燃煤電廠水處理及脫硫廢水零排放技術(shù)分析

杜夢(mèng) 邵楠 姜益善

(國(guó)電環(huán)境保護(hù)研究院，江蘇南京 210031)

我國(guó)燃煤發(fā)電排放的大氣污染物主要包括二氧化硫、氮氧化物和煙塵，隨著火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷嚴(yán)格，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了有效控制［1，2］。我國(guó)燃煤電廠脫硫二氧化硫主要是采用石灰石濕法脫硫，在實(shí)際運(yùn)行中脫硫廢水已經(jīng)成為廢水處理當(dāng)中最復(fù)雜、難度最大的一類［3］。隨著環(huán)保形勢(shì)的日益嚴(yán)格，以及《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)水污染防治行動(dòng)計(jì)劃的通知》(國(guó)發(fā)［2015］17號(hào))的發(fā)布與執(zhí)行，燃煤電廠脫硫廢水零排放也逐漸成為關(guān)注重點(diǎn)［4］。本文重點(diǎn)分析了燃煤電廠脫硫廢水零排放的相關(guān)可行技術(shù)，在此基礎(chǔ)上提出進(jìn)一步優(yōu)化完善脫硫廢水處理的技術(shù)措施。

1 燃煤電廠廢水處理技術(shù)分類

燃煤電廠廢水種類較多，來源不一樣，成分不一樣，去向和處理方法均不一樣，所以應(yīng)采用集中處理和分類處理互相融合的方式。

1)鍋爐停爐保護(hù)和化學(xué)清洗廢水(含有機(jī)清洗劑)處理。

鍋爐化學(xué)清洗方式較多，用檸檬酸或EDTA進(jìn)行鍋爐酸洗產(chǎn)生的廢液中殘余清洗劑量很高。上述鍋爐酸洗廢水水質(zhì)特點(diǎn)是COD，SS含量較高。為降低過高的COD，在常規(guī)混凝澄清處理、pH調(diào)整等工藝之前應(yīng)增加氧化處理環(huán)節(jié)，以分解廢水中的有機(jī)物。

2)空氣預(yù)熱器、省煤器和鍋爐煙氣側(cè)等設(shè)備沖洗排水處理。

該類廢水為燃煤鍋爐非經(jīng)常性排水，由于其含有較高的懸浮物和含鐵量，不能直接混入日常排水系統(tǒng)處理。通常采用化學(xué)沉淀法進(jìn)行處理，也可采用氧化、化學(xué)沉淀法，即首先進(jìn)行曝氣氧化，再進(jìn)行中和、混凝澄清等處理。

3)化學(xué)水處理工藝廢水處理。

燃煤電廠化學(xué)水處理根據(jù)處理工藝的不同，會(huì)產(chǎn)生不同的酸堿廢水或濃鹽水。

酸堿廢水多采用中和處理，即采用加酸或堿調(diào)節(jié)pH值至6～9之間，出水直接排放或回用。該工藝系統(tǒng)一般由中和池、酸儲(chǔ)槽、堿儲(chǔ)槽、在線pH計(jì)、中和水泵和空氣攪拌系統(tǒng)等組成，運(yùn)行方式大多為批量中和。

采用反滲透預(yù)脫鹽的處理工藝，一方面排水量較大，一方面水質(zhì)沒有超標(biāo)項(xiàng)目，主要是含鹽量較高，可直接利用或排放，必要時(shí)可進(jìn)行脫鹽處理。

4)沖灰廢水處理。

采用水力除灰方式會(huì)產(chǎn)生沖灰廢水。燃煤電廠沖灰廢水主要是pH值和含鹽量較高，有時(shí)候懸浮物也較高。只要保證水在灰場(chǎng)有足夠的停留時(shí)間，并采取措施攔截“漂珠”，懸浮物大多可滿足排放要求。pH值則需要通過加酸，使pH值降至6～9范圍內(nèi)。

沖灰廢水一般采用物理沉淀法處理后循環(huán)使用。處理過程中需添加阻垢劑，防止回水系統(tǒng)結(jié)垢。

5)含油廢水處理。

含油廢水處理通常采用氣浮法進(jìn)行油水分離，出水經(jīng)過濾或吸附后回用或排放;也可采用活性炭吸附法、電磁吸附法、膜過濾法、生物氧化法等除油方法。

6)脫硫廢水處理。

燃煤電廠脫硫廢水一般是酸性較強(qiáng)、懸浮物濃度高、COD高等。一般是通過加石灰漿對(duì)脫硫廢水進(jìn)行中和、沉淀進(jìn)行處理，然后經(jīng)絮凝、澄清、濃縮等步驟處理后，清水回收利用，沉降物脫硫廢水污泥經(jīng)脫水后運(yùn)出處置。

7)氨區(qū)廢水處理。

氨區(qū)廢水包括液氨貯存或氨水貯存區(qū)卸氨后設(shè)備及管道中氨氣、事故或長(zhǎng)期停機(jī)狀態(tài)下氨罐及管道中氨氣排至吸收槽用水稀釋產(chǎn)生的廢水、氨泄漏時(shí)稀釋廢水、夏季氣溫較高時(shí)對(duì)液氨儲(chǔ)罐進(jìn)行冷卻產(chǎn)生的廢水等。氨區(qū)廢水水質(zhì)特點(diǎn)是氨氮較高、pH值稍高，且不連續(xù)產(chǎn)生。一般將氨區(qū)廢水送入廠區(qū)酸堿廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行中和處理后回用。

2 脫硫廢水零排放技術(shù)

2.1 脫硫廢水零排放處理原則

1)燃煤電廠除脫硫廢水外，各類廢水經(jīng)處理后基本能實(shí)現(xiàn)“一水多用，梯級(jí)利用”、廢水不外排，因此，脫硫廢水零排放是燃煤電廠實(shí)現(xiàn)全廠近零排放的重點(diǎn)和關(guān)鍵。

2)燃煤電廠脫硫廢水特點(diǎn)之一就是預(yù)處理后含鹽量高。目前脫硫廢水零排放技術(shù)主要包括煙氣余熱噴霧蒸發(fā)干燥、高鹽廢水蒸發(fā)結(jié)晶等。

3)蒸發(fā)干燥或蒸發(fā)結(jié)晶前，宜采用反滲透、電滲析等膜濃縮預(yù)處理工藝減少?gòu)U水量。

4)電廠應(yīng)加強(qiáng)全廠水務(wù)管理，經(jīng)濟(jì)合理地處理各種廢水，最大限度地提高廢水回用率。

2.2 脫硫廢水零排放技術(shù)

蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)是通過一系列方法將廢水濃縮，濃縮液蒸發(fā)結(jié)晶，蒸汽經(jīng)冷凝回收，而鹽結(jié)晶干燥成工業(yè)鹽，從而達(dá)到廢水零排放的目的［5］。目前，廢水蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)主要有以下 2 種［6，7］:

1)多效蒸發(fā)技術(shù)。常規(guī)蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)為多效蒸發(fā)(MED)結(jié)晶技術(shù)，該技術(shù)一般分為熱輸入單元、熱回收單元、結(jié)晶單元和附屬系統(tǒng)單位4個(gè)單元。常規(guī)處理后的廢水經(jīng)過多級(jí)蒸發(fā)室的加熱濃縮后成為鹽漿，鹽漿經(jīng)離心、干燥后成為工業(yè)鹽運(yùn)輸出廠出售或掩埋。2009年，廣東河源電廠應(yīng)用該技術(shù)建成了脫硫廢水零排放工程，設(shè)計(jì)處理量為20m3/h，蒸發(fā)系統(tǒng)出水TDS小于30mg/L，回用于電廠循環(huán)冷卻水，產(chǎn)生的固體結(jié)晶鹽達(dá)到二級(jí)工業(yè)鹽標(biāo)準(zhǔn)，以每噸約80元的價(jià)格出售，雖然該技術(shù)較為成熟，但極高的能耗還是限制了其發(fā)展和推廣。

2)機(jī)械蒸汽再壓縮技術(shù)。為減小能耗，科研人員又研發(fā)出采用機(jī)械蒸汽再壓縮(MVR或MVC)技術(shù)的蒸發(fā)器。MVR(MVC)技術(shù)是將二次蒸汽經(jīng)絕熱壓縮后送入加熱室，壓縮后的蒸汽溫度升高，可重新作為熱源使用，從而大大降低了蒸汽用量，降低了能耗。三水恒益電廠從美國(guó)引進(jìn)了國(guó)內(nèi)第一套MVR(MVC)技術(shù)設(shè)備，該技術(shù)采用兩級(jí)臥式MVC+兩級(jí)臥式MED工藝，設(shè)計(jì)處理量為20 m3/h，用于處理樹脂再生廢水和脫硫廢水。采用的蒸發(fā)器是臥式噴淋水平管薄膜蒸發(fā)器，水平設(shè)置，廢水走管外，加熱蒸汽走管內(nèi)，液體經(jīng)噴嘴噴淋到換熱器管的外部形成薄膜，經(jīng)加熱后產(chǎn)生蒸汽，產(chǎn)生的濃縮液進(jìn)入結(jié)晶系統(tǒng)處理。該技術(shù)在能耗上相對(duì)較低，但在實(shí)際運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)，一方面，因?yàn)闆]有深度預(yù)處理系統(tǒng)，產(chǎn)品為復(fù)雜混合鹽，只能作為危險(xiǎn)固體廢棄物進(jìn)行處理，成本極高;另一方面，進(jìn)水未經(jīng)充分軟化，結(jié)垢嚴(yán)重，除垢清洗頻繁，同樣增加了成本。經(jīng)過國(guó)外公司的改良，采用立式降膜蒸發(fā)器可以有效解決臥式蒸發(fā)器結(jié)垢嚴(yán)重和能耗較大的問題，該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于多個(gè)廢水零排放建設(shè)工程。

2.3 脫硫廢水零排放技術(shù)發(fā)展

脫硫廢水零排放處理技術(shù)主要包括蒸發(fā)結(jié)晶法和煙道蒸發(fā)法，這兩種工藝各有優(yōu)勢(shì)和不足，具體工藝選擇還需要依據(jù)具體水質(zhì)條件等綜合因素進(jìn)行具體確定［8，9］。

在下一步燃煤電廠脫硫廢水零排放技術(shù)發(fā)展中，一方面需要關(guān)注對(duì)于重金屬的去除，尤其是吸附法脫除;一方面是對(duì)脫硫廢水零排放技術(shù)的多元化發(fā)展進(jìn)行研究與開發(fā)，以及水資源回收與利用。在蒸發(fā)結(jié)晶處理方面，為了降低運(yùn)行成本，建議將廢水減量化處理后，再進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶處理，同時(shí)結(jié)合具體水質(zhì)情況，選擇開發(fā)相應(yīng)的預(yù)處理工藝，并注重開發(fā)脫硫廢水濃水或結(jié)晶鹽的資源化利用技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)。在煙道蒸發(fā)處理方面，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注脫硫廢水進(jìn)入煙道后對(duì)大氣污染區(qū)的達(dá)標(biāo)排放和對(duì)于環(huán)保設(shè)施的腐蝕等影響，以及對(duì)布袋除塵器的影響研究，尤其注重對(duì)粉煤灰綜合利用和煙氣中氯排放的影響研究。

3 脫硫廢水優(yōu)化措施

3.1 控制來煤、來水、來粉氯離子含量

脫硫系統(tǒng)中氯離子含量的富集來源來自煤、工藝水、石灰石粉，要從源頭進(jìn)行控制。吸收塔漿液氯離子含量的控制標(biāo)準(zhǔn)為5 000 mg/L～10 000 mg/L。據(jù)有關(guān)資料顯示脫硫廢水一天不排放，吸收塔漿液氯離子含量以500 mg/L的速度遞增。

3.2 控制脫硫廢水含固率

石膏旋流站、廢水旋流站旋流子需定期經(jīng)常進(jìn)行檢查、清理、更換，真空皮帶脫水機(jī)運(yùn)行正常，下部保持干凈，避免過多的泥漿進(jìn)入回收水箱增加廢水原水含固率。根據(jù)調(diào)試情況，廢水旋流站存在底流易堵塞致使廢水來水含固量偏高，造成廢水設(shè)備損壞，故廢水來水含固量應(yīng)確保低于設(shè)計(jì)要求3.6%。

3.3 控制脫硫廢水排放量

脫硫廢水排放量按15 kg/(MW·h)～20 kg/(MW·h)控制。300 MW每臺(tái)機(jī)組控制每小時(shí)4.5 t/h～6 t/h，600 MW每臺(tái)機(jī)組控制每小時(shí)9 t/h～12 t/h，1 000MW每臺(tái)機(jī)組控制每小時(shí)15 t/h～20 t/h。