回用水用于湿法脱硫系统工艺水的水质要求

回用水用于湿法脱硫系统工艺水的水质要求

  0、引言
    石灰石-石膏法烟气脱硫技术以石灰石浆液作脱硫剂，在吸收塔内对烟气进行喷淋洗涤，使烟气中的SO2反应生成亚硫酸钙，同时向吸收塔内的浆液中鼓入空气，将亚硫酸钙强制氧化为石膏，然后再对石膏作脱水处理。该法具有脱硫效率高、系统可靠性好、运行费用较低等优点。但湿法脱硫系统同时存在着用水量较大的问题，例如2台600MW的机组用水量可达150m3/h以上，如果FGD系统未设置GGH的话，则工艺水的耗量更大。
    目前电厂的水务管理已纳入统一的调度之中，在保证系统安全、经济运行的前提下，尽量合理地利用水资源。由于脱硫系统工艺用水占全厂用水量的比例较大，部分电厂已有将工业废水或其他排水回用于脱硫系统的考虑并进行了试验。
  1、脱硫系统的用水情况
    脱硫系统的主要用水一般分为两路，即为工艺水及冷却水。工艺水主要用于吸收塔补水、除雾器冲洗、石灰石制浆、转动机械的冷却及密封冲洗、浆液输送设备及管道的冲洗等。冷却水主要用于增压风机油站、氧化风机及磨机油站等设备的冷却，由于用水点相对较少，因而冷却水的耗水量并不大。
    脱硫系统的工艺水一般来自于电厂循环水（或循环水补充水）、中水或其他工业水系统；冷却水则来自于电厂闭式循环水或其他除盐水系统。冷却水使用后一般要求回收，有的回收至电厂的闭式循环水系统中，有的则回收到脱硫工艺水箱中作脱硫系统的工艺水用。
  2、工艺水及冷却水的水质要求
    电厂闭式循环水一般采用除盐水或凝结水作补充水源，其水质较好，可以满足氧化风机、增压风机油站及磨机油站等设备的冷却要求。由于脱硫系统的工艺水对水质的要求不高，因而工业废水或其他排水的回用主要集中在工艺系统上。以下根据工艺水各用水点对水质的要求分别进行讨论。
    2.1 除雾器冲洗水的水质要求
    在湿法脱硫系统中对于除雾器冲洗水的水质要求，一方面既要防止除雾器冲洗水喷嘴因工艺水中的悬浮物杂质含量过高而引起堵塞，一方面也要防止因硬度离子含量过高而引起喷嘴结垢现象。表1 分别是国外两家除雾器生产商及《湿法烟气脱硫装置专用设备除雾器》 （JB/T10989-2010）中建议的冲洗水水质要求。
                        表1 除雾器冲洗水的水质要求
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             项    目  RPT推荐值  MTS要求值  JB/T10989-2010
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             Ca.L     <200       <200         <200
             so4.L    <400       <400         <400
             SO3.L    <10        <13          <10
             pH值        <7         <7           7-8
             悬浮物.L <900       <1000        <1000
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    综合来说，除雾器对冲洗水水质的要求不高，一般的工业水水质均能满足其要求。
    2.2 转动机械轴承冷却及冲洗水的水质要求
    由于转动机械的冷却及密封冲洗水对水质的要求稍高，应该采用较为洁净的工业用水。根据《火力发电厂设计技术规程》（DL5000-2000 ）规定，转动机械轴承冷却水的控制标准见表2。
               表2 转动机械轴承冷却水的水质要求
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            项           目          控制标准
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            总硬度（以CaCO3计）.L    <250
                pH值                 6.5-9.5
            悬浮物.L                 <50（300MW及以上机组）
            悬浮物.L                 <100（其他机组）  
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    2.3 吸收塔补水的水质要求
    对于石灰石制浆、浆液输送设备及管道的冲洗以及除雾器的冲洗等用水，由于最后均进入到脱硫系统的吸收塔内，因而均可以算作是吸收塔 的补水。对于吸收塔的补水水质，应同时考虑到工艺水中含有的不同成分对吸收塔内烟气的吸收、石膏的氧化等化学反应的影响及设备 的防腐等级要求。为了保证吸收塔内化学反应的顺利进行，需要控制悬浮物、氯离子、有机物（COD）及油类物质等成分的含量。 
    （1）悬浮物。如果吸收塔浆液中含有过多的惰性物质，这些物质就会覆盖在石灰石颗粒的表面，妨碍石灰石浆液对烟气的吸收，使吸收剂的利用率降低，并影响系统的脱硫效率。例如当FGD系统入口烟气的含 尘量较大时，由于烟尘颗粒的粒径较小，在运行过程中这些细小的颗粒往往聚集于吸收塔上部的浆液中，难以通过废水排放的方式迅速排出，故一般情况下FGD系统入口烟气的含尘量要求控制在200mg/m3以下。从这方面来说，工艺水中悬浮物的含量也应控制在一定的范围内。
    （2）氯离子。吸收塔浆液中的氯离子含量一般均要求控制在20000mg/L以下，通常认为这主要是出于吸收塔内结构材料防腐的需要，因而有人认为如果提高吸收塔内件的防腐等级应该可以引入海水作工艺水。但如果综合考虑到氯离子对脱硫系统的影响，如果需要引用海水作工艺水的话，应经充分论证后再作选择。例如印度尼西亚Tanjung jati A电厂2*660MW脱硫系统采用海水作工艺水，工艺水的氯离子含量为19130mg/L，在维持废水排放量为48m3/h的情况下，吸收塔浆液中的氯离子含量仍高达100090mg/L，脱硫效率仅58.5%。
    通过加大脱硫废水的排放量可以控制吸收塔浆液中氯离子含量，但由于脱硫废水处理系统设计定型的关系，即使加强排放其处理的容量也有限。例如国内某电厂2*300MW的FGD系统，当工艺水中氯离子的含量为1000mg/L时，要维持吸收塔浆液中的氯离子小于20000mg/L，通过物 料平衡可以计算出2套FGD废水的连续排放量为14m3/h；当工艺水中氯离子的含量为5000mg/L时，2套FGD废水的连续排放量应37.2m3/h，这意 味着常规的设计已无法适应这种变化了。
    （3）有机物（COD）。工艺水中的COD含量一般在2-10mg/L的范围内，如果工艺水中的COD含量较高，在运行过程中即容易聚集在吸收塔的上部并引起起泡现象。例如天津某热电厂工艺水中的COD达到了40mg/L以上，不得不经常向吸收塔内加消泡剂以消除吸收塔内的泡沫。此外经试验证实，大多数有机物对亚硫酸钙的氧化反应有抑制作用，为保证吸收塔浆液中的亚硫酸钙顺利向硫酸钙转变，将石膏中亚硫酸钙的含量控制在0.5%以下，控制有机物的含量是必需的。综上所述，工艺水中的COD的应当控制在30mg/L以下。
    （4）油类。相比普通有机物对亚硫酸钙氧化反应的抑制作用而言，油类物质对抑制亚硫酸钙的氧化反应则更是快速有效的。例如湖北某电厂2*300MW机组FGD系统，在调试过程中因浆液循环泵轴承箱漏油，部分油污通过吸收塔排水坑泵打入到吸收塔内，导致吸收塔浆液迅速变坏，使得石膏中亚硫酸钙的含量过高，而且已无法通过加大废水排放和加速补浆等措施恢复正常，最后只有选择彻底更换吸收塔浆液的办法处理。工业用油类物质中通常包含有烷烃、芳烃等有机物成分，其添加剂的成分则更为复杂，这些有机成分相对于亚硫酸钙的氧化反应来说 ，一般起的是负催化作用，因而在实际应用中应尽量控制工艺水中油类物质的含量。
    另外还需注意的一点是，许多电厂脱硫系统工艺水的水源为电厂开式循环水的排水，而循环水中一般投加有一定量的水质稳定剂，这些有机膦水处理剂对亚硫酸钙的氧化反应均有一定程度的抑制作用。根据对湖南、天津、湖北等地电厂的调研证实，当循环水总磷含量控制在5mg/L以下时，看不出这些水质稳定剂对亚硫酸钙的氧化反应有明显影响，面在通常情况下一般电厂均能达到这一要求。
    2.4 其他用水点的水质要求
    按照《化学石膏制品》（HJ/T211-2005）规定，石膏产品浸出液中氯含量浓度应小于100mg/kg，因而石膏滤饼和真空皮带脱水机滤布的冲洗水均应采用水质较好的工业用水。
    综上所述，参照《城市污水再生利用工业用水水质标准》（GB/T19923-2005）FGD系统工艺水中主要的水质指标应达到表3的要求。
                           表3 FGD系统工艺水水质要求
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                     项          目           控制要求
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                     总硬度（以CaCO3计）.L   250
                     pH（25度）                6.5-9.0
                     悬浮物.mg.L                 50 
                     CL.L                    1000
                     SO4.L                    400
                     COD.L                     30
                     总磷（以P计）.L           5
                     油类.L                    -0
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  3、FGD工艺水系统设计优化
    整个电厂工业废水的来源主要包括化学再生废水、煤场废水、机组排水槽废水及其他杂用水等，这些废水经处理后，除个别指标外一般能达到脱硫系统工艺用水的水质要求。从实际应用的角度出发将处理合格后的工业废水与工艺水进行混兑使用是比较稳妥可靠的做法。
    在脱硫的工艺水系统中，除雾器冲洗用水的需求量较大，是吸收塔补水的主要途径，因此可利用回用水作除雾器的冲洗水；滤液水也是吸收塔补水的一条途径，可以将回用水打入到滤液水箱内，然后再补入到脱硫系统中，但通过滤液水箱向吸收塔补水的水量有限。
    目前大部分电厂的脱硫系统中除雾器冲洗水，真空皮带脱水机滤布冲洗水等一般与其他工艺水共用一个水箱，因而如果试图采用混兑的方法利用回用水，将对水质要求相对较高的用水点带来潜在的风险。从根本上来说，如果工业废水有回用的需要，最好在脱硫系统的设计阶段明确地提出要求，这样就可以将用水量较大而用水水质要求相对较低的除雾器冲洗水系统设置单独的水箱、水泵和管道等，同时还应考虑将脱硫废水处理系统的容量适当加大，以适应吸收塔浆液品质出现突然变化等异常情况。
    此外，FGD工艺水系统的水泵及管道等过流部件的材质一般均按清水水质设计，因而在有海水混兑等场合，还应同时考虑工艺水系统过流部件的材质对水质的适应性问题。
  4、结语
    电厂工业废水回收用于FGD的工艺水从技术上来说只要水质达到要求应该就是可行的，即使个别指标达不到要求，也可以采取部分工业废水回用的方案。由于有机物 及油类物质对FGD的副作用较明显，对处理合格后的生活污水及含油废水不建议回收用于脱硫系统，同样由于海水的含盐量较高，除少量混兑外，一般也不宜大量应用。从经济效益最大化的要求出发，如果在FGD系统的设计阶段就明确地提出回用要求，则工业废水的回用方式和回用率可以得到充分有效的保证。

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