淺談燃煤電廠脫硫廢水零排放工藝

華玉龍，孫紅麗，吳士定，周 威

(中國聯(lián)合工程有限公司，浙江 杭州 310051)

煤炭作為火電廠主要燃料，但其使用過程中造成的污染不容忽視，而石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)可以有效的脫除煙氣中的SO2，該法占全國濕法脫硫的90%[1]。為了維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行，處理過程中會(huì)產(chǎn)生的一定量的廢水，此類廢水屬于最末端的廢水，若直接排放，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。

2015年國務(wù)院《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》中要求全面控制污染物排放。2017年環(huán)保部《火電廠污染防治可行技術(shù)指南》指出實(shí)現(xiàn)廢水近零排放的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放。因此采用合適的處理工藝達(dá)到脫硫廢水零排放，最大程度的節(jié)約成本成為國內(nèi)外學(xué)者主要研究方向。

1 脫硫廢水水質(zhì)與處理難點(diǎn)

石灰石-石膏濕法脫硫廢水中的污染物成分及含量與煤種、脫硫工藝與運(yùn)行方式、煙塵量、石灰石品質(zhì)、石膏脫水效果、催化還原技術(shù)(SCR)系統(tǒng)氨逃逸等多種因素有關(guān)[2]。

對(duì)寧波、山東某電廠脫硫廢水，進(jìn)行水質(zhì)分析如表1所示。

表1 廢水處理系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)Table 1 Inlet water quality of wastewater treatment system

由表1可知，脫硫廢水特征如下：(1)顯酸性，pH在4～6.5之間，腐蝕性強(qiáng)[3]；(2)懸浮物含量高；(3)鹽度高，主要含硫酸鹽、氯化物、氟化物、硫化物等；(4)含重金屬，主要含Hg、Cr、As、Pb、Zn、Ni、Cd等。

目前面臨的處理難點(diǎn)有：(1)水質(zhì)、水量受燃煤、脫硫系統(tǒng)補(bǔ)水及脫硫運(yùn)行工況影響大，水質(zhì)波動(dòng)范圍大；(2)懸浮物濃度高，細(xì)顆粒物比例大，易造成膜過濾裝置污堵；(3)硅、鎂等濃度高，硫酸鈣過飽和度高，結(jié)垢傾向強(qiáng)，后系統(tǒng)結(jié)垢清洗恢復(fù)難；(4)處理后廢水產(chǎn)生的效益極低，對(duì)處理成本要求嚴(yán)格。

2 脫硫廢水處理工藝

2.1 常規(guī)的脫硫廢水處理工藝

采用“pH調(diào)整+混凝+沉淀+pH調(diào)整”的綜合處理工藝，廢水經(jīng)過中和、絮凝和沉淀等處理過程，即旋流器廢水直接送至廢水收集池內(nèi)收集，并且在收集池里布置空氣攪拌設(shè)施，而后通過在中和池、反應(yīng)池、絮凝池內(nèi)進(jìn)行沉淀，包括鹽酸投加、有機(jī)硫投加、氫氧化鈣投加、絮凝劑投加、助凝劑投加；整個(gè)過程產(chǎn)生的污泥通過板框壓濾機(jī)、進(jìn)泥泵、閥門等配套設(shè)備組成的脫水系統(tǒng)形成泥餅外運(yùn)，脫出的水在清水池內(nèi)pH調(diào)節(jié)后則返回系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用。如圖1所示。

圖1 常規(guī)脫硫廢水處理工藝流程圖Fig.1 Process flow chart of conventional desulfurization wastewater treatment

此種處理工藝雖然可以去除懸浮物和濁度，實(shí)現(xiàn)出水懸浮物達(dá)標(biāo)排放，但是在運(yùn)行過程中也存在一些問題：(1)適應(yīng)性差，部分重金屬達(dá)標(biāo)困難；(2)藥劑投放量大，運(yùn)行費(fèi)用高，約8～10元/t；(3)污泥產(chǎn)生量大存在被定性為危險(xiǎn)廢物的風(fēng)險(xiǎn)，處理與處置困難；(4)即使達(dá)標(biāo)處理，含鹽量高，難以利用，容易造成二次污染。

2.2 脫硫廢水零排放處理工藝

常規(guī)的脫硫廢水處理工藝無法徹底實(shí)現(xiàn)零排放，需要對(duì)廢水進(jìn)行減量化處理，提高濃縮倍數(shù)，降低能耗，依據(jù)該思路又不斷改進(jìn)出新的工藝路線。

2.2.1 預(yù)處理+濃縮蒸發(fā)結(jié)晶處理工藝

脫硫廢水預(yù)處理采用軟化澄清工藝，即將脫硫廢水輸送到廢水緩沖槽收集，由廢水輸送泵送往一級(jí)反應(yīng)器，器內(nèi)投加氫氧化鈣、重金屬沉淀劑、絮凝劑、助凝劑，用泵輸送至一級(jí)澄清池內(nèi)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使水中鎂離子與氫氧根結(jié)合形成氫氧化鎂沉淀，硫酸根與鈣離子生成硫酸鈣沉淀，用污泥輸送泵將沉淀物輸送到污泥處理系統(tǒng)進(jìn)行脫水，脫水產(chǎn)生的濾液返回廢水緩沖槽；上清液流入到二級(jí)反應(yīng)器，器內(nèi)加入碳酸鈉和絮凝劑，再通過泵輸送到二級(jí)澄清池內(nèi)，使水中剩余的鈣離子與碳酸根結(jié)合形成碳酸鈣沉淀，用污泥輸送泵將沉淀物輸送到污泥處理系統(tǒng)進(jìn)行脫水，脫水返回廢水緩沖槽，上清液進(jìn)入廢水緩沖池，進(jìn)入濃縮蒸發(fā)結(jié)晶過程。詳細(xì)流程如圖2所示。

圖2 軟化澄清預(yù)處理工藝流程圖Fig.2 Process flow of softening and clarification pretreatment

濃縮蒸發(fā)結(jié)晶是采用串聯(lián)多個(gè)蒸發(fā)器組成，加熱蒸汽引入第一個(gè)蒸發(fā)器內(nèi)，加熱其內(nèi)的漿液，使?jié){液產(chǎn)生比蒸汽溫度低的飽和蒸汽，將這些蒸汽引入第二個(gè)蒸發(fā)器內(nèi)作為加熱蒸汽，使其內(nèi)料液也產(chǎn)生比加熱蒸汽溫度低的飽和蒸汽，直至到最后一個(gè)蒸發(fā)器。動(dòng)力蒸汽的冷凝水返回系統(tǒng)疏水箱內(nèi)，蒸發(fā)產(chǎn)生的冷凝水也匯集后回收利用。含鹽脫硫廢水經(jīng)過反應(yīng)器依次濃縮，到最后一個(gè)蒸發(fā)器達(dá)到飽和而結(jié)晶析出，輸送到離心機(jī)內(nèi)達(dá)到排鹽的效果[4]。詳細(xì)流程如圖3所示。

圖3 多效濃縮結(jié)晶系統(tǒng)圖Fig.3 Multi effect concentration crystallization system

該處理工藝對(duì)廢水水質(zhì)的要求低，系統(tǒng)適應(yīng)能力強(qiáng)，達(dá)到分鹽處理，但是其缺點(diǎn)是初期投資大，運(yùn)行成本高[5]；工藝流程長，運(yùn)行繁瑣；檢修和維護(hù)工作量較大。

2.2.2 預(yù)處理+煙道蒸發(fā)處理工藝

脫硫廢水進(jìn)入預(yù)沉池進(jìn)行簡單預(yù)處理，而后的漿液透過過濾網(wǎng)進(jìn)入緩沖罐，再由泵輸送到煙道內(nèi)，通過噴嘴進(jìn)行霧化，與煙道內(nèi)的熱煙氣充分接觸，水分揮發(fā)進(jìn)入煙氣系統(tǒng)，鹽分析出的細(xì)小顆粒與煙氣同時(shí)進(jìn)入到電除塵器內(nèi)被攔截下來，而大顆粒直接沉淀下來進(jìn)入灰斗，可定時(shí)清理。具體工藝系統(tǒng)圖如圖4所示。

圖4 脫硫廢水煙道蒸發(fā)處理系統(tǒng)圖Fig.4 Flue evaporation treatment system of desulfurization wastewater

該處理工藝有廢水水質(zhì)的要求低，系統(tǒng)簡單，初期投資較小，運(yùn)行成本低，占地面積小的優(yōu)點(diǎn)，但其仍有急需解決的問題：(1)處理能力較低，不能滿足零排放要求；(2)設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)臈l件下，煙道結(jié)垢嚴(yán)重，可能造成煙氣部分賭塞，垢樣成分與水泥類似，較難清洗；(3)噴頭的布置對(duì)蒸發(fā)固化效果影響很大，對(duì)爐后煙道安裝位置要求高，在低低溫改造后布置困難；(4)需要考慮煙氣和煙塵的性質(zhì)變化對(duì)除塵的影響。

2.2.3 預(yù)處理+旁道煙道蒸發(fā)處理工藝

石膏脫水設(shè)備脫出的廢水送至預(yù)處理裝置進(jìn)行預(yù)處理和濃縮，而后送至旋轉(zhuǎn)霧化器將廢水霧化成氣態(tài)，通過煙氣分布器均勻進(jìn)入廢水干燥塔內(nèi)，利用省煤氣后旁路煙道內(nèi)煙氣的熱量與其進(jìn)行熱交換，水分蒸發(fā)，大顆?；曳殖恋淼剿椎幕叶穬?nèi)，小顆粒隨著煙氣返回到空氣預(yù)熱器后煙道主路，通過煙道冷卻器空氣冷卻后進(jìn)入到電除塵器、脫硫塔，形成一個(gè)循環(huán)[6]。整個(gè)過程的工藝流程見圖5。

圖5 旁路煙道蒸發(fā)處理系統(tǒng)圖Fig.5 Evaporation treatment system of bypass flue

該處理工藝的主要核心設(shè)備為干燥塔、旋轉(zhuǎn)霧化器、煙道分布器。干燥塔是實(shí)現(xiàn)煙氣與霧滴充分混合，實(shí)現(xiàn)傳熱、傳質(zhì)反應(yīng)的容器。在塔內(nèi)完成廢水的安全蒸發(fā)，結(jié)構(gòu)上采用薄壁結(jié)構(gòu)和獨(dú)有的熱膨脹吸收技術(shù)，保證各種工況的安全穩(wěn)定運(yùn)行。旋轉(zhuǎn)霧化器是實(shí)現(xiàn)廢水霧化的專用設(shè)備，原理是利用旋轉(zhuǎn)霧化器的離心力，使料液在旋轉(zhuǎn)表面上伸展為薄膜，并以不斷增加的速度向霧化盤的邊緣運(yùn)行，離開霧化盤邊緣時(shí)，實(shí)現(xiàn)溶液轉(zhuǎn)化成細(xì)小霧滴。煙氣分布器是使煙氣經(jīng)過分布器后，煙氣流被分布成繞霧化盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)行及繞霧化盤邊緣的向下流動(dòng)，向下壓向霧滴并形成傘狀云形狀，達(dá)到煙氣與霧滴的充分混合。

該處理工藝優(yōu)點(diǎn)主要在于：(1)脫硫廢水經(jīng)預(yù)處理及濃縮后，避免噴霧蒸發(fā)過程的結(jié)垢、堵塞煙道等問題；(2)噴霧蒸發(fā)器排出煙氣溫度增加，可提高除塵效率；(3)脫硫廢水蒸發(fā)水分進(jìn)入脫硫塔，可降低脫硫工藝水耗；(4)能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、真正意義的脫硫廢水零排放，無需單獨(dú)處置固體鹽。(5)整個(gè)系統(tǒng)流程短，工藝設(shè)備少，運(yùn)行時(shí)與脫硫系統(tǒng)操作和維護(hù)的人員共用，不需要新增運(yùn)行人員，降低運(yùn)行成本。

3 結(jié) 語

通過以上幾種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)比較，燃煤電廠高效除塵的石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置產(chǎn)生的末端脫硫廢水推薦使用預(yù)處理+旁道煙道蒸發(fā)處理工藝來處理，操作簡單、占地少，對(duì)其他整個(gè)系統(tǒng)的影響小。隨著國家越來越嚴(yán)格的環(huán)保要求，脫硫廢水零排放技術(shù)發(fā)展勢(shì)必在行，從廢水處理效果，運(yùn)行安全可靠性，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性方面綜合考慮去選擇合適的處理工藝極其必要。