脫硫廢水低溫煙氣濃縮減量技術研究

萬忠誠

（盛發(fā)環(huán)?？萍迹◤B門）有限公司，福建 廈門 361000）

低溫熱法濃縮減量技術經(jīng)過前期調(diào)研和對煙氣蒸發(fā)能力理論研究計算，確定基本工藝路線為：利用電廠除塵器后的全煙氣量所攜帶的低溫余熱來濃縮減量脫硫廢水，對原煙道內(nèi)、外進行簡易改造。改造費用較低：只需在煙道內(nèi)進行噴射裝置布置，增加濃縮廢水收集裝置。經(jīng)過數(shù)值模擬研究，確定以最優(yōu)的噴淋方式進行噴淋，能確保噴出的廢水與煙氣最佳混合效果。搭建模擬煙道實驗臺，探究脫硫廢水煙道內(nèi)低溫煙氣蒸發(fā)量與煙氣工況的關系，為工程試驗研究和工業(yè)化提供依據(jù)。

1 低溫熱法濃縮減量技術介紹

低溫熱法濃縮減量技術，利用電除塵器后脫硫塔前100℃左右煙氣，對脫硫廢水進行濃縮減量。來自石膏旋流器的溢出水首先進入三聯(lián)箱進行簡單預處理，去除大部分懸浮物，部分鈣、鎂離子及重金屬離子，三聯(lián)箱出水進入緩沖箱沉淀澄清，產(chǎn)生的污泥通過污泥泵打到板框壓濾機，濾餅外運。濃水則進入pH調(diào)節(jié)池，進行調(diào)質(zhì)。經(jīng)調(diào)質(zhì)后的濃水由濃水輸送泵送入“高效節(jié)能廢水蒸發(fā)結晶器”蒸發(fā)干燥，實現(xiàn)脫硫廢水的零排放，見圖1。

圖1 低溫熱法濃縮減量技術工藝圖

2 低溫煙氣余熱濃縮能力理論研究

以某電廠330MW機組為例，計算除塵器后煙氣余熱濃縮能力即煙氣蒸發(fā)能力，該機組的部分數(shù)據(jù)如表1所示。

對于燃煤電廠工況而言，煙氣含濕量達到飽和時其溫度約為50℃，遠遠低于常壓下水的沸點，因此除塵器后的蒸發(fā)過程為煙氣終溫低于液體沸點的蒸發(fā)，屬于自然蒸發(fā)過程。自然蒸發(fā)過程熱量平衡等式如下：

表1 BMCR工況下空預器后煙氣參數(shù)

對應溫度下飽和濕煙氣攜帶水蒸氣的能力推算，出口煙氣所能攜帶水蒸氣量與出口煙氣溫度關系如下：

式中：MDFG為原始干煙氣相對分子質(zhì)量。

經(jīng)計算，除塵器后的煙氣余熱的蒸發(fā)能力上限為56.601t/h，此時煙氣溫度由原始煙氣溫度125℃降至煙氣飽和含濕溫度48.097℃。

通過以上計算，確定入口煙溫與蒸發(fā)量的關系，入口煙溫為95℃時，煙氣最大蒸發(fā)量為37t/h，說明低溫煙氣具有蒸發(fā)能力，驗證了低溫煙氣濃縮脫硫廢水的可行性。

3 數(shù)值模擬計算及結果分析

3.1 研究對象

以某電廠330MW機組為例，利用FLUENT軟件對脫硫塔前入口煙道進行低溫蒸發(fā)濃縮的方案進行CFD模擬，考慮到原有煙道布置方式不匹配噴淋方式，容易造成噴淋脫硫廢水直接噴到煙道壁上，對原有煙道進行改造，對改造后煙道煙氣流速進行流場模擬及噴槍性能模擬。

3.2 數(shù)學模型和邊界條件

在流體流動過程中遵循的定律有質(zhì)量守恒定律、能量守恒定律、動量守恒定律和組分守恒定律?？紤]到煙氣在蒸發(fā)器中的流動為湍流，模擬時采用工程中使用最廣泛的k-ε三維湍流模型。脫硫廢水噴槍采用Fluent提供的DPM離散相模型。當顆粒相體積分數(shù)小于10%時，利用Fluent離散相模型進行求解可得到較為準確的結果。

3.3 數(shù)值模擬結果

1）煙道速度模擬結果

對改造后煙道速度模擬結果如圖2。

圖2 改造后煙道速度模擬結果示意圖

分析圖2，改造后煙氣流線流暢，通過模擬計算可得，對于原煙道脫硫塔入口Cv=11.6%<15%，符合脫硫塔入口均勻度要求。

2）蒸發(fā)效果模擬結果

脫硫廢水噴嘴均勻分布在頂部截面上，脫硫廢水由煙道頂部噴入，對噴槍霧化粒徑分別為1000μm、2000μm、3000μm、4000μm 的工況進行模擬，模擬結果如圖3。

圖3 霧化粒徑蒸發(fā)效果示意圖

分析圖3可知，濃縮液滴最后掉落區(qū)域距噴嘴的水平距離隨著霧化粒徑的增大而增大，霧化粒徑為1000μm時，濃縮液滴最終掉落在距噴嘴水平距離3m左右的位置、霧化粒徑為4000μm時，縮液滴最終掉落在距噴嘴水平距離0.5m左右的位置。當噴槍霧化粒徑在1000～4000μm時，濃縮液會最終被收集到循環(huán)水箱中，當噴槍霧化粒徑小于1000μm，大量廢水會被煙氣卷吸入脫硫塔。

4 實驗方案和實驗結果

4.1 低溫煙氣濃縮實驗方案

本全煙氣低溫余熱濃縮實驗臺主要由鼓風機、加熱管、模擬煙道、煙溫測量裝置、噴淋裝置、沖洗裝置、沖洗水泵、噴淋水泵、循環(huán)水箱組成。每次實驗在濃縮罐中加入一定水量（30L）的模擬廢水，經(jīng)噴淋泵送至煙道內(nèi)噴淋裝置中，利用轉子流量計控制進水流量。鑒于實驗室條件，利用熱空氣模擬電廠煙氣，利用變頻器控制鼓風機鼓空氣流量，空氣經(jīng)過加熱管，空氣被加熱到指定溫度，熱空氣進入模擬煙道，與模擬廢水進行接觸換熱，未蒸發(fā)的廢水經(jīng)模擬煙道下部的集水口進入濃縮罐，再次通過噴淋泵進入煙道內(nèi)蒸發(fā)，蒸發(fā)后的水蒸氣被模擬煙氣攜帶出去。

低溫煙氣濃縮實驗臺模擬不同煙氣量下，入口煙溫為95℃，噴水量為17L/min。計算低溫煙氣的蒸發(fā)能力。

4.2 低溫煙氣濃縮實驗結果

實驗模擬在不同工況下，在相同噴水量，相同煙溫下，隨著煙氣量的增大，蒸發(fā)能力變大，蒸發(fā)能力在8.1～9mL/m3。

煙氣量的不同，水簾被煙氣吹散的程度也不同，煙氣量越大，導致“水簾”中部分水以小水珠的形式與煙氣接觸，粒徑越小蒸發(fā)效果越好，會增大蒸發(fā)量。煙氣量的不同，水簾被煙氣吹散的程度也不同，煙氣量越大，導致“水簾”中部分水以小水珠的形式與煙氣接觸，粒徑越小蒸發(fā)效果越好，會增大蒸發(fā)量。

計算可得，在實際工況下，95℃的煙溫，標況100萬m3/h，實際煙氣量為1347794.25m3/h，能夠蒸發(fā)脫硫廢水量為：10.92t。