淺談燃煤電廠濕法脫硫的廢水零排放

張崔燦

（大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司，北京 100097）

淺談燃煤電廠濕法脫硫的廢水零排放

張崔燦

（大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司，北京 100097）

目前，大型燃煤電廠排放的煙氣中含有大量SO2，必須進(jìn)行脫硫處理。石灰石-石膏濕法脫硫具有脫硫效率高、反應(yīng)速度快、負(fù)荷響應(yīng)快、脫硫劑利用率高、使用煤種廣、石膏利用技術(shù)成熟、運(yùn)行成本低等優(yōu)點。因此，石灰石濕法脫硫已經(jīng)成為應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最成熟的煙氣脫硫工藝，脫硫效率可達(dá)95%。但是，濕法脫硫會產(chǎn)生大量脫硫廢水。脫硫廢水中含有大量重金屬，會污染水資源。如果人們長期飲用受污染的水體，會對人體造成嚴(yán)重傷害，所以脫硫廢水零排放迫在眉睫。

火電廠；濕法脫硫；脫硫廢水；零排放；人體健康

在運(yùn)行過程中，燃煤電廠會排放大量含有SO2的煙氣，而SO2是造成酸雨的重要原因，會破壞大氣環(huán)境。截至2010年末，我國完成了“十一五”期間的總量控制目標(biāo)——全年SO2排放量2 246.7萬t，其中電力行業(yè)的控制量為951.7萬t?！笆濉币?guī)劃綱要草案要求SO2減少8%。這對SO2排放大戶燃煤電廠煙氣脫硫系統(tǒng)的可靠運(yùn)行提出了更高的要求。石灰石-石膏濕法脫硫具有脫硫效率高、反應(yīng)速度快、負(fù)荷響應(yīng)快、脫硫劑利用率高、使用煤種廣、石膏利用技術(shù)成熟、運(yùn)行成本低等優(yōu)點，石灰石濕法脫硫已經(jīng)成為應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最成熟的煙氣脫硫工藝，脫硫效率達(dá)到95%。然而，濕法脫硫會產(chǎn)生大量脫硫廢水[1]。

濕法脫硫廢水的雜質(zhì)主要包括懸浮物、過飽和亞硫酸鹽、硫酸鹽以及重金屬，其中Cu、Zn、Hg、Ni、Cd、Pb和Cr等是國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)中要求控制的第一類污染物。脫硫廢水中有機(jī)物（COD）、氯離子及重金屬主要來自煤、工藝水和石灰石，COD含量一般為150～400 mg/L；脫硫處理系統(tǒng)為維持脫硫性能和氯離子平衡，必須排放部分濃漿液，補(bǔ)充新的漿液。濃漿液中懸浮物（SS）高達(dá)60 000 mg/L；氯離子含量達(dá)到20 000 mg/L左右。由于重金屬廢水污染具有毒效長期持續(xù)、生物機(jī)體食后不能降解等特點，其通過食物鏈進(jìn)入人體，并且在人體內(nèi)富集，會導(dǎo)致人類機(jī)體紊亂及各種疾病，對人類健康造成傷害，所以對脫硫廢水進(jìn)行零排放是很有必要的。

受環(huán)境、技術(shù)、資金等多方面因素的制約，脫硫廢水零排放未能在全國范圍內(nèi)實施。目前，部分電廠不同程度地實施了廢水零排放工程，如西柏坡發(fā)電廠、天津電廠、吉林熱電等均進(jìn)行了廢水零排放工程的應(yīng)用，但基本都是對循環(huán)水、排污水進(jìn)行處理回用，并未實現(xiàn)真正意義上的零排放，水資源也就未真正意義上實現(xiàn)最優(yōu)配置。

1 濕法脫硫廢水原處理系統(tǒng)工藝

目前，國內(nèi)典型火力燃煤發(fā)電廠脫硫廢水原處理系統(tǒng)的工藝流程為：從FGD來的脫硫廢水進(jìn)入中和箱，通過添加石灰乳，將廢水pH調(diào)至9.5左右，再進(jìn)入反應(yīng)箱，并加入有機(jī)硫和凝聚劑，經(jīng)反應(yīng)進(jìn)絮凝箱，并在其出口管處加入高分子聚合電解質(zhì)（助凝劑），自流進(jìn)入濃縮澄清器，廢水中的絮凝物通過重力作用沉淀在澄清器底部，凝縮成泥渣，上清液進(jìn)入出水箱，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)然后外排；污泥經(jīng)過污泥輸送泵進(jìn)行離心脫水，泥餅外運(yùn)處理，具體流程如圖1所示。

圖1 脫硫廢水原處理系統(tǒng)工藝流程

原脫硫系統(tǒng)處理廢水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到了《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質(zhì)控制指標(biāo)》（DL/T997-2006）的排放要求，但廢水中仍含有高鹽、Cl-、F-和重金屬等，還可能含有硒、硝酸鹽、有機(jī)物等成分，其不能通過常規(guī)預(yù)處理工藝去除，仍然對水體造成一定程度的污染。脫硫廢水一般經(jīng)處理后用于灰場沖洗或者外排，需要對脫硫廢水進(jìn)行進(jìn)一步處理才能回用，其沒有真正達(dá)到廢水零排放。

2 目前國內(nèi)脫硫廢水零排放處理幾種方案

2.1 方案一

第一種方案為：原三聯(lián)箱預(yù)處理砂濾—管式微濾—反滲透脫鹽系統(tǒng)（DTRO）—蒸發(fā)結(jié)晶。

2.1.1 原三聯(lián)箱預(yù)處理

電廠脫硫廢水經(jīng)過石灰乳、絮凝劑、有機(jī)硫、助凝劑，經(jīng)沉淀廢水中的絮凝物通過重力作用沉淀在澄清器底部，凝縮成泥渣，上清液進(jìn)入出水箱，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)然后外排；污泥經(jīng)過污泥輸送泵進(jìn)行離心脫水，泥餅外運(yùn)處理，除去水中的懸浮物和重金屬等。

2.1.2 砂濾

設(shè)置砂慮主要是為了去除水中膠體雜質(zhì)及懸浮物，去除前端混凝沉淀無法去除的細(xì)菌、微小粒子等及部分COD。砂濾是通常以天然石英砂、錳砂和無煙煤作為濾料的水過濾處理工藝。砂粒粒徑一般為0.5～1.2 mm，不均勻系數(shù)為2。其常用于經(jīng)澄清（沉淀）處理后的給水處理或污水經(jīng)二級處理后的深度處理。根據(jù)原水和出水水質(zhì)要求，其往往具有不同的濾層厚度和過濾速度。

2.1.3 管式過濾膜

管式過濾膜是本處理工藝的最關(guān)鍵部分，承擔(dān)著取代沉淀池做固液分離和向后端回收反滲透裝置輸送合格進(jìn)水的雙重功能。

2.1.4 碟管式反滲透（DTRO）

DTRO是DT的一個分類，DT膜技術(shù)即碟管式膜技術(shù)（Disc Tube Module），是反滲透的一種。料液通過膜堆與外殼之間的間隙后通過導(dǎo)流通道進(jìn)入底部導(dǎo)流盤中，被處理的液體以最短的距離快速流經(jīng)濾膜，然后逆轉(zhuǎn)到另一膜面，再流入到下一個過濾膜片，從而在膜表面形成由導(dǎo)流盤圓周到圓中心，再到圓周，再到圓中心的切向流過濾，濃縮液最后從進(jìn)料端法蘭處流出。料液流經(jīng)濾膜的同時，透過液通過中心收集管不斷排出。濃縮液與透過液通過安裝于導(dǎo)流盤上的O型密封圈隔離。

2.2 方案二

第二種方案為：調(diào)節(jié)池-雙堿軟化—管式微濾—反滲透脫鹽系統(tǒng)（DTRO）—蒸發(fā)結(jié)晶。

2.2.1 調(diào)節(jié)池

廢水調(diào)節(jié)池（箱）用以調(diào)蓄脫硫系統(tǒng)排放的不均勻的廢水量，并均衡廢水水質(zhì)，保證處理系統(tǒng)有足夠的緩沖能力。廢水調(diào)節(jié)池（箱）的總?cè)萘繚M足1 d發(fā)生量的要求，廢水調(diào)節(jié)池的總有效容積不小于1 500 m3。

2.2.2 雙堿軟化除硬

根據(jù)本項目脫硫廢水水質(zhì)特點，采用雙堿法軟化除硬。針對致垢成分（鈣、鎂、鋇、鍶、硅等）進(jìn)行處理，務(wù)求將其完全除去。本設(shè)計方案選擇了化學(xué)加藥軟化（同時除鋇、鍶、二氧化硅）。

2.2.3 管式過濾膜

管式過濾膜是本處理工藝的最關(guān)鍵部分，承擔(dān)著取代沉淀池做固液分離和向后端回收反滲透裝置輸送合格進(jìn)水的雙重功能。

2.2.4 碟管式反滲透（DTRO）

DTRO是DT的一個分類，而DT膜技術(shù)是反滲透的一種，其作用同上，即濃縮減少蒸發(fā)量。

2.3 方案三

第三種方案為：脫硫廢水預(yù)處理—MVR降膜蒸發(fā)過程—多相流三效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶。

脫硫廢水首先進(jìn)行預(yù)處理[2]，預(yù)處理主要去處廢水中的懸浮物、沉淀、有機(jī)物等，脫硫廢水蒸發(fā)工序采用MVR降膜蒸發(fā)+多相流三效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)。因為廢水在低濃度時不易結(jié)垢，所以首先采用MVR降膜蒸發(fā)除去大部分水，蒸發(fā)所得濃水進(jìn)入后面的多相流三效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶，依靠多相流強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)技術(shù)優(yōu)良的在線防垢性能來實現(xiàn)整個蒸發(fā)結(jié)晶過程的在線防垢，并強(qiáng)化過程的傳熱性能[3]。本方案具有以下技術(shù)特點和優(yōu)勢。

首先，MVR技術(shù)回收利用了二次蒸汽的潛能，避免了將二次蒸汽冷凝排出而造成的能源浪費，同時省去了冷凝系統(tǒng)，簡化了設(shè)備流程，使操作大為簡化。用以處理高濃度含鹽廢水，可以回收廢水中全部鹽分并排出較清潔的水，處理完全。從理論上來看，使用MVR蒸發(fā)器比傳蒸發(fā)器節(jié)省80%的能源，節(jié)能效果明顯。尤其針對低濃度、低沸點升溶液，其具有更好的節(jié)能效果。因此，本工藝方案在低濃度區(qū)采用MVR蒸發(fā)技術(shù)，可以有效降低能耗。

其次，分離器設(shè)計足夠的空間余量，實現(xiàn)較大液滴的初步分離；在分離室上部設(shè)置由慣性式除沫器和絲網(wǎng)除沫器組合構(gòu)成汽液分離裝置，實現(xiàn)細(xì)小霧滴的捕集，使進(jìn)入離心式蒸汽壓縮機(jī)的二次蒸汽更純凈。

再次，MVR部分采用降膜蒸發(fā)器，消除了由靜壓引起的有效傳熱溫差損失，蒸發(fā)器壓降也很小，同時在低溫差下有較高的傳熱速率。由于傳熱溫差不大，其在加熱管內(nèi)表面不易結(jié)垢。同時，降膜蒸發(fā)器上部的料液分布器，采用多級分布結(jié)構(gòu)，能夠保證料液均勻分布到每根加熱管中，有效保證降膜蒸發(fā)器的正常運(yùn)行。

第四，后三效蒸發(fā)采用強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器，其具有傳熱系數(shù)大、濃縮比大、抗鹽析和抗結(jié)垢等特點，特別適用于高粘度流體的蒸發(fā)濃縮。

第五，三效順流蒸發(fā)要求后效的操作壓強(qiáng)和溶液的沸點均較前效的低，因此可引入前效的二次蒸汽作為后效的加熱介質(zhì)，因末效在真空下操作，僅第一效需消耗生蒸汽，可提高生蒸汽的利用率，所以更經(jīng)濟(jì)。

最后，針對脫硫廢水中含鹽種類復(fù)雜且在濃度較高時容易結(jié)晶析出的情況，在三效順流蒸發(fā)中引入多相流在線防垢技術(shù)，不僅可有效防止蒸發(fā)過程中的析出晶體結(jié)垢問題，還能有效強(qiáng)化傳熱[4]。

2.4 方案四

第四種方案為：低溫低壓蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)（三套裝置每套的水處理量為21 m3/h）—廢水噴射系統(tǒng)—煙道蒸發(fā)結(jié)晶（噴入空預(yù)器后的煙道中）。

低溫低壓蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)，其原理是利用高能效蒸汽壓縮機(jī)壓縮蒸發(fā)器所產(chǎn)生的二次蒸汽，進(jìn)而提高二次蒸汽的壓力和溫度，升溫升壓的二次蒸汽再次通入加熱器對脫硫廢水進(jìn)行再加熱，受熱的脫硫廢水繼續(xù)蒸發(fā)產(chǎn)生二次蒸汽，再經(jīng)過蒸汽壓縮機(jī)壓縮以及加熱器換熱，從而實現(xiàn)持續(xù)的蒸發(fā)狀態(tài)。工藝原理如圖2所示，分離器經(jīng)蒸氣壓縮機(jī)到加熱器的折線代表二次蒸汽；加熱器和預(yù)熱器之間的折線代表二次蒸汽冷凝后的冷凝液；其他線代表脫硫廢水。

圖2 低溫低壓蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)工藝原理

本系統(tǒng)中能量的輸入主要是壓縮機(jī)、循環(huán)泵和真空泵所消耗的能耗。由于系統(tǒng)循環(huán)利用二次蒸汽的汽化潛熱，從而可以大大減少外部新鮮蒸汽供給，所以節(jié)省了整個蒸發(fā)系統(tǒng)的能耗。使用低溫低壓蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)比傳統(tǒng)蒸發(fā)系統(tǒng)節(jié)省60%以上的能源，節(jié)省90%以上的冷卻水，減少50%以上的占地面積。該工藝特點有：系統(tǒng)穩(wěn)定性高；設(shè)備成熟，安全可靠，故障率低；檢測維護(hù)簡單容易，運(yùn)行管理方便，運(yùn)行具有較大的靈活性；熱能利用效率高，耗能低，充分利用工藝系統(tǒng)中的每一份能源；系統(tǒng)管路最大程度地避免和減少結(jié)垢；回收的蒸餾水質(zhì)高；噪音低。

經(jīng)過低溫低壓蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)后的脫硫廢水，通過廢水濃縮液輸送泵進(jìn)入廢水噴射系統(tǒng)，噴射系統(tǒng)將脫硫廢水噴入空預(yù)器后的煙道中，霧化的脫硫廢水遇到空預(yù)器中的高溫?zé)煔夂笳舭l(fā)，廢水中雜質(zhì)或鹽以固體形式和飛灰一起隨煙氣進(jìn)入除塵設(shè)備，被捕集后外排，蒸發(fā)后的水蒸氣隨同煙氣進(jìn)入后續(xù)設(shè)備中。

廢水噴射系統(tǒng)由噴槍進(jìn)行噴霧霧化，保證廢液獲得較細(xì)的霧化顆粒，以便在短時間內(nèi)迅速蒸發(fā)。同時，合理布置噴槍位置，獲得一個良好的氣液流場分布，達(dá)到良好霧化和蒸發(fā)的效果。

3 幾種脫硫廢水零排放方案對比

脫硫廢水經(jīng)過三聯(lián)箱處理后基本滿足了《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質(zhì)控制指標(biāo)》（DL/T997-2006）的排放要求，但其中的硫酸鹽、硬度等指標(biāo)仍無法滿足零排放處理系統(tǒng)的進(jìn)水要求。根據(jù)勝利電廠的運(yùn)行統(tǒng)計以及對其他電廠三聯(lián)箱工藝運(yùn)行的調(diào)研，筆者發(fā)現(xiàn)，三聯(lián)箱工藝運(yùn)行十分不穩(wěn)定，常常造成懸浮物濃度過高。為了保證零排放處理系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，人們不能利用原來的三聯(lián)箱廢水處理系統(tǒng)[5]?？紤]到脫硫廢水水質(zhì)與該廠其他污水水質(zhì)有很大差別，其含鹽量、硫酸根、鈣、鎂等主要限制污染因子含量是該廠其他污水的數(shù)倍，且水質(zhì)波動性較大，踐行廢水分級處理原則，同時保證各污水處理系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行，方案一利用原來三聯(lián)箱脫硫廢水處理系統(tǒng)。為保證安全穩(wěn)定運(yùn)行，不建議采用該方案。方案四利用低溫低壓蒸發(fā)濃縮煙道噴射技術(shù)較為先進(jìn)，但其裝機(jī)功率較大，運(yùn)行電耗相對較高，會影響電廠廠用電率指標(biāo)，并且其應(yīng)用時間較短。此方案造價成本高，沒有實際運(yùn)行經(jīng)驗。筆者推薦方案二和方案三，方案二和方案三均為一套獨立的脫硫廢水零排放處理系統(tǒng)[6]。

方案二利用雙堿對脫硫廢水軟化，再通過管式微濾除硬、DTRO膜過濾，最后經(jīng)過多效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶達(dá)到廢水零排放的目的。其主要優(yōu)點為，本工藝有實際運(yùn)行經(jīng)驗，是比較成熟的工藝，利用膜濃縮，減少結(jié)晶蒸發(fā)量，減少耗能，運(yùn)行費用低。

方案三采用MVR降膜蒸發(fā)過程+多相流三效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶，將二者優(yōu)點相結(jié)合，工藝流程簡單可靠，工程造價低，占地面積小。此方案達(dá)到了分鹽的目的，廢水蒸發(fā)結(jié)晶產(chǎn)物氯化鈉、氯化鉀、硫酸鈉和中間物料、產(chǎn)品均為無毒、無害的物質(zhì)，生產(chǎn)過程中無職業(yè)危害。

1 周祖飛.濕法煙氣脫硫廢水的處理[J].電力環(huán)境保護(hù)，2002，18（2）：37-39.

2 何守昭.震動膜在脫硫廢水廢水零排放要求中如何減少蒸發(fā)量[A].北京中能聯(lián)創(chuàng)信息咨詢有限公司.2015清潔高效燃煤發(fā)電技術(shù)交流研討會論文集[C].北京：北京中能聯(lián)創(chuàng)信息咨詢有限公司，2015：342-347.

3 河北省電力試驗研究所.火力發(fā)電廠水系統(tǒng)綜合技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

4 王衛(wèi)華.火力發(fā)電廠的廢水再生回用研究[J].山西電力，2007，（1）：5-8.

5 何守昭，盧清松.震動膜濃縮工藝在大型煤化工項目零排放中的應(yīng)用[J].煤炭加工與綜合利用，2015，（4）：57-61.

6 何守昭，王 強(qiáng).脫硫廢水零排放工藝分析[J].熱電技術(shù)，2016，（1）：40-44.

Study on Zero Emission of Wastewater by Wet Desulfurization in Coal Fired Power Plants

Zhang Cuican
(Datang Environmental Industry Group Co.,Ltd.,Beijing 100097,China)

At present,the flue gas emitted from large coal-fired power plants contains a large amount of SO2and must be desulfurized.Limestone - gypsum wet desulfurization has the advantages of high desulfurization efficiency,fast response,fast load response,high utilization of desulfurizer,wide range of coal,mature gypsum utilization technology and low operation cost.Therefore,limestone wet desulfurization has become the most widely used and most mature flue gas desulfurization technology,desulfurization efficiency up to 95%.However,wet desulfurization produces a large amount of desulfurization wastewater.Desulfurization wastewater contains a lot of heavy metals,will pollute the water resources.If people drink polluted water for a long time,it will cause serious harm to the human body,so it is imminent that zero discharge of desulfurization waste water.

thermal power plant; wet desulfurization; desulfurization wastewater; zero discharge; human health

X773

A

1008-9500(2017)11-0092-04

2017-09-19

張崔燦（1987-），女，江蘇南京人，助理工程師，從事給排水設(shè)計工作。