燃煤電廠脫硫廢水處理工藝路線探討

熊 巍，孫園園

（武漢立為工程技術有限公司，湖北 武漢 430000）

燃煤電廠脫硫廢水處理工藝路線探討

熊 巍，孫園園

（武漢立為工程技術有限公司，湖北 武漢 430000）

石灰石—石膏濕法脫硫工藝是目前國內應用最廣泛的脫硫工藝，隨著國家環(huán)保標準的日益嚴格，減少脫硫廢水排放、提高水資源的回收利用率，逐漸成為燃煤電廠下一步環(huán)保工作的重點。文中介紹了燃煤電廠處理脫硫廢水的3種典型工藝，通過案例分析，論述了廢水零排放的可行性，并提出了具體建議和措施。

脫硫廢水；蒸發(fā)結晶；煙道霧化蒸發(fā)；零排放

石灰石—石膏濕法脫硫工藝是目前國內應用最廣泛的脫硫工藝［1-2］，該工藝需要定期排出一定量廢水，以維持整個系統(tǒng)的物質平衡［3］，同時防止?jié){液中氯離子含量過高，影響石膏品質和脫硫效率。脫硫廢水的水量和水質受脫硫工藝、煙氣成分等因素的影響，一般而言，具有以下特點：

a.弱酸性水質，pH值約為4～6；

b.含有大量懸浮物，含量高達9 000～12 700 mg/L；

c.鹽分極高，氯離子質量分數可達0.04；

d.重金屬含量雖然不高，但大多超標［4］。

因此，若脫硫廢水未經處理直接排放，將對環(huán)境造成很大危害?；痣姀S脫硫廢水的處理工藝較多，其中比較具有代表性的是 “中和—絮凝—沉淀”三聯箱工藝、蒸發(fā)—結晶工藝和煙道霧化蒸發(fā)工藝。

圖1 三聯箱工藝流程

1 脫硫廢水處理工藝

1.1 三聯箱工藝

目前，“絮凝—沉淀—中和”三聯箱技術是國內脫硫廢水處理應用最多的一種工藝技術，具體工藝流程如圖1所示。脫硫廢水經加堿（氫氧化鈉或氫氧化鈣）中和后，再加入有機硫、硫酸氯化鐵等絮凝劑以及助凝劑等藥品將脫硫廢水中的懸浮物及重金屬沉淀去除。沉淀的污泥經脫水處理后運至渣場進行綜合處理，處理出水則經pH調節(jié)后進行排放［5］。

三聯箱技術是國內普遍采用的脫硫廢水處理工藝，廢水含固量大成為制約該工藝發(fā)展的重要因素，不僅導致設備故障率高，運行穩(wěn)定性差，而且需要添加大量藥劑，增加運行成本［6］。此外， 三聯箱工藝不能去除廢水中高濃度的氯離子，處理出水難以直接回用，只能外排，因此難以實現脫硫廢水的零排放。雖然在目前的環(huán)保政策及法規(guī)要求下可以實現達標排放，但隨著環(huán)保政策的日益嚴格，該工藝具有一定的政策風險［7］。

1.2 蒸發(fā)結晶工藝

蒸發(fā)結晶工藝在煤化工等行業(yè)的高鹽廢水處理中應用比較成熟，對鹽分含量較高的脫硫廢水處理具有一定的借鑒意義。常見的蒸發(fā)結晶工藝主要有兩種，即多效強制循環(huán)蒸發(fā)（MED）技術和蒸汽機械再壓縮（MVR）技術。

1.2.1 MED技術

MED技術是在單效蒸發(fā)的基礎上發(fā)展起來的一種蒸發(fā)技術，通過多次重復利用蒸汽熱能來減少熱能消耗，降低運行成本。MED技術的工藝流程如圖2所示，將一系列的管段與膜蒸發(fā)器串聯起來，分為幾個效組，以新鮮蒸汽進入的一效作為第一效，第一效產生的二次蒸汽作為加熱蒸汽進入第二效，依次類推。為了保證每一效的傳熱動力，必須逐級降低各效的操作壓力，使得各效的蒸汽沸點和二次蒸汽壓強依次降低，實現效與效之間熱能的多次利用。高鹽廢水則在各效加熱蒸汽的作用下逐漸蒸發(fā)，進入結晶器產生晶體鹽，然后通過分離器實現固液分離，淡水回收利用，固體鹽外售。

雖然MED技術將前一效的二次蒸汽用作后一效的加熱蒸汽，重復利用熱能，但第一效需要補充大量的新鮮蒸汽（蒸發(fā)處理1 t水約需要0.5～1.5 t蒸汽），并且最后一效產生的二次蒸汽也需要進行冷凝，增加了整個系統(tǒng)的復雜性。此外，由于加熱蒸汽的溫度逐效降低，多效蒸發(fā)器一般只做到四效，四效之后蒸發(fā)效果較差。

1.2.2 MVR技術

MVR系統(tǒng)由蒸發(fā)器和結晶器2個單元組成，廢水首先送到蒸發(fā)器系統(tǒng)進行濃縮，再送到強制循環(huán)結晶器進一步濃縮結晶，通過固液分離將鹽和水分開后分別進行回收利用。

MVR技術的原理和工藝流程如圖2所示。高鹽廢水進入蒸發(fā)器中的進料罐，調節(jié)pH值至弱酸性后被送至逆流板式蒸餾水換熱器進行加熱，溫度升至接近沸點時，進入除氧器。在除氧器內，噴灑在填料上的廢水逐級向下流動，與逆流而上的蒸汽相接觸，脫除不凝氣體，然后從底部排出，進入蒸發(fā)器底槽，與循環(huán)的濃鹽水混合。混合后的濃鹽水被送至蒸發(fā)器的頂部管箱并進入垂直管道，沿管道內壁均勻地呈薄膜狀下降。在這個過程中，一部分水吸收管外蒸汽釋放的熱能蒸發(fā)，產生的蒸汽與未蒸發(fā)的濃鹽水一起下降至蒸發(fā)器底槽。在底槽內，蒸汽流經除霧器進入蒸汽壓縮機進行壓縮，提高飽和溫度與壓力，并被送至濃縮器頂部換熱器管束外，與管壁內的濃鹽水進行熱量交換，被冷凝成蒸餾水后沿管壁下降并在蒸發(fā)器冷凝器底部積聚，流入蒸餾水罐。蒸餾水流經換熱器時，對新進的高含鹽廢水加熱。為控制蒸發(fā)器內濃鹽水的總溶解固體含量，濃縮器底槽內的部分濃鹽水被排放至結晶系統(tǒng)中進行結晶處理。

圖2 蒸汽機械再壓縮技術原理

來自蒸發(fā)器的濃鹽水進入結晶器進料罐，經蒸汽加熱后進入結晶器。結晶器的閃蒸罐通過循環(huán)管連接1臺管殼式換熱器，罐內濃鹽水由循環(huán)泵送至換熱器進行加熱，然后返回閃蒸罐，發(fā)生閃蒸。在加熱和閃蒸過程中，水蒸發(fā)出來，濃鹽水變成過飽和狀態(tài)，鹽分析出，逐漸在閃蒸罐內形成混鹽晶體。部分濃鹽水從循環(huán)管道上排至離心機進行液固分離，離心母液返回結晶器，固體廢物進行填埋處置。

對于利用蒸汽作為熱能的多效蒸發(fā)技術，蒸發(fā)1 kg水需要熱能2.32 MJ，而采用機械壓縮蒸發(fā)技術時，蒸發(fā)1 kg水僅需0.12 MJ或更少的熱能，即單一的機械壓縮蒸發(fā)器的效率，理論上相當于20效的多效蒸發(fā)系統(tǒng)。當增加多效蒸發(fā)器的效數時，雖然可以提高效率，但增加了設備的投資和操作的復雜性。

MVR工藝只在首次啟動時需要外源蒸汽，正常運轉后，僅需提供驅動蒸發(fā)器內廢水、蒸汽、冷凝水循環(huán)和流動的水泵、蒸汽壓縮機和控制系統(tǒng)所需要的電能，而廢水蒸發(fā)所需的熱能主要由蒸汽冷凝時釋放的熱能來提供。該技術雖然能夠實現脫硫廢水的零排放，但也存在不足之處，如系統(tǒng)較復雜、投資運行成本高、占地面積大等。此外，系統(tǒng)對進水要求較高，需要配套建設脫硫廢水的預處理系統(tǒng)，去除脫硫廢水中的固體懸浮物及鈣鎂離子等。

1.3 煙道霧化蒸發(fā)工藝

基于煙道蒸發(fā)的脫硫廢水零排放工藝如圖3所示，脫硫廢水在壓縮空氣作用下完成霧化并噴入煙道，隨即在鍋爐尾部煙氣余熱作用下快速蒸發(fā)，其中的鹽分結晶后被除塵器捕獲收集并隨煤灰一起外排，蒸汽則進入吸收塔進行循環(huán)利用，實現廢水的零排放［6］。

圖3 煙道霧化蒸發(fā)工藝流程

目前，煙道霧化蒸發(fā)技術已在內蒙古上都電廠、焦作萬方電廠、哈發(fā)電廠以及寧夏靈武電廠等應用，取得了一定的運行經驗和業(yè)績。具體的工藝流程是將脫硫廢水引至廢水緩沖池進行初步沉淀，沉淀的污泥通過污泥泵打入污泥濃縮池，濃縮池內污泥的主要成分是石膏，由污泥輸送泵送至皮帶脫水機系統(tǒng)進行脫水處理。初步沉淀后的脫硫廢水由廢水輸送泵送至深度過濾裝置進行過濾處理，進一步去除廢水中的固體懸浮物。深度過濾后的廢水被送至清水箱，并在高壓水泵作用下進入除塵器入口煙道內的霧化噴射系統(tǒng)。完成霧化的廢水液滴在高溫煙氣作用下瞬間蒸發(fā)，其中的鹽分結晶成微小的顆粒隨煙氣進入除塵器，與煙氣中的飛灰一起被捕捉外排，水蒸氣則跟隨除塵后的煙氣進入脫硫系統(tǒng)，在噴淋水的冷卻作用下，凝結進入吸收塔。

優(yōu)化霧化噴射系統(tǒng)是煙道霧化蒸發(fā)工藝設計的關鍵，需根據煙氣流量、煙氣溫度等參數來計算確定煙道的蒸發(fā)容量，并根據霧化噴射裝置的性能試驗數據，結合煙道內流場變化特點，優(yōu)化布置霧化噴射裝置。

2 方案對比

對脫硫廢水的3種處理工藝進行比較，結果如表1所示。由表1發(fā)現，三聯箱工藝雖然目前能夠實現達標排放，但滿足不了零排放的要求；MVR蒸發(fā)結晶工藝能夠實現廢水零排放，但投資太高且占地面積較大；煙道霧化蒸發(fā)工藝則通過在目前電廠普遍采用的廢水處理工藝上進行適當改造從而實現零排放，具有系統(tǒng)簡單、投資運行成本低、占地面積小等優(yōu)勢。

根據已有案例的運行經驗，脫硫廢水霧化噴入煙道蒸發(fā)過程中，未出現煙道腐蝕、鹽分結垢堵塞噴射系統(tǒng)等問題，廢水蒸發(fā)系統(tǒng)投運后未見對后續(xù)電除塵造成影響，對煤灰品質及輸灰系統(tǒng)運行也未見影響。雖然在系統(tǒng)運行中曾間斷性出現噴射系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定、煙道底部積灰等問題，但通過完善噴射系統(tǒng)等相關設備選型和加裝蒸汽吹灰器的方法可以解決。

表1 3種脫硫廢水處理工藝比較

3 應用實例

以國內某電廠為例，詳細論證煙道霧化蒸發(fā)工藝的可行性，相關參數如表2所示。

表2 主要設計參數

從脫硫廢水蒸發(fā)的可行性來看，根據相關計算，脫硫廢水若完全蒸發(fā)，煙氣溫度降低3.8～135.2℃，該溫度在酸露點之上，因此不會引發(fā)煙道及除塵器的腐蝕現象。另一方面，當脫硫廢水霧化為60 μm液滴時，在煙道內完全蒸發(fā)所需時間在0.7 s以內，若煙氣流速按12 m/s計算，則霧化液滴完全蒸發(fā)所需要的安全煙道距離為8.4 m，而除塵器入口煙道水平段長度不小于11.78 m，因此有足夠的空間布置霧化噴射系統(tǒng)。

從粉煤灰利用的可行性來看，根據除塵器前煙道的煙氣量和粉塵濃度，2臺機組煤灰產量為131 400 kg/h，而2臺機組產生的脫硫廢水量為15 m3/h，氯離子濃度約為12 000 mg/L，則蒸發(fā)后結晶鹽中氯含量為180 kg/h，占煤灰的質量分數小于0.14%。而一般來講，混凝土中粉煤灰的比例不超過25%，因此混凝土中氯離子含量＜0.035%，符合 《混凝土質量控制標準》 （GB50164—2011）中水溶性氯離子含量不得大于0.1%的相關規(guī)定。

綜上所述，該廠具有實施煙道霧化蒸發(fā)工藝的條件，不僅能夠實現脫硫廢水的零排放，而且不會對粉煤灰的品質及綜合利用造成影響。

4 結論

隨著國家環(huán)保標準的日益嚴格，脫硫廢水零排放將會成為燃煤電廠環(huán)保工作的一種趨勢，而煙道霧化蒸發(fā)工藝也將會得到越來越多的重視。根據目前已實施案例的運行情況來看，仍有許多地方需要進行改善。

a. 做好脫硫廢水預處理，盡量去除固體懸浮物，避免霧化噴射系統(tǒng)堵塞。

b. 加裝吹灰器，避免廢水霧化系統(tǒng)運行異常時，飛灰在煙道支架上集結。

c. 監(jiān)測煙氣溫度，保證廢水霧化蒸發(fā)煙氣溫度不低于110℃。

d.控制廢水的霧化粒徑，保證霧化效果，避免霧化后的廢水液滴蒸發(fā)不完全。

e.霧化噴射系統(tǒng)下游部分煙道做防腐處理，避免系統(tǒng)故障時因廢水不能徹底蒸發(fā)而造成煙道壁腐蝕。

［1］王 巖，孫 偉，許 鵬.火電廠石灰石—石膏濕法脫硫特點及效率的影響因素 ［J］.東北電力技術，2011，32（8）：48-52.

［2］李 超，劉建民，呂 晶.濕法脫硫系統(tǒng)增效節(jié)能研究［J］.東北電力技術，2012，33（5）：4-13.

［3］蔡向東，陳志良，李永和.脫硫廢水處理系統(tǒng)的改造與優(yōu)化 ［J］.華北電力技術，2012，33（5）：33-37.

［4］羅淵濤，姜 威.火力發(fā)電廠煙氣脫硫廢水處理 ［J］.黑龍江電力，2007，29（3）：161-168.

［5］祝業(yè)青，傅高健，顧興俊.脫硫廢水處理裝置運行現狀及優(yōu)化建議 ［J］.江蘇電機工程，2014，33（1）：72-75.

［6］馬雙忱，于偉靜，賈紹廣，等.燃煤電廠脫硫廢水處理技術研究與應用進展 ［J］.化工進展，2016，35（1）：255 -261.

［7］楊佳珊，黃 濤.火電廠廢水處理后回用于煙氣脫硫系統(tǒng)的可行性 ［J］.東北電力技術，2007，28（11）：35-37.

［8］海雅玲，高海瑞.新型脫硫廢水處理工藝性能分析 ［J］.科技創(chuàng)新導報，2014（14）：89-91.

Discussion on Flue Gas Desulfurization Wastewater Treatment Technologies in Coal?fired Power Plant

XIONG Wei，SUN Yuanyuan
（Wuhan Leaway Engineering＆Technology Co.，Ltd.，Wuhan，Hubei 430000，China）

The limestone?gypsum wet flue gas desulfurization technology has been the main desulfurization technology at present.With the environmental standards becoming more and more strict，reducing the discharge of desulfurization wastewater and enhancing the reclamation of water gradually become the focus for coal-fired power plants.In this paper，three typical flue gas desulfurization wastewater treatment technologies are discussed based on variation analysis.Zero discharge feasible of desulfurization is proven.In ad?dition，specific measures are proposed.

desulfurization wastewater；evaporative crystallization；spay evaporation；zero discharge

X773

A

1004-7913（2017）03-0035-04

熊 ?。?981），男，碩士，工程師，從事煙氣脫硫脫硝工程相關研究工作。

2016-12-15）