第十章火电厂环境治理

第十章火电厂环境治理内容提要：介绍了火电厂汽、水、渣的污染和治理。主要包括：电厂冲灰水、锅炉酸洗废水等各种废水的排放与处理；SO2和NOx的治理的主要方法、原理和工艺；粉煤灰的理化性质及综合利用情况。目录第一节火电厂废水治理第二节火电厂废气治理第三节粉煤灰综合利用第一节火电厂废水治理火电厂绝大部分设备都是以水作为工作介质或冷却介质。在生产过程中，水质将发生很大变化。根据不同使用情况而产生了各种废水。对于大量电厂废水的处理和有效利用有着重要的意义。废水的来源废水的处理方法冲灰废水的处理水力除灰系统的废水水力除灰是国内外燃煤电厂普遍采用的除灰方式。在排灰过程中，由于水和灰、渣的相互作用，使部分灰、渣溶于水中，而使水体受到污染。污染杂质的成分取决于灰、渣的化学组成、冲灰水水质、除尘和除灰方式等。灰水中主要含有饱和Ca(OH)2、饱和CaSO4以及Mg(OH)2等。此外，还有少量的稀有元素锗、钒、钛、砷、汞和氟。冲灰废水的排放量约相当于电厂其它各种工业废水排放量的总和。冲灰系统废水的处理（1）浓缩水力除灰（2）干除灰渣（气力输灰）(3)灰水悬浮物超标处理要解决灰水悬浮物超标问题，首先在设计上要考虑有足够的灰水停留时间(灰池容积不能太小)，使灰粒充分沉淀。其次改进颗粒沉降措施。措施有：加装挡板，减少入口流量；在出口处安装下水堰、拦污栅，防止灰粒流出；用出水槽代替出水管，从而减少出水流速；添加凝聚剂，加速颗粒的沉降。(4)灰水pH值超标处理主要采用的工艺措施有炉烟(或纯CO2)处理和加酸处理。①炉烟处理按炉烟的吸收方式不同，可分为灰沟(池)布气吸收法和吸收塔吸收法及纯CO2处理法。灰沟(池)布气吸收法工艺流程见图10-1。吸收塔吸收法工艺流程见图10-2。钢瓶CO2法：指采用商品CO2(纯净CO2)中和处理灰水。②加酸处理加酸处理灰水是一种处理工艺简单的方法。一般可采用添加工业HCl、H2SO4或邻近工厂排出的废酸。图10-1灰沟布气法炉烟处理灰水工艺流程图10-2吸收塔法炉烟处理灰水工艺流程(5)灰水中其它有害物质的处理冲灰废水中的氟、砷、铬等毒性物质一般是采用化学沉淀法，投加化学药剂和混凝剂，然后将有毒沉淀物置于容器内密封后埋置。冲灰废水中的氟、砷、铬等毒性物质，除采用化学沉淀法外，还可采用吸附净化法，可根据不同的杂质适当的选择离子交换树脂、粉煤灰。烟气脱硫废水处理来源：湿法脱硫之后的废水处理方法：（1）灰场堆放（2）蒸发烟气脱硫废水（3）处理后排放或回用（4）烟气脱硫废水处理系统（图10-3）图10-3烟气脱硫废水处理系统生活污水的处理电厂生活污水的处理方法与城市生活污染处理类似，处理方法主要有：1.纳滤技术纳滤处理生活污水流程2.生物接触氧化法生物接触氧化法系统流程3.氧化絮凝复合床（OFR）处理法系统简单、运行稳定、操作维护方便：占地面积小、运行费用低：处理效果良好，污泥排放少，无二次污染4.A2/O法图10-4纳滤处理生活污水图10-5生物接触氧化法系统流程水处理设备及凝结水净化设备产生的废水水处理设备及凝结水净化设备在过滤、酸(碱)再生、正(反)洗等操作过程中，也会产生一定量的废水。在水进行预处理时，还产生一些泥浆。水处理设备废水的特点是含有酸、碱和大量的中性盐。凝结水净化设备产生的废水含盐量和其它杂质都比较少。主要是凝结水系统设备、管道的金属腐蚀产物；冷却水渗漏到凝结水中的杂质；及再生时产生的酸、碱、盐等。这部分废水量只占全部水处理设备废水的一小部分。水处理设备及凝结水净化设备废水的处理这类废水含有大量的盐类和粗组分散杂质，考虑其排放时，可将废水分为两部分，一部分是预处理设备的排放水，另一部分是除盐设备的排放水。预处理设备的排放水特点是，其中的杂质以沉淀物的形式存在。除盐设备的排放水，阴离子交换树脂再生产生碱性废水，阳离子交换树脂再生产生酸性废水。通常酸性废水的量均大于碱性废水的量，为了中和过剩的酸性废水，可采用以下几种方法处理：排入水力除灰系统、用碱性物质中和、增加阴离子树脂再生剂量。锅炉化学清洗和停炉保护排放的废水新锅炉试运行和停用保护时，都需要进行化学清洗。它包括化学药剂清洗和水冲洗的废水。这类废水的杂质成分包括酸、碱、盐、重金属、有机物和一些有毒物质。它的排放特点是流量变化大，特别集中，而且水中污染物的成分和数量都在不断变化，外观上也不同于一般的废水，颜色深，多泡沫，并有特殊的刺激性气味。锅炉化学清洗和停炉保护排放的废水(1)锅炉化学清洗废水的处理这类废水的特点是排放集中，杂质成分复杂，其水质成分取决于清洗药剂配方、清洗方式和被清洗沉淀物的组成因素。主要超标物质是pH值、COD和铁等。处理方法有：炉内焚烧法、化学氧化分解法、吸附法等。①炉内焚烧法机理：在炉内高温条件下，使有机酸分解氧化为水蒸气和二氧化碳，废水中的重金属离子变成金属氧化物，约90%沉积在灰渣中，约10%随烟气逸入大气，一般能符合排放标准。②化学氧化分解法盐酸清洗废液的处理系统见图10-6。有机酸清洗废液的处理系统见图10-7。③吸附法废液中的COD可采用活性炭或煤灰吸附的办法去除。(2)停炉保护废水的处理湿式停炉保护法主要是用氨和联胺满水保护法。当锅炉再启动时，就排出大量含有氨和联胺的停炉保护水。通常这种废水采用氧化法处理。图10-6盐酸清洗废液的氧化处理系统图10-7有机酸清洗废液的氧化处理系统石油产品污染的废水这类废水含有的石油成分有：重油、润滑油、绝缘油、煤油和汽油等。它是由电厂的以下部位而产生的。重油设施的废水包括水泵的冷却水、重油设施的凝结水、被重油污染的地下水、设备检修和事故排放的废水。主厂房的含油废水一般是汽轮机组的油系统漏油而产生的。电气设备的含油废水主要指变压器等电器设备的密封垫、法兰连接部的漏油而产生的。此外，还有废油再生排放的废水等。石油产品污染的废水处理含油废水一般均为水包油的分散体系。其分散状态与油、水的性质及其生成条件有关，主要可分为：可乳油、乳化油和溶解油。除去这三种油污的方法有：隔油池法、溶气浮选法和生化处理。(1)隔油池法该法主要用于除去可浮油。它是以油、水密度差为基础，通过隔油池将浮到水面的油除去。常用的设施称隔油池，有平板式和斜板式两种。(2)溶气浮选法该法主要是用于除去水中的乳化油。原理：将空气在一定的压力下溶于含油废水中，然后使废水压力突然降低，在减压条件下，水中的空气就形成小气泡上浮，分散在水中的油滴被粘附在气泡上，并一起上浮到水面，实现油水分离。按产生气泡的方式不同，溶气浮选法可分为加压法、真空减压法、电解法和喷射法等。图10-8为全部进水加压的溶气浮选法工艺流程简图。图10-8全部进水加压溶气浮选工艺流程（3）超滤法超滤法的分离机理是筛孔分离过程，主要用于分离液相物质中的溶质，所采用的膜是高聚物超滤膜。超滤法的最大优点在于能浓缩或回收物质而没有相的变化，具有无需加热、设备简单、占地少、能耗低、操作压力低的特点其流程如图10-9所示。图10-9超滤处理含油废水的流程(4)生物处理法在自然界存在着大量依靠有机物生活的微生物，它们具有氧化分解有机物并将其转化为无机物的巨大功能。这种利用微生物氧化分解废水中的有机物的方法，称为生物处理法。生物处理法根据微生物对氧气的不同要求，一般分为：好氧生物处理法和厌氧生物处理法。好氧生物处理法主要包括活性污泥法和生物过滤法。活性污泥法处理含油废水的工艺流程如图10-10所示。图10-10含油废水活性污泥处理简图电厂节水技术1.回收利用2.集中处理3.城市污水回用——中水回用图10-11电厂的工业废水集中处理后回用工艺流程图10-12火电厂废水回收系统流程1图10-13水处理工艺流程第二节火电厂废气治理二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOX)的污染，是当前严重的公害问题。而火电厂所排废气中，SO2、NOX也是主要污染物。SO2的危害和治理NOX的危害和治理粉尘的危害和治理SO2的危害和治理SO2的危害SO2是一种无色而有刺激性气味的有毒气体。人吸入SO2，呼吸道将受到损害。下雨时，硫的氧化物及所生成的硫酸随雨水降到地面，形成“酸雨”。酸雨对金属制品和建筑物有较强的腐蚀性，并可毒害鱼类等水中生物，使土壤酸化，损害森林及农作物。硫的氧化物还能直接损伤织物的叶茎，使植物枯死。因此，SO2在大气中的含量应受到限制。SO2的治理烟气脱硫方法：根据生成物的出路不同，分为回收法和抛弃法；根据操作过程的物相不同，又可分为干法和湿法。排烟脱硫方法：石灰石/石灰法；喷雾干燥法等。(1)石灰石/石灰法①反应原理：石灰石或石灰浆液吸收烟气中的SO2，先生成亚硫酸钙，然后氧化成硫酸钙。②流程和设备：该法工艺流程见图10-14。设备：湍球塔、筛板塔、喷雾塔、文丘里洗涤器等。图10-14石灰石/石灰法工艺流程(2)喷雾干燥法这种工艺属于半干法脱硫，多数采用旋转喷雾器，也有采用各种喷嘴喷雾。化学反应原理：(6-1)(6-2)(6-3)(6-4)(6-5)222323423332444SOHOHSOCa(OH)HSOCaSOHOCaSO()CaSO()1CaSO()OCaSO()2CaSO()CaSO()液固液液液固NOX的危害和治理NOX的危害气态氮氧化物可包括四种形式：一氧化二氮N2O、一氧化氮NO、三氧化二氮N2O3和二氧化氮NO2。在NOX废气中，NO和NO2为其主要成分。当前，世界各国都已确定NOX为大气中有毒污染物。NO不溶于水，常温下易与空气中氧气化合生成NO2。NO与血红素的亲和力比CO大近百倍，能使血液循环受阻，严重者可致死亡。NO2为红棕色刺激性有毒气体，能使血红素丧失输氧能力。NOX和空气中燃烧不完全的碳氢化合物在日光下发生光化学反应，生成的光化学烟雾对人的呼吸器官和农作物都有损害作用。同时，光化学反应生成的过氧乙酰硝酸盐(PAN)是一种致癌物。NOX废气还会引起结膜炎、咽痛、肺炎、废水肿，并有损人的神经系统。为此，NOX的污染问题受到世界各国的普遍关注，均制定了NOX的排放标准，我国制定的标准见表10-1。表10-1SO2、NOX、粉尘的排放标准烟囱高度(m)排放标准(最高允许浓度)Kg/hSO2NOX粉尘20—123082—8240—3745170—170603108631080650160650100120023012001201700—17001502400—2400NOX的治理脱除烟气中的氮氧化物，简称为烟气脱氮，也称排烟脱硝或烟气脱硝，这是目前NOX治理的主要方式。烟气脱硝的方法很多，大体上分为催化还原法、固体吸附法和液相吸附法。(1)催化还原法该法是以氨或廉价的燃料气(天然气、石油气等)为还原剂，在催化剂的作用下，将烟气中的氧化氮还原，即由NO2NON2。一般催化剂可用贵金属(铂、钯等)，或非贵金属(铜、铬、钒、铁等)。(2)固体吸附法该法的优点是净化程度高，并可利用热空气或蒸汽脱附，回收高浓度的NOX，操作方便。缺点是固体吸附剂吸附容量小，吸附剂容量大，再生周期长。一般常用的吸附剂有：分子筛、活性炭、硅胶、焦炭等。最常用的为分子筛和硅胶。(3)液相吸收法该法包括酸性溶液吸收法、碱性溶液吸收法、酸性溶液吸收氧化法、碱性溶液吸收氧化法、盐类溶液吸收法等。目前该法脱硝在国内外均不够成熟，都在研究试验之中。粉尘的危害和治理除尘器的选择除尘器是将烟气中的粉尘分离、捕集的装置根据除尘效率考虑，电厂普遍用的是高效除尘器。例如，电除尘器、文丘里水膜式除尘器、多管旋风式除尘器等。文丘里水膜式除尘器的特点是既能除去烟气中的粉尘，又能吸收烟气中的某些气体，而且除尘效率高，投资费用少。除尘排渣烟囱高度烟囱设计的目的就是要满足其排放污染物的地面浓度低于国家标准。所以烟囱高度一般是根据不同类地区的国家地面浓度标准而计算，并与当地的地形和气象条件密切相关。一般情况下，烟囱越高，所排污染物在空间各个方向扩散的范围越大，可使地面浓度显著降低(虽然污染物总量不变)。因此，加高烟囱作为控制污染的措施是有效的。第三