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水泥行业脱硫废水篦冷机烟道蒸发技术

2021/01/27 来源:《水泥》杂志

针对脱硫废水较难处理的问题,本文对比分析现有脱硫废水处理不同工艺技术路线,结合水泥行业窑头废气余热丰富的特点,提出了水泥行业脱硫废水零排放新的工艺技术。......

随着污染物排放限值日益严格,水泥行业硫化物排放控制要求越来越高,国内不少窑尾烟气含硫较高的水泥生产线,新配套了湿法脱硫工艺,用以控制硫化物的排放。在湿法脱硫工艺中,脱硫废水是末端治理的难点及重点。目前,针对湿法脱硫废水,国内外均提出了不同种类的处理技术,这些技术在各行业具有不同的特点和自身的优势。本文结合水泥行业的工艺特点,提出适合水泥行业脱硫废水的篦冷机烟道蒸发技术。  

1.水泥行业脱硫废水  

对含硫较高的窑尾烟气进行湿法脱硫处理,会定期产生一定量脱硫废水,脱硫废水水质、水量与脱硫系统及烟气主要成分等有密切关系。与火电厂脱硫废水类似,水泥行业脱硫废水一般呈酸性(pH4~6),悬浮物在9000~12700mg/L,一般含大量硫酸盐、氯化物、镁、钙、钠等盐分,以及汞、铅、镍、锌等重金属和砷、氟等非金属污染物。水质特点如下:1)成分较多,水质变化较大;2)盐含量较高,多种重金属超标;3)悬浮物含量较多;4)腐蚀性较强;5)硬度强,易结垢。[1-2]  

脱硫废水的上述特点使得其具有较强的腐蚀性,同时其易结垢的特性还容易造成后续处理设备和管道的结垢或堵塞。若直接回用于脱硫系统,将会造成浆液中毒,使得脱硫系统效率下降;若直接排放,其各类污染物浓度远没有达到排放标准,严重污染环境。  

脱硫废水处理过程的主要难点在于:1)采用传统方法难以实现悬浮物的高效去除,固液分离时间长;2)设备和管路的结垢、腐蚀严重;3)化学处理后污泥具有毒性和高污染性;4)水质水量变动对处理工艺冲击较大。  

2.脱硫废水处理途径  

为了实现废水的达标排放或回用,需要对脱硫系统产生的废水进行处理。现有的废水处理技术多种多样,如三联箱工艺、膜法及蒸发结晶工艺、烟道蒸发工艺等,上述技术,应用最多的是三联箱工艺和蒸发结晶工艺。  

三联箱工艺是我国脱硫废水处理应用最为广泛的技术,主要原理是将混凝与化学沉淀工艺结合,以实现去除悬浮物和重金属的目的。但该工艺具有投药量大、固液分离速率慢、分离效果差、污泥量大的缺点,且由于脱硫废水的水质波动大,导致该工艺经常出现出水不达标和系统崩溃的现象,严重影响正常生产。[3]同时,经三联箱工艺处理后产生的高盐废水仍然无法达到排放标准,需要进一步采用处理措施。  

蒸发结晶工艺分三个工艺段:第一个工艺段为预处理工艺,目的是去除浊度、硬度;第二个工艺段为浓缩减量工艺,此工艺段通过对脱硫废水进行浓缩,使废水量得以降低;第三个工艺段为蒸发固化阶段,目的是将水中的盐分与水分离,得到回用水,分离出的盐分以混合废盐或者可回收单盐的形式处理。蒸发结晶工艺各阶段均会产生固废,且固废更难以处理,整个系统投资及运行维护费用较高,设备结垢、堵塞风险高。  

烟道蒸发技术的工艺路线前段与蒸发结晶工艺类似,包含预处理工艺和浓缩减量工艺,后半段通过建设旁路烟道,引入高温烟气,利用烟气余热,将结构复杂、费用高昂的蒸发结晶固化阶段用烟道余热蒸发取代,此工艺适用于烟气余热充足的场合。  

3.篦冷机烟道蒸发技术  

为了改善现有脱硫废水系统产生的固废、运行维护费用高、故障点多等问题,经过比对,及结合水泥行业窑头烟气废热充足、水泥熟料对盐分固化效果好的特点,本文认为烟道蒸发技术适用于水泥行业,提出水泥行业脱硫废水篦冷机烟道蒸发技术。  

本工艺技术路线中,前面两个阶段将脱硫废水浓缩减量,产水回用,最终废水浓缩液则喷入篦冷机烟道,水分蒸发后随窑头烟气带走,结晶盐进入水泥熟料,最终随水泥一起固化,以达到零排放的效果。本技术不仅能有效处理废水预处理过程中产生的固废,且能够缩减投资及运行维护成本,减少故障点,降低设备结垢、堵塞风险;还能消除废水直接喷入篦冷机烟道,因水量超过热烟气承受能力、烟气温度下降过快,导致的影响其他设备运行或者影响主产品质量的不利因素。  

该技术工艺路线分为四个阶段:预处理+分盐+膜浓缩+篦冷机烟道蒸发,具体流程如图1。废水进入原水池进行水质水量调节,原水池出水由泵提升后,依次进入一级高密池、二级高密池、澄清池,同时加入氢氧化钠、碳酸钠、絮凝剂及助凝剂等,通过高效絮凝沉淀去除水中的固体悬浮物,去除部分硬度,调整酸碱度,去除部分COD等污染物;高密度沉淀池出水进入缓冲水箱,由泵提升至介质过滤器,介质过滤器出水进入纳滤膜分盐系统;通过分盐系统后,出水分为透过液(含一价盐)和浓缩液(含钙、镁二价盐),其中浓缩液回脱硫系统,二价盐最终以石膏的形式从脱硫系统中分离出来,透过液进入中间水箱,再通过高压膜系统进行浓缩;高压膜系统产生的清液含盐量低,可作为生产用水回用,高压膜系统产生的浓水进入膜蒸馏系统;膜蒸馏系统将浓水再次浓缩约一倍,进一步减量的浓缩液经双流体喷枪喷入篦冷机烟道进行蒸发排放。  

此工艺技术中高压膜系统和膜蒸馏系统的产水可作为生产用水回用,同时也可作为介质过滤器反清洗用水,以及添加剂溶药、冲洗和化学清洗等系统本身全部工艺用水。高密度沉淀池的污泥由泵输送至脱硫系统石膏脱水机进行脱水,与石膏一起作为水泥添加剂,脱水产生的废水不外排,回流至原水池或脱硫系统。  

图1 篦冷机烟道蒸发技术

4.脱硫废水篦冷机烟道蒸发技术物料计算  

以5000t/d水泥生产线脱硫系统20m3/h的废水产量计算,经过预处理后水量基本维持在20m3/h;进入分盐系统后,分离液约为4m3/h,此部分回流至脱硫系统,透过液约为16m3/h,此部分进入高压膜系统继续分离;16m3/h透过液经高压膜系统分离后,产水量约为10m3/h,此部分产水可作为生产用水回用,分离浓缩液约为6m3/h,此部分进入膜蒸馏系统继续浓缩;6m3/h分离浓缩经膜蒸馏系统继续浓缩后,产水量约为3m3/h,此部分产水可作为生产用水回用,最终高盐浓缩液约为3m3/h,此部分经双流体喷枪喷入篦冷机烟道进行蒸发干化。  

20m3/h的脱硫废水量,经工艺路线处理后,最终产水约13m3/h,可作为生产用水回收;产生分离液约为4m3/h,可作为脱硫系统补水回用;产生浓缩液3m3/h,最终喷入篦冷机烟道,整个工艺路线真正达到了零排放的标准。  

5.总结  

本文通过分析脱硫废水的不同处理工艺,结合水泥行业特有的工艺特点,提出了脱硫废水篦冷机烟道蒸发技术,主要工艺路线为“预处理+分盐+膜+浓缩+篦冷机烟道蒸发”。此技术符合水泥行业窑头烟气废热丰富,水泥熟料对盐分固化效果好的特点,具有较好的实用性和经济型,系水泥行业脱硫废水零排放治理的可靠技术路线。

参考文献

[1] 叶春松,黄建伟,刘通,等.燃煤电厂烟气脱硫废水处理方法与技术进展[J].环境工程,2017,35(11):10-13

[2] 施云芬,王旭晖.湿法烟气脱硫废水处理研究进展[J].行业水处理2015,35(12): 14-17

[3] 杨学成.火力发电厂烟气脱硫废水处理要点探讨[J].中国资源综合利用,2018,36(2): 47-48

本文作者:西安西矿环保科技有限公司何鹏飞、蒋宝庆、梁笠、刘少峰、屈荷叶。

(责任编辑:李佳婷)

凡注明来源水泥网的文字、图片、音视频稿件,未经授权,不得转载,违者将依法追究责任。(转载说明

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