蒸發(fā)工藝在脫硫廢水零排放技術(shù)中的應(yīng)用

劉偉杰

摘? 要：火力發(fā)電行業(yè)中，為脫除脫硫系統(tǒng)排放廢水中存在的各種物質(zhì)，各類(lèi)環(huán)保企業(yè)開(kāi)始加大對(duì)脫硫廢水零排放技術(shù)的研究，以此控制廢水中污染物質(zhì)的排放，并改善自然水體水質(zhì)。而在廢水零排放技術(shù)中，蒸發(fā)工藝作為一種具有良好應(yīng)用效果的處理工藝，實(shí)現(xiàn)了廢水零排放。對(duì)此，本文主要針對(duì)蒸發(fā)工藝在脫硫廢水零排放技術(shù)中的應(yīng)用相關(guān)問(wèn)題展開(kāi)研究，并探討相關(guān)工藝技術(shù)具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：蒸發(fā)工藝;脫硫廢水;零排放技術(shù);應(yīng)用策略

前言：

現(xiàn)階段，從我國(guó)火力發(fā)電廠煙氣脫硫系統(tǒng)看，脫硫廢水水質(zhì)較為復(fù)雜，具有含固率高、腐蝕性高、含鹽量高以及處理難度大等特點(diǎn)。由于脫硫廢水水質(zhì)特殊，廢水處理難度較大，廢水零排放技術(shù)壁壘則更高，但隨著蒸發(fā)工藝的運(yùn)用，極大地推動(dòng)了脫硫廢水零排放技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。

1 工藝概述

蒸發(fā)工藝作為一種具有濃縮減量，提取固體溶質(zhì)以及制取純凈溶劑等功能的技術(shù)手段，當(dāng)下已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于化工、食品和海水淡化等行業(yè)中，并取得了良好應(yīng)用效果。該工藝手段應(yīng)用中涉及到的溶劑汽化過(guò)程會(huì)吸收大量汽化熱，這就導(dǎo)致蒸發(fā)操作會(huì)產(chǎn)生大量能耗。當(dāng)下化工行業(yè)中以多效蒸發(fā)工藝為主，能夠改善傳熱條件，提高對(duì)加熱蒸汽利用率，降低單元蒸發(fā)能耗。

同時(shí)為有效降低蒸發(fā)過(guò)程潛熱消耗量，開(kāi)始采用機(jī)械蒸汽再壓縮技術(shù)蒸發(fā)器，該技術(shù)將二次蒸汽經(jīng)機(jī)械驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)進(jìn)行絕熱壓縮后將其輸送至蒸發(fā)器中，絕熱壓縮使二次蒸汽溫度升高，從而與蒸發(fā)器中被加熱液體產(chǎn)生足夠溫差，能夠使壓縮后的二次蒸汽重新作為熱源。該方式只需補(bǔ)充一定量壓縮功，便可獲得大量的二次升級(jí)熱能，該裝置通常借助電能作為壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)能源。

在技術(shù)具體應(yīng)用中，考慮到脫硫廢水水質(zhì)、能耗以及系統(tǒng)運(yùn)行可靠性等方面因素。采用的蒸發(fā)濃縮工藝脫硫廢水排零排放系統(tǒng)技術(shù)路線如下：第一，預(yù)處理系統(tǒng)，采用石灰與碳酸鈉兩級(jí)澄清軟化技術(shù)，并結(jié)合過(guò)濾技術(shù)進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)廢水進(jìn)行徹底軟化，并脫除固體懸浮物;第二，蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)主要采用機(jī)械蒸汽再壓縮技術(shù);第三，結(jié)晶部分需要結(jié)合實(shí)際情況，采用強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶器，或者是借助蒸發(fā)塘、拌灰等方式降低工藝運(yùn)行成本，以此提高經(jīng)濟(jì)效益;第四，固體廢棄物處理。將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的污泥送至垃圾場(chǎng)進(jìn)行填埋，而剩余結(jié)晶鹽可作為工業(yè)鹽進(jìn)行再次利用。

分析蒸發(fā)過(guò)程中的能耗情況可知，多效（MED）因?yàn)楹笠患?jí)加熱器運(yùn)用的熱源是前一效蒸發(fā)產(chǎn)出的二次蒸汽，因此，首效生蒸汽是該系統(tǒng)主要消耗。相比之下，機(jī)械蒸汽再壓縮（MVR）工藝的熱源，一般來(lái)自壓縮機(jī)，又升溫增壓后得到的二次蒸汽，因此，分析可知，系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，只有第一次啟動(dòng)時(shí)會(huì)耗費(fèi)少量生蒸汽，待進(jìn)入正式運(yùn)行后，并無(wú)蒸汽消耗，所以壓縮機(jī)的電耗為主要的能耗。

2 脫硫廢水零排放蒸發(fā)工藝技術(shù)路線

分析我國(guó)火力發(fā)電場(chǎng)現(xiàn)有脫硫廢水零排放技術(shù)，主要涉及到三個(gè)環(huán)節(jié)，即廢水預(yù)處理軟化環(huán)節(jié)、水量濃縮環(huán)節(jié)、固化結(jié)晶環(huán)節(jié)。

首先，廢水預(yù)處理軟化環(huán)節(jié)中，采用的軟化方式主要就是利用了石灰-碳酸鈉、氫氧化鈉-碳酸鈉進(jìn)行軟化，其中石灰-碳酸鈉軟化法具有藥劑成本低優(yōu)勢(shì)，能夠有效去除SO?2?、Ca2+、Mg2+ 成分等，是目前較為普遍的方法。事實(shí)上，廢水預(yù)處理軟化過(guò)程中，需要采用投放化學(xué)藥劑方式，清除廢水中包含的Ca、Mg等離子，從而有效避免后續(xù)系統(tǒng)中引發(fā)污堵、結(jié)垢等現(xiàn)象。

其次，水量濃縮環(huán)節(jié)，目的在于減少?gòu)U水量，從而降低后續(xù)蒸發(fā)固化環(huán)節(jié)中，設(shè)備運(yùn)行成本，減少系統(tǒng)投資。在具體實(shí)踐中，主要采用熱法濃縮方法、膜濃縮方法。在熱濃縮工藝基礎(chǔ)上進(jìn)一步細(xì)分，可以分為機(jī)械蒸汽再壓縮工藝、多效蒸發(fā)工藝。而在膜濃縮技術(shù)應(yīng)用洪，涉及到了反滲透、正滲透、電滲析幾類(lèi)膜濃縮技術(shù)。

最后，進(jìn)入固化潔凈處理環(huán)節(jié)，該階段的主要作用原理就是借助蒸發(fā)軟化濃縮后的廢水，并將回收廢水中產(chǎn)生的氣化水分。待剩余鹽分固化成結(jié)晶鹽后，進(jìn)行外排，達(dá)到脫硫廢水零排放的目標(biāo)。但現(xiàn)階段蒸發(fā)結(jié)晶和煙道蒸發(fā)工藝應(yīng)用路徑選擇中依舊存在一些分歧[1]。

3 脫硫廢水零排放技術(shù)中的蒸發(fā)工藝分析

3.1脫硫廢水蒸發(fā)結(jié)晶工藝

分析脫硫廢水蒸發(fā)結(jié)晶工藝技術(shù)可知，在具體應(yīng)用中需要使用到熱法結(jié)晶技術(shù)處理可溶性鹽，進(jìn)一步細(xì)分，可以分為機(jī)械蒸汽再壓縮、多效閃蒸法兩種方式。預(yù)處理軟化后的脫硫廢水，經(jīng)濃縮可減少?gòu)U水總量，而后使其進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶環(huán)節(jié)，此時(shí)，廢水中原有的鹽分便會(huì)結(jié)晶，而后通過(guò)混鹽、工業(yè)純鹽形式進(jìn)行析出。在整個(gè)蒸發(fā)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一定的蒸餾水，但能夠?qū)崿F(xiàn)二次利用。此外，在這一過(guò)程中，為保證能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)晶鹽資源的再利用，可以將納濾分鹽系統(tǒng)安置在蒸發(fā)環(huán)節(jié)，在系統(tǒng)的作用下，將氯化鈉從廢水中分離出來(lái)，在整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行過(guò)程中，不會(huì)產(chǎn)生蒸汽消耗，大部分消耗來(lái)源于壓縮機(jī)電耗[2]。

3.2煙道蒸發(fā)工藝

3.2.1主煙道余熱蒸發(fā)

在主煙道蒸發(fā)過(guò)程中，充分發(fā)揮了氣液兩相流噴嘴霧化作用，將廢水進(jìn)行預(yù)處理后，而后將其噴灑于煙道內(nèi)。在低溫?zé)煔獾淖饔孟拢藭r(shí)的煙道內(nèi)部廢水會(huì)在噴入時(shí)會(huì)被快速蒸發(fā)，然后會(huì)形成溶解性鹽份，并固化形成結(jié)晶鹽。國(guó)外對(duì)該項(xiàng)技術(shù)研究和應(yīng)用較早，我國(guó)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)研究應(yīng)用尚處于起步階段，無(wú)論是工業(yè)運(yùn)行條件，還是存在的諸多因素，并未實(shí)施深入研究，從當(dāng)前多數(shù)電廠實(shí)際應(yīng)用實(shí)踐情況看，結(jié)晶鹽堆積、煙道堵塞等問(wèn)題時(shí)常發(fā)生，嚴(yán)重影響了技術(shù)應(yīng)用。

煙道蒸發(fā)工藝中對(duì)精度控制具有較高要求，蒸發(fā)后煙溫應(yīng)當(dāng)大于該條件下的酸露點(diǎn)，主要目的就是防止出現(xiàn)除塵器電氣板腐蝕情況。此外，為了保證水分蒸發(fā)足夠，需要在不碰壁前提下，應(yīng)當(dāng)深入研究霧化液滴和煙氣體間的規(guī)律，比如運(yùn)動(dòng)、傳質(zhì)、傳熱等情況?？蓮漠?dāng)前實(shí)際情況看，我國(guó)針對(duì)此部分的研究，還停留于軟件模擬分析層面，并不具備高足夠的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，與此同時(shí)，由于受煙道結(jié)構(gòu)影響，使得該蒸發(fā)工藝存在較大限制，若是霧化液體為60μm時(shí)，不到1秒的時(shí)間，液滴便可完全蒸發(fā);但如果煙氣流速15m/s，若達(dá)到液滴完全蒸干的情況，則對(duì)應(yīng)的煙道至少要達(dá)到十幾米的長(zhǎng)度。但實(shí)際情況是，電廠多應(yīng)用低溫技術(shù)，所以導(dǎo)致煙道長(zhǎng)度縮短，進(jìn)而制約了主煙道蒸發(fā)工藝發(fā)展，造成通過(guò)引導(dǎo)蒸發(fā)后形成的固體鹽被除塵器收集后會(huì)進(jìn)入到灰粉中。此類(lèi)成分通常被用于材料的配制，比如水泥、混凝土等。但按照粉煤灰配比得到的粉煤灰硅酸鹽水泥，其中的CI-含量會(huì)超過(guò)規(guī)定的氯離子控制要求，超過(guò)了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而對(duì)水泥使用產(chǎn)生影響，造成粉煤灰利用困難。

3.2.2旁路煙道蒸發(fā)

在脫硫廢水零排放蒸發(fā)工藝中，為保證整個(gè)機(jī)組運(yùn)行安全，防止出現(xiàn)煙道堵塞情況，建議后期運(yùn)用旁路煙道蒸發(fā)技術(shù)進(jìn)行液滴蒸發(fā)處理。而旁路煙道蒸發(fā)工藝技術(shù)原理，主要就是利用高效霧化噴嘴，在蒸發(fā)塔內(nèi)完成外置蒸發(fā)霧化處理，主要作用對(duì)象就是預(yù)處理或濃縮后的高濃度含鹽廢水，完成蒸發(fā)霧化處理后，需要適量的抽取空預(yù)器中的高溫?zé)煔?，溫度約350℃，主要目的就是作為熱源，促使其能夠和廢水霧化液滴充分接觸，此時(shí)，作用產(chǎn)生的水蒸氣、結(jié)晶鹽會(huì)順著煙氣一同進(jìn)入到空預(yù)器、低溫省煤器之間的煙道內(nèi)。然后利用除塵器捕捉結(jié)晶鹽，結(jié)晶鹽進(jìn)入粉煤灰進(jìn)得到清理。在此基礎(chǔ)上，水蒸氣順著煙氣進(jìn)入到脫硫塔，最終實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放。需要明確的是，在應(yīng)用旁煙道蒸發(fā)工藝過(guò)程中，主要就是利用引空預(yù)器前端煙道內(nèi)高溫?zé)煔猓瑢?shí)現(xiàn)對(duì)脫硫廢水的蒸發(fā)，進(jìn)而直接影響到原有鍋爐設(shè)計(jì)熱平衡，從而使得鍋爐運(yùn)行效率減弱，使得煤炭熱量耗氧量升高，會(huì)增加脫硫廢水零排放成本。

3.3低溫余熱閃蒸

3.3.1技術(shù)原理

低溫余熱閃蒸工藝技術(shù)原理主要為：（1）低溫余熱閃蒸技術(shù)，主要就是依托水溶液沸點(diǎn)與壓力正相關(guān)的關(guān)系，當(dāng)水溶液沸點(diǎn)降低時(shí)，其壓力也降低，利用這一能夠促使脫硫廢水進(jìn)行階梯多效的蒸發(fā)濃縮。在實(shí)踐操作中，需要應(yīng)用到除塵器出口低塵低溫?zé)煔鉄崃?，產(chǎn)生低溫蒸汽，并作為蒸發(fā)系統(tǒng)外部熱源，可提高廢熱利用率。另一方面，應(yīng)當(dāng)建立多效蒸發(fā)系統(tǒng)負(fù)壓，這里使用的是真空泵，在此基礎(chǔ)上，依照壓力不同，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)沸點(diǎn)蒸發(fā)溫度的閃蒸，能夠?qū)崿F(xiàn)外部熱源熱量梯級(jí)利用。（2）分析加熱器高效防垢的作用原理可知，其中涉及到了催化磁化技術(shù)、結(jié)晶防垢技術(shù)、流速?gòu)?qiáng)制循環(huán)技術(shù)，最終才實(shí)現(xiàn)高效防垢。采用強(qiáng)制循環(huán)技術(shù)，能夠有效降低換熱器管壁結(jié)垢現(xiàn)象發(fā)生，在廢水催化磁化處理技術(shù)作用下，可以很大程度上消除深層結(jié)垢誘發(fā)條件，而利用結(jié)清防垢技術(shù)，能夠降低加熱器結(jié)垢情況的發(fā)生。

3.3.2工藝流程

低溫余熱閃蒸發(fā)技術(shù)，主要是應(yīng)用于石灰石-石膏濕法脫硫廢水零排放工藝流中。該流程涉及6個(gè)組成系統(tǒng)，即廢水儲(chǔ)存及輸送系統(tǒng)、煙道換熱器系統(tǒng)、多效閃蒸蒸發(fā)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、濃液處理系統(tǒng)和排空系統(tǒng)。

脫硫廢水蒸發(fā)中，需要將煙道換熱器加裝于除塵器出口于引風(fēng)機(jī)入口煙道處，借助出口132℃煙氣熱量，利用真空泵加熱換熱器內(nèi)除鹽水，使其成為低于100℃低溫蒸汽，然后將其送至蒸發(fā)系統(tǒng)中作為熱源進(jìn)行濃縮蒸發(fā)，經(jīng)冷凝處理后聚集于冷凝罐。然后利用水泵使其回到煙道換熱器中，以此實(shí)現(xiàn)低溫余熱獲取。經(jīng)水力旋流器處理的脫硫廢水送至廢水來(lái)料箱，并泵送至多效蒸發(fā)系統(tǒng)中進(jìn)行加熱濃縮處理，利用尾氣真空泵使其與加熱器中蒸汽實(shí)現(xiàn)換熱，被加熱后的廢水再次進(jìn)入分離器進(jìn)行汽、液分離操作，分離器中液相往循環(huán)環(huán)泵強(qiáng)制循環(huán)進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)作為蒸發(fā)濃縮物料。分離器中氣相作后續(xù)一效為蒸發(fā)系統(tǒng)熱源。經(jīng)過(guò)反復(fù)蒸發(fā)濃縮形成結(jié)晶，末效蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽利用循環(huán)冷卻水在尾氣冷凝器內(nèi)冷凝成凝結(jié)水，并將其存儲(chǔ)與尾氣冷凝罐中[2]。

結(jié)論：目前，我國(guó)火力發(fā)電廠針對(duì)煙氣脫硫系統(tǒng)中排出的高污染廢水，為降低其對(duì)外部環(huán)境影響，并保證系統(tǒng)內(nèi)部離子平衡性，對(duì)廢水零排放工藝技術(shù)運(yùn)用愈加重視。而采用廢水零排放處理脫硫工藝，既可保證脫硫系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，又可實(shí)現(xiàn)廢水零排放。蒸發(fā)工藝作為一種較為有效的廢水排放技術(shù)手段，能夠起到濃縮溶液、獲取固體溶質(zhì)以及制造獲取純凈溶劑等效果。將其應(yīng)用于脫硫廢水零排放中，能夠有效清除污水中廢水中多種元素以及污垢等物質(zhì)，利于降低排出廢水污染程度，具有極大的應(yīng)用前景。

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