300 MW機(jī)組脫硫廢水旁路蒸發(fā)干燥系統(tǒng)性能試驗研究

王仁雷，王豐吉，戴瑜，蘭永龍

（華電電力科學(xué)研究院有限公司，杭州 310030）

某火電廠建有2臺330 MW燃煤機(jī)組，每臺機(jī)組均配置雙室五電場靜電除塵器和濕法石灰石－石膏脫硫系統(tǒng)，脫硫過程產(chǎn)生的廢水來自旋流器排放水，其中含有大量懸浮物、亞硫酸鹽、硫酸鹽、氯化物及重金屬等，具有高硬度、高鹽分、高懸浮物、高腐蝕性、含重金屬等特征，是目前燃煤電廠難處理的廢水之一［1－3］。為響應(yīng)國家環(huán)保政策，滿足脫硫廢水零排放的要求，電廠采用旁路蒸發(fā)干燥技術(shù)進(jìn)行零排放改造工程［4－5］。為了測試該工藝系統(tǒng)各項技術(shù)指標(biāo)，對該系統(tǒng)開展性能試驗研究工作，評價裝置性能并提出優(yōu)化建議。

1 脫硫廢水旁路蒸發(fā)干燥系統(tǒng)

采用旁路蒸發(fā)干燥技術(shù)處理脫硫廢水、化水車間和精處理再生廢水等，其工藝原理是將經(jīng)預(yù)處理的廢水通過高速旋轉(zhuǎn)的霧化器霧化后，利用鍋爐SCR脫硝反應(yīng)器與空氣預(yù)熱器間的熱煙氣作為熱源，在旁路蒸發(fā)干燥塔內(nèi)將廢水蒸發(fā)，水分進(jìn)入煙氣中，干燥產(chǎn)生的大顆粒固體物質(zhì)從塔底部排出，小顆粒固體物質(zhì)隨干燥后的尾氣返回電除塵進(jìn)口進(jìn)行收集處理［6－7］。工藝流程見圖1。

圖1 脫硫廢水旁路蒸發(fā)干燥處理工藝流程Fig.1 Process flow of bypass evaporation drying treatment of desulfurization wastewater

1.1 設(shè)計水質(zhì)與水量

每臺機(jī)組滿負(fù)荷工況下產(chǎn)生的脫硫廢水量約4.5 m3／h，2臺共9.0 m3／h，化學(xué)水處理車間和精處理車間的再生廢水量共約1.0 m3／h，總廢水量約為10 m3／h。脫硫廢水設(shè)計水質(zhì)如表1所示，不同負(fù)荷下設(shè)計廢水處理量及機(jī)組煙氣參數(shù)如表2所示。

表1 脫硫廢水設(shè)計水質(zhì)Tab.1 Design quality of desulfurization wastewater

表2 不同負(fù)荷下設(shè)計廢水處理量及機(jī)組煙氣量Tab.2 Design water treatment capacity and unit flue gas capacity under different loads

1.2 工藝系統(tǒng)

脫硫廢水旁路蒸發(fā)干燥工藝系統(tǒng)主要包括廢水給料系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、旁路蒸發(fā)干燥塔3個部分。

1.2.1 廢水給料系統(tǒng)

脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水經(jīng)現(xiàn)有的三聯(lián)箱石灰漿液調(diào)質(zhì)后，流入清水箱儲存。化水車間再生廢水和精處理再生廢水輸送至澄清池儲存，泵送入三聯(lián)箱調(diào)質(zhì)后，流入清水箱儲存。清水箱內(nèi)的廢水經(jīng)泵輸送至旁路蒸發(fā)干燥塔的廢水箱中，再經(jīng)提升泵送入每個干燥塔的高位給料箱中，自流進(jìn)入塔內(nèi)。

1.2.2 煙氣系統(tǒng)

煙氣系統(tǒng)主要包括擋板和煙道等。從現(xiàn)有空氣預(yù)熱器前的主煙道引出一部分煙氣進(jìn)入干燥塔。在本系統(tǒng)進(jìn)出口煙道設(shè)置進(jìn)口擋板和出口擋板，進(jìn)口擋板采用調(diào)節(jié)型執(zhí)行結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)干燥塔出口煙道溫度調(diào)節(jié)進(jìn)入本系統(tǒng)的煙氣量。出口擋板采用開關(guān)型執(zhí)行結(jié)構(gòu)。

1.2.3 旁路蒸發(fā)干燥塔

每臺鍋爐配1個蒸發(fā)干燥塔。干燥塔內(nèi)徑為8.5 m，筒體高度為16.0 m，總高約為36.5 m。干燥塔由圓柱體和圓錐體上下兩部分組成，熱煙氣和廢水均從塔頂部進(jìn)入塔內(nèi)，干燥后的尾氣從錐體上部離開干燥塔，大顆粒固體從塔底部進(jìn)入倉泵。煙氣分布器設(shè)置在塔頂，采用蝸殼形式，并裝有一定夾角的導(dǎo)風(fēng)板，其作用是使干燥用熱煙氣均勻地進(jìn)入干燥塔內(nèi)。每個蒸發(fā)干燥塔配1臺旋轉(zhuǎn)霧化器，旋轉(zhuǎn)霧化器配置45 kW的雙頻電機(jī)及變頻器，霧化器轉(zhuǎn)速為10 000～13 000 r／min，可通過變頻器調(diào)節(jié)，噴射出的霧滴平均直徑為10～60μm。

2 性能試驗

2.1 性能試驗結(jié)果

對脫硫廢水旁路蒸發(fā)干燥塔進(jìn)行性能測試，試驗期間脫硫廢水水質(zhì)情況見表3，性能試驗結(jié)果見表4。由表4可知，在機(jī)組滿負(fù)荷工況下，脫硫廢水旁路蒸發(fā)干燥塔進(jìn)口煙氣量約為60 340 m3／h（標(biāo)態(tài)、濕基、實際O2），進(jìn)口煙氣溫度約為334℃，系統(tǒng)廢水處理量達(dá)到5.2 m3／h以上（最大處理量為6.2 m3／h），干燥產(chǎn)物含水率為0.15%，粉煤灰中含氯量為0.26%，鍋爐效率影響值約為0.55%，裝置出口煙氣溫度約為180℃。該系統(tǒng)各項性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求，未出現(xiàn)明顯掛壁、腐蝕結(jié)垢情況。

表3 性能試驗期間脫硫廢水水質(zhì)Tab.3 Quality of desulfurization wastewater during performance test

表4 脫硫廢水旁路蒸發(fā)干燥系統(tǒng)性能試驗結(jié)果Tab.4 Performance test results of bypass evaporative drying system for desulfurization wastewater

不同機(jī)組負(fù)荷下的廢水處理量情況見圖2。由圖2可知，50%負(fù)荷工況下大于3 m3／h，75%工況下大于4 m3／h，滿負(fù)荷工況下大于5 m3／h，完全滿足機(jī)組負(fù)荷變化情況下脫硫廢水處理要求。同時這部分煙氣進(jìn)入電除塵器后，廢水蒸發(fā)增加了煙氣濕度，從而使煙氣飛灰比電阻得以下降，有利于提高電除塵器的除塵效率。蒸發(fā)的廢水在脫硫吸收塔冷卻后成為脫硫補(bǔ)充水，有利于降低脫硫系統(tǒng)水耗。

圖2 不同機(jī)組負(fù)荷下的廢水處理量情況Fig.2 Wastewater treatment capacity under different unit loads

2.2 存在的問題及建議

（1）滿負(fù)荷工況下不同廢水處理量與裝置出口煙氣溫度關(guān)系見圖3。由圖3可知，由于脫硫廢水旁路蒸發(fā)干燥塔進(jìn)口煙氣量高于設(shè)計值，使得廢水處理量為5.2 m3／h時出口煙氣溫度約為180℃，明顯高于設(shè)計煙氣溫度150℃（實際出口煙氣溫度達(dá)到150℃時，廢水處理量約為7.5 m3／h），對鍋爐效率造成一定影響。因此建議對煙氣引入量進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整試驗研究，即根據(jù)機(jī)組負(fù)荷和脫硫廢水處理量對入口擋板門進(jìn)行調(diào)節(jié)，在滿足廢水充分蒸發(fā)干燥的前提下，盡可能減少裝置的煙氣引入量，減輕對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響。

圖3 滿負(fù)荷工況下廢水處理量與出口煙氣溫度的關(guān)系Fig.3 Relationship between wastewater treatment capacity and smoke temperature at system outlet under full load condition

（2）100%負(fù)荷工況下（廢水處理量5 m3／h），粉煤灰中含氯量約為0.26%，GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》規(guī)定普通硅酸鹽水泥中粉煤灰質(zhì)量分?jǐn)?shù)為不超過20%，按此最大比例摻配該粉煤灰后，含氯量增加值為0.052%，滿足GB 175—2007規(guī)定的硅酸鹽水泥中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.06%的要求，因此不會對粉煤灰的綜合利用產(chǎn)生明顯影響。但粉煤灰中含氯量受機(jī)組負(fù)荷、燃煤灰分、廢水氯離子濃度及廢水處理量等諸多因素影響，實際運(yùn)行中不易控制，一定程度上會限制粉煤灰在水泥中的摻加比例?？煽紤]在旁路蒸發(fā)干燥塔后設(shè)置一個小型旁路除塵器，當(dāng)粉煤灰中含氯量超標(biāo)時能對部分或全部干燥產(chǎn)物進(jìn)行單獨收集，收集后可與鍋爐爐渣混合處理，用于制磚等一些不限制含氯量或要求不高的行業(yè)，避免脫硫廢水干燥產(chǎn)物對粉煤灰綜合利用造成影響。

（3）脫硫廢水旁路蒸發(fā)干燥塔出口煙氣中HCl濃度明顯高于入口煙氣中HCl濃度，這可能與脫硫廢水在蒸發(fā)干燥過程中揮發(fā)出氣態(tài)氯有關(guān)。據(jù)文獻(xiàn)［8－9］報道，水在高溫下有“酸化”傾向，水解離出的H＋與Cl－結(jié)合，高溫下會以氣態(tài)HCl的形式溢出。另外脫硫廢水中含有的鹽類物質(zhì)NaCl、CaCl2和MgCl2等在高溫下會水解生成氣態(tài)HCl。煙氣中HCl含量的增加會造成煙道、擋板等金屬壁面的腐蝕，增加的HCl進(jìn)入濕法脫硫系統(tǒng)還會造成脫硫廢水排放量的增加。一方面揮發(fā)到煙氣中的HCl比例比較小，另一方面通過把脫硫廢水pH值調(diào)節(jié)為堿性可以有效降低HCl的揮發(fā)量，據(jù)文獻(xiàn)［8－9］報道，使用Ca（OH）2溶液將脫硫廢水pH值調(diào)節(jié)為9～10可以最大程度地抑制氯的揮發(fā)，實現(xiàn)脫硫廢水中鹽分的固相轉(zhuǎn)移。性能試驗期間脫硫廢水pH值為7.5～8.0，建議優(yōu)化調(diào)節(jié)廢水pH值，減輕氣態(tài)氯揮發(fā)對后續(xù)設(shè)備的不利影響。

（4）100%負(fù)荷工況下廢水處理量為5 m3／h，脫硫廢水中Cl－的質(zhì)量濃度約為12 000 mg／L，低于設(shè)計值20 000 mg／L。因此在滿負(fù)荷工況下建議控制脫硫廢水排放量為3.0～3.5 m3／h，對應(yīng)脫硫廢水中Cl－的質(zhì)量濃度為17 000～20 000 mg／L，必要時還可考慮對廢水進(jìn)行蒸發(fā)干燥前的濃縮減量，能有效降低用于廢水蒸發(fā)的高溫?zé)煔庖肓浚瑴p輕對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的不利影響。

3 結(jié)論

該脫硫廢水零排放工程總投資約為2 000萬元，噸水投資為200萬元，直接運(yùn)行成本包括電耗及調(diào)節(jié)pH值藥劑費，合計約為2.5元／m3［水］，同時機(jī)組發(fā)電煤耗會略有增加，約為1.6～1.8 g／（kW·h）?？傮w來說，旁路蒸發(fā)干燥工藝具有系統(tǒng)簡單、技術(shù)可靠、運(yùn)行穩(wěn)定、操作方便等特點，能夠?qū)崿F(xiàn)電廠脫硫廢水零排放目標(biāo)。盡管該工藝有諸多優(yōu)點，但仍存在諸如干燥塔出口煙氣溫度及煙氣中HCl濃度偏高、粉煤灰中含氯量不易控制、進(jìn)口脫硫廢水中Cl-濃度偏低等問題，需進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)。