燃煤電廠脫硫廢水零排放技術(shù)探討

文_張忠梅 神華國(guó)華（北京）電力研究院有限公司

1 現(xiàn)行排放政策及排放標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)對(duì)新建的大部分燃煤電廠，其水資源論證和環(huán)境影響評(píng)價(jià)批復(fù)中均有具體要求：電廠應(yīng)做到廢水集中處理，處理后的廢水應(yīng)回收利用，按照廢水零排放進(jìn)行設(shè)計(jì)，廠區(qū)不得設(shè)置廢水排放口。

針對(duì)國(guó)家環(huán)保新政策，為滿足燃煤電廠環(huán)評(píng)要求，火電廠必須加快落實(shí)深度節(jié)水和廢水零排放技術(shù)的實(shí)施。電廠除脫硫廢水外的其他廢水經(jīng)處理后基本能實(shí)現(xiàn)“一水多用，梯級(jí)利用”，可集中處理后進(jìn)入脫硫系統(tǒng)回用，但高鹽、高腐蝕、高結(jié)垢的脫硫廢水難以回收利用，因此，最終產(chǎn)生的脫硫廢水是全廠廢水零排放的關(guān)鍵。

2 主要技術(shù)路線

目前國(guó)內(nèi)脫硫廢水零排放處理技術(shù)路線有很多，各技術(shù)從工藝路線上可劃分為2個(gè)階段，即濃縮減量階段和固化處理階段?！痘痣姀S污染防治可行技術(shù)指南》指出零排放技術(shù)主要包括煙氣余熱蒸發(fā)干燥和高鹽廢水蒸發(fā)結(jié)晶。

蒸發(fā)結(jié)晶法是利用煙氣、蒸汽或熱水等熱源蒸發(fā)廢水，蒸發(fā)產(chǎn)生的水汽可凝結(jié)成水用于冷卻塔補(bǔ)水、鍋爐補(bǔ)給水等，廢水中的溶解鹽被蒸發(fā)結(jié)晶后進(jìn)行綜合利用或處置。工程應(yīng)用實(shí)例表明：以機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)技術(shù)（MVR）和多效蒸餾（MED）技術(shù)為代表的零排放技術(shù)投資和運(yùn)行成本極高，某電廠處理廢水綜合費(fèi)用約為180元/m3（含藥耗、能耗、設(shè)備折舊、人工費(fèi)用等），而且存在結(jié)晶鹽處置的問題。蒸發(fā)結(jié)晶工藝零排放技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例如表1所示。

表1 蒸發(fā)結(jié)晶工藝零排放技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例

煙道噴霧干燥是利用尾部煙氣進(jìn)行脫硫廢水零排放處理技術(shù)，其原理主要是利用煙氣與廢水之間進(jìn)行熱交換，分為旁路煙道蒸發(fā)和尾部煙道直接噴霧蒸發(fā)。尾部煙道直接噴霧蒸發(fā)技術(shù)根據(jù)廢水噴射的位置又可分為高溫?zé)煹绹婌F蒸發(fā)和低溫?zé)煹绹婌F蒸發(fā)。低溫?zé)煹绹婌F蒸發(fā)工藝零排放技術(shù)應(yīng)用實(shí)例如表2所示。

表2 低溫?zé)煹绹婌F蒸發(fā)工藝零排放技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

尾部煙道直接噴霧蒸發(fā)工藝流程為脫硫廢水經(jīng)預(yù)處理裝置后，充分霧化后進(jìn)入尾部煙道蒸發(fā)，水分被完全蒸發(fā)為氣態(tài)水蒸氣，隨煙氣進(jìn)入脫硫吸收塔100%冷凝回收，其中污染物鹽分隨著水分蒸發(fā)結(jié)晶成固體顆粒，被除塵器捕捉進(jìn)入干灰，實(shí)現(xiàn)廢水零排放。煙道直噴技術(shù)是利用煙氣余熱蒸發(fā)廢水，無液體排放，不會(huì)造成二次污染。

旁路煙道蒸發(fā)工藝是從鍋爐空預(yù)器入口煙道引出部分高溫?zé)煔膺M(jìn)入旁路噴霧蒸發(fā)器，經(jīng)預(yù)處理并濃縮后的廢水噴入旁路噴霧蒸發(fā)裝置，廢水蒸發(fā)形成的水蒸氣隨煙氣進(jìn)入除塵器，溶解性鹽結(jié)晶析出，在除塵器中被捕集，水蒸氣進(jìn)入脫硫系統(tǒng)循環(huán)利用。旁路煙道系統(tǒng)復(fù)雜，影響機(jī)組熱效率，投資成本較高，其優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行調(diào)節(jié)靈活，負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)機(jī)組要求較小。

煙道噴霧蒸發(fā)技術(shù)，初投資低，不產(chǎn)生新的污染物，設(shè)備和系統(tǒng)簡(jiǎn)單，可靠性高，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低無結(jié)晶鹽處理問題。低溫?zé)煹绹婌F蒸發(fā)技術(shù)從空預(yù)器后煙道噴入缺點(diǎn)是系統(tǒng)需在機(jī)組較高負(fù)荷（空預(yù)器出口煙溫≥110℃）下投運(yùn)，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷低時(shí)，系統(tǒng)不能投運(yùn)。高溫?zé)煹乐苯訃婌F蒸發(fā)是從空預(yù)器前煙道噴入，對(duì)機(jī)組效率影響較大。2種煙道直噴技術(shù)均存在積灰及噴嘴堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，且對(duì)煙道結(jié)構(gòu)有較高的要求。

國(guó)際上美國(guó)、日本、捷克等國(guó)家電廠均有運(yùn)用預(yù)處理加鍋爐尾部煙道蒸發(fā)固化處理廢水的實(shí)例。從國(guó)內(nèi)實(shí)施結(jié)果來看，采用尾部煙道噴霧蒸發(fā)工藝的投資與運(yùn)行費(fèi)用雖然比較低，但運(yùn)行過程中的噴嘴堵塞、積灰等問題亟待深入研究。主流技術(shù)路線比較如表3所示。

表3 主流技術(shù)路線比較

3 煙道噴霧蒸發(fā)工藝核心設(shè)備及工藝研發(fā)

綜合工程應(yīng)用基本情況和主流技術(shù)路線技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，煙道噴霧蒸發(fā)技術(shù)投資小、運(yùn)行費(fèi)用少、占地面積少是成本較低的零排放技術(shù)。其關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)包含以下方面：

建立尾部煙道數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)尾部煙氣蒸發(fā)運(yùn)行工況的數(shù)值模擬，揭示煙道流場(chǎng)、煙溫、霧化角、粒徑尺寸對(duì)廢水蒸發(fā)的影響規(guī)律，為煙道噴霧蒸發(fā)脫硫廢水零排放技術(shù)奠定理論基礎(chǔ)。

跟蹤液滴顆粒的軌跡，建立單個(gè)液滴蒸發(fā)過程的數(shù)學(xué)模型，研究噴嘴噴出的液滴分布規(guī)律及其影響因素，提出液滴霧化后的最佳蒸發(fā)時(shí)間，確保噴霧裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足在規(guī)定時(shí)間完全蒸發(fā)。

搭建脫硫廢水煙氣霧化蒸發(fā)測(cè)試平臺(tái)和中試試驗(yàn)裝置，通過動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，揭示煙氣溫度、煙氣速速、霧化水量、霧化壓力、霧化粒徑、液氣比等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)對(duì)液滴霧化效果、蒸發(fā)時(shí)間的影響規(guī)律。

針對(duì)脫硫廢水零排放系統(tǒng)中的高鹽高腐蝕高結(jié)垢水質(zhì)特點(diǎn)，優(yōu)化噴霧裝置結(jié)構(gòu)，提出最優(yōu)的噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)和布置方式，具備防堵、防結(jié)垢以及防腐蝕功能。

研究煙道防腐蝕及防積灰技術(shù)。

研究噴霧蒸發(fā)技術(shù)對(duì)脫硫系統(tǒng)、除塵設(shè)備以及飛灰品質(zhì)的影響，對(duì)超低排放的影響。

4 結(jié)語

蒸發(fā)結(jié)晶和煙道噴霧蒸發(fā)這2種技術(shù)路線，均能滿足現(xiàn)有國(guó)家對(duì)廢水排放的總體要求。煙道噴霧蒸發(fā)工藝由于系統(tǒng)簡(jiǎn)單、投資低、運(yùn)行費(fèi)用少，占地面積小等優(yōu)點(diǎn)成為低成本的零排放技術(shù)。電廠應(yīng)綜合考慮水質(zhì)、煙氣、煙道條件，深入論證和科學(xué)設(shè)計(jì)，在全廠水平衡統(tǒng)籌管理下，實(shí)現(xiàn)全廠梯級(jí)用水，使水重復(fù)利用率達(dá)先進(jìn)水平，成功實(shí)現(xiàn)廢水零排放。