RO浓水作为脱硫系统补充水的作用分析_邓威闽
DOI:10.16641/j.cnki.cn11-3241/tk.2015.02.001
区域供热2015.2期
RO 浓水作为脱硫系统补充水的作用分析
青岛热电集团恒源热电有限公司
邓威闽
薛志刚
薛智亮
【摘要】水处理系统中一级反渗透浓水的综合利用,是热电企业节水的一个重
要环节。通过对反渗透浓水主要成份和双碱法脱硫原理的分析论证,认为在双碱法脱硫系统运行过程中反渗透浓水浓缩的碱度是有利因素,从而可以利用反渗透的富余浓水作为脱硫系统的补充水,以降低企业水资源消耗。
【关键词】反渗透
浓水
脱硫
中和
消耗
0绪论
断进步,反渗透(Reverse Osmosis 简称RO )装置在热电企业水处理过程得到普遍应用。虽因其采用无相变的物理方法使水质纯化,拥有无废酸碱排放的优点,但该技术25%的浓水排放一直是热电企业节水减排、综合利用的研究方向。以单套产水100t /h 的反渗透装置为例,其浓水排放量约33t /h (一级反渗透回收率控制在75%)。由于对反渗透浓水进一步处理受限于制水成本和设备投资,其综合利用多见于将其作为企业的生活辅助水(冲厕或植物灌溉)、煤场冲灰、喷淋用水,或是通过软化处理作为循环水的补充水源。对于多数热电企业而言,反渗透装置的浓水排放依靠上述途径,并不能够将其合理地充分利用。因此在企业内部寻找其他的利用渠道很有必要。
在烟气污染控制技术和节水技术多样化、高效化的发展趋势下,双碱法脱硫技术和反渗透浓水综合利用技术的选择应当从能带来环境和经济效益两方面来综合考虑。本文对浓水主要成份对脱硫运行的作用进行了分析,论证了将反渗透排放的富余浓水与双碱法脱硫系统补充水源搭桥,以反渗透浓水作
热电企业的生产运营方式是将煤碳的化学能转变为水的汽化热,从而推动汽轮机做功发电和对外供热、供汽的过程。维持这个过程需要消耗大量的煤碳和水资源。因而,热电企业即是大气污染的主要源头,也是水资源的消耗大户。对工业锅炉的烟气治理和节水技术的应用和改造成为热电行业节能减排的重要议题。
一方面,由于国家实行了新的《火电厂大气污染物排放标准》,加大了对燃煤热电厂烟气污染物的减排力度,使得热电企业为完成“十二五”节能减排的环保目标而加快了推进锅炉烟气脱硫脱硝的工作步伐。锅炉烟气脱硫(SO 2)设施建设和改造成为当前热电企业的一项重要工作。在此新形势下多种不同的脱硫技术得到广泛应用,其中双碱法脱硫技术在热电企业应用较为普遍。这种基于中和反应原理的湿法脱硫技术需要消耗大量的碱性药剂和水。这使得热电企业的运营成本大大增加。如何降低药剂消耗和补充水量,是脱硫技术研究的一项重要内容。
另一方面,随着膜分离水处理技术的不
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为脱硫系统的补充水源的可行性。拟在利用反渗透浓水中浓缩的碱度的同时,充分利用反渗透的富余浓水,从而降低热电企业水资源消耗。
的大分子悬浮物、胶体、细菌和有机物等杂质,以避免堵塞反渗透膜。所以,上述悬浮物质在进入反渗透装置前残留浓度可忽略不计,但原水中的电解质成份和含量基本不变。浓水主要成份为原水中电解质和维持反渗透正常运行条件而加入的阻垢剂、杀菌剂及还原剂(亚硫酸氢钠)等成份。表1为恒源热电一级反渗透原水和浓水主要成份表。
表1
水质项目
1
析
反渗透浓水利用流程及主要成份分反渗透浓水流程
1.1
反渗透是一种以压力差为推动力,从溶液中分离出溶剂的膜分离操作过程。通过对膜一侧的溶液施加一定压力,当压力超过它的渗透压时,溶剂就会逆着自然渗透的方向作反向渗透,从而在膜的低压侧得到透过的溶剂,即渗透液,在高压侧得到浓缩的溶液,即浓缩液。反渗透膜能截留水中的各种无机离子、胶体和有机物,从而取得所谓的纯水。热电企业就是利用反渗透装置这一原理采用无相变的物理方法进行水质处理。高压侧的浓缩液即为浓水,低压侧的渗透液即为产水。对于一级反渗透,其浓水是原水(指流入水处理系统第一个处理单元的水)经预处理净化后的浓缩液,其电解质浓度理论上应为原水的4倍。受再处理增加的设备投资和处理成本的限制,多数热电企业对浓水的利用一般是冲厕,冲灰,碳床反洗和软化后作为循环水的补充水。反渗透浓水常见的利用流程如图1所示。
原水和反渗透浓水主要成份表
单位
原水
浓水
PH 电导(DD )甲基橙碱度(JD )
酚酞碱度硬度(YD )氯根(Cl -)
7.4
μS/cmmMol/LmMol/LmMol/Lmg/Lmg/Lmg/L
4191.903.33893.3
7.911055.7010.0119288.4
SiO 2SO 42-
从原水与反渗透浓水主要成份数据对比上看,一级反渗透浓水的PH 值较原水略有提高,呈弱碱性。其电导值、碱度、硬度等主要成份基本浓缩三倍(浓缩情况与反渗透装置的膜状态、回收率控制幅度、水温
、运行压力等运行条件相关),属非碳酸盐型易结垢水质。维持反渗透运行而加入的微量亚硫酸氢钠与水中氧化剂和其他离子作用,转化为硫酸盐。为杀菌而加的氯,在反渗透浓水中以氯化物形式存在,所占比重较大。这种情况不利于浓水在锅炉水汽系统的进一步利用。因而,一般情况下热电企业仅将其作为生活辅助水利
图1热电企业反渗透浓水利用流程
用。
1.2反渗透浓水的主要成份
反渗透浓水是其进水的浓缩,其主要成份与水处理系统采用的水源基本一致,只是浓度存在差异。由于反渗透装置对进水水质要求严格。其前段一般设置有以精密过滤器为主的多级预处理装置,目的是脱除原水中
2双碱法脱硫的碱耗与水耗2.1双碱法脱硫原理及流程
双碱法脱硫是基于中和反应原理的湿法脱硫技术。该技术脱硫过程主要是以氢氧化钠与锅炉烟气中的氧化硫进行中和反应,反应生成物亚硫酸钠溶于水,含亚硫酸钠的脱
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硫循环水与投加的氢氧化钙(石灰)反应可生成氢氧化钠和亚硫酸钙沉淀物而获得再生。氢氧化钠水溶液则循环使用。脱硫反应原理为:
副反应1O 2
表2
序号
130吨/
h 循环流化床锅炉主要参数
项目额定蒸发量
单位
数值
12
t/h%t/h%%%
130≥852495~97156
设计脱硫效率(炉内喷钙)
锅炉燃煤消耗量
燃烧效率燃煤干燥基硫燃煤干燥基碳
2NaOH +SO2→Na 2SO 3+H2O Na 2SO 4+H2O (PH>9时)
Na 2SO 3+SO2+H2O →2NaHSO 3
2NaHSO 3+H2O (PH =5~9时)
碱剂再生反应式为:
3456
(1)
副反应1O 2
(2)
不进行炉内喷钙脱硫燃烧后产生的SO 2
量为:
Ca (OH )2+Na2SO 3→2NaOH+CaSO3↓(3)Ca (OH )2+2NaHSO3→Na 2SO 3+CaSO3↓
(4)2H 2O
Ca (OH )2+Na2SO 4→2NaOH+CaSO4↓(5)主要工艺过程如图2所示。
24×95%×1%×64/32=0.456(t/h)
与SO 2中和反应用氢氧化钠量为:80×
456÷64×105%=599(kg/h)。在再生过程氢氧化
钠的转换实际消耗的是石灰。折算成生石灰消耗量56×599÷80=419(kg/h)。实际上脱硫过程氢氧化钠不仅与烟气中的二氧化硫进行中和反应,锅炉燃煤产生的大量二氧化碳(1kg 标煤≈2.493kgSO 2)也同时参与反应,同时过量氧化钙溶于水产生的氢氧化钙同样参与中和反应。所以碱耗远大于上述理论值。
2.3
图2
双碱法脱硫工艺流程
双碱法脱硫的水耗
双碱法脱硫工艺的水耗主要由烟气夹带水蒸汽、排渣与排污的水耗组成。由于脱硫塔排出的浆液是多种盐的混合液,在脱硫系统运行状态下,这种盐液基本处于过饱和状态,极易在脱硫系统的塔壁,池壁和管壁处产生结晶或结垢,从而增加系统阻力,影响系统正常运行。因此适当增加系统的补充水量,及时排除沉淀盐垢,降低脱硫浆液的过饱和度是减轻系统结晶的有效办法。由于各热电企业锅炉负荷差异较大,所配置的脱硫系统规模不一,并受锅炉运行工况影响,使脱硫系统补充水量不尽相同。以2台130t /h 所配脱硫系统为例,运行平均水耗不低于15t/h。
2.2双碱法脱硫的碱耗
脱硫反应中,NaOH 的消耗量主要是锅炉燃煤后产生的SO 2和CO 2与其反应的消耗量。理论上氢氧化钠脱硫后可循环再生。但由于一些附反应消耗钠离子(Na 2SO 3氧化副反应产物Na 2SO 4较难再生,需不断补充
NaOH ),并且排渣和排污过程会排掉相当量
的碱液。为保证脱硫正常运行和烟气排放稳定达标,需要确保碱液有足够使用量,用量需要过量5%以上。以130t/h锅炉为例,碱液用量计算如下:130t /h 循环流化床锅炉及燃煤主要参数见表2。
炉内喷钙脱硫以85%效率计算,燃烧后产生的SO 2量为:
33.1
反渗透浓水作为脱硫系统补充水的浓水碱度对脱硫能力的作用分析
作用分析
从原水和反渗透浓水主要成份表(表1)
24(1-85%)×95%×1%×64/32=0.0684(t/h)
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可知:原水碱度经浓缩后有一定提升,但因只有甲基橙碱度而无酚酞碱度,成分以HCO 3-1为主,浓水依然保持弱碱性。反映在浓水的
转化成难溶碳酸盐沉淀而被去除(如式(10)(11)),并使浓水得到软化。软化反应消耗氧化钙的量为:
(5.7-1.9)×56+(28-9)×56/76+(8.4-3.3)×
PH 值上抬升幅度并不大,比较原水高了约0.5单位。从POH=14-PH可得:
C (OH -)浓水-C (OH -)原水=10-6.1-10-6.6=5.439×10-7(mol/L)
所以,反渗透浓水与原水PH 的差值相当
于NaOH 的量为:40×5.439×10-7=2.2×10-5g/L。从计算可知,在原水碱度较低的条件下单纯依靠浓水浓缩的碱度对脱硫碱耗的降低量起到的作用轻微。若原水碱度增加,则其反渗透浓水对脱硫的中和作用增大。
56/96=230(mg/L)
可以看出:由于原水所含电解质浓度较低,其浓水作为脱硫系统补充水,与石灰反应产生的碱量与消耗的碱量基本相当,均属同一数量级。此时氧化钙起到了浓水软化剂的作用。从浓水的石灰软化试验也可得到验证。浓水不同石灰浓度的软化结果见表3。
表3
水样浓水浓水浓水浓水浓水
浓水不同石灰浓度的软化结果(浓水量:1L )
加氧化钙量
3.2浓水中结垢性物质在双碱法脱硫系
PH 9.149.259.9811.0111.33
DD [**************]
YD 7.45.74.84.654.5
JD 3.72.11.61.82.0
Cl -134
[1**********]3
统运行中的作用分析
浓水中所含结垢性物质种类较多。在强碱性条件下重碳酸盐、亚硫酸盐及硅酸盐易与钙镁等离子生成难溶化合物而沉淀。而双碱法脱硫系统的反应池既是氢氧化钠的再生池,也是钙镁难溶盐的沉淀池。与再生反应(反应式(3)(4)(5))机理相同,一样产生沉淀。当浓水作为氧化钙的溶剂时,其中的难溶性离子与石灰水先期反应并沉淀,化学反应式如下:
(6)CaO+H2O →Ca (OH )2
Ca (OH )2+NaHCO3→NaOH +CaCO3↓+
0.5g 0.75g 1g 1.25g 1.5g
从试验结果可知,由于浓水中的结垢性物质转化为难溶物质沉淀去除,在氧化钙适量情况下,浓水硬度、碱度和电导值呈大幅下降,使浓水得到软化。当反应平衡后,以氧化钙溶于水产生的碱度为主,使反应后的电导值、碱度和PH 值明显抬升(如图3)。由于在化灰池中,浓水与过量氧化钙反应,产生沉淀性物质可随灰渣一起排出,不会由于采用浓水作为补水水源而导致系统的额外结垢。而软化产生的碱度则是脱硫中和反应的有利因素。
H 2O (7)
Ca (OH )2+Na2SO 4→2NaOH+CaSO4↓(8)Ca (OH )2+Na2SiO 3→2NaOH+CaSiO3↓(9)Ca (OH )2+Ca(HCO 3)2→2CaCO 3↓+2H2O
(10)
2Ca (OH )2+Mg(HCO 3)2→2CaCO 3↓+
(11)Mg (OH )2↓+2H2O
由(7)(8)(9)化学反应式可知:浓水中的
钠盐与氢氧化钙反应均转化成氢氧化钠,由表1参数可得产生的氢氧化钠量为:
(5.7-1.9)×40+(28-9)×80/122+(8.4-3.3)
×80/142=167.3(mg/L)
而浓水中的重碳盐硬度与氢氧化钙反应
图3
浓水软化试验硬度碱度曲线
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3.3浓水应用于双碱法脱硫补充水的节4结论
水效果及改造流程
通过以上分析,浓水作为双碱法脱硫补充水,可将其作为化灰池水源,补充进入脱硫循环水中。由于进一步利用了反渗透的富余浓水,可为企业降低综合水耗起积极作用。将反渗透浓水应用于双碱法脱硫系统补充水改造方法简单易行,只需将浓水并入原双碱法脱硫系统石灰池中即可。其流程如图4(虚线部分为备用水源)。
从上述分析可知,在热电企业双碱法脱硫系统脱硫过程中,利用反渗透浓水浓缩的碱度虽然对降低碱耗的作用轻微,但是个有利因素。以反渗透浓水作为脱硫系统补充水源,碱剂再生剂氧化钙同时起到了浓水软化剂的作用。浓水中的结垢性物质对脱硫系统运行影响甚微,且技术改造简单易行,可以使反渗透浓水在热电企业中得到进一歩的利用,从而降低企业总体水资源消耗。青岛恒源热电于2011年进行了双碱法脱硫补充水并联浓水的改造,运行情况良好,取得了较好的节水效果。
参考文献
[1]马连元. 双碱法脱硫技术研究. 天津环境科学学会,
2000,.01
[2]冯逸仙,杨世纯. 反渗透水处理工程. 中国电力出版
图4
浓水应用于双碱法脱硫补充水流程
社,2000.08
2016年全国暖通空调模拟学术年会征文通知
一、学术年会简介
由全国暖通空调学会计算机模拟专业委员会主办的“2016年全国暖通空调模拟学术年会”拟定于2016年1月6-8日在哈尔滨市举行。本年会每两年举办一次。
模拟技术在暖通空调领域应用广泛,所发挥的作用日益重要。本次年会旨在总结和交流模拟技术在暖通空调领域应用的科研成果和实践经验,以促进暖通空调专业技术的发展。欢迎对会议内容感兴趣的专家、学者及与该领域有关的科研人员、院校师生、设计师、设计咨询人员、开发商、暖通空调设备制造商、建设商、物业管理者、标准规范制定者等参加会议。
二、会议时间和地点
会议日期:2016年1月7-8日;报到日期1月6日会议地点:哈尔滨工业大学三、征文范围
自理。
七、会议组织与联系方式
本次会议由哈尔滨工业大学市政环境工程学院建筑热能工程系承办。会议筹备组联系方式如下:
通讯地址:哈尔滨市南岗区黄河路73号哈工大二校区市政学院2651信箱,邮编150090
会议筹备组负责人:刘京[1**********]会议筹备组秘书:王芃[1**********]孙阳[1**********]传真:0451-86282123
电子邮件:[email protected]
1. 未曾公开发表。论文篇幅以论清主题为原则,一般不超过10页。其主题、方法、结论应简洁,突出重点。
2.Word 软件录入,规格A4,标题用2号宋体加粗(居中排),题目下为单位和作者署名(占一行,用4号楷体,居中排),正文用5号宋体。
3. 务请作者注明通讯地址、邮编、联系电话、传真、电子邮箱。
五、征文安排
请于2015年11月15日前将电子版(word 格式)论文发送电子邮件至[email protected],也可邮寄至筹备组;2015年12月1日:发出评审通知。
欢迎各位专家学者踊跃投稿。
六、注册信息
会议注册费:500元/人;提供参会者论文集U 盘。住宿
誗建筑能耗预测评估誗建筑节能模拟及应用誗供热、空调系统模拟分析誗供热、空调设备模拟分析
誗供热、空调系统控制仿真与应用誗CFD 技术与应用
誗BIM 技术与工程应用誗小区热环境模拟誗人体热舒适模拟
誗采光、遮阳、日照、通风等模拟分析四、征文要求
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