Analyse av kraftverksavsvovlingsprosesser og egenskaper for avløpsvannbehandling

Abstrakt: Kalkstein-våtavsvovling av gips er hovedteknologien for å kontrollere svoveldioksidutslipp i termiske kraftverk. Det resulterende avsvovlingsvannet, preget av høy saltholdighet, høy hardhet, høyt tungmetallinnhold og lav biologisk nedbrytbarhet, utgjør en betydelig utfordring for rensing av avløpsvann fra kraftverk. Denne artikkelen fokuserer på kjerneprosesssystemet for avsvovlingsbehandling av avløpsvann fra kraftverk, og beskriver prinsippene og operasjonsprosedyrene for de vanlige prosessene i hvert trinn i henhold til strømmen av "forbehandling → dyp konsentrasjon → størkning/krystalliseringsbehandling." Den analyserer de tekniske egenskapene, fordelene, begrensningene og gjeldende scenarier for forskjellige prosesser, og integrerer kjerneprinsippene for prosessvalg for å gi profesjonell referanse for optimalisert utvelgelse og effektiv drift av prosesser for avsvovling av avløpsvann fra kraftverk, og dermed bidra til ren produksjon og grønn transformasjon av varmekraftindustrien.

Stikkord: Termisk kraftverk; desulfurization avløpsvann; behandlingsprosess; prosessegenskaper; forbehandling; dyp konsentrasjon; krystalliseringsbehandling

Med stadig strengere miljøutslippsstandarder og fremme av "dobbelt karbon"-mål, har samsvarsbehandling av avsvovlingsvann fra termisk kraftverk blitt et avgjørende ledd for å oppnå grønn utvikling. For tiden bruker over 90 % av termiske kraftverk i mitt land kalksteins-våtavsvovlingsprosessen for gips. Denne prosessen krever spyling av avsvovlingstårnet, demisteren og gipsavvanningssystemet med rent vann, noe som resulterer i avsvovlingsvann rikt på tungmetaller, høye konsentrasjoner av salter og suspenderte faste stoffer. På grunn av dens komplekse vannkvalitet og høye behandlingsvansker, kan feil avhending forårsake jord- og vannforurensning, samtidig som den truer sikker drift av kraftverksutstyr.

Behandlingen av avsvovlingsvann fra kraftverk må følge prinsippene om "reduksjon, harmløshet og ressursgjenvinning," og danner et komplett prosesssystem med "forbehandling → dyp konsentrasjon → størkning/krystalliseringsbehandling." Ulike prosesser varierer betydelig i tekniske egenskaper, behandlingseffektivitet og driftskostnader. Rimelig utvalg av prosesskombinasjoner er avgjørende for å oppnå en balanse mellom samsvarende avløpsvannbehandling og økonomisk effektivitet. Denne artikkelen fokuserer på å oppsummere de vanlige prosessene på hvert trinn, grundig analysere prosessegenskapene deres og gi støtte til prosessvalg i industrien.

Kvaliteten på avsvovlingsavløpsvannet påvirkes betydelig av kullkvalitet, kalksteinsrenhet og avsvovlingsprosessparametere, som viser generelle egenskaper på "fire høyder og to nedturer", som direkte bestemmer retningen for valg av behandlingsprosess. Nærmere bestemt:

Høy saltholdighet: Totalt oppløste faste stoffer (TDS) 20 000~100 000 mg/L, når et maksimum på 150 000 mg/L, hovedsakelig sammensatt av Cl⁻, SO₄²⁻, Na⁺ og K⁺, som viser ekstremt sterk korrosivitet;

Høy hardhet: Ca²⁺-konsentrasjonen kan nå over 4000 mg/L. Mg²⁺-innholdet er omtrent 1600 mg/L, og danner lett uløselig avleiring som tetter utstyret; Høyt tungmetallinnhold: Inneholder kvikksølv, kadmium, bly, arsen, etc., i konsentrasjoner på 0,1~10 mg/L, noen danner stabile komplekser som gjør fjerning vanskelig; Høyt suspendert tørrstoff (SS): Konsentrasjon 1000~10000 mg/L, hovedsakelig sammensatt av gipspartikler og kalksteinspulver, lett slipende rør; Lav pH-verdi: 4,5~6,0, svakt sur, forverrer utstyrskorrosjon; Lav biologisk nedbrytbarhet: BOD/COD < 0,1, vanskelig å bryte ned ved biologiske metoder, krever fysisk-kjemiske prosesser.

Videre inneholder avløpsvannet også fluorider, silikater og gjenstridig organisk materiale, noe som øker kompleksiteten i prosessvalg ytterligere, noe som krever behandlingsprosesser med sterk spesifisitet og motstandsdyktighet mot svingninger.

Kraftverksavsvovling av avløpsvannbehandling er et systematisk prosjekt. Hvert prosesstrinn henger sammen og fungerer synergistisk. Utvelgelsen av prosesser for ulike stadier må baseres på vannkvalitetsegenskaper, behandlingsmål og de faktiske forhold ved kraftverket. Følgende er en detaljert analyse av de vanlige prosessene og kjerneegenskapene til hvert trinn.

3.1 Forbehandlingsprosesser og egenskaper Forbehandling er grunnlaget for avsvovlingsbehandling av avløpsvann. Dens kjernemål er å fjerne suspenderte faste stoffer, de fleste tungmetaller, kalsium- og magnesiumioner, fluorider og silikater, redusere avløpsvannets turbiditet og hardhet, forhindre avleiring og tilstopping i påfølgende prosesser, og gi kvalifisert innflytelse for avansert behandling. Vanlige prosesser inkluderer koagulering og sedimentering, kjemisk mykgjøring og filtreringsavklaring. I faktiske prosjekter brukes ofte kombinerte prosesser.

3.1.1 Koagulasjons- og sedimentasjonsprosess

Prosessprinsipp: Koaguleringsmidler (polyaluminiumklorid, polyferrisulfat, etc.) og koagulasjonshjelpemidler (polyakrylamid) tilsettes avløpsvannet. Gjennom adsorpsjon og flokkulering danner fine suspenderte stoffer og kolloider store flokker, som deretter separeres ved sedimentering. Samtidig justeres pH-verdien til 8,5-9,5 (ved å tilsette kalsiumhydroksid), noe som får tungmetallioner til å utfelles som hydroksider, og noen fluorioner fjernes (danner kalsiumfluoridutfelling).

Prosessegenskaper:

Fordeler: Enkel prosess, praktisk drift, lave investerings- og driftskostnader; Fjerningshastighet for suspenderte faste stoffer på over 80%, tungmetallfjerningsgrad på 60% -80%, kan raskt redusere turbiditeten i avløpsvannet, egnet for forbehandlingsbehovene til forskjellige kraftverk.

Begrensninger: Begrenset fjerningseffekt på løselige salter og tungmetallkomplekser; krever bruk i forbindelse med kjemisk mykgjøring og filtreringsprosesser; under høye COD-forhold kreves avansert oksidasjonsteknologi, ellers vil påfølgende behandlingseffekter bli påvirket.

Gjeldende scenarier: Forbehandling av avsvovlingsavløpsvann fra alle kraftverk, spesielt egnet for små og mellomstore-kraftverk med høyt suspendert tørrstoff og tungmetallinnhold og begrensede budsjetter.

3.1.2 Kjemisk mykgjøringsprosess
Prosessprinsipp: Kjernen er å fjerne kalsium- og magnesiumioner for å redusere avløpsvannets hardhet. Den vanlige metoden er kjemisk utfelling, som deles inn i kalk-mykning av natron og mykning av natriumhydroksid- basert på reagensene som brukes. Kalk-sodametoden er den mest brukte. Under høy hardhet og høye silikaforhold brukes en tre--trinns mykningsprosess, som sekvensielt tilsettes Ca(OH)2, Na2SO4 og Na2CO3 for å fjerne Mg²+, noe Ca²+ og de gjenværende Ca²⁺ trinnvis, og genererer Mg(OH)CO₂, pre-Cacip-CO₂ og Ca2⁺.

Prosessegenskaper:

Fordeler: Svært målrettet, effektivt reduserer avløpsvannets hardhet (Ca²⁺ Mindre enn eller lik 500mg/L, Mg²⁺ Mindre enn eller lik 1000mg/L), forhindrer avleiring i etterfølgende fordampnings- og membranseparasjonsprosesser; kalk-sodametoden har rimelige, lett tilgjengelige reagenser og er egnet for avløpsvann for høy-hardhet og høy-silikaavsvovling.

Begrensninger: Reagensdosering krever nøyaktig kontroll, ellers er sekundær forurensning sannsynlig; slamproduksjonen er stor, og krever støttende slamavhendingsanlegg; natriumhydroksid-sodametoden er kostbar og kun egnet for scenarier med ekstremt høye hardhetskrav til avløpet.

Gjeldende scenarier: Forbehandling av høy-hardhet, høy-silika og høy-fluoridavsvovlingsvann, spesielt egnet for påfølgende prosesser som membranseparasjon og MVR-fordampning med strenge krav til innflytende hardhet.

3.1.3 Filtrering og klaringsprosess

Prosessprinsipp: Denne prosessen fjerner ytterligere fine flokker, suspenderte faste stoffer og kolloider fra koagulering, sedimentering og kjemisk mykning, og sikrer at turbiditeten til det forbehandlede avløpet oppfyller standardene (vanligvis Mindre enn eller lik 100 mg/L, membrankonsentrasjon krever mindre enn eller lik 5mg/L). Vanlige teknologier inkluderer sandfiltrering, ultrafiltrering (UF) og rørformet membranfiltrering.

Prosessegenskaper:

Fordeler: Høy filtreringsnøyaktighet; ultrafiltrering kan redusere turbiditeten til avløpet til under 1 NTU; rørformede membraner har sterke anti-begroingsegenskaper og er enkle å rengjøre og vedlikeholde; beskytter effektivt nedstrøms membranmoduler og fordampningsutstyr, og forbedrer systemets stabilitet; sandfiltrering er billig; ultrafiltrering og rørmembraner er egnet for scenarier med store svingninger i vannkvaliteten.

Begrensninger: Sandfiltrering har begrenset effektivitet når det gjelder å fjerne fine kolloider; ultrafiltrering og rørmembraner har høyere investeringskostnader, og membranmoduler må skiftes regelmessig (levetid 1-3 år); rørformede membraner opererer ved høyere trykk og har litt høyere energiforbruk.

Gjeldende scenarier: Sandfiltrering er egnet for slutten av konvensjonell forbehandling; ultrafiltrerings- og rørmembraner er egnet for kraftverk der påfølgende membrankonsentrasjonsprosesser brukes, eller hvor konsentrasjonen av suspenderte stoffer varierer betydelig.

3.2 Dypkonsentrasjonsprosess og egenskaper Selv etter forbehandling, inneholder avløpsvannet fortsatt høye konsentrasjoner av salter (TDS større enn eller lik 10000 mg/L), som krever dyp konsentrasjon for å redusere volumet (80%~90%). Den konsentrerte saltlaken brukes deretter til etterfølgende størkning/krystallisering, mens ferskvannet kan resirkuleres. Kjerneprosessen er delt inn i to hovedkategorier: membranseparasjonskonsentrasjon og fordampningskonsentrasjon.

3.2.1 Konsentrasjonsprosess for membranseparasjon
Prosessprinsipp: Basert på den selektive permeabiliteten til membraner, separeres salter og vann under trykk. Vanlige teknologier inkluderer omvendt osmose (RO), nanofiltrering (NF) og diskrør omvendt osmose (DTRO). Nanofiltrering kan oppnå foreløpig separasjon av urenheter, og legge grunnlaget for ressursgjenvinning.

Prosessegenskaper:

Fordeler: Høy konsentrasjonseffektivitet; RO ferskvann gjenvinningsgrad 70% ~ 80%, avsaltingshastighet over 99%, permeat kan gjenbrukes direkte; DTRO har sterke anti-begroingsegenskaper, egnet for høy-saltholdighet, høy-suspendert-avløpsvann, konsentrasjonsforholdet kan nå 10~20 ganger; Nanofiltrering kan beholde toverdige ioner, redusere belastningen på etterfølgende prosesser og lette ressursutnyttelsen av diverse salter.

Begrensninger: Strenge krav til innflytende vannkvalitet; hardhet og suspenderte faste stoffer må kontrolleres strengt for å unngå membranbegroing; vanlige RO-membraner er ikke motstandsdyktige mot mye klor, og krever bruk av spesialiserte klor--resistente membraner; høye membranerstatningskostnader (som står for over 40 % av de totale driftskostnadene), noe som resulterer i en høy investeringsterskel.

Gjeldende scenarier: RO er egnet for kraftverk med høy etterspørsel etter konsentrasjon og gjenbruk av avsvovlingsvann med lav-til-middels saltholdighet; DTRO er egnet for avløpsvann med store vannkvalitetssvingninger og høy saltholdighet og høye suspenderte stoffer; Nanofiltrering egner seg for prosjekter med fokus på ressursutnyttelse av diverse salter.

3.2.2 Fordampningskonsentrasjonsprosess

Prosessprinsipp: Denne prosessen konsentrerer salter ved å fordampe vann fra avløpsvann gjennom oppvarming. Den er egnet for avløpsvann med høy-saltholdighet (TDS større enn eller lik 30 000 mg/L). Vanlige teknologier inkluderer Mechanical Vapor Recompression (MVR), fordamping av bæregassekstraksjon og fordamping av røykgass.

Prosessegenskaper:

Fordeler: MVR har lavt energiforbruk (omtrent 30~50 kWh/t vann), et konsentrasjonsforhold på 10~20 ganger, og er egnet for stor-behandling; Bærergassutvinningsfordampning kan utnytte spillvarme fra kraftverk, har lave krav til forbehandling og lave driftskostnader; Fordamping av røykgass har ekstremt lavt energiforbruk og lav investering, kan oppnå null utslipp av avløpsvann og er egnet for små og mellomstore-kraftverk.

Begrensninger: MVR har høye investeringskostnader, krever høy stabilitet i fôrvannskvaliteten, og er utsatt for avleiring og tilstopping; Bærergassekstraksjonsfordampningsteknologi har en høy terskel og er for tiden mindre brukt; Fordamping av røykgass krever kontroll av atomiseringseffekten for å unngå røykkorrosjon og tilstopping, og krever overvåking av tungmetallutslipp.

Gjeldende scenarier: MVR er egnet for store-termiske kraftverk og prosjekter med høye null-utslippskrav; Bærergassutvinningsfordampning er egnet for store kraftverk med tilgjengelig spillvarme og begrenset plass; røykgassfordampning er egnet for små og mellomstore-kraftverk og null-utslippsprosjekter med begrensede budsjetter.

3.3 Størknings-/krystalliseringsprosesser og egenskaper Dypt konsentrert saltvann (TDS større enn eller lik 50000mg/L) må uskadeliggjøres gjennom størkning eller krystallisering. Noen prosesser kan oppnå saltressursgjenvinning, som er et nøkkeltrinn for å oppnå nullutslipp av avsvovlingsvann. Vanlige prosesser inkluderer fordampningskrystallisering, størkning av røykgassfordampning og størkning av sement.

3.3.1 Fordampningskrystalliseringsprosess
Prosessprinsipp: Konsentrert saltvann introduseres i en krystallisator for ytterligere fordampning av vann, noe som får saltene til å nå metning og krystallisere ut. Kombinert med nanofiltrering og kryogen nitrifikasjonsteknologi er det mulig å oppnå gradert rensing av urenheter, separering av natriumklorid, natriumsulfat og andre salter.

Prosessegenskaper:

Fordeler: Muliggjør utvinning av saltressurser; gjenvunnet salt, når det oppfyller renhetsstandarder, kan gjenbrukes som industrielle råvarer; grundig behandling; konsentrert saltvann etter krystallisering er ufarlig, uten sekundær forurensning; egnet for høy-saltkonsentrert saltlakebehandling; kan integreres med MVR for lav-energidrift.

Begrensninger: Høye investerings- og driftskostnader; vanskelig rensing av blandede salter; blandede salter produsert ved vanlige prosesser skal kastes som farlig avfall; høye krav til fôrvannkvalitetsstabilitet; Krystalliseringseffekten påvirkes sterkt av svingninger i vannkvaliteten.

Gjeldende scenarier: Store kraftverk; prosjekter med høy etterspørsel etter gjenvinning av blandet saltressurs; spesielt egnet for scenarier med store avsvovlingsavløpsmengder og høy saltgjenvinningsverdi, slik som kjemiske kraftverk for kull.

3.3.2 Fordampnings- og størkningsprosess for røykgass

Prosessprinsipp: Konsentrert saltvann forstøves og sprayes inn i kjelens halerør. Spillvarmen fra røykgassen (120~180 grader) forårsaker rask fordampning av fuktighet. Saltet krystalliserer og fanges opp med flyveaske, og danner en flyveaskeblanding. Hvis det oppfyller standarder, kan det brukes som byggematerialer; ellers deponeres det som farlig avfall.

Prosessegenskaper:

Fordeler: Ekstremt lavt energiforbruk, ingen ekstra oppvarming nødvendig, lav investeringskostnad (40 % lavere enn MVR); enkel betjening, lite fotavtrykk og rask oppnåelse av nullutslipp; egnet for behandling av ulike konsentrerte saltlake.

Begrensninger: Høye krav til forstøvningsutstyr; utsatt for røykgassavsetning og korrosjon; tungmetallinnholdet i flyveaske kan overskride standarder, noe som krever streng overvåking; kan ikke oppnå saltressursutnyttelse, og behandlingen av diverse salter avhenger av flygeaskeutnyttelsen.

Gjeldende scenarier: Små og mellomstore- termiske kraftverk, prosjekter med begrenset plass, presserende null-utslippsbehov og begrensede budsjetter.

3.3.3 Sementstørkningsprosess

Prosessprinsipp: Konsentrert saltlake, diverse salter, sement og et størknemiddel blandes. Gjennom sementhydreringsreaksjon festes tungmetaller i sementmatrisen, noe som reduserer utvaskingsrisikoen. Etter at den størknede kroppen oppfyller standardene, blir den kastet gjennom søppelfylling.

Prosessegenskaper:
Fordeler: Enkel prosess, praktisk betjening, lav pris; god behandlingseffekt for konsentrert saltlake med høyt tungmetallinnhold, som effektivt reduserer risikoen for tungmetallutvasking; egnet for nøddeponeringsscenarier.

Begrensninger: Ressursgjenoppretting er ikke mulig; det størknede materialet er stort og opptar landressurser; avhendingskostnadene er høye, og det er en risiko for utvasking på lang sikt, noe som fører til en gradvis nedgang i bruken.

Gjeldende scenarier: Behandling av konsentrert saltlake med ekstremt høyt tungmetallinnhold som er vanskelig å resirkulere, eller nødavhending.

Valget av en prosess for avsvovlingsbehandling av avløpsvann fra kraftverk bør ta hensyn til vannkvalitetskarakteristikker, behandlingsmål (kompatible utslipp/nullutslipp), kraftverkskala, budsjett og anleggsforhold. Kjerneprinsippene bør være "svært målrettede, økonomisk effektive og stabilt operative": For små og mellomstore-kraftverk med begrensede midler og ingen ressursutvinningsbehov, kan en "koagulasjonssedimentering + sandfiltrering + røykgassfordampning" brukes; for store kraftverk med høye null-utslippskrav, kan en "tre-trinns mykning + ultrafiltrering + MVR-fordampning + fordampningskrystallisering" brukes; for anlegg med fokus på ressursutvinning av diverse salter, bør nanofiltrering og kryogene nitrifikasjonsprosesser kombineres.

Oppsummert har kraftverksavsvovlingsbehandling av avløpsvann dannet et modent teknologisk system, hvor hver mainstream-prosess har sine egne fordeler og ulemper: forbehandlingsprosesser fokuserer på "fjerning av urenheter og hardhetsreduksjon" for å sikre stabil etterfølgende behandling; dype konsentrasjonsprosesser fokuserer på "volumreduksjon" for å balansere energiforbruk og kostnader; og størknings-/krystalliseringsprosesser fokuserer på "ufarlighet + ressursutnyttelse" for å løse problemet med diverse saltdeponering. I fremtiden vil teknologisk utvikling oppgraderes mot lavt energiforbruk, ressursutnyttelse og intelligens, ytterligere optimalisere prosesskombinasjoner, redusere driftskostnadene, forbedre ressursutnyttelsesgraden for diverse salter og hjelpe den termiske kraftindustrien med å oppnå grønn og høy-kvalitetsutvikling.