燃煤脱硫可以实现碳中和吗(「论文推荐」马双忱等：燃煤电厂高盐脱硫废水固化基础实验)

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作 者

马双忱¹,向亚军¹,陈嘉宁¹,万忠诚²,张净瑞²,柴 晋¹

作者单位

1. 华北电力大学(保定) 环境科学与工程系；2. 盛发环保科技(厦门)有限公司

研究背景

石灰石/石膏湿法脱硫工艺作为当前燃煤电厂主流脱硫技术,具有脱硫效率高,技术成熟,运行稳定等优点,但为了防止循环浆液系统氯离子等元素的过度富集,脱硫系统需要定期外排一定量的脱硫废水。

脱硫废水具备以下特点:①水质受多种因素影响,且易随工况及煤种变化而变化;②pH值为4.5~6.5,呈弱酸性,氯离子含量高;③以石膏颗粒、二氧化硅、铁铝化合物为主要成分的悬浮物含量较高;④总溶解性固体含量较高,且变化范围大,一般在30000~60000mg/L,Ca2+和Mg2+等硬度离子含量高;⑤汞、铅、砷等重金属第Ⅰ类污染物超标。因此,脱硫废水处理倍受业内关注。

随着《水污染防治行动计划》(又称为“水十条”)和《火电厂污染防治可行技术指南》的先后发布,脱硫废水零排放成为燃煤电厂环保的重中之重。目前常用的处理工艺是传统化学沉淀方法,脱硫废水经过中和沉淀、沉降、絮凝以及浓缩澄清过程,大部分悬浮物和重金属离子会被去除,这一工艺能满足废水行业排放标准(DL/T997—2006),但无法去除迁移性较强的氯离子等可溶性盐分,对硒离子去除效果也不佳,无法实现真正的脱硫废水零排放。

以蒸发结晶和蒸发技术为主的零排放技术是当前脱硫废水处理领域的研究热点。蒸发结晶技术工艺复杂,运行成本高,通过简单预处理后得到的混盐无利用价值,采用分盐工艺能得到纯度较高的结晶盐,但会进一步加大运行成本;低温烟道蒸发以及旁路烟道蒸发技术增加飞灰中含尘量,将处理压力转移至电除尘器,粉煤灰中盐分过高会影响水泥品质。

摘 要

脱硫废水零排放背景下,常规的蒸发和结晶工艺无法有效避免二次污染,提出了一种脱硫废水烟气浓缩及水泥化固定的技术路线。在烟气浓缩塔中,利用部分电除尘器后的烟气对脱硫废水进行蒸发浓缩,浓缩后的脱硫废水与水泥、粉煤灰等材料拌合后制得固化体,从而实现污染物的水泥化固定。

实验将模拟高盐水与水泥、粉煤灰和河砂拌合,制得固化体,养护至特定龄期后,对其抗压强度和结合氯离子能力进行检测。通过控制单变量的方法,实验探究了不同组分材料的配比对固化体的抗压强度和结合氯离子能力的影响,并利用XRD对固化体粉末进行了产物表征。

结果表明:在水泥配比为1.08时固化体的抗压强度最高,粉煤灰配比大于0.25后固化体的抗压强度提升明显,模拟高盐水配比越大,固化体的抗压强度越低,河砂量对固化体的抗压强度影响小。实验中制得的固化体在养护28d后,其抗压强度值在30MPa以上,能达到《混凝土路缘石》标准中路缘石的最低抗压强度要求。

随着水泥配比的增大,固化体的结合氯离子能力增大21.7%,且受水泥水化所需水量的限制,其增大趋势渐缓;由于粉煤灰在水化过程中的产物与氯离子生成的Friedel’s盐量较少,随着粉煤灰配比的增大,固化体的结合氯离子能力仅增大4.9%。XRD的结果验证了水泥固化过程中Friedel’s盐的存在。

作者简介

马双忱，男，满族，1968年12月出生，辽宁大连人，中共党员。2003年4月毕业于华北电力大学热能工程专业，获工学博士学位。现为华北电力大学环境科学与工程系教授、博士生导师、环工系应化教研室主任。兼任中国电机工程学会化学专委会委员、中电联节能环保分会特聘专家、大唐电科院环保与化学领域外聘专家等。

研究方向

大气污染控制、脱硫废水零排放、高温高压水化学等

主要成果

承担国家自然科学基金项目2项，河北省科技专项1项，河北省和北京市基金项目各1项，国家重点研发计划子课题2项，横向课题10余项。曾获河北省科技进步奖1项，截止2017年，发表SCI论文50余篇，授权专利10余项。现指导科研团队瞄准电力行业技术需求，切实解决行业发展中存在的技术问题，在脱硫废水零排放、白泥脱硫、脱硝副产品硫酸氢铵控制、碳捕集等领域开展创新研究，并将科研成果与生产实践紧密结合，促进了行业进步和可持续发展。

文中图片

脱硫废水烟气浓缩及水泥化固定工艺

水泥量对固化体抗压强度的影响

粉煤灰量对固化体抗压强度的影响

高盐水量对固化体抗压强度的影响趋势

河砂量对固化体抗压强度的影响趋势

水泥量对固化体结合氯离子能力影响趋势(28d)

粉煤灰量对固化体结合氯离子能力影响趋势(28d)

不同水样制得的固化体XRD图

来源：

马双忱,向亚军,陈嘉宁,等. 燃煤电厂高盐脱硫废水固化基础实验[J]. 煤炭学报,2019,44(8):2596-2602.

MA Shuangchen,XIANG Yajun,CHEN Jianing,et al. Basic experimental on solidification for high salt desulfurization wastewater in coal-fired power plant[J]. Journal of China Coal Society,2019,44(8):2596-2602.

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信息提供：郭晓炜 编辑整理：刘旸

审核：毕永华

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