利用燃煤电厂锅炉进行水处理固废处置应用

利用燃煤电厂锅炉进行水处理固废处置应用

李文佳

大唐绥化热电有限公司，黑龙江省绥化市，152000

摘要：本文聚焦于利用燃煤电厂锅炉进行水处理固废的创新性处置策略。针对燃煤电厂在运营过程中产生的大量水处理固废问题，本文深入探讨了锅炉协同处理技术的应用，旨在实现固废的减量化、无害化和资源化。本文的研究不仅为燃煤电厂提供了一种有效的固废处理方案，也为推动能源行业的绿色转型和可持续发展提供了重要参考。

关键词：燃煤电厂；锅炉；水处理；固废处置

1.燃煤电厂锅炉水处理固废种类及特性

燃煤电厂锅炉在水处理过程中，会产生一系列的污泥、废渣及化学药剂残留等固废。污泥作为最主要的固废之一，源于锅炉给水的预处理和软化环节，富含悬浮物、胶体物质及溶解性杂质，经过混凝、沉淀等工艺处理后形成，其物理特性表现为高含水率（通常超过90%）、高粘性及良好的压缩性，而化学特性则依据水质和处理工艺的不同，可能富含重金属离子（如铁、锰、铜等）、磷酸盐、硅酸盐等。废渣则主要来源于锅炉排污、水处理设备反洗及锅炉内部沉积物的清理，成分复杂，可能包含未完全反应的化学药剂、锅炉腐蚀产物、沉积的矿物质等，其物理形态多样，从细小的颗粒到较大的块状物均有，化学性质上可能具有腐蚀性、毒性或放射性（尽管在常规燃煤电厂中放射性废渣较为罕见）[1]。此外，化学药剂残留也是不可忽视的固废，包括用于软化、除盐、防腐等目的而加入的离子交换树脂、阻垢剂、缓蚀剂等，这些药剂在长期使用过程中会有部分残留于系统中，其特性各异，但普遍具有环境持久性和生物累积性，对环境和生态系统构成潜在威胁。

总之，燃煤电厂锅炉水处理固废具有种类多样、成分复杂、物理和化学特性各异的特点。这些固废的有效管理和处置对于保障电厂安全稳定运行、减少环境污染及实现资源循环利用具有重要意义。

2.煤电厂锅炉水处理固废产生量及危害

燃煤电厂锅炉运行过程中，水处理系统产生的固废量受多种因素影响，包括电厂规模（S）、水质条件（Q）、处理工艺（P）及运行效率（η）。固废量的估算基于水量平衡与物料守恒原理，具体可通过以下简化公式进行：

[ \text{固废总量} = \left( \text{补给水量} \times \text{固废生成因子} \right) + \left( \sum_{i} \text{药剂}_i \times \text{残留率}_i \right) ]

其中，固废生成因子是综合考虑各处理环节（如沉淀、过滤、软化、除盐等）效率后的经验值或计算值；药剂残留率则根据药剂种类、投加方式及去除机制确定。

这些固废若处理不当，将带来显著危害：（1）环境危害：固废中的重金属（如Men+）、腐蚀性物质（如H2​SO4​、HCl残留）及有机污染物（以TOC表示）在环境作用下可能扩散，导致土壤污染（ΔCsoil​）、水体富营养化（N,P超标）及大气污染（PM、VOCs增加）。（2）人体健康危害：长期暴露于污染环境中，人体健康风险增加，具体可通过健康风险评估模型（如HRA=f(暴露剂量，毒性因子)）量化，可能引发呼吸系统疾病、神经系统损害及癌症等[2]。（3）电厂运行危害：固废堆积占用土地资源，增加运营成本（Cop​），且固废中的有害物质可能通过循环水系统（以Crecycle​表示其浓度）返回锅炉，影响水质（ΔQwater​），加剧腐蚀（ΔCcorr​）和结垢（ΔSscale​），降低热效率（ηthermal​下降），进而增加能耗（Eextra​）和维修成本（Mrepair​）。因此，精确估算固废产生量（利用上述公式及具体参数），并全面评估其对环境、人体健康及电厂运行的潜在危害，是制定针对性固废管理策略、促进电厂绿色转型与可持续发展的关键步骤。

3.燃煤电厂锅炉水处理固废处置技术

3.1锅炉协同处理技术

燃煤电厂锅炉协同处理水处理固废，作为一种前瞻性的资源利用策略，其核心在于将经过严格筛选的低含重金属污泥、特定化学组成的废渣等固废，作为辅助燃料或添加剂直接融入锅炉燃烧系统。此过程要求精确控制锅炉的各项运行参数，炉膛温度需稳定在1200°C至1500°C的范围内，以确保固废的充分燃烧与能量的高效转化；同时，过量空气系数（OAR）的调控至1.1至1.3区间，旨在优化燃烧效率与减少污染物排放之间的平衡。此外，通过优化燃烧器布局与采用先进的分级燃烧技术，有效抑制了氮氧化物（NOx）的生成，而再循环烟气的引入则进一步降低了炉膛温度梯度，减缓了热应力对锅炉结构材料的潜在损害[3]。为确保这一协同处理过程的安全与高效，实施定期的性能监测机制，包括锅炉效率（η）的评估与排放指标（SO2, NOx, PM浓度等）的严格监控，旨在实现资源利用率提升与环境污染负荷降低的双重目标。

3.2 新型水处理技术

为从源头上减少燃煤电厂锅炉水处理过程中固废的生成，一系列创新型水处理技术应运而生。膜处理技术，特别是超滤（UF）与反渗透（RO），以其卓越的分离性能脱颖而出，成为减少水中溶解性固体、有机物及微生物含量的关键手段。RO技术以其高达95%以上的脱盐率，显著降低了锅炉补给水的含盐量，从而减轻了后续处理系统的负担，并延长了锅炉的使用寿命。而高级氧化技术（AOPs），包括臭氧氧化、芬顿反应等，则通过引发一系列化学反应，生成具有强大氧化能力的自由基，这些自由基能够高效地将难降解有机物转化为易处理或无毒物质，为水质的深度净化开辟了新途径。在技术应用过程中，需紧密结合电厂实际水质特点，通过科学严谨的小试、中试及现场验证流程，确保技术效果的同时，也需综合考量成本效益比（如投资回报率ROI），以实现技术应用的经济性与可持续性。

3.3 固废资源化利用

针对富含硅、铝等矿物成分的固废，通过先进的热处理技术（如高温煅烧至800°C-1200°C），促使固废中的矿物质发生相变，增强其物理力学性能，进而加工成多种环保建材。例如，利用固废中的硅酸盐成分，通过成型与烧结工艺，可生产出高强度的建筑用砖，其抗压强度可达30MPa以上，满足建筑行业的标准要求。同时，固废中的铝氧化物经过适当处理，可作为陶瓷原料使用，生产出具有优异性能的陶瓷产品，如耐磨陶瓷砖、装饰陶瓷板等。此外，针对固废中可能含有的金属元素（如铁、铜、锌等），采用化学提取法或生物浸出技术进行有效回收。化学提取法通常涉及酸浸、碱浸等步骤，通过控制浸出液的pH值、温度及反应时间，使金属元素以离子形态进入溶液，再通过沉淀、电解等方法实现金属的分离与提纯。生物浸出技术则利用特定微生物的代谢活动，在温和条件下分解固废中的金属化合物，释放出金属离子，具有环保、能耗低的优势。提取出的金属元素可作为工业生产原料，实现资源的循环利用。在固废资源化利用过程中，还需关注固废中可能存在的有害物质（如重金属、有机物等）的去除与稳定化处理。通过添加固化剂、稳定化剂或采用热处理等方法，将有害物质固定在固废基质中，防止其在后续利用过程中对环境造成二次污染。同时，加强资源化产品的质量检测与环保评估，确保其符合相关标准与法规要求，实现固废处理的减量化、无害化与资源化目标。

结束语：

综上，利用燃煤电厂锅炉进行水处理固废处置是一项富有成效的环保实践。通过锅炉协同处理、新型水处理技术的应用以及固废资源化利用的多重策略，燃煤电厂不仅能够有效解决固废堆积问题，还能提升资源利用效率，减少环境污染。这一创新应用不仅展现了燃煤电厂在环保领域的积极作为，也为其他行业提供了可借鉴的固废处理模式。在未来的探究中，仍需持续加强技术研发、完善政策体系、强化监管力度，确保固废处理工作的科学、规范和有效进行。

参考文献：

[1]白双源. 智慧型燃煤电厂废水处理系统研究[J]. 设备管理与维修, 2023, (17): 18-19.

[2]王靖宇, 陈成, 高志刚, 罗纯仁, 钟振成. 燃煤电厂脱硫废水处理技术路线选择分析[J]. 现代化工, 2023, 43 (07): 44-49.

[3]王启栋, 谭云, 冯奇. 燃煤电厂高盐废水零排放处理技术浅析[J]. 青海环境, 2022, 32 (02): 100-104.