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高盐废水零排放处理工艺技术经济比较分析

楼主:水处理观察 时间:2018-11-07 17:55:39

  电厂所有高盐废水中,脱硫废水作为终端排水,含盐量高,腐蚀倾向明显,难于达标外排,是全厂废水零排放处理的难点。因此要实现电厂高盐废水真正意义上的零排放只有采取深度脱盐、结晶固化的工艺措施。本文依托某电厂项目,对当前国际上相对比较成熟的废水零排放工艺进行比选,选择“软化预处理+MBC正渗透浓缩+结晶干燥”的处理工艺作为本工程高盐废水零排放方案。


  1火力发电厂主要高盐度废水主要有


  循环水排污水处理系统排水、锅炉补给水处理系统反渗透浓水、混合离子交换器再生酸碱废水、凝结水精处理再生废水、循环冷却水排污水等。这些废水最终进入脱硫工艺系统吸收烟气中的二氧化硫后形成脱硫废水,脱硫废水作为电厂工艺的终端排水,其处理方式是全厂零排放的关键。


  目前比较多的做法是将达标废水回用于干灰调湿、煤场喷淋、灰场喷淋但这类回用有很大的局限性,一方面干灰调湿、煤场喷淋用水量不大不能完全回用,另一方面,脱硫废水用于干灰调湿会影响干灰品质从而影响干灰的回用。


  本文依托江苏某2*660MW项目,对当前国际上相对比较成熟的废水零排放工艺进行比选,经技术经济比较后,选择“软化预处理+MBC正渗透浓缩+结晶干燥”的处理工艺作为此项目高盐废水零排放方案。


  2本工程脱硫废水水质如下



  脱硫废水量:20t/h,考虑120%冗余出力,整套装置按连续自动运行设计,设计额定出力1×24t/h。


  3高盐废水零排放系统方案设计


  脱硫废水结晶固化工艺主要有以下几种工艺方案:


  方案一、预处理+正渗透浓缩+结晶干燥(代表项目:华能长兴电厂);


  方案二、蒸发器浓缩+结晶干燥(代表项目广东深能河源电厂、广东佛山三水恒益电厂)


  美国VAC方案三、废水超浓缩蒸发结晶SMECS系统,即:预处理+特种高压纳滤SNF+特种高压反渗透SRO+OM蒸发结晶(代表项目:美国GEORGIAPOWERPLANT);


  本文将对以上三种工艺进行了工艺流程介绍及技术经济比较。


  4各系统方案的选择


  4.1方案一


  正渗透MBC浓缩+结晶干燥方案


  4.1.1工艺流程及物料平衡


  此高盐废水处理工艺的工艺流程为“软化预处理→MBC浓缩→结晶干燥”。下图给出了整个系统的水平衡和物料平衡简图。



  4.1.2系统占地面积与经济性分析


  4.1.2.1占地面积


  本处理系统占地面积大约1200m2室外设施占地面积大约320m2结晶打包系统占地面积大约240m2最高设备高18米。占地面积总计1760m2。


  4.1.2.2主要投资



  4.1.2.3运行成本


  1)本工艺处理每吨水所耗蒸汽、电量及相应运行费



  2)零排放工艺处理每吨水所耗药品


  本工艺处理每吨水所耗药品及市售价格



  综合上述两个表格本方案每m3水的制水成本20.76元。


  4.2方案二蒸发器浓缩+结晶干燥


  4.2.1MVC蒸发技术工作原理如下图所示



  图4.2.1-1蒸发器工作原理图



  图4.2.1-2蒸发器外形及内部结构图


  4.2.2MVC蒸发技术特点


  1)回收高品质水


  蒸发系统可提出系统95%以上的高品质蒸馏水,回收水可直接回用。


  2)效率更高更节能


  蒸发热效能小于:20kwh/吨水(单级MVC),能耗仅为蒸发所需吸热量的3-5%,只需少量辅助蒸汽和冷却水,节省资源,较普通多效蒸发器,蒸发效率有近10倍提升。


  3)更环保


  新型MVC蒸发系统废水处理设备自带尾气处理系统,处理废水排出的仅有:高纯度度蒸馏水、固体结晶物或浓浆、高有机污废水可焚烧,它不但能解决本项目污水处理“排放”问题,更还可回蒸馏水和有用成分。


  4)水质适应性强


  新型MVC蒸发废水回收系统处理设备不存在废水酸、碱、离子浓度、有机物浓度、可生化性的问题,可以直接处理任何水质废水,水质变化不影响处理效果。


  5)操作简便


  全自动在线除垢,全自动控件,操作简便,操作员要求低,系统紧凑,占地少,维修、维护保养量少,适用寿命超过20年。


  6)无需作前置水软化防垢处理


  为防止蒸发结垢有些公司提出通过化学和树脂交换法,预先去除原水中的Ca2+、Mg2+。采用这样的好处是大幅降低热交换面结垢风险保证换热效率,但带来的问题是增加了前处理设备投资、增加药剂费用、软化过程中产生了新的固体废弃物。


  7)在线除垢


  蒸发主体是圆筒形,主体没有死角位,不易有固体微粒积聚,而且有在线刮刀及水管冲刷到热井去,不让停留时间过长,更设计了针对换热面、管道、换热器的在线除垢清洗装置,保证不会因为结垢而导致问题。


  4.2.3工艺流程图及占地面积


  4.2.3.1工艺流程图如下




  4.2.3.2占地面积


  预处理系统占地面积大约100平米,蒸发结晶占地面积大约560平米,结晶打包系统占地面积大约240平米,共计900m2。


  4.2.4物料平衡图




  图4.2.4-1物料平衡图


  4.2.5主要工艺设备参数



  4.2.6投资及经济性分析


  投资费用如下表



  运行费用如下


  a)电耗21.75kw/m3


  运行能耗成本为:6.5元/m3(电费按照0.3元/度)


  b)蒸汽消耗92.5kg/m3


  运行蒸汽成本为9.25元/m3(100元/吨)。


  c)药剂费用


  药剂主要用于:运行过程中预处理软化药剂,阻垢剂、来水PH调整,见下表:定期蒸发器清洗用药,预计药剂费约1.0元/m3。



  以上小计为6.5+9.25+1+11.325=28.08元/m3


  4.3方案三超浓缩蒸发结晶SMECS工艺


  4.3.1工艺流程


  4.3.1.1废水超浓缩蒸发结晶SMECS系统


  废水超浓缩蒸发结晶系统—SMECS系统是以废水超浓缩(KD-UCW)和外换热式机械蒸汽压缩蒸发结晶系统(VACOM系统)为核心的高盐废水零排放技术。

  其工艺主流程示意图如图4.3.1-1所示



  图4.3.1-1SMECS系统工艺流程图



  图4.3.1-2KD-UCW系统工艺流程图


  4.3.1.2废水超浓缩KD-UCW系统


  废水超浓缩KD-UCW系统利用超滤、微滤的筛分和反渗透膜选择透过性的原理,将不同形态、不同功能和不同组件结构形式的微滤、超滤、改性反渗透和特种反渗透等多种分离膜组合集成,并在不同阶段采用不同的膜前处理工艺,使废水通过膜的多次分离和浓缩实现净水的高倍回收率。


  其典型工艺流程如图4.3.1-2所示


  4.3.1.3蒸发结晶VACOM系统


  超浓缩KDUCW系统的浓缩废液等,包括膜装置最终浓缩液、化学清洗废液和高含油废液等,被收集进入VACOM系统,废液中的水和极少量挥发性物质被蒸发和冷凝产生净化水,污染物和溶解质则通过结晶被直接过滤出来。区别于其它蒸发结晶技术。


  VACOM系统采用外置式换热器、超高的循环回流比及浸没式闪蒸等技术,蒸发和结晶在一个罐体中进行,无需单独的结晶器,不仅使蒸发结晶效率高,又能有效防止了设备结垢,而且能容忍高含盐量、高硬度、高悬浮物、高有机物及高含油废水直接进入(仅需简单粗过滤)蒸发结晶技术世界领先,其主设备图如图4.3.1-3所示



  图4.3.1-3VACOM蒸发结晶系统成套设备图


  4.3.2系统占地面积


  预处理系统占地面积大约1160m2,蒸发结晶占地面积大约560m2,结晶打包系统占地面积大约240m2,共计1960m2。


  4.3.3投资及运行成本分析


  4.3.3.1系统运行成本


  预计零排放系统运行成本见下表


  表4.3.3-1高盐废水零排放系统运行成本构成表



  注1:处理成本按系统净产水量计包含电费、化学药剂、蒸汽、耗品膜及滤芯等不包含人工费及设备折旧。


  4.3.3.2系统主要投资


  预计零排放系统主要投资构成见下表


  表4.3.3-2估算零排放系统工程主要投资构成表



  5三种废水零排放方案的综合对比



  根据技术经济比较,上述三种方案在技术上均能满足要求,其中方案二投资费用最高方案一投资及运行成本较低,方案三占地面积较大。综合比较投资费用、运行成本、占地面积等因素,本工程脱硫废水零排放处理采用方案一即“软化预处理+MBC正渗透浓缩+结晶干燥”的处理工艺。


  本零排放系统工程实施后其直接和间接效益如下:


  a)1年至少可直接减少水费投资33万元;


  b)可直接回收工业盐或融雪剂1年可直接创收330万元;


  c)系统运行年运行需支出费用376万元,排废费按40万元计;


  d)更重要更大的间接效益的是:废水实现蒸发结晶零排放后,彻底解决了全厂废水污染和水资源短缺的双重问题。与国家的环保等政策相适应,所带来的环保效益和社会效益更是无可估量的,是无价的。有由此得出,本系统投产后每年投产脱硫废水浓缩结晶零排放系统可获利27万元(运行成本按变动成本计)即依靠结晶零排放系统的产物资源化利用就可以维持系统的稳定投产。


参考文献略


来源:《科技应用》作者:吕玉娟 李金星


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