 Proces odparovania a tuhnutia spalín

Princíp procesu: Koncentrovaná soľanka sa rozprašuje a rozprašuje do výfukového potrubia kotla. Odpadové teplo spalín (120~180 stupňov) spôsobuje rýchle odparovanie vlhkosti. Soľ kryštalizuje a zachytáva sa s popolčekom a vytvára zmes popolčeka. Ak spĺňa normy, môže byť použitý ako stavebný materiál; inak sa skládkuje ako nebezpečný odpad.

Charakteristiky procesu:

Výhody: Extrémne nízka spotreba energie, nie je potrebné dodatočné vykurovanie, nízke investičné náklady (o 40 % nižšie ako MVR); jednoduchá obsluha, malé rozmery a rýchle dosiahnutie nulových emisií; vhodné na úpravu rôznej koncentrovanej soľanky.

Obmedzenia: Vysoké požiadavky na atomizačné zariadenie; náchylné na usadzovanie spalín a koróziu; obsah ťažkých kovov v popolčeku môže prekročiť normy, čo si vyžaduje prísne monitorovanie; nemôže dosiahnuť využitie zdrojov soli a úprava rôznych solí závisí od využitia popolčeka.

Použiteľné scenáre: Malé a stredné{0}}veľké tepelné elektrárne, projekty s obmedzeným priestorom, naliehavé potreby nulových emisií-a obmedzené rozpočty.

3.3.3 Proces tuhnutia cementu

Princíp procesu: Zmieša sa koncentrovaná soľanka, rôzne soli, cement a stužujúce činidlo. Reakciou hydratácie cementu sú ťažké kovy fixované v cementovej matrici, čím sa znižuje riziko vylúhovania. Po splnení noriem stuhnuté teleso je zneškodnené skládkovaním.

Charakteristiky procesu:
Výhody: Jednoduchý proces, pohodlná obsluha, nízke náklady; dobrý liečebný účinok pre koncentrovanú soľanku s vysokým obsahom ťažkých kovov, účinne znižuje riziko vylúhovania ťažkých kovov; vhodné pre scenáre núdzovej likvidácie.

Obmedzenia: Obnova zdrojov nie je možná; stuhnutý materiál je veľký a zaberá pôdne zdroje; náklady na likvidáciu sú vysoké a existuje riziko-dlhodobého vylúhovania, čo vedie k postupnému znižovaniu jeho používania.

Použiteľné scenáre: Úprava koncentrovanej soľanky s extrémne vysokým obsahom ťažkých kovov, ktorá sa ťažko recykluje, alebo potreba núdzovej likvidácie.

Výber procesu čistenia odpadových vôd z odsírenia elektrárne by mal zohľadňovať charakteristiky kvality vody, ciele čistenia (vypúšťanie v súlade s nulovým vypúšťaním), rozsah elektrárne, rozpočet a podmienky lokality. Základné princípy by mali byť „vysoko cielené, ekonomicky efektívne a stabilne funkčné“: pre malé a stredné-veľké elektrárne s obmedzenými finančnými prostriedkami a bez potreby obnovy zdrojov možno použiť proces „koagulačná sedimentácia + piesková filtrácia + odparovanie spalín“; pre veľké elektrárne s vysokými požiadavkami na nulové-vypúšťanie je možné použiť proces „troj{5}}stupňového zmäkčovania + ultrafiltrácie + MVR odparovanie + odparovacia kryštalizácia“; v prípade zariadení zameraných na získavanie zdrojov rôznych solí by sa mali kombinovať procesy nanofiltrácie a kryogénnej nitrifikácie.

Stručne povedané, čistenie odpadových vôd z odsírenia v elektrárni vytvorilo vyspelý technologický systém, pričom každý hlavný proces má svoje výhody a nevýhody: procesy predúpravy sa zameriavajú na „odstránenie nečistôt a zníženie tvrdosti“, aby sa zabezpečilo stabilné následné čistenie; procesy hlbokej koncentrácie sa zameriavajú na „zníženie objemu“ na vyváženie spotreby energie a nákladov; a procesy tuhnutia/kryštalizácie sa zameriavajú na „neškodnosť + využitie zdrojov“, aby sa vyriešil problém likvidácie rôznych solí. V budúcnosti sa technologický vývoj upgraduje smerom k nízkej spotrebe energie, využívaniu zdrojov a inteligencii, ďalšej optimalizácii kombinácií procesov, znižovaniu prevádzkových nákladov, zlepšovaniu miery využívania zdrojov rôznych solí a pomáha odvetviu tepelnej energetiky dosiahnuť ekologický a vysokokvalitný vývoj.