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利用炉烟气处理灰排水pH超标的实践

发布时间：2009/6/12 阅读次数：916 字体大小: 【小】【中】【大】

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利用炉烟气处理灰排水pH超标的实践

　毛继亮，赵华华

　　(镇海发电有限公司，浙江宁波315208）

摘要：鉴于许多电厂灰排水pH超标常规加酸处理现状，提出一种新型的以废治废处理方法即炉烟处理方法，通过对这种方法原理及应用实践的介绍，指出了在应用过程中的一些注意点及难点，为在火力发电厂推广应用指明了方向。
关键词：灰排水；pH；炉烟气；实践

　　燃煤电厂的出灰方式一般分水出灰和干出灰两种，其中水出灰运行方式主要是通过一定压力的冲灰水在箱式冲灰器内将灰斗内落下的干灰充分搅拌后落入灰沟，然后经灰沟汇聚到灰池，再由灰浆泵输送到灰场，进入灰场的灰水经充分沉淀后灰沉积下来，灰水则又有两种方式处理：一种是对于渗透坝形式的灰场（一般为海涂灰场），灰水经坝内无纺布过滤后直接渗透到附近地域（大海）；对于非渗透坝形式的灰场，这部分灰水澄清后有两种去处，一是回收，再次作为冲灰水利用，二是直接排放。　　由于粉煤灰中含有游离氧化钙fCaO，在粉煤灰与冲灰水充分接触的同时，该部分fCaO在灰水中不断溶出，使得灰水中［OH］^－离子浓度不断增大，pH值升高。对于不同电厂的粉煤灰来说，其fCaO含量不同，因此灰水pH值也不同。直接排放的将使灰排水pH值超过国家排放标准，回收利用的电厂将会出现回水管结垢，只有定期酸洗或加阻垢剂才能维持正常的运行。因此必须有效降低灰排水的pH值，才能保证系统的正常运行。

1灰排水处理的方法与机理
灰排水pH值超标电厂常用的治理方法为加酸法,即利用酸碱中和原理来达到降低灰排水pH值的目的。镇海电厂运行时最大灰水量达2600 t／h，由于灰水量大，因此所需的酸量也大，若采用加酸法，每年单购浓酸的费用就超过200万元。因此选择一种既能达到处理效果，又比较经济合理的方法来替代加酸法将会带来很大的益处。本文介绍的治理方法就是一种经济有效的方法，它是一种以废治废的方法，称为炉烟处理方法。
　　炉烟处理灰水pH主要是利用烟气中含有的大量酸性气体CO₂来中和灰水中的［OH］^－离子，从而达到降低灰水pH值目的，用反应式表达如下：

　　从上述5个反应式看，（1）、（2）式表明导致灰水pH升高的直接原因，（3）、（4）、（5）式表明，在灰水中通入烟气后，烟气中的CO₂将由OH^－离子、CO₃^2－离子产生的碱度转变成HCO₃^－离子碱度，由于在一定条件下，Ca（HCO₃）₂具有较大的稳定性，20℃时其溶解度高达16．6 g，因此上述反应都朝着有利于降低灰水pH值的方向进行，最终使灰水达标排放。
　　由于烟气中含有SO₂气体，该气体在水中的溶解度较大，约为CO₂的45倍，虽然SO₂也是酸性气体，对灰水也有一定的处理效果，但因烟气中SO₂含量太少，它的溶解只会抑制CO₂在灰水中的溶解，不利于灰水的处理效果，因此，与灰水反应的烟气中必须尽可能去除SO₂才能取得较好的处理效果。
2处理工艺流程及设备
炉烟处理装置主要包括烟气冷却脱硫、烟气增压、反应池、各连接管道及系统控制5部分，该装置的设计技术参数如下：
处理灰水流量：1300 t／h水灰比：30∶1
气水比：4∶1
布气量：7500 m³／h
反应池停留时间：3～5 min反应池出口灰水pH值：6～7
具体工艺流程示意图见图1。

　　在图1中，通过一台海水喷射冷却塔完成烟气冷却脱硫。该塔利用海水作为冷媒，与烟气在4条喷射管内直接接触冷却，因此冷却效率较高，冷却水消耗量少，但存在烟气带水问题。烟气经过该塔后温度约为35℃，冷却水耗量为50 t／h，脱硫效率在60％以上，脱硫效率与冷却水水量有关。
　　烟气增压部分由一台罗茨风机来实现，共设两台风机，一用一备，风机型号为L81WD，排气量113 m³／min，排气压力为58．8 kPa。
　　反应池采用混凝土结构，每个反应池分成二半，每一半小池内又用混凝土分成5块，每一块相互连通，且互相错开，反应池的底部沿灰水流向做成5‰～10‰的水坡。反应池大小为长12．9 m×宽5．0 m×高3．0 m，池内共设200根不锈钢布气管，布气管长度为2．6 m，布气深度约1．5 m。
　　系统控制采用PLC远方控制，控制对象包括海水喷射冷却塔的液位控制；罗茨风机的远方运行操作（紧停操作）、电流显示及烟气温度显示；灰水pH值在线监测。
3系统运行效果
系统自2000年10月投运后，灰水pH值降低效果明显，从反应池进口的9．5左右降低至出口的6．5左右，降低幅度在2．5～3个pH值，到排放口处（离反应池9 km）灰水pH值在8～8．5，后阶段pH值升高主要是因为被包裹在粉煤灰中的游离氧化钙在管道输送过程中重新溶解造成。灰水在灰库内pH值回升较小，最终pH值稳定在8．7左右，符合排放标准。
4影响因素分析
(1)环境温度
　　由于夏季环境温度高，CO₂在水中的溶解度下降，与灰水的反应效果降低，因此，为保证最后的灰水排放pH值达标，曾对处理后的灰水做了试验，即将处理后灰水放在室温20℃、30℃、35℃的恒温水中，8天内连续测定其pH值变化情况，结果见表1。

　　从试验结果可看出，处理后灰水pH值在第1天内回升速度较快，4天后回升至最高，随后基本稳定。模拟夏季环境时，灰水pH值回升最高值比常温下大0．1个pH值左右，最终也能达标。（2）气水比
　　由于CO₂在水中的溶解度一定，且与灰水中游离氧化钙的反应也有一个平衡过程，过多的CO₂并不一定与处理效果成正比，为此选择不同的气水比做实验，结果表明，气水比在小于4∶1时，pH值变化量随烟气量增加而增加，大于这个值后，无论提供再多的烟气，pH值下降都不明显，也就是说，对于一定的灰水来说，它有一个合适的气水比，该值与灰水中游离氧化钙含量有关。（3）布气管深度
　　布气管深度的大小直接反映了灰水在反应池内得到反应几率的大小，布气管深度越深，反应池中每个反应断面的灰水得到反应的几率就大，在反应池体积一定情况下，处理效果就越佳。理论情况下，布气管的深度应与反应池深度相同，但考虑到灰水中含有较大颗粒的渣，因此在实际应用过程中可以使布气管底部与反应池底保持一定距离。（4）反应池内停留时间
　　这里所说的停留时间与反应时间是两个概念，停留时间是指灰水从反应池进口流进至出口所经历的时间，它与灰水流量、反应池液位及反应池的有效池容有关，而反应时间则是CO₂与灰水中游离氧化钙反应生成Ca（HCO₃）₂所需时间，那是很短的时间。灰水在反应池内停留时间的长短直接反映了灰水的反应充分程度，一般来说，反应池体积越大，停留时间越长,烟气处理的效果就越好，但由于粉煤灰中游离氧化钙在灰水中溶解受多种因素影响，其溶解过程不一定一次性完成，实际的运行结果也证明了这一点。
一般反应池出口灰水pH值在6．5左右，这个值正常情况下变化不大，但在灰管排放口，测得的pH值则不同，有时只有7．5，有时则有8．5，显然pH值大的灰水输送过程中重新溶解的游离氧化钙多，而输送时间则超过1 h，显然制作这样庞大的反应池是不现实的。因此反应池体积也有一个合适值，这个合适值就是灰水流经反应池后最终排放pH值不超标。在实际应用中，为了保证足够的停留时间，获得较佳的处理效果，可以通过调节反应池内液位高度来完成。一般来说，反应池的体积可以按灰水停留时间4 min来考虑，如果布气很充分，那停留时间还可以缩短。
5结束语
利用炉烟处理灰水pH超标，可获得较好的经济效益和社会效益，但由于各个电厂运行情况不同，煤种不同，灰水中含有的游离氧化钙也不同，因此在选择采用该方法时必须做必要的工业性试验，以保证达到理想的处理效果。一般来说，在水灰比较大、灰水中游氧化钙含量低于0．5％时，用炉烟处理灰水pH超标能达到较满意的效果。　　

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