蒸汽機械再壓縮降膜蒸發(fā)技術(shù)在電廠脫硫廢水零排放中的應(yīng)用

崔 銳，許增超

（1.北京京能科技有限公司，北京 100142；2.北京京能清潔能源電力股份有限公司，北京 100028）

0 引言

當前火力發(fā)電廠中煙氣脫硫是減少二氧化硫排放的主要技術(shù)手段，石灰石—石膏法是濕法脫硫效率高、技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的脫硫技術(shù)[1]。它采用廉價的石灰石或者石灰做脫硫吸收劑，適應(yīng)煤種廣泛，適合大中小各類機組，在不同負荷段下運行穩(wěn)定可靠。隨著脫硫漿液的循環(huán)使用，導致其中氯離子、鈣鎂離子、重金屬離子等富集，需定期排放脫硫廢水維持系統(tǒng)平衡[2]。脫硫廢水pH值為4～6，同時含有大量的懸浮物、氟化物和重金屬離子，直接排放對環(huán)境會造成嚴重危害。在環(huán)保要求日益提高的今天，必須采用新技術(shù)、新工藝對脫硫廢水進行深度處理[3]。

1 山西某火電機組原煙氣治理方案

山西某火電機組原煙氣治理方案主要采用選擇性催化還原技術(shù)SCR（selective catalytic reduction）脫硝+電袋除塵器+石灰石（石膏）濕法脫硫+管式除塵除霧器流程，一爐一脫硫塔設(shè)計，其脫硫廢水處理工藝包括脫硫廢水處理系統(tǒng)、化學加藥系統(tǒng)和污泥脫水系統(tǒng)3個分系統(tǒng)。脫硫產(chǎn)生的廢水經(jīng)化學加藥系統(tǒng)處理后，從澄清/濃縮池上部集水堰排出的澄清水自流至清水箱，調(diào)節(jié)pH值到7～9后，由清水泵排放至灰場；底部的污泥經(jīng)污泥脫水系統(tǒng)處理后，再由汽車運至指定的廢棄物場；污泥脫水系統(tǒng)產(chǎn)生的濾液，排至清水箱打至灰場或回流到澄清/濃縮器中，進行再處理。通過采用預(yù)處理+蒸汽機械再壓縮MVR（mechanical vapor recompression）降膜蒸發(fā)結(jié)晶+煙氣旁路蒸發(fā)的零排放處理系統(tǒng)，經(jīng)過優(yōu)化調(diào)整，主要設(shè)備均滿足設(shè)計出力要求，在實現(xiàn)全廠脫硫廢水零排放的基礎(chǔ)上，還可回收高品質(zhì)的蒸餾水30 t/h。

2 2種技術(shù)介紹

2.1 MVR蒸發(fā)濃縮技術(shù)

MVR蒸發(fā)濃縮技術(shù)在國際上是非常流行的應(yīng)用于電廠脫硫廢水零排放的處理技術(shù)，是國外脫硫廢水零排放業(yè)績最多的應(yīng)用工藝，其主要流程如圖1所示。

圖1 晶種蒸發(fā)濃縮工藝流程圖

由圖1可知，經(jīng)預(yù)處理系統(tǒng)處理后的脫硫廢水進入蒸發(fā)器進水罐經(jīng)調(diào)節(jié)pH值并與阻垢劑混合后再由進料泵送至蒸餾水換熱器，換熱器為逆流板式換熱器，利用蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸餾水加熱進料廢水。進料廢水經(jīng)換熱后溫度升至接近沸點，被送入脫氣塔。在脫氣塔內(nèi)，進料廢水經(jīng)噴嘴噴灑在填料上，并逐級向下流動與逆流而上的蒸汽相接觸，脫除二氧化碳和其他不凝結(jié)氣體。在脫氣塔內(nèi)脫除氧氣是為了降低腐蝕的風險，去除二氧化碳的目的是防止在蒸發(fā)器內(nèi)發(fā)生碳酸鹽結(jié)垢，然后進入降膜蒸發(fā)器[4]。在蒸發(fā)器內(nèi)，循環(huán)濃鹽漿在循環(huán)泵的驅(qū)動下從分離室底部循環(huán)至蒸發(fā)器頂部，通過專有的分布系統(tǒng)在每根換熱管內(nèi)形成均勻的液膜。隨著液膜自上而下流動，與管外的蒸汽進行熱交換，小部分水分發(fā)生汽化，產(chǎn)生工藝蒸汽，達到蒸發(fā)濃縮的效果。蒸發(fā)器產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過除霧器后進入壓縮機，壓縮機對蒸汽做功后，將升溫升壓蒸汽送入降膜蒸發(fā)器殼程，加熱管程廢水，濃水經(jīng)鹵水泵打入到后續(xù)工藝。在蒸發(fā)器內(nèi)循環(huán)的鹽漿含有適量的晶種，可使?jié)恹}水在蒸發(fā)器內(nèi)濃縮而不在換熱表面發(fā)生結(jié)垢。

2.2 煙氣旁路蒸發(fā)技術(shù)

空預(yù)器旁路蒸發(fā)技術(shù)是在空預(yù)器入口開設(shè)旁路煙道，將高溫煙氣引入噴霧干燥塔[5]，加熱蒸發(fā)脫硫廢水的霧化液滴，冷卻降溫后的煙氣回到除塵器前的煙道中。由于設(shè)立單獨的蒸發(fā)塔抽取溫度較高的煙氣，所以可根據(jù)處理量的不同抽取不同量的熱煙氣，保證脫硫廢水能夠完全蒸干，真正實現(xiàn)電廠脫硫廢水的零排放[6]。

從空預(yù)器上游抽取的少量煙氣與通過水泵打入噴霧干燥系統(tǒng)SDE（spray drying evaporator）的脫硫廢水混合。SDE系統(tǒng)的煙氣流量可通過百葉窗式擋板門進行控制，使其在SDE內(nèi)部形成設(shè)定的特殊流場。廢水流量可以通過安裝在管道上的控制閥門來進行調(diào)節(jié)。經(jīng)過噴嘴的細小液滴與熱煙氣混合后形成的液滴具有較大的接觸比表面積，廢水可實現(xiàn)充分蒸發(fā)。廢水在SDE內(nèi)部蒸發(fā)后，降低的熱煙氣溫度將被控制在高于酸露點或者空預(yù)器出口溫度以上，以此來保證在煙氣進入布袋除塵器之前沒有冷凝或避免煙氣攜帶未蒸發(fā)液體的情況發(fā)生[7-8]。

霧化器是整個工藝的核心部分，一期采用雙流體噴嘴進行廢水霧化，二期采用高速旋轉(zhuǎn)霧化器進行霧化。SDE雙流體蒸發(fā)塔采用3套雙流體霧化噴槍，安裝在蒸發(fā)塔頂部，三角均勻?qū)ΨQ分布。系統(tǒng)運行時，通過閥門控制壓縮空氣的壓力，利用壓縮空氣將濃縮的廢水進行霧化。

3 技術(shù)改造后的運行效果

3.1 機組原脫硫系統(tǒng)參數(shù)

山西某火電機組正常運行時，原脫硫系統(tǒng)主要參數(shù)如表1所示。

表1 機組原脫硫系統(tǒng)各主要參數(shù)

3.2 技術(shù)改造后的運行參數(shù)及測試指標

山西某火電機組脫硫系統(tǒng)改造后，運行參數(shù)為：預(yù)處理后廢水pH值維持在4.5～5.5之間，蒸發(fā)器進料流量調(diào)節(jié)閥控制開度在35%，流量控制在23.59 m3/h，除氧器壓力調(diào)節(jié)閥投入自動，罐內(nèi)壓力控制在2.5 kPa，蒸汽壓縮機啟動頻率在10%以內(nèi)，每次加頻不超過2%，直至轉(zhuǎn)速達到2 300 r/min保持穩(wěn)定。此時，蒸餾水流量23.12 m3/h，產(chǎn)生濃縮廢水1.29 m3/h，送至濃縮液罐。

雙流體霧化蒸發(fā)塔運行時可采用2爐1塔或者1爐1塔的運行方式，當采取1爐1塔的運行方式時，機組空預(yù)器入口煙氣調(diào)節(jié)閥處于全開的狀態(tài)，旁路塔出口煙氣濕度小于10%，出口煙氣溫度控制在140～170℃，當超出溫度允許范圍時，在分布式控制系統(tǒng)DCS（distributed control system）上自動實現(xiàn)旁路塔與原有煙氣系統(tǒng)進行嚴密隔離和廢水自動調(diào)節(jié)水量及廢水進水閥自動關(guān)閉等，防止旁路固化系統(tǒng)出現(xiàn)超溫造成后部除塵器濾袋損壞或低溫濾袋結(jié)露。蒸發(fā)塔煙氣與主煙道煙氣充分混合，最后由除塵器收集所有的灰分和鹽分，由粉煤灰稀釋鹽分比例。雙流體霧化噴槍采用間隔方式開啟，壓縮空氣壓力控制在0.75 MPa，濃縮廢水壓力控制在0.65 MPa，此時能夠達到設(shè)計的3 t/h左右的蒸發(fā)能力。

技術(shù)改造后機組正常運行，零排放系統(tǒng)運行指標的測試結(jié)果如表2所示。

表2 零排放系統(tǒng)運行指標測試

3.3 改造后的脫硫系統(tǒng)對空預(yù)器的影響

廢水零排放系統(tǒng)投入前空預(yù)器出入口溫度變化趨勢如圖1所示，廢水零排放系統(tǒng)投入后空預(yù)器出入口溫度變化趨勢如圖2所示。由圖1、圖2可以看出，機組負荷在150～300 MW變動時，空預(yù)器入、出口溫度隨機組負荷的變化而變化，脫硫廢水零排放系統(tǒng)投入不會對空預(yù)器入、出口溫度產(chǎn)生影響。

圖1 廢水零排放系統(tǒng)投入前空預(yù)器出入口溫度變化趨勢

圖2 廢水零排放系統(tǒng)投入后空預(yù)器出入口溫度變化趨勢

4 結(jié)論

山西某電廠通過采用預(yù)處理+MVR降膜蒸發(fā)結(jié)晶+煙氣旁路蒸發(fā)的脫硫廢水零排放處理系統(tǒng)后，機組正常運行時，主要設(shè)備均滿足出力要求。投入脫硫廢水零排放系統(tǒng)時，從空預(yù)器入口抽取的煙氣量（約3%～5%煙氣量）沒有對空預(yù)器入、出口溫度產(chǎn)生影響。實施全廠脫硫廢水零排放，可以在機組不同負荷情況下運行，可以為國內(nèi)其他電廠實施脫硫廢水零排放改造提供一定的參考。