李 飛

（大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司 北京 100097）

脫硫廢水煙道蒸發(fā)零排放技術(shù)簡介

李 飛

（大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司 北京 100097）

脫硫廢水水質(zhì)惡劣，成分復(fù)雜，是燃煤電廠產(chǎn)生的重要污染物，其零排放的實(shí)現(xiàn)對環(huán)境保護(hù)具有重要的意義。本文對目前的脫硫廢水煙道蒸發(fā)零排放技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，按照蒸發(fā)熱源的不同將其分為低溫?zé)煹勒舭l(fā)技術(shù)和高溫?zé)煹琅月氛舭l(fā)技術(shù)，分析了其特征和主要優(yōu)缺點(diǎn)。其中低溫?zé)煹勒舭l(fā)技術(shù)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)較大，在國內(nèi)火電機(jī)組長期低負(fù)荷運(yùn)行的背景下不宜推廣；高溫?zé)煹琅月氛舭l(fā)技術(shù)蒸發(fā)效果好，安全可靠，具有更大的推廣價(jià)值，將來可從降低煤耗、電耗、縮小設(shè)備體積、簡化工藝流程等方向做出進(jìn)一步的完善。

脫硫廢水；零排放；煙道蒸發(fā)；燃煤電廠

為了實(shí)現(xiàn)SO2的超低排放，國內(nèi)大多數(shù)燃煤電廠采用了石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝，該工藝一方面具有脫硫效率高和運(yùn)行成本低的優(yōu)點(diǎn)，另一方面也產(chǎn)生了嚴(yán)重的廢水排放[1]。該廢水往往呈弱酸性，其懸浮物和可溶性鹽含量極高（可達(dá)數(shù)萬mg/L以上），重金屬含量超標(biāo)（如 Pb、Hg、Cr和 Cd等），尤其 Cl-濃度可高達(dá)10000-20000 mg/L，具有很大的處理難度[2]。2015年4月，國務(wù)院發(fā)布《水污染行動(dòng)計(jì)劃》，要求嚴(yán)格加強(qiáng)工業(yè)廢水污染防治力度，脫硫廢水由于成分復(fù)雜、排放危害大受到了業(yè)內(nèi)的高度關(guān)注。

脫硫廢水零排放技術(shù)主要可以分為蒸發(fā)結(jié)晶和煙道蒸發(fā)兩類[3]。其中，蒸發(fā)結(jié)晶是指利用熱能將廢水蒸發(fā)為結(jié)晶鹽的工藝[4]，該工藝的投資成本和運(yùn)行成本往往較高，如廣東河源電廠的蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用分別高達(dá)1.2億和100-250元/噸；煙道蒸發(fā)是指將廢水噴入鍋爐尾部煙道蒸發(fā)的工藝，在水分被蒸發(fā)之后，廢水中的結(jié)晶鹽和固體雜質(zhì)最終隨煙氣進(jìn)入電除塵器被捕捉[5]，該方法可有效利用煙氣余熱，具有成本低、工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)。本文按照蒸發(fā)熱源的不同將煙道蒸發(fā)零排放技術(shù)分為低溫?zé)煹勒舭l(fā)技術(shù)和高溫?zé)煹琅月氛舭l(fā)技術(shù)兩種，分析了其特征和主要優(yōu)缺點(diǎn)，并為其日后的發(fā)展方向提出了相應(yīng)的建議。

1 低溫?zé)煹勒舭l(fā)技術(shù)

低溫?zé)煹勒舭l(fā)是指將脫硫廢水霧化噴射于空預(yù)器和電除塵器之間的煙道內(nèi)，利用低溫?zé)煔庥酂釋⑺终舭l(fā)的技術(shù)，其產(chǎn)生的結(jié)晶鹽和固體雜質(zhì)隨煙氣進(jìn)入電除塵器被捕捉[5]。由于空預(yù)器和電除塵器之間煙氣的溫度一般僅有110-125℃（少數(shù)機(jī)組可能達(dá)到更高），廢水的蒸發(fā)速度較慢。然而，受蒸發(fā)空間的限制，水分需要在1.5秒左右完成蒸發(fā)，因此往往需要對廢水先進(jìn)行濃縮減量，降低其相變的熱量需求。常規(guī)的濃縮減量方法有膜法和熱濃縮法等，如反滲透RO膜、常溫常壓蒸發(fā)器等。

圖1 低溫?zé)煹勒舭l(fā)技術(shù)工藝流程示例圖

典型的低溫?zé)煹勒舭l(fā)技術(shù)一般可分為預(yù)處理、濃縮減量和煙道蒸發(fā)三個(gè)步驟，其工藝流程如圖1所示。脫硫廢水首先經(jīng)過軟化、沉淀等預(yù)處理系統(tǒng)去除硬度和沉淀物等；其次進(jìn)入濃縮減量系統(tǒng)進(jìn)行分離，產(chǎn)生的清水回收利用，濃水輸送至煙道蒸發(fā)系統(tǒng)；最后，濃水經(jīng)霧化噴嘴噴入空預(yù)器和電除塵器之間的煙道內(nèi)完成蒸發(fā)。

該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是采用空預(yù)器后的低溫?zé)煔鉃閺U水蒸發(fā)熱源，不會影響到機(jī)組煤耗。缺點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面：

1）運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)大?？疹A(yù)器和電除塵器之間煙氣的溫度較低，當(dāng)煙氣攜帶的熱能不足以在既定時(shí)間內(nèi)將廢水蒸發(fā)時(shí)，容易引起煙道結(jié)垢、積灰、堵塞和腐蝕等問題，嚴(yán)重時(shí)會影響后續(xù)電除塵器等設(shè)備的安全運(yùn)行。此外，目前國內(nèi)火電機(jī)組長期處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，其空預(yù)器和電除塵器之間煙氣的溫度往往只能達(dá)到90-110℃左右，系統(tǒng)存在很大的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。例如某350MW機(jī)組投運(yùn)了低溫?zé)煹勒舭l(fā)系統(tǒng)，但運(yùn)行效果不良，煙道結(jié)垢、積灰和堵塞現(xiàn)象非常嚴(yán)重，后不得不改用高溫?zé)煔庹舭l(fā)廢水。

2）需預(yù)處理和濃縮，成本高。由于煙氣溫度較低，該技術(shù)往往需要在蒸發(fā)之前對廢水進(jìn)行預(yù)處理和濃縮減量，需要設(shè)置相應(yīng)的系統(tǒng)和設(shè)備，不僅增加了工藝流程的復(fù)雜性，更增大了投資和運(yùn)行成本。

3）安裝空間受限。不少機(jī)組在空預(yù)器和電除塵器之間已進(jìn)行低溫省煤器改造或MGGH改造，導(dǎo)致該廢水煙道蒸發(fā)系統(tǒng)無足夠布置空間。

2 高溫?zé)煹琅月氛舭l(fā)技術(shù)

高溫?zé)煹琅月氛舭l(fā)是指設(shè)置與空預(yù)器并聯(lián)的煙道旁路，在空預(yù)器入口處引部分高溫?zé)煔膺M(jìn)入旁路中安裝的廢水蒸發(fā)器，將脫硫廢水霧化噴射于蒸發(fā)器內(nèi)，利用高溫?zé)煔庥酂釋⑺终舭l(fā)，產(chǎn)生的結(jié)晶鹽和固體雜質(zhì)隨旁路煙氣回到空預(yù)器之后的主煙道，最終進(jìn)入電除塵器被捕捉[3]。

該技術(shù)以空預(yù)器之前的高溫?zé)煔鉃閺U水蒸發(fā)熱源，溫度高達(dá)300℃以上，可以確保廢水蒸發(fā)的效果，但會在一定程度上減少空預(yù)器出口一次風(fēng)和二次風(fēng)的溫度，降低鍋爐效率，增大機(jī)組煤耗。為了緩解煤耗的增加和噴嘴結(jié)垢等問題，常規(guī)的高溫?zé)煹琅月氛舭l(fā)技術(shù)往往在蒸發(fā)前設(shè)置濃縮減量系統(tǒng)，用于減少廢水蒸發(fā)量并回收利用部分凈水。常用的濃縮技術(shù)主要包括膜濃縮和熱濃縮，如反滲透RO膜、多效蒸發(fā)和機(jī)械蒸汽再壓縮等。其工藝流程如圖2所示，廢水首先經(jīng)過軟化、沉淀等預(yù)處理系統(tǒng)軟化和沉淀；其次進(jìn)入濃縮減量系統(tǒng)，分離產(chǎn)生的清水回收利用，濃水進(jìn)入高溫?zé)煹琅月氛舭l(fā)器；最后，濃縮后的廢水經(jīng)霧化噴嘴噴射入與空預(yù)器并聯(lián)的蒸發(fā)器蒸發(fā)。

圖2 高溫?zé)煹琅月氛舭l(fā)技術(shù)工藝流程示例圖

高溫?zé)煹琅月氛舭l(fā)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要包括：

1）蒸發(fā)效果好。以高溫?zé)煔鉃檎舭l(fā)熱源，煙氣溫度高達(dá)300℃以上，可確保廢水蒸發(fā)效果，可靠性高。

2）煤耗增加量較低。采用濃縮工藝對廢水減量，降低其蒸發(fā)的熱量需求，減少高溫?zé)煔獾臏亟?，降低由高溫?zé)煔庀囊鸬拿汉脑黾恿俊?/p>

該技術(shù)的缺點(diǎn)主要有：

1）增大煤耗。以空預(yù)器之前的高溫?zé)煔鉃闊嵩?，會降低鍋爐爐膛進(jìn)風(fēng)溫度，導(dǎo)致爐效下降，在一定程度上增大機(jī)組煤耗。以某300MW機(jī)組為例，廢水處理能力為1-2t/h，煤耗約增加0.3-0.6 g/kwh。

2）需預(yù)處理和濃縮，成本高。為了降低煤耗的增加值，該工藝需要對廢水進(jìn)行預(yù)處理和濃縮減量，降低其相變的熱量消耗，增加了系統(tǒng)的工藝復(fù)雜性，也增大投資和運(yùn)行成本。

3）霧化噴嘴結(jié)垢。即便采用了廢水預(yù)處理工藝，但由于噴嘴的孔徑較小，仍容易結(jié)垢和堵塞，需定期清洗或更換。

針對以上常規(guī)蒸發(fā)技術(shù)的缺點(diǎn)，近年來業(yè)內(nèi)發(fā)展了一種新型的高溫?zé)煹琅月氛舭l(fā)技術(shù)，該技術(shù)的關(guān)鍵是采用了一種大孔徑的旋轉(zhuǎn)霧化器設(shè)備取代常規(guī)的霧化噴嘴，利用旋轉(zhuǎn)霧化器高速旋轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)速約為10000-15000 r/min）的離心力使廢水在旋轉(zhuǎn)表面上伸展為薄膜，并以不斷增長的速度向霧化盤的邊緣運(yùn)動(dòng)，離開霧化盤邊緣時(shí)，將廢水轉(zhuǎn)化成細(xì)小霧滴[6]。由于旋轉(zhuǎn)霧化器孔徑較大（可達(dá)1-2 cm），不易結(jié)垢和堵塞，可以不對廢水做預(yù)處理和濃縮減量，極大地降低了成本。然而，相對于采用預(yù)處理和濃縮的常規(guī)蒸發(fā)技術(shù)，由于更多的廢水進(jìn)入蒸發(fā)器需要消耗更多的高溫?zé)煔鉄崮?，該技術(shù)會引起機(jī)組煤耗進(jìn)一步的增大。

總結(jié)

本文總結(jié)了目前國內(nèi)主要的脫硫廢水煙道蒸發(fā)技術(shù)，分別對其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，總結(jié)如下：

1）低溫?zé)煹勒舭l(fā)技術(shù)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)最大，需要依賴于廢水預(yù)處理和濃縮，投資和運(yùn)行成本高。在目前國內(nèi)火電機(jī)組長期處于低負(fù)荷運(yùn)行的背景下，該技術(shù)的安全隱患大，推廣價(jià)值有限。

2）高溫?zé)煹琅月氛舭l(fā)技術(shù)蒸發(fā)效果好，安全可靠，雖然會增大機(jī)組煤耗，但具有更大的推廣價(jià)值，日后可從降低煤耗、電耗、縮小設(shè)備體積、簡化工藝流程等方向做進(jìn)一步的完善。

3）高溫?zé)煹琅月氛舭l(fā)技術(shù)若采用廢水預(yù)處理和濃縮流程，會增大投資和運(yùn)行成本；若采用旋轉(zhuǎn)霧化器，會進(jìn)一步增大機(jī)組煤耗。其技術(shù)路線的選擇需以機(jī)組具體的運(yùn)行狀況和廢水水質(zhì)特征為準(zhǔn)。

[1]鄧佳佳.燃煤電廠煙氣脫硫吸收塔內(nèi)過程優(yōu)化及脫硫廢水的零排放處理[D].重慶：重慶大學(xué)，2015

[2]王鑫.燃煤電廠濕法煙氣脫硫廢水零排放處理技術(shù)研究[D].武漢：武漢科技大學(xué)，2015

[3]楊躍傘，苑志華，張凈瑞等.燃煤電廠脫硫廢水零排放技術(shù)研究進(jìn)展[J].水處理技術(shù)，2017，43（6）：29-33

[4]劉海洋，江澄宇，谷小兵等.燃煤電廠濕法脫硫廢水零排放處理技術(shù)進(jìn)展[J].水污染防治，2016，4（4）：33-36

[5]馬雙忱，于偉靜，賈紹廣.燃煤電廠脫硫廢水處理技術(shù)研究與應(yīng)用進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2016,35（1）:255-262

[6]袁偉中，劉春紅，童小忠等.燃煤鍋爐采用煙氣旁路干燥技術(shù)實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放 [J].電力科技與環(huán)保，2017,33（6）：18-21

李飛（1984-），男，工程師，從事電力行業(yè)節(jié)能減排技術(shù)研發(fā)工作。