煙道蒸發(fā)技術(shù)在燃煤電廠脫硫廢水零排放項(xiàng)目中的應(yīng)用

馮立波 劉文櫸 羅鐘高

摘 要：隨著國(guó)家環(huán)保政策越來(lái)越嚴(yán)格，燃煤發(fā)電機(jī)組污染物的排放受到極大限制，燃煤電廠脫硫廢水的零排放已經(jīng)提上議事日程。但是，燃煤電廠的一些脫硫廢水項(xiàng)目存在投資成本較高、安全可靠性有待驗(yàn)證的問(wèn)題。目前，煙道蒸發(fā)是行業(yè)內(nèi)普遍較為關(guān)注的脫硫廢水處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)示范和一定的工程應(yīng)用。因此，研究燃煤電廠脫硫廢水零排放技術(shù)及其實(shí)際應(yīng)用，具有良好的產(chǎn)業(yè)背景，能夠促進(jìn)其工程技術(shù)的改革和進(jìn)步?；诖?，本文主要闡述了煙道蒸發(fā)工藝系統(tǒng)在脫硫廢水零排放項(xiàng)目中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：廢水零排放;干燥裝置;煙道蒸發(fā)

中圖分類(lèi)號(hào)：X773文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）02-0146-03

Application of Flue Evaporation Technology in Zero Discharge Project of Desulfurization Wastewater from Coal-fired Power Plant

FENG Libo1 LIU Wenju1 LUO Zhonggao2

（1. Zhejiang Tiandi Environmental Protection Technology Co.， Ltd.，Hangzhou Zhejiang 311121;2. China Energy Engineering Group Zhejiang Electric Power Design Institute Co.， Ltd.，Hangzhou Zhejiang 310012）

Abstract： As the national environmental protection policies become more and more stringent， the discharge of pollutants from coal-fired power plants is greatly restricted， and zero discharge of desulfurization wastewater from coal-fired power plants has been put on the agenda. However， some desulfurization wastewater projects in coal-fired power plants have problems with high investment costs and safety and reliability to be verified. At present， flue evaporation is the most concerned desulfurization wastewater treatment technology in the industry， which has achieved industrial demonstration and certain engineering applications. Therefore， the research on the zero discharge technology of desulfurization wastewater from coal-fired power plants and its practical application has a good industrial background and can promote the reform and progress of its engineering technology. Based on this， this paper mainly described the application of the flue evaporation process system in the zero discharge project of desulfurization wastewater.

Keywords： zero discharge of wastewater;drying-device;flue evaporation

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫因其技術(shù)成熟、適應(yīng)性強(qiáng)成為我國(guó)當(dāng)前燃煤電廠煙氣脫硫的主流工藝。目前，我國(guó)90%以上燃煤電廠采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)[1]。在濕法煙氣脫硫工藝中，為使脫硫系統(tǒng)保持正常運(yùn)行，一般控制吸收塔中氯離子含量低于20 000 mg/L，因此需要定時(shí)排放一定量的脫硫廢水。脫硫廢水的排放不連續(xù)，且每次排放的水質(zhì)和水量都不恒定，不同的煤質(zhì)、石灰石成分、脫硫裝置運(yùn)行方式、補(bǔ)充水等都會(huì)影響脫硫廢水的水質(zhì)和水量。而且，脫硫廢水水質(zhì)較差，污染物種類(lèi)繁多，主要含懸浮物、氯化物、氟化物、亞硫酸鹽、硫酸鹽以及微量重金屬等污染物，同時(shí)具有極高硬度、極低堿度和極高氯離子的特點(diǎn)。燃煤電廠脫硫廢水處置由達(dá)標(biāo)排放轉(zhuǎn)為綜合利用，實(shí)現(xiàn)脫硫廢水“零排放”，可避免廢水大量排放造成的環(huán)境污染，體現(xiàn)了“清潔生產(chǎn)”“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”的發(fā)展理念，符合國(guó)家節(jié)能減排的政策并有著重要的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效益。研究脫硫廢水零排放工藝，不向環(huán)境中排出任何廢液，是燃煤電廠實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路，也是未來(lái)脫硫廢水系統(tǒng)研究的重要方向。

煙道蒸發(fā)法在國(guó)內(nèi)外均有應(yīng)用案例，該法按其蒸發(fā)位置的不同，可分為煙道內(nèi)蒸發(fā)和煙道外蒸發(fā)。煙道內(nèi)蒸發(fā)技術(shù)通過(guò)雙流體霧化噴嘴直接將脫硫廢水噴入除塵器前的入口煙道進(jìn)行蒸發(fā)處理，該技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，投資運(yùn)行成本低，但存在煙道腐蝕、污染物沉積等風(fēng)險(xiǎn)。煙道外蒸發(fā)技術(shù)則是將脫硫廢水通過(guò)旋轉(zhuǎn)霧化器霧化成粒徑幾十微米的霧滴噴入噴霧干燥裝置內(nèi)，抽取部分空氣預(yù)熱器前熱煙氣作為熱源，在噴霧干燥裝置內(nèi)將廢水蒸發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放。與傳統(tǒng)蒸發(fā)結(jié)晶法相比，煙道外蒸發(fā)技術(shù)具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、投資費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)[2]。本文以某燃煤電廠廢水零排放項(xiàng)目為例，對(duì)該項(xiàng)目所采用的煙道外蒸發(fā)工藝系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用分析。

1 煙道外蒸發(fā)技術(shù)工藝流程

將脫硝反應(yīng)器出口的熱煙氣引出至干燥裝置，與經(jīng)過(guò)霧化噴嘴霧化后的脫硫廢水霧滴充分接觸，使脫硫廢水霧滴完全蒸發(fā)，降溫后的煙氣接回至空預(yù)器與電除塵間的煙道。廢水中污染物轉(zhuǎn)化為結(jié)晶鹽類(lèi)，一部分掉落至干燥裝置底部，通過(guò)氣力輸送至燃煤電廠現(xiàn)有的灰渣處理系統(tǒng);另一部分隨煙氣夾帶進(jìn)入電除塵器，與飛灰一起被去除。工藝流程如圖1所示。

2 煙道外蒸發(fā)技術(shù)工藝系統(tǒng)

煙道外蒸發(fā)工藝系統(tǒng)主要包括煙氣系統(tǒng)、噴霧干燥裝置系統(tǒng)、工藝水及廢水供應(yīng)系統(tǒng)等。

2.1 煙氣系統(tǒng)

煙氣系統(tǒng)主要包括煙氣進(jìn)出口擋板門(mén)和煙道等。煙氣自SCR反應(yīng)器與空預(yù)器之間的煙道引接，煙氣進(jìn)入噴霧干燥裝置，與被離心霧化器霧化后的脫硫廢水充分接觸，霧化液滴中的水被迅速蒸發(fā)，同時(shí)脫硫廢水中的鹽類(lèi)被干燥，部分流入干燥裝置底部，部分隨煙氣接至電除塵器前煙道。為調(diào)節(jié)進(jìn)入本系統(tǒng)的煙氣量，在從SCR反應(yīng)器出口引入的煙道處配置進(jìn)口擋板，進(jìn)口擋板采用調(diào)節(jié)型執(zhí)行結(jié)構(gòu)，為電動(dòng)單軸雙百葉形式;出口擋板采用開(kāi)關(guān)型執(zhí)行結(jié)構(gòu)，為電動(dòng)單軸雙百葉形式。系統(tǒng)煙道是噴霧裝置進(jìn)口和出口段的煙道，煙道根據(jù)可能出現(xiàn)的不利條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。干燥裝置進(jìn)口和出口煙道最小壁厚設(shè)計(jì)為不小于6 mm，壁板采用Q355-B材質(zhì)，煙道內(nèi)煙氣流速不超過(guò)15 m/s。煙道設(shè)計(jì)壓力為±5 000 Pa。煙道外部有充分加固和支撐，以滿(mǎn)足在各種工況下能安全穩(wěn)定的運(yùn)行要求。

2.2 噴霧干燥裝置系統(tǒng)

噴霧干燥裝置系統(tǒng)主要是干燥裝置、離心霧化器和熱風(fēng)分布器等。

噴霧干燥裝置是脫硫廢水霧化干燥的容器。高溫?zé)煔膺M(jìn)入噴霧干燥裝置，其在霧化后與脫硫廢水霧滴充分接觸，霧滴中的水分迅速蒸發(fā)，脫硫廢水中的鹽類(lèi)被干燥，部分混合到原煙氣的粉塵中，部分流入干燥裝置的底部。干燥裝置底部的灰渣通過(guò)氣力輸送設(shè)備至燃煤電廠現(xiàn)有的灰渣處理系統(tǒng)。該裝置為工藝的核心設(shè)備，為確保不會(huì)產(chǎn)生諸如酸露點(diǎn)腐蝕的現(xiàn)象，在離心霧化器底部下方一定范圍內(nèi)的裝置內(nèi)側(cè)壁板處貼襯合金，干燥裝置壁板采用Q355-B材質(zhì)。干燥裝置采用上部為圓柱段、下部為圓錐段形式，干燥裝置設(shè)計(jì)壓力為±3 000 Pa。煙道設(shè)計(jì)過(guò)程中，增加傾斜向下的煙氣進(jìn)口，流場(chǎng)分布更優(yōu)[3]。

離心霧化器是保證廢水被霧化成細(xì)小顆粒的設(shè)備。離心霧化器運(yùn)行可靠，霧化后的顆粒均勻，易維護(hù)、耐磨，同時(shí)其噴水量的調(diào)節(jié)范圍廣，其對(duì)不同煙氣溫度和不同煙氣流量的變化具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，可以快速響應(yīng)燃煤機(jī)組不同的工況。離心霧化器的基本原理是當(dāng)脫硫廢水由于離心力的作用被送至高速旋轉(zhuǎn)的霧化盤(pán)時(shí)，脫硫廢水延伸為薄膜或被拉成細(xì)絲（取決于離心霧化器軸轉(zhuǎn)速和脫硫廢水量），并以不斷增長(zhǎng)的速度率移動(dòng)到霧化盤(pán)的邊緣，霧化后的液滴徑一般為10～60 μm。熱風(fēng)分布器采用對(duì)數(shù)螺線(xiàn)蝸殼，熱風(fēng)分布器能夠加強(qiáng)進(jìn)入干燥裝置的熱煙氣的旋流強(qiáng)度，可使霧化液體與熱煙氣有效混合，避免干燥裝置壁板上的水分凝結(jié)或迫使高溫?zé)煔庠诟稍镅b置內(nèi)做直線(xiàn)或螺旋線(xiàn)狀流動(dòng)。在噴霧工藝中，具有良好的霧化效果和氣液混合是非常重要的，這有利于系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，并使出口煙氣溫度接近所要求的溫度。煙氣溫度和液滴粒徑對(duì)霧化蒸發(fā)影響很大，煙溫越高、液滴粒徑越細(xì)，越有利于干燥。考慮到能耗成本及靜電除塵器的安全運(yùn)行，進(jìn)口煙溫宜選擇327 ℃以上，霧化粒徑宜選擇60 μm[3]。

根據(jù)煙氣流入干燥裝置內(nèi)的軌跡，熱風(fēng)分布器可分為直流型和螺旋型。直流型熱風(fēng)分布器是指煙氣與干燥裝置沿軸線(xiàn)平行地做直線(xiàn)流動(dòng)，煙氣流動(dòng)速度均勻。直流型熱風(fēng)分布器一般為平面孔板和直導(dǎo)板結(jié)構(gòu)，氣流速度低，不太可能發(fā)生粘壁現(xiàn)象。然而，為了保證干燥時(shí)間足夠，干燥裝置需要具有一定的高度。螺旋型熱風(fēng)分布器形成的煙氣以螺旋狀流動(dòng)，干燥廢水時(shí)間較長(zhǎng)，干燥裝置高度較低。煙氣可從干燥裝置側(cè)面壁板切向引入，或者通過(guò)干燥裝置頂部的螺旋型熱風(fēng)分布器引入。蝸殼熱風(fēng)分布器是典型的螺旋型熱風(fēng)分布器，帶有圓形內(nèi)邊緣和安裝在干燥裝置中心的離心霧化器。煙氣進(jìn)口煙道截面積較大，使得錐形環(huán)形間隙的進(jìn)口煙氣均勻。錐形環(huán)形間隙內(nèi)側(cè)和外側(cè)均設(shè)置多個(gè)導(dǎo)風(fēng)板，以控制高溫?zé)煔獾牧飨颍轨F滴與高溫?zé)煔獾幕旌蠞M(mǎn)足工藝設(shè)計(jì)要求。為保證廢水霧滴良好的干燥效果，導(dǎo)風(fēng)板的角度一般在0°～35°范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.3 工藝水及廢水供給系統(tǒng)

工藝水系統(tǒng)主要目的是在噴霧干燥裝置系統(tǒng)不運(yùn)行時(shí)清洗管路，以防止管路內(nèi)殘留脫硫廢水和清洗離心霧化器等，該系統(tǒng)主要由水泵、管道及閥門(mén)組成。在廢水供給系統(tǒng)中，脫硫廢水經(jīng)三聯(lián)箱處理后，經(jīng)廢水輸送泵及管道輸送至離心霧化器。該系統(tǒng)主要由廢水輸送泵、管道及閥門(mén)等組成。

3 煙道外蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用評(píng)價(jià)

某燃煤電廠機(jī)組實(shí)施脫硫廢水零排放項(xiàng)目后，脫硫廢水得到了有效的解決。下面分析項(xiàng)目運(yùn)行、機(jī)組負(fù)荷對(duì)最大廢水處理量及能耗、氣態(tài)污染物和除塵器的影響。

根據(jù)機(jī)組滿(mǎn)負(fù)荷下某一天時(shí)間段內(nèi)的干燥裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)，干燥裝置進(jìn)口煙溫約為350 ℃，脫硫廢水噴入量為3～4 t/h，引入煙氣量為30 000～35 000 Nm3/h，干燥裝置出口煙氣溫度穩(wěn)定在130～140 ℃。

根據(jù)不同脫硫廢水量所需引入標(biāo)況煙氣量的計(jì)算結(jié)果，處理1 t廢水所需的煙氣量為9 000～11 000 Nm3/h，廢水處理量越大，所需的煙氣量較多。

根據(jù)本項(xiàng)目實(shí)際廢水處理量情況，從不同脫硫廢水量對(duì)應(yīng)所需引入的標(biāo)況煙氣量試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，實(shí)際所需的煙氣量與計(jì)算結(jié)果相比偏小。煙氣經(jīng)過(guò)旁路蒸干系統(tǒng)后，SO2濃度及NOx濃度均無(wú)明顯變化。

在機(jī)組滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行下，本項(xiàng)目工作人員對(duì)電除塵器進(jìn)、出口煙道的各測(cè)試斷面采樣測(cè)量。經(jīng)電除塵器兩側(cè)出口煙塵排放濃度測(cè)定，煙道蒸發(fā)系統(tǒng)投入使用后，單側(cè)電除塵效率下降約0.05%。

通過(guò)對(duì)電除塵系統(tǒng)某一時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行情況進(jìn)行測(cè)試，人們發(fā)現(xiàn)，灰渣中氯離子含量與脫硫廢水中的氯離子含量、煤灰分、機(jī)組負(fù)荷、脫硫廢水蒸干流量直接相關(guān)。在干燥裝置最大出力條件（機(jī)組負(fù)荷100%）下，脫硫廢水氯離子保持在7 000～8 000 mg/L，燃用灰分約為20%的煤種時(shí)，灰分中的氯離子含量為0.15%～0.2%?！锻ㄓ霉杷猁}水泥》（GB 175—2007）規(guī)定，水泥中氯離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)小于0.06%，粉煤灰的摻配比應(yīng)小于50%;《高強(qiáng)高性能混凝土用礦物外加劑》（GB/T 18736—2017）規(guī)定，高強(qiáng)高性能混凝土摻配過(guò)程中，氯離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)小于0.02%;《海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（JGJ 206—2010）規(guī)定，海砂混凝土中，氯離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.06%～0.30%。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)可知，灰?guī)斓幕抑新入x子含量仍符合《海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（JGJ 206—2010）對(duì)粉煤灰的要求。原來(lái)未噴入脫硫廢水前的灰渣中，氯離子含量保持在0.1%以下，可見(jiàn)灰渣可分類(lèi)降級(jí)后再利用。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，國(guó)內(nèi)各環(huán)保企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)對(duì)脫硫廢水零排放技術(shù)進(jìn)行了一定的研究。相比其他脫硫廢水處理技術(shù)，煙道外蒸發(fā)技術(shù)投資成本相對(duì)偏低，運(yùn)行維護(hù)量較小，也是目前關(guān)注度較高的一種脫硫廢水零排放技術(shù)，但是在不同廢水處理量和不同煙氣量等工況的情況下，干燥裝置等設(shè)備的適應(yīng)性及優(yōu)化仍需要進(jìn)一步的研究。本文主要對(duì)煙道外蒸發(fā)技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用研究，這對(duì)燃煤電廠脫硫廢水處理具有一定的指導(dǎo)意義。

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