脫硫廢水零排放技術(shù)在晉能孝義煤電有限公司的應(yīng)用

馬守財(cái)，高運(yùn)生

（晉能孝義煤電有限公司，山西孝義 032300）

0 引言

2016年初，晉能孝義煤電有限公司（以下簡(jiǎn)稱“孝義煤電”）進(jìn)行脫硫工程項(xiàng)目招標(biāo)，其中脫硫廢水處理系統(tǒng)采用傳統(tǒng)“三聯(lián)箱”處理工藝。此后，根據(jù)國(guó)家下發(fā)的《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》《火電廠污染防治技術(shù)政策》《火電廠污染防治可行技術(shù)指南》等文件，以及孝義市環(huán)保部門針對(duì)現(xiàn)有的工業(yè)企業(yè)廢水治理設(shè)施全面提標(biāo)改造等相關(guān)文件，孝義煤電對(duì)原有脫硫廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行改造，使脫硫廢水處理系統(tǒng)全部采用新的脫硫廢水零排放工藝。

1 項(xiàng)目概況及改進(jìn)依據(jù)

孝義煤電項(xiàng)目本期建設(shè)2×350 MW超臨界循環(huán)流化床、間接空冷機(jī)組，采用單爐膛、半露天布置、一次再熱、直流鍋爐，循環(huán)流化床燃燒方式，同步建設(shè)脫硫、SNCR脫硝、電袋除塵等環(huán)保設(shè)施。工程脫硫系統(tǒng)采用爐內(nèi)噴鈣+爐外石灰石—石膏濕法脫硫工藝。

原脫硫總承包工程脫硫廢水處理系統(tǒng)采用傳統(tǒng)“三聯(lián)箱”處理工藝，現(xiàn)根據(jù)國(guó)家、省、市水污染治理最新指導(dǎo)方針和政策文件以及電廠降低廢水處理運(yùn)行費(fèi)用的需求，擬將本工程脫硫廢水處理系統(tǒng)改為煙氣余熱噴霧蒸發(fā)干燥廢水零排放工藝，實(shí)現(xiàn)脫硫廢水系統(tǒng)零排放。改進(jìn)主要依據(jù)：《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（國(guó)務(wù)院國(guó)發(fā)〔2015〕17號(hào)），《火電廠污染防治可行技術(shù)指南》（HJ 2301—2017），《火力發(fā)電廠廢水治理設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5196—2004），《火電廠煙氣脫硫工程技術(shù)規(guī)范/石灰石—石膏法》（HJ/T 179—2005），山西省科技廳、山西省環(huán)保廳、山西省發(fā)改委、山西省經(jīng)信委、山西省住建廳、山西省農(nóng)業(yè)廳2017年8月10日聯(lián)合下發(fā)的晉科社發(fā)〔2017〕91號(hào)關(guān)于印發(fā)《山西省水污染防治技術(shù)指導(dǎo)目錄》的通知，《2018年孝義市環(huán)保攻堅(jiān)行動(dòng)計(jì)劃》等相關(guān)規(guī)范及文件。

2 原脫硫廢水處理工藝及存在的問(wèn)題

2.1 原脫硫廢水處理工藝

孝義煤電原脫硫廢水處理系統(tǒng)采用傳統(tǒng)“三聯(lián)箱”處理工藝。脫硫廢水經(jīng)“三聯(lián)箱”處理后，除了部分清水回用到脫硫系統(tǒng)作為工藝水外，大部分脫硫廢水主要應(yīng)用在對(duì)水質(zhì)要求不高的灰渣加濕攪拌、灰場(chǎng)噴灑等地方。泥漿則經(jīng)脫水處理后運(yùn)至灰場(chǎng)堆置。

2.2 存在的主要問(wèn)題

一是脫硫廢水處理出水水質(zhì)雖然達(dá)到《火電廠石灰石—石膏濕法脫硫廢水水質(zhì)控制指標(biāo)》（DL/T 997—2006）要求，但系統(tǒng)出水仍具有含鹽量高、氯離子濃度大的特點(diǎn)，大大限制了回用場(chǎng)合。二是利用途徑及利用效率受限：在干灰調(diào)濕、灰場(chǎng)噴灑等終端用戶對(duì)水量要求較少時(shí)，尤其是灰渣綜合利用情況良好的情況下和灰場(chǎng)地下水要求較高時(shí)，脫硫廢水無(wú)法利用，且脫硫廢水中氯離子含量較高，對(duì)除渣設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，減少除渣設(shè)備的使用壽命；用于煤場(chǎng)噴灑時(shí)，需對(duì)煤場(chǎng)進(jìn)行防滲處理，且脫硫廢水內(nèi)的氯離子會(huì)隨燃燒再次進(jìn)入脫硫系統(tǒng)，在電廠整個(gè)大循環(huán)內(nèi)形成閉式循環(huán)，氯離子會(huì)越積越多，不能長(zhǎng)久利用。三是污泥脫水處理后一般堆置于灰場(chǎng)，后續(xù)處理更加復(fù)雜，代價(jià)更大。

3 改造工藝的選擇

現(xiàn)有的脫硫廢水零排放技術(shù)主要有蒸發(fā)池工藝、膜濃縮結(jié)晶工藝、傳統(tǒng)煙道蒸發(fā)和旋轉(zhuǎn)噴霧干燥工藝等，下面將分析比較各項(xiàng)工藝的優(yōu)缺點(diǎn)。

3.1 蒸發(fā)池工藝

蒸發(fā)池工藝是通過(guò)自然蒸發(fā)減少?gòu)U水體積的一種方法，其處理效率取決于廢水量而非污染濃度，適用于處理高濃度、總量少的含鹽廢水，具有處理成本低的特點(diǎn)，適用于土地價(jià)格低的半干旱或干旱地區(qū)。為加快蒸發(fā)速率，減少蒸發(fā)池面積，蒸發(fā)選址除需考慮氣象因素的影響外，還可引入加速蒸發(fā)措施，包括輔助風(fēng)加速蒸發(fā)、濕浮動(dòng)鰭、耐鹽植物以及噴霧蒸發(fā)等。具體內(nèi)容如圖1所示。

圖1 蒸發(fā)池廢水蒸發(fā)示意圖

3.2 濃縮結(jié)晶工藝

濃縮結(jié)晶工藝是利用膜法或者熱法對(duì)廢水進(jìn)行處理產(chǎn)生凈水和濃水，之后利用結(jié)晶器進(jìn)一步處理產(chǎn)生蒸餾水和鹽，其工藝路線如圖2所示。

圖2 濃縮結(jié)晶工藝路線圖

無(wú)論濃縮工藝采用膜法或是熱法，均需對(duì)濁度、結(jié)垢性物質(zhì)、化學(xué)需氧量去除，尤其是結(jié)垢性物質(zhì)，脫硫廢水已過(guò)飽和，在濃縮階段很容易結(jié)垢，影響設(shè)備的運(yùn)行和使用壽命。濃縮結(jié)晶工藝在建設(shè)、運(yùn)行過(guò)程中也存在如下問(wèn)題：投資及運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用高；工藝流程長(zhǎng)，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜，工作量大；污泥產(chǎn)量大，處理難；結(jié)晶鹽回用既無(wú)法有效保證，還需要單獨(dú)進(jìn)行固廢處理。

3.3 傳統(tǒng)煙道蒸發(fā)工藝

傳統(tǒng)煙道蒸發(fā)工藝是利用氣液兩相流噴嘴將脫硫廢水霧化并噴入除塵器前的煙道中，利用煙氣余熱將廢水完全蒸發(fā)，使廢水中的污染物先轉(zhuǎn)化為結(jié)晶物或鹽類，再隨飛灰一起被除塵器捕集。具體工藝如圖3所示。

圖3 傳統(tǒng)煙道蒸發(fā)工藝流程圖

此技術(shù)具有無(wú)液體排放、不會(huì)造成二次污染、建設(shè)運(yùn)行費(fèi)用低、占用空間少、不需額外能量輸入以及不產(chǎn)生多余固體等優(yōu)點(diǎn)。但該技術(shù)應(yīng)用時(shí)也存在一些問(wèn)題：處理能力較低，不能滿足全流量廢水零排放要求；設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)臈l件下，煙道結(jié)垢嚴(yán)重，很難清洗，可能造成煙道部分堵塞；噴頭的布置對(duì)蒸發(fā)固化效果影響很大，對(duì)爐后煙道安裝位置要求高，在低溫改造后布置困難；需考慮煙氣和煙塵的性質(zhì)變化對(duì)除塵的影響；空預(yù)器后煙溫偏低，而且加裝低溫電除塵以后會(huì)使可利用的煙道長(zhǎng)度縮短，蒸發(fā)不徹底，導(dǎo)致積灰和腐蝕，增大機(jī)組正常安全運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 旋轉(zhuǎn)噴霧干燥工藝

旋轉(zhuǎn)噴霧干燥工藝是將脫硫廢水經(jīng)過(guò)高速旋轉(zhuǎn)霧化盤霧化后，利用鍋爐省煤器后空氣預(yù)熱器前的熱煙氣作為熱源，在噴霧干燥塔內(nèi)（煙氣旁路煙道）將廢水蒸發(fā)；水汽進(jìn)入煙氣中，廢水中的鹽類干燥后被后續(xù)除塵器收集下來(lái)進(jìn)入灰中。這種工藝充分利用了鍋爐熱煙氣的熱量，不需額外的蒸汽源，是一種低能耗的技術(shù)。其工藝流程如圖4所示。

圖4 旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法處理系統(tǒng)工藝流程圖

該工藝的特點(diǎn)是：投資與運(yùn)行費(fèi)用低，流程短，檢修、維護(hù)簡(jiǎn)單；霧化粒徑小，停留時(shí)間長(zhǎng)，蒸發(fā)迅速，系統(tǒng)可靠性強(qiáng)；設(shè)有熱煙氣分布器，提高了熱煙氣與液滴的混合均勻度，增強(qiáng)了傳質(zhì)傳熱效果；旋流霧化器離心力強(qiáng)度大，不易堵塞，可用于處理含固量高的廢水；由于設(shè)立單獨(dú)的蒸發(fā)塔，檢修、運(yùn)行獨(dú)立，不受機(jī)組運(yùn)行的影響；抽取空預(yù)器前溫度較高的煙氣，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，蒸發(fā)不受鍋爐負(fù)荷影響，不會(huì)對(duì)后續(xù)設(shè)備造成影響；重金屬和雜鹽可轉(zhuǎn)入灰中，由主機(jī)除塵器收集，在飛灰的再利用過(guò)程中得以固化。

綜上所述，濃縮蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)成本太高，蒸發(fā)池的應(yīng)用受地域的強(qiáng)烈限制，而煙道蒸發(fā)技術(shù)在未來(lái)一段時(shí)間將是比較好的一個(gè)技術(shù)，其中旋轉(zhuǎn)噴霧蒸發(fā)干燥脫硫廢水零排放技術(shù)屬于旁路煙道蒸發(fā)的類型。因此，旋轉(zhuǎn)噴霧蒸發(fā)干燥法是目前比較適宜的脫硫廢水零排放技術(shù)。

4 工程應(yīng)用

2020年1月，經(jīng)過(guò)廣泛調(diào)研、多方論證并通過(guò)招投標(biāo)選定采用旁路煙道煙氣余熱旋轉(zhuǎn)噴霧干燥工藝的脫硫廢水零排放系統(tǒng)，以滿足電廠廢水“零排放”的環(huán)保要求。

4.1 系統(tǒng)介紹

從鍋爐省煤器和空預(yù)器之間的煙道引接一路煙道至脫硫廢水零排放系統(tǒng)干燥塔內(nèi)，蒸發(fā)后的混合煙氣由干燥塔出口送回鍋爐除塵器前煙道。按照1爐1個(gè)干燥塔煙氣旁路蒸發(fā)處理工藝設(shè)計(jì)，1個(gè)干燥塔處理水量為5 m3/h。處理車間按無(wú)人值守等級(jí)自動(dòng)化程度設(shè)計(jì)，機(jī)組脫硫廢水零排放處理系統(tǒng)的投運(yùn)與主機(jī)同步投運(yùn)。

脫硫廢水零排放系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置1套旋轉(zhuǎn)霧化系統(tǒng)，包括旋轉(zhuǎn)霧化器、霧化器控制系統(tǒng)、霧化器輔助系統(tǒng)。2套霧化系統(tǒng)備用1臺(tái)旋轉(zhuǎn)霧化器，旋轉(zhuǎn)霧化器采用進(jìn)口設(shè)備。與主煙道連接處均需設(shè)置密封良好的擋板門，用于脫硫廢水零排放系統(tǒng)與主機(jī)的隔斷。煙氣擋板門應(yīng)易于操作，在最大壓差的作用下應(yīng)具有100%的嚴(yán)密性，并應(yīng)設(shè)置操作及維護(hù)平臺(tái)。

4.2 系統(tǒng)投運(yùn)

2020年7月，工程開始施工，經(jīng)設(shè)備安裝、單體調(diào)試、整套啟動(dòng)，至2021年7月20日、8月18日2套脫硫廢水零排放裝置隨1號(hào)、2號(hào)主機(jī)一次性通過(guò)168 h試運(yùn)行。廢水處理系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。經(jīng)初步測(cè)算，該工藝初期投資雖然比傳統(tǒng)“三聯(lián)箱”要高，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)運(yùn)行維護(hù)來(lái)看，新工藝投資高出部分在運(yùn)行維護(hù)3～4 a的時(shí)間里便可節(jié)省出來(lái)。另外，如果是新建機(jī)組可以節(jié)省改造費(fèi)用，并滿足環(huán)保對(duì)脫硫廢水處理的進(jìn)一步要求，實(shí)現(xiàn)真正意義上的零排放。

經(jīng)測(cè)算，該旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法處理系統(tǒng)在鍋爐空預(yù)器前抽出的煙氣量約5萬(wàn)m2，占鍋爐總煙氣量的5%左右，對(duì)主機(jī)運(yùn)行參數(shù)以及鍋爐效率影響不大；析出的混鹽隨著煙氣進(jìn)入除塵器被均勻收集進(jìn)入灰斗灰中，不會(huì)影響粉煤灰綜合利用；蒸發(fā)的水分對(duì)煙氣含濕率增大約0.5%，灰比電阻略增大，對(duì)除塵器電區(qū)除灰有利；由于煙氣溫度150℃左右，遠(yuǎn)高于水蒸氣和酸露點(diǎn)，所以對(duì)袋區(qū)影響不大。如果以后環(huán)保對(duì)析出的混鹽有更高的要求，可在干燥塔下部加裝分選設(shè)備，把混鹽分離出來(lái)再行處理。

5 結(jié)束語(yǔ)

采用旋轉(zhuǎn)噴霧干燥工藝的脫硫廢水零排放系統(tǒng)，技術(shù)上可行，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，后期運(yùn)行、維護(hù)成本較低，滿足脫硫廢水處理零排放的環(huán)保要求。孝義煤電應(yīng)用此系統(tǒng)后，效果良好，值得推廣應(yīng)用。