燃煤鍋爐采用煙氣旁路干燥技術(shù)實現(xiàn)脫硫廢水零排放

袁偉中，劉春紅，童小忠，祁志福，孔慶忠，陳 彪

(1.浙江浙能長興發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 湖州 313100；2.浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，浙江 杭州 310003)

燃煤鍋爐采用煙氣旁路干燥技術(shù)實現(xiàn)脫硫廢水零排放

袁偉中1，劉春紅2，童小忠2，祁志福2，孔慶忠1，陳 彪2

(1.浙江浙能長興發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 湖州 313100；2.浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，浙江 杭州 310003)

介紹了一種新的實現(xiàn)脫硫廢水零排放的系統(tǒng)，這套系統(tǒng)通過抽取3%～5%的高溫?zé)煔?，?jīng)過干燥塔對脫硫廢水進(jìn)行蒸干處理，實現(xiàn)了脫硫廢水的零排放。這套系統(tǒng)在浙能長興電廠300MW機(jī)組上實施并運行，系統(tǒng)已穩(wěn)定運行4個月，各項檢測結(jié)果顯示：抽取3%～5%的350℃左右的鍋爐尾部煙氣，可以干燥3～4t/h的脫硫廢水；對鍋爐效率影響約為0.3%；干燥塔底灰含水率小于2%，干燥塔沒有粘壁，煙氣其他各項污染物沒有上升，廢水中的鹽分與飛灰混合后在電除塵除去，電除塵第一電場灰中氯離子有所上升達(dá)到0.4%～0.6%，可以作為普通混凝土摻配加以利用。

煙氣旁路；干燥塔；噴霧干燥器含水率；氯離子

0 引言

燃煤發(fā)電廠近年來大規(guī)模實施煙氣超低排放改造，其中采用石灰石濕法進(jìn)行煙氣脫硫的過程中會產(chǎn)生脫硫廢水，由于脫硫廢水成分復(fù)雜、水質(zhì)變化大、危害大難以處理，成為下一步燃煤電廠污染治理的重點。隨著國家環(huán)保政策對燃煤發(fā)電機(jī)組污染物排放限制日益嚴(yán)格和淡水資源的持續(xù)短缺，脫硫廢水的零排放被提上日程。浙能長興發(fā)電廠2號機(jī)組脫硫廢水采用煙氣旁路干燥處理的應(yīng)用試驗，系統(tǒng)于2016年8月12日投入運行，實現(xiàn)了較低投資成本和運行成本脫硫廢水的零排放，為燃煤發(fā)電機(jī)組脫硫廢水零排放技術(shù)路線提供了一種新的選擇。

1 脫硫廢水零排放技術(shù)路線的確定

浙能長興發(fā)電廠為浙能集團(tuán)位于浙北的一家內(nèi)陸發(fā)電廠，總裝機(jī)容量4×300MW亞臨界機(jī)組，采用石灰石-石膏濕法脫硫，每臺機(jī)組脫硫廢水的產(chǎn)生廢水量約為3t/h，配套設(shè)計的脫硫廢水處理系統(tǒng)為傳統(tǒng)的三聯(lián)箱，以前處理后的脫硫廢水排放進(jìn)入租借的灰場，由于灰場租期臨近，脫硫廢水無處排放，如達(dá)標(biāo)廢水直排內(nèi)河，對內(nèi)河水質(zhì)影響較大，電廠生產(chǎn)用水取自內(nèi)河，直接威脅到電廠的生產(chǎn)用水安全，因此脫硫廢水迫切需要實現(xiàn)零液體排放(Zero Liquid Discharge簡稱ZLD),實現(xiàn)脫硫廢水零排放(ZLD)的技術(shù)路線不外乎有兩種思路：

(1)從廢水中把各種雜質(zhì)取出來，最終離子態(tài)的溶解鹽通過蒸發(fā)結(jié)晶達(dá)到固化處理的最終目的，這需要運用各種分離技術(shù)，如：軟化、納濾、常規(guī)和高壓反滲透膜分離技術(shù)，并在采用上述分離技術(shù)之前，脫硫廢水需要去除硬度，最終處理后的高濃度氯化鈉鹽水進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶，如果要制取高純度的工業(yè)鹽，需要配套進(jìn)行精制鹽設(shè)計，純度才能達(dá)到工業(yè)鹽標(biāo)準(zhǔn)，否則只能得到雜鹽，成為固體廢棄物，無論哪種制鹽工藝其工藝流程都很復(fù)雜，設(shè)備種類繁多，可靠性都存在諸多不確定性，涉及投資和運行維護(hù)成本高，并且需要消耗高品質(zhì)蒸汽或者電能，這對于近年來發(fā)電利用小時數(shù)日益減少的燃煤電廠來說，無疑壓力巨大。

(2)脫硫廢水中的雜質(zhì)主要來自來自燃煤，煤燃燒后絕大部分的固體雜質(zhì)留在灰渣中，剩余部分雜質(zhì)隨煙氣進(jìn)入了脫硫廢水，當(dāng)脫硫廢水經(jīng)過三聯(lián)箱處理除去重金屬離子后，如果直接利用煙氣余熱對廢水進(jìn)行干化處理，脫硫廢水中殘余雜質(zhì)就連同煙氣中的灰份一起進(jìn)入灰渣，使得源自燃煤的雜質(zhì)全部匯集到灰渣中，盡管部分灰渣品質(zhì)會下降，可以降級使用，絕大部分的灰渣仍可以得到高品質(zhì)資源化利用，沒有產(chǎn)生新的固廢。更有優(yōu)勢的是本處理技術(shù)采用了低品質(zhì)的熱源——煙氣余熱，將對機(jī)組能耗的影響降到最低。

按照(2)的思路，長興電廠的脫硫廢水煙氣干化處理的設(shè)計思路借鑒了食藥品生產(chǎn)過程中的噴霧干燥技術(shù)，熱源選自鍋爐尾部煙道的熱煙氣，為了保證處理過程不影響發(fā)電機(jī)組正常運行，采用煙氣旁路形式[1]，從鍋爐后尾部煙道抽取約3%～5%的高溫?zé)煔鈁1]，通過干燥塔直接熱交換干燥脫硫廢水，脫硫廢水中的鹽類顆粒一部分從干燥塔底部排出，另一部分隨煙氣進(jìn)入電除塵進(jìn)行收集，這種處理方式系統(tǒng)簡單，運行費用低，解決脫硫廢水零排放。

2 脫硫廢水的煙氣旁路干燥處理系統(tǒng)介紹

浙能長興電廠2號機(jī)組脫硫廢水旁路煙氣干燥系統(tǒng)額定設(shè)計出力為3t/h，工藝流程見圖1[2]。

長興電廠2號機(jī)組主要煙氣技術(shù)參數(shù)見表1。

圖1 旁路煙氣干燥脫硫廢水示意[2]

表1 長興電廠2號機(jī)組主要煙氣技術(shù)參數(shù)

項 目工況1工況2工況3機(jī)組負(fù)荷100%ECR/THA75%ECR/THA50%ECR/THA發(fā)電機(jī)功率/MW331.7250.4160.2脫硝出口A/℃356--脫硝出口B/℃356--空預(yù)器B出口煙溫1/℃125.9119.5106.9空預(yù)器B出口煙溫2/℃136.4131.3114.0總風(fēng)量/t·h-11340.91001.8793.2處理煙氣量/m3·h-11167976.1910786.0696520.0

該廠空預(yù)器進(jìn)口煙溫基本在330～360℃，煙塵濃度在6900mg/m3，旁路煙氣的設(shè)計按照煙溫350℃設(shè)計，熱交換后的煙氣余熱按照130℃設(shè)計，干燥后固體顆粒物水分按照小于2%設(shè)計，以下是空預(yù)器壓差阻力情況。

從空預(yù)器出口煙道上引出一路約3%～5%的旁路煙道設(shè)計，空預(yù)器在機(jī)組全負(fù)荷段阻力在500～1100Pa以上，而煙氣旁路和干燥塔阻力很小，因此完全可以利用主煙道的負(fù)壓將加熱后的旁路煙器抽回到主煙道的電除塵進(jìn)口。

表2 空預(yù)器運行阻力

項 目工況1工況2工況3機(jī)組負(fù)荷100%ECR/THA75%THA50%THA空預(yù)器運行阻力/Pa1100900500

經(jīng)過三聯(lián)箱處理后的脫硫廢水經(jīng)過高速旋轉(zhuǎn)霧化器后被霧化成極微小的霧滴，與旁路引入的高溫?zé)煔饨佑|，瞬間得到干燥，廢水中鹽分生成固體顆粒，部分從干燥塔底部除去，另一部分顆粒物隨著煙氣抽回到電除塵進(jìn)口煙道，通過電除塵進(jìn)行捕捉然后進(jìn)入倉泵，干燥塔底部也設(shè)有倉泵，大約廢水中30%～40%的鹽分和煙塵從干燥塔底部倉泵除去，其余隨煙氣從電除塵抽取除去，在干燥塔運行期間從底部排放口取樣檢驗顆粒物的干燥情況，也可以通過干燥塔筒體不同高度的測溫點的變化判斷干燥情況。干燥塔中的旋轉(zhuǎn)霧化器是整個干燥塔的核心部分，脫硫廢水被送至高速旋轉(zhuǎn)的霧化盤時，由于離心力的作用，漿液伸展為薄膜或被拉成細(xì)絲(取決于轉(zhuǎn)速和漿液量)，在霧化盤邊緣破裂分散為液滴[3]。液滴的大小取決于旋轉(zhuǎn)速度和漿液量。霧化器能夠保證在液體流量不發(fā)生很大變化時，霧滴的粒徑分布不發(fā)生顯著改變。干燥過程盡量保持連續(xù)穩(wěn)定是確保噴霧性能的關(guān)鍵。該特性能使?jié){液霧滴在接近飽和溫度時瞬間干化，因此不會發(fā)生過多水分凝積粘在吸收塔壁上的現(xiàn)象[3-6]。

3 旁路煙氣干燥系統(tǒng)的運行效果

3.1 廢水干燥效果

浙能長興電廠2號爐脫硫廢水旁路煙氣干燥系統(tǒng)于2016年5月開工建設(shè)，8月12日正式投入運行，機(jī)組100%負(fù)荷(330MW)時抽取約3%的煙氣，約30000m3/h的熱煙氣，煙溫在330～350℃時，干燥塔最大可以蒸干大約3t/h的脫硫廢水，脫硫廢水氯離子含量在7000mg/L左右，干燥塔底部取樣干灰渣含水率為1.68%，氯離子含量為2.86%，停運期間對干燥塔內(nèi)壁檢查，沒有發(fā)現(xiàn)干燥塔內(nèi)壁的粘壁腐蝕現(xiàn)象，加熱后返回主煙道的尾氣煙溫控制在130℃以上，對尾部煙氣超低排放設(shè)備也沒有影響。

3.2 廢水干燥后對后續(xù)煙氣處理系統(tǒng)的影響

煙氣旁路干燥脫硫廢水進(jìn)行了為期四個月的試驗，試驗期間干燥塔進(jìn)口旁路煙氣含氯量(折算氯化氫)的本底值約為14.4mg/m3，干燥塔噴入廢水(廢水氯離子含量約7000mg/L)后，干燥塔出口煙氣氯含量為64.7mg/m3(折算氯化氫)，經(jīng)電除塵后，煙氣氯離子含量降到24.3mg/m3(折算氯化氫)，加熱后的煙氣返回電除塵的A側(cè)煙道，取A側(cè)煙道的電除塵第一電場灰樣分析，與另一沒有返回?zé)煔鈧?cè)電除塵第一電場底部的灰樣氯離子含量相比增加約8～10倍，約30%的旁路煙氣的煙塵和廢水中鹽份從干燥塔底部除去，其余在靜電除塵的第一、第二電場被除去，干燥塔投運后，電除塵出口煙氣組分中氯化氫和氟化氫含量有所上升；鍋爐熱效率降低約0.2%～0.3%；加熱后返回?zé)煔鉂穸仍黾?%～10%，對電除塵性能沒有影響，對最終排放口煙氣污染物組分也沒有影響。

3.3 旋轉(zhuǎn)霧化盤的運行情況

噴霧干燥塔的核心部件是脫硫廢水的高速旋轉(zhuǎn)霧化盤，霧化盤在出廠之前已經(jīng)過動平衡試驗，現(xiàn)場安裝后再次進(jìn)行動平衡試驗，試驗合格后正式投入運行，霧化盤在高速電機(jī)的驅(qū)動下高速旋轉(zhuǎn)，采用潤滑油對高速轉(zhuǎn)動機(jī)械進(jìn)行冷卻，與食藥品行業(yè)不同之處在于，本干燥塔在煙道的負(fù)壓高塵環(huán)境運行，潤滑油極易隨煙氣抽走，所以潤滑油系統(tǒng)必須確保在恒定的壓縮空氣密封壓力的情況下，才能保證正常的潤滑油壓，從而保證霧化器不偏心，確保霧化盤運行正常。由于霧化盤接觸脫硫廢水部分采用耐磨防腐材料，沒有腐蝕和堵塞情況的發(fā)生。

3.4 干燥風(fēng)量與干燥出力匹配的調(diào)節(jié)

干燥控制有三種模式可選，一種模式采用隨負(fù)荷變化，調(diào)節(jié)噴入水量的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，依據(jù)干燥塔干燥能力試驗結(jié)果，即：經(jīng)過對機(jī)組不同的負(fù)荷(100%、75%、50%)段，旁路干燥塔最大干燥能力(底渣水分小于2%)的試驗結(jié)果，在煙氣檔板開度不變的情況下，形成噴入廢水流量與機(jī)組負(fù)荷的相關(guān)性曲線。另外兩種分別是基于能量平衡干燥控制方式和基于鹽平衡干燥控制方式，目前干燥塔多以負(fù)荷調(diào)節(jié)廢水調(diào)節(jié)閥開度方式為主運行。

4 對灰渣品質(zhì)的影響

采用噴霧干燥技術(shù)處理脫硫廢水后，電除塵底部分粉煤灰氯離子含量會上升到0.4%～0.6%，硫酸根離子含量大約在0.56%～0.87%，粉煤灰氯離子含量超過高強高性能混凝土用的粉煤灰氯離子含量0.02%的標(biāo)準(zhǔn)，也超過含氯量0.06%～0.3%海砂混凝土標(biāo)準(zhǔn)的要求，這部分粉煤灰只能降級使用，根據(jù)《高強高性混凝土用礦物外加劑》(GB1T18736-2002)、《海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(JBJ206-2010)、《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GBT1596-2005)、《通用硅酸鹽水泥》(GB175-2007)混凝土和水泥相關(guān)國家和行業(yè)規(guī)定[7-10]，可以作為普通混凝土的粉煤灰摻配。干燥塔底渣經(jīng)過取樣分析后，見表3。

從以上數(shù)據(jù)可見，電除塵電場的灰可以降級到普通混凝土和海砂混凝土使用。而對干燥塔底渣來說，因渣中陰離子中硫酸根和氯離子含量較高，不能用作混凝土的摻配使用，只能作為鋪路用。電除塵一、二電場的飛灰可以通過干燥塔系統(tǒng)的進(jìn)一步設(shè)計優(yōu)化得到品質(zhì)提升，作為海砂混凝土或用作高性能的混凝土摻配使用。

表3 干燥塔底渣實測數(shù)據(jù)

項 目水分/%樣品F(干基)/%樣品Cl(干基)/%樣品SO4(干基)/%2016-11-231.120.291.687.762016-11-240.820.221.421.882016-11-250.350.842.1916.472016-11-262.250.241.104.312016-11-270.750.271.291.72

5 結(jié)語

采用旁路煙氣干燥脫硫廢水實現(xiàn)脫硫廢水零排放，系統(tǒng)和設(shè)備簡單，對主機(jī)安全運行沒有任何影響，也沒對超低排放設(shè)備造成負(fù)面影響，投資節(jié)省，系統(tǒng)運行和維護(hù)費用低，能耗省，沒有新的固體廢棄物產(chǎn)生，每t廢水消耗1.1萬m3330～350℃煙氣，占300MW機(jī)組總煙氣量的3.28%，折算后影響機(jī)組煤耗0.8～1.2g/(kW·h)(按汽機(jī)熱耗8000、原爐效93%估算煤耗)。煙氣旁路干燥技術(shù)是目前燃煤發(fā)電廠脫硫廢水零排放的一個好的選擇。

盡管這種脫硫廢水零排放的處理方式有很多優(yōu)點，但有幾個方面仍有進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計的必要：從實測數(shù)據(jù)可以看到電除塵底部粉煤灰的氯離子含量超過了高品質(zhì)混凝土和水泥的摻配要求，因此在后續(xù)的工作中，采用需要對干燥塔流場進(jìn)行優(yōu)化或者增設(shè)輔助的小型旋流除塵器，提升其收塵能力，將更多的鹽分從干燥塔除去，保證電除塵收集的飛灰品質(zhì)，最終達(dá)到根據(jù)氯離子含量進(jìn)行分類收集，分級銷售使用的目的。二是為降低對鍋爐效率的影響，可以對較大量脫硫廢水進(jìn)行干燥前的濃縮減量，降低返回?zé)煔鉂穸?，可以進(jìn)一步減少對空預(yù)器熱風(fēng)的溫降。另外，提高進(jìn)干燥塔的脫硫廢水pH，降低煙氣中鹵化氫氣體和三氧化硫的濃度，降低干燥塔排煙溫度，提高干燥塔熱效率。

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Coal-fired boiler flue gas bypass drying technology to achieve zero liquid discharge of desulfurization water

The composition of the desulfurization waste water (WFGD waste water)for coal-fired power plant is complex and harmful,and it's hard to deal with, as the environmental policy is getting more and more strict,it's the time to search for a economic approach to achieve zero liquid discharge of desulfurization water.It introduces a new zero liquid discharge method for desulfurization waste water,at which desulfurization waste water is sprayed into a vertical chamber and dryed by bypasshot flue gas extracted from the main flue .The method adopts rotary spray drying technology which is widely used in food and drug industry.The system have been put into operating successfully for four months.Test results show that 30～50 thousand m3/h 350℃ flue gas can dry up to 4t/h desulfurization waste water;it decreases boiler efficiency 0.3%.The moisture content of the product ash from the bottom of the drying chamber is less than 2%,there is no droplet contact to chamber wall ,and the Chlorine ion in ash from first field of electrostatic precipitator is about 0.4%～0.6%,the ash can still be used as mixture of thenormal concrete.

flue gas bypass;drying-chamber;spray-dryer water content;chlorine ion

浙能集團(tuán)2016年科技項目(ZNKJ-2016-028)

X703.1

B

1674-8069(2017)03-018-04

2016-11-10；

2017-01-05

袁偉中(1965-)男，浙江省鎮(zhèn)海人，高級工程師，主要從事火力發(fā)電廠熱能動力和環(huán)保技術(shù)研究。E-mail:gheadyuan@aliyun.com