關于火電廠脫硫廢水零排放技術應用

蓋克勤，陳優(yōu)東

（1.華電國際項目管理有限公司，山東 濟南 250102；2.龍口礦業(yè)集團工程建設有限公司，山東 煙臺 265700）

1 概述

隨著近年來我國以燃煤為主的火力發(fā)電的快速發(fā)展，環(huán)境問題不斷凸顯。受水資源短缺問題的影響，廢水零排放備受關注。

目前火力發(fā)電行業(yè)高鹽廢水綜合治理處理工藝主要有兩個大方向，一是蒸發(fā)結(jié)晶，二是煙氣余熱蒸發(fā)。因蒸發(fā)結(jié)晶器造價非常高，而煙氣余熱蒸發(fā)受煙氣量的限制，所以目前高鹽廢水綜合治理工藝流程分三個步驟：第一步：預處理，去除懸浮物、硬度、堿度、重金屬等；第二步：濃縮處理，濃縮廢水的量，以減少末端蒸發(fā)結(jié)晶或煙氣蒸發(fā)的投資；第三步：蒸發(fā)脫鹽處理，采用蒸發(fā)結(jié)晶或煙氣加熱蒸發(fā)，實現(xiàn)廢水“零排放”。

本文重點介紹了廢水零排放的預處理、濃縮、高效蒸發(fā)工藝，并從技術及經(jīng)濟上進行了簡單介紹分析。

2 預處理工藝

廢水預處理系統(tǒng)主要是去除脫硫廢水中的懸浮物和Ca2+、Mg2+、SO42-等離子，滿足后續(xù)系統(tǒng)的進水要求，避免后續(xù)處理系統(tǒng)出現(xiàn)結(jié)垢、污堵。

由表1可以看出，雖然“氫氧化鈉+碳酸鈉”軟化法的加藥量少，加藥成本是根據(jù)氫氧化鈉和石灰的市場價格波動，現(xiàn)階段因石灰加藥量大、價格高，“氫氧化鈉+碳酸鈉”軟化法加藥成本更低?！皻溲趸c+碳酸鈉”軟化法對F離子去除效果不好，對氫氧化鎂的沉降效果也不好，會發(fā)生氫氧化鎂沉淀一直懸浮在水中無法沉降的情況，氫氧化鎂沉淀的小晶體顆粒會隨著廢水進入下級系統(tǒng)，對后面膜系統(tǒng)運行產(chǎn)生較大影響，故“氫氧化鈉+碳酸鈉”軟化法需要更精細的控制、更高的運行水平，而“石灰+碳酸鈉”軟化法沉降效果更好、藥品安全性更好、購買更容易、加藥費用高。

3 濃縮處理工藝

目前廢水濃縮分兩大主流工藝，熱法濃縮和膜法濃縮。

（1）熱法處理工藝是一個比較成熟的工藝路線，用于海水淡化、廢水處理已經(jīng)有較多年，主要有機械蒸汽再壓縮（MVC/MVR）、低溫多效蒸餾法（MED）、多級閃蒸（MSF）等工藝。熱法濃縮后，濃水TDS最高可達200000mg/L。根據(jù)熱法濃縮的技術經(jīng)濟性，目前火電廠較為適合高鹽廢水熱法濃縮的工藝為“低溫煙氣蒸發(fā)濃縮”工藝。

低溫煙氣蒸發(fā)濃縮處理單元是引出部分引風機后的低溫煙氣作為熱源進入蒸發(fā)濃縮器。脫硫廢水經(jīng)過三聯(lián)箱處理后的上清液、酸堿再生廢水及循環(huán)冷卻系統(tǒng)排水濃水引至蒸發(fā)濃縮器霧化后與煙氣直接接觸換熱而被蒸發(fā)、濃縮，飽和濕煙氣經(jīng)過蒸發(fā)濃縮器內(nèi)的除霧器處理后進入主煙道。高鹽廢水經(jīng)過低溫煙氣蒸發(fā)處理后形成冷凝水和濃縮液兩部分，冷凝水可以回用作脫硫工藝水，濃縮液進入末端廢水處理工藝單元。

在低溫煙氣蒸發(fā)濃縮單元，脫硫廢水、酸堿再生廢水和循環(huán)冷卻系統(tǒng)排水濃水采用大流量循環(huán)蒸發(fā)方式，使廢水濃縮8-10倍。低溫煙氣蒸發(fā)單元的處理系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

目前，低溫煙氣蒸發(fā)濃縮處理技術已在國電泰州電廠和聊城信源集團脫硫廢水低溫煙氣蒸發(fā)濃縮項目已投運近一年。對于低溫煙氣蒸發(fā)濃縮工藝，可以將三聯(lián)箱處理后的脫硫廢水、酸堿再生廢水和循環(huán)冷卻系統(tǒng)排水濃水混合后直接送至低溫煙氣蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)進行蒸發(fā)濃縮，無需進行軟化處理。

表1 軟化工藝綜合對比表

圖1 廢水低溫煙氣蒸發(fā)濃縮處理系統(tǒng)示意圖

（2）膜法濃縮工藝。目前較為主流的深度濃縮膜處理工藝主要有：高壓反滲透（DTRO）、正滲透（FO）、電滲析（ED）。其中正滲透工藝在電力系統(tǒng)內(nèi)應用案例只有一個，且并不成功，本次膜法濃縮主要是在DTRO和ED間做比選，見表2所示。

4 脫硫廢水煙道蒸發(fā)零排放關鍵技術

目前較為主流的濃鹽蒸發(fā)脫鹽水處理工藝有三種，分別是主煙道煙氣余熱噴霧蒸發(fā)干燥技術、旁路蒸發(fā)器煙氣噴霧蒸發(fā)干燥技術、蒸發(fā)結(jié)晶工藝。

主煙道煙氣余熱噴霧蒸發(fā)干燥技術在末端濃鹽水的處理中已有較多的應用案例，具有系統(tǒng)簡單、投資運行成本低、無結(jié)晶鹽處置問題等優(yōu)點，不過系統(tǒng)運行穩(wěn)定性受機組負荷影響較大。

旁路煙道蒸發(fā)的脫硫廢水零排放技術具有的優(yōu)點是：自動化程度高、操作方便，提高了系統(tǒng)的運維水平；旁路煙道入、出口隔離門的設計可實現(xiàn)與電廠主體的隔離，不影響電廠的日常運作?；谂月窡煹勒舭l(fā)的脫硫廢水零排放技術具有可行性，該技術中預處理是基礎，膜減量是保障，旁路煙道蒸發(fā)是核心。應用該技術時應根據(jù)允許蒸發(fā)水量反推膜濃縮倍數(shù)，設計合理的預處理工藝參數(shù)。該技術利用高溫煙氣實現(xiàn)脫硫廢水的高效蒸發(fā)，無需額外熱源，運行能耗低；且旁路煙道可充分利用煙道間空隙，占地面積小，工程投資省。能夠一定程度減少系統(tǒng)運行中的積灰、結(jié)垢等問題，但是對鍋爐效率略有影響。旁路蒸發(fā)器煙氣噴霧蒸發(fā)干燥技術投資運行費用較低，無結(jié)晶鹽處理處置等問題，對空氣預熱器、粉煤灰品質(zhì)等影響較小，近年來火電廠投運案例漸增。

蒸汽機械再壓縮蒸發(fā)結(jié)晶工藝存在占地面積大、運行費用高以及結(jié)晶鹽的處理處置問題，電廠應用考慮較少。

灰場噴灑蒸發(fā)作為一個末端濃鹽水消納手段，無新增投資，運行成本較低，不過面臨較大的環(huán)保政策風險，見表3所示。

5 結(jié)束語

表2 深度濃縮段工藝比選

表3 深度濃縮處理工藝技術經(jīng)濟比較

綜上所述，廢水零排放技術路線需結(jié)合電廠的生產(chǎn)特點選擇。預處理工藝與運行參數(shù)，是脫硫廢水零排放處理的基礎。濃縮減量可有效降低蒸發(fā)固化段處理負荷，保證后續(xù)系統(tǒng)的高效蒸發(fā)，是實現(xiàn)脫硫廢水零排放的關鍵；相較于熱法濃縮，膜法濃縮設備簡單，占地面積小，能耗較低。高溫煙氣蒸發(fā)是零排放處理的核心，旋轉(zhuǎn)霧化蒸發(fā)技術無需額外熱源、效率高、占地少、簡單易于自動化控制，并且可無須預處理，對電廠其他設備影響小，極具推廣前景。

目前，國內(nèi)脫硫廢水零排放技術正處于廣泛研究和初步應用階段?，F(xiàn)有零排放技術投資成本普遍較高，運營成本較大。如何結(jié)合現(xiàn)有工藝，優(yōu)化實現(xiàn)低成本脫硫廢水零排放，將是今后脫硫廢水零排放的重點。