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冷凝水除铁器组合膜蒸馏工艺处理火电厂脱硫黄锈废水

来源: 博源金凯过滤设备(北京)有限公司

冷凝水除铁器组合膜蒸馏工艺处理火电厂脱硫黄锈废水
 1 研究背景
  火电厂作为用水、排水大户,用水占工业总量的 20%,实现火电厂废水“零排放”或“近零排放”意义重大,尤其在严重缺水的地区。废水零排放可以提高火电厂用水的复用率,节约发电用水,降低环境污染,是“保护生态环境就是保护生产力,改善生态环境就是发展生产力”的有力执行。电厂传统废水可通过传统成熟的工艺轻易实施各种层次的梯级应用,但是脱硫废水由于盐浓度高、成分复杂、腐蚀性强,如何对其实施有效的资源化处理成为制约火电厂废水零排放的关键环节。随着电力企业实现脱硫废水零排放的需求越来越迫切,各种零排工艺技术也孕育而生。
  目前市场上零排的主流工艺还是以长流程的“预处理模块+浓缩模块+结晶模块”为主,同时也有短流程的“预处理+烟道蒸发或旁路旋转喷雾蒸发”工艺。“预处理+烟道蒸发或旁路旋转喷雾蒸发”工艺虽然流程短,但会不同程度地影响发电机组的效率和增加后续烟气处理的负担。比如烟道蒸发受锅炉负荷影响明显,容易蒸发不彻底,造成烟道结垢、堵塞影响机组安全,存在烟道腐蚀和积灰等现象;旋转喷雾蒸发要求发电锅炉机组负荷在 60%以上,造成烟气的水分增加,影响电袋除尘器、飞灰成分,降低锅炉效率,使供电煤耗增加;短流程零排工艺需要对烟道进行改造。“预处理模块+浓缩模块+结晶模块”工艺虽然流程长,在浓缩模块和结晶模块需要预防结垢问题,但基本不会对发电机组造成影响及进行烟道改造,是独立于发电机组的处理工艺,不会影响发电效率和烟气处理等工艺。采用哪种零排工艺,不能一概而论,需要根据不同电厂自身的特点和脱硫废水的水质进行可行性验证来选择合适的脱硫废水零排工艺。但是不论采用哪种工艺,在蒸发固化之前都可以对脱硫废水进行浓缩减量,从而通过减少结晶和雾化量来降低蒸发设备的投资和运行成本。
  还有一种浓缩工艺就是膜蒸馏,在大多数文章中报道了膜蒸馏技术独特的优点,比如由于膜是超疏水材料,所以不易被污染;操作压力低、预处理简单;脱盐率高,产水品质高,可直接回用;浓缩极限浓度可至饱和态等。同时也指出膜蒸馏存在的问题,比如能量利用率低、膜通量小和膜污染与膜润湿等问题,对膜蒸馏工程化应用的报道也极少。本文将对已经工程化的膜蒸馏技术的优点和在脱硫废水零排工艺中的合理性应用做详细的技术经济分析。
 2 膜蒸馏技术
  膜蒸馏技术是 20 世纪 60 年代出现的分离技术,采用疏水微孔膜把液态和气态两相隔离开,以膜两侧由温度引起的饱和蒸汽压力差作为传质驱动力,只要膜两侧有温度差,此分离过程就可持续进行。膜蒸馏技术具有其独特的优势,所以一直受到广泛关注。常见的膜蒸馏过程有直接接触式膜蒸馏、气隙式膜蒸馏、减压膜蒸馏、气扫式膜蒸馏等,膜组件类型有板式、中空纤维式、管式及卷式。但目前市场上已经通过大量中试并已成功工业化应用的膜蒸馏技术是板式真空多效膜蒸馏技术。
  3 膜蒸馏技术的工程化
  目前市场上出现的膜蒸馏工艺中使用的膜组件有中空纤维式、卷式和板式,但都处于中试阶段;板式膜蒸馏工艺近期在国内实现了工业化应用,应用领域包括工业废酸、氯化铵废液、酸洗废水资源化、含盐废水零排等,取得了显著效果。板式膜蒸馏模块以多片聚丙烯框架为主体,内嵌聚四氟乙烯(PTFE)微孔疏水膜和聚丙烯(PP)冷凝片形成单个模块,单个模块通过并联提高处理量;通过串联实现多效模式来提高回收率和热循环效率,蒸馏水通过内流道汇集流出。模块不论并联还是串联都是通过无管道连接实现,因而降低了热损失。板式真空膜蒸馏主要有以下几点优势:
  (1)负压操作,安全性更高,无泄漏风险;
  (2)多效,热循环,模块化,内流道设计,模块之间无管道连接提高热利用效率,造水比最高可达6~8;
  (3)液体过流部件全部采用耐腐蚀的非金属材质(PP,PTFE),耐酸、耐碱、耐盐腐蚀、耐氧化;
  (4)润湿液回流设计降低因膜润湿引起的膜清洗恢复频率;
  (5)在线清洁和干燥设计可以在线恢复污染或润湿的膜;
  (6)此设备为撬装设计,基本不需要配套土建,可节省空间和大量土建费用。
 4 膜蒸馏技术在脱硫废水零排处理工艺中的合理化应用分析
  燃煤火电厂脱硫废水由于成分复杂、含氯根高、pH值较低,对管道和设备有腐蚀性等特点,其零排处理一直是行业的热点和难点问题,电厂已建的三联箱处理工艺已经无法满足要求,许多电厂都在进行升级改造。
 6 结论
  (1)从膜蒸馏的技术特点、膜蒸馏工艺在脱硫废水浓缩减量的中试研究结果以及板式膜蒸馏工艺成功的工业化应用看,膜蒸馏工艺完全适用于燃煤电厂脱硫废水的零排工艺路线。
  (2)以某发电集团下属一燃煤电厂的脱硫废水为例,通过对多种零排工艺路线的技术经济分析可以看出,膜蒸馏技术参与脱硫废水零排工艺路线可以为电厂节省可观的投资与运行成本,也符合节能减排大方向。
  (3)由于脱硫废水成分复杂,不同电厂的脱硫废水成分和浓度都不同,所以膜蒸馏工艺在不同电厂脱硫废水零排工艺中的合理化应用还需要根据具体水质具体分析,根据水质和现场条件做相应的优化设计,使膜蒸馏工艺在脱硫废水零排工艺中得到最优化应用。
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