王凱波，張文斌

（1.山西漳電蒲洲熱電有限公司，山西 永濟 044500 ；2. 國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030045）

0 引言

燃煤電廠的濕法脫硫工藝產(chǎn)生的脫硫廢水含國家嚴(yán)格控制的第一類污染物，其成分復(fù)雜、污染物種類多，具有高硬度、高氯根、高含鹽量等特點，成為燃煤電廠最難處理的廢水。脫硫廢水經(jīng)過常規(guī)中和、絮凝沉淀處理后，雖然能滿足達(dá)標(biāo)排放的要求，但此類廢水排放會對電廠周圍水環(huán)境、土壤環(huán)境以及整個生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生危害。要最大限度地減少因脫硫廢水排放而造成的環(huán)境污染，必須對脫硫廢水進(jìn)行深度處理，以實現(xiàn)廢水回收再利用，達(dá)到廢水零排放，從而實現(xiàn)經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益的協(xié)調(diào)發(fā)展。因此，脫硫廢水的處理是燃煤電廠廢水處理的重要環(huán)節(jié)[1-6]。

近年來，機械蒸汽壓縮在廢水處理中的應(yīng)用越來越廣[7-10]。我們采用機械蒸汽壓縮為關(guān)鍵技術(shù)，由軟化系統(tǒng)、機械蒸汽壓縮（MVC） 蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)、MED-TC低溫兩效強制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)、離心干燥出鹽系統(tǒng)及尾氣吸收系統(tǒng)組成的聯(lián)合處理方案，對山西漳電蒲洲熱電有限公司的脫硫廢水進(jìn)行深度處理的技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用研究，不僅實現(xiàn)了廢水的回收利用，也有效地降低了蒸發(fā)結(jié)晶過程的能耗。

1 處理工藝介紹

1.1 工藝流程與處理方法一覽

脫硫廢水處理的工藝流程圖見圖1。首先進(jìn)行軟化處理，然后采用機械蒸汽壓縮蒸發(fā)、結(jié)晶和干燥等處理，具體的方法逐一介紹。

1.2 軟化處理

對脫硫廢水進(jìn)行了軟化處理的目的，主要是去除鈣鎂等金屬離子，防止蒸發(fā)和結(jié)晶系統(tǒng)結(jié)垢，延長系統(tǒng)清洗周期。最終的結(jié)晶鹽為鈉鹽（主要成份65%左右為NaCl，35%左右為Na2SO4），能夠作為化工廠的原料進(jìn)行回收利用，消除了固廢排放對環(huán)境的污染。處理工藝過程簡述如下。

a）脫硫廢水進(jìn)入調(diào)節(jié)池，在調(diào)節(jié)池內(nèi)通過曝氣攪拌、氧化處理進(jìn)行水質(zhì)水量調(diào)節(jié)，同時初步降低廢水中的COD及氨氮。

b）廢水經(jīng)過調(diào)節(jié)池預(yù)處理后由進(jìn)水提升泵打入pH調(diào)整箱，通過投加堿液（NaOH溶液） 去除脫硫廢水中的鎂離子，產(chǎn)生的氫氧化鎂沉淀以污泥形式排出。

圖1 脫硫廢水處理的工藝流程圖

c）廢水經(jīng)過pH調(diào)整箱后通過自流進(jìn)入反應(yīng)箱，投加純堿（Na2CO3） 并充分?jǐn)嚢?，使廢水中的鈣離子與CO2-3離子充分接觸、反應(yīng)，產(chǎn)生的碳酸鈣沉淀以污泥的形式排出。

d）廢水經(jīng)過反應(yīng)箱后通過自流進(jìn)入絮凝箱，投加助凝劑（PAM），通過絮凝攪拌機進(jìn)行慢速攪拌，形成大顆粒礬花，以利于后續(xù)沉淀。

e）廢水經(jīng)過絮凝箱后通過自流進(jìn)入沉淀池，在沉淀池內(nèi)，顆粒物及礬花被沉淀截留，通過底部排泥方式排出，沉淀后上清液自流進(jìn)入后續(xù)處理設(shè)備。

f）廢水經(jīng)過沉淀澄清后通過自流進(jìn)入脫氣塔，在流入脫氣塔前在管道混合器內(nèi)投加次氯酸鈉和鹽酸，通過次氯酸鈉把氨氮氧化成硝酸鹽和氮氣，利用次氯酸鈉的強氧化性降低COD的含量。通過脫氣塔內(nèi)水氣對流設(shè)施，吹脫去除廢水中產(chǎn)生的氮氣。

g） 軟化后的廢水由一級RO提升泵打入一級RO處理設(shè)備，進(jìn)行一級RO濃縮處理后，產(chǎn)水進(jìn)入二級RO進(jìn)水緩存罐等待二級RO處理，一級RO濃水進(jìn)入一級RO濃水池后通過水泵輸送至機械蒸汽壓縮（MVC） 濃縮系統(tǒng)進(jìn)行深度處理。

h） 通過二級RO處理后，二級產(chǎn)水排入回用水罐回用，二級RO濃水排回軟化水池再通過一級RO系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)處理。

i） 沉淀池截留污泥，由污泥泵打入離心脫水機進(jìn)行離心脫水，形成泥餅汽車外運，離心液排回進(jìn)水調(diào)節(jié)池，進(jìn)入循環(huán)處理。

1.3 機械蒸汽壓縮（MVC） 蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)

機械蒸汽壓縮（MVC） 蒸發(fā)是最節(jié)省能量的蒸發(fā)工藝，其特點是不需要蒸汽作為長期供熱源，只是在開機時提供少量的蒸汽加熱，也不需要冷卻水的供應(yīng)。機械蒸汽壓縮（MVC） 技術(shù)利用高能效蒸汽壓縮機將系統(tǒng)產(chǎn)生的二次蒸汽（溫度 100°C、壓力 10 kPa） 壓縮升溫 (升至溫度110°C、壓力20 kPa)，提高二次蒸汽的熱焓，該二次蒸汽進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)作為熱源循環(huán)使用，替代絕大部分新鮮蒸汽，新鮮蒸汽僅用于補充熱損失和補充進(jìn)出料溫差所需熱焓，從而大幅度降低蒸發(fā)器的新鮮蒸汽消耗，達(dá)到節(jié)能目的。工作流程見圖2。

圖2 機械蒸汽壓縮（MVC）蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)工作流程圖

a） 經(jīng)軟化預(yù)處理后的脫硫廢水由原液泵泵入蒸發(fā)系統(tǒng)，原液首先進(jìn)入熱交換器（即蒸餾水熱交換器），被蒸發(fā)器排出的高溫蒸餾水加熱，與此同時，排出系統(tǒng)的蒸餾水的溫度得以降低。

b）經(jīng)過熱交換器預(yù)熱后的脫硫廢水原液進(jìn)入排氣冷凝器再進(jìn)一步預(yù)熱（該排氣冷凝器主要為冷卻蒸發(fā)器排出的不凝氣體，以達(dá)到無蒸汽損失和熱損最小化）。

c） 預(yù)熱系統(tǒng)有效回收了排出系統(tǒng)的熱量，降低了系統(tǒng)的能耗。

d） 經(jīng)過預(yù)熱后的脫硫廢水原液進(jìn)入臥管降膜蒸發(fā)器內(nèi)，通過噴嘴噴淋到熱交換管的外面形成薄膜，熱交換管內(nèi)的飽和蒸汽冷凝后釋放的潛熱傳遞給管外的薄膜使其蒸發(fā)，未被蒸發(fā)的液體流到熱井進(jìn)行下一次循環(huán)，管外產(chǎn)生的二次蒸汽被抽入蒸汽壓縮機，進(jìn)行升溫升壓，循環(huán)利用于蒸發(fā)器。被壓縮的蒸汽流入蒸發(fā)器換熱管束內(nèi)，冷卻形成蒸餾水，該蒸餾水經(jīng)換熱器（即蒸餾水熱交換器）利用后，進(jìn)入回用水箱。熱井內(nèi)的高溫濃縮液由循環(huán)泵泵出，部分再次進(jìn)行循環(huán)蒸發(fā)濃縮，部分進(jìn)入后續(xù)處理系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)晶。

1.4 MED-TC低溫兩效強制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)

MVC臥管降膜蒸發(fā)的濃縮液進(jìn)入MED-TC蒸發(fā)主體第一效，由循環(huán)泵輸送至加熱器，加熱后的濃縮液進(jìn)入分離室閃蒸。分離室產(chǎn)生的二次蒸汽作為熱源進(jìn)入第二效的加熱器，而第一效的濃液泵入第二效的分離室，由循環(huán)泵輸送至第二效加熱器加熱，加熱后的濃縮液進(jìn)入分離室閃蒸，進(jìn)一步濃縮至結(jié)晶出鹽，結(jié)晶成的較大顆粒沉降至分離室底部，由濃液泵抽出。二效分離室的上清液由循環(huán)泵輸送至加熱器進(jìn)行循環(huán)蒸發(fā)。一效、二效加熱器的蒸餾水經(jīng)過換熱后排出到回用水箱。

1.5 離心干燥出鹽系統(tǒng)

由強制循環(huán)二效濃液泵泵出的濃液進(jìn)入一個稠厚器，濃液中的上清液回流至二效分離室，固體顆粒沉降到底部最后排至冷卻結(jié)晶器冷卻，再流至離心機進(jìn)行固液分離。離心機濾液（即母液）一部分回流到強制循環(huán)第一效再次進(jìn)行蒸發(fā)，一部分回流到原液池參與下次循環(huán)。固體被送至流化床干燥器，用飽和蒸汽進(jìn)行干燥，干燥固體再由打包系統(tǒng)打包排出。

1.6 尾氣吸收系統(tǒng)

真空泵從強制循環(huán)二效分離室抽出二次蒸汽排至吸收系統(tǒng)，并控制系統(tǒng)的真空度，使強制循環(huán)第二效處于負(fù)壓蒸發(fā)。尾氣先排入吸收塔與吸收液反應(yīng)，然后排出系統(tǒng)。

2 操作方法及試驗檢驗結(jié)果

2.1 操作方法

脫硫廢水深度處理，以機械蒸汽壓縮技術(shù)為關(guān)鍵技術(shù)，由軟化系統(tǒng)、機械蒸汽壓縮（MVC）蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)、MED-TC低溫兩效強制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)、離心干燥出鹽系統(tǒng)及尾氣吸收系統(tǒng)組成。系統(tǒng)采用DCS控制，全自動運行設(shè)計。蒸汽壓縮機采用變頻控制，進(jìn)行軟啟動，運行過程中根據(jù)MVC蒸發(fā)器主體內(nèi)的先進(jìn)的高精度溫度控制儀表進(jìn)行自動調(diào)節(jié)壓縮機頻率，保證系統(tǒng)內(nèi)脫硫廢水蒸發(fā)濃縮所需的最優(yōu)蒸發(fā)溫度。

2.2 試驗檢驗結(jié)果

山西永濟熱電廠的“上大壓小”熱電聯(lián)產(chǎn)工程，建設(shè)規(guī)模為2×350 MW超臨界空冷供熱發(fā)電機組，相應(yīng)配置2臺1205 t/h超臨界參數(shù)、自然循環(huán)、一次中間再熱、固態(tài)排渣煤粉鍋爐，采用石灰石-石膏濕法脫硫,每小時產(chǎn)生廢水約20 t，脫硫廢水處理前后參數(shù)的比較見表1。

表1 脫硫廢水水質(zhì)處理前后參數(shù)的變化

利用機械蒸汽壓縮技術(shù)對脫硫廢水進(jìn)行深度處理，通過運行證明，系統(tǒng)產(chǎn)水（水質(zhì)見表1）可以全部作為水源回用，實現(xiàn)廢水零排放。

2.2.1 經(jīng)濟效益

表2 機械蒸汽壓縮技術(shù)與四效蒸發(fā)處理脫硫廢水的數(shù)據(jù)與節(jié)能效果比較

利用機械蒸汽壓縮技術(shù)對脫硫廢水進(jìn)行深度處理，處理每t水的電耗約23.40 kW·h/t水；蒸汽消耗約80.42 kg/t水，與傳統(tǒng)的四效蒸發(fā)相比節(jié)能效果明顯，對比數(shù)據(jù)見表2。

由此可見：采用機械蒸汽壓縮（MVC） 蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)、MED-TC低溫兩效強制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)比四效蒸發(fā)每年電耗及汽耗節(jié)約177萬元。

機械蒸汽壓縮（MVC） 技術(shù)利用高能效蒸汽壓縮機將系統(tǒng)產(chǎn)生的二次蒸汽壓縮升溫，提高二次蒸汽的焓。提高熱焓的二次蒸汽進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)作為熱源循環(huán)使用，替代絕大部分新鮮蒸汽。新鮮蒸汽僅用于補充熱損失和補充進(jìn)出料溫差所需熱焓，從而大幅度降低蒸發(fā)器的新鮮蒸汽消耗，節(jié)能效果顯著，特別是在鹽分濃度較低沸點上升較小的情況下尤其明顯，彌補了多效蒸發(fā)能耗過高的不足，可最大限度地節(jié)約系統(tǒng)整體運行費用。

2.2.2 環(huán)保效益

本系統(tǒng)處理水量為20t/h，機組有效利用小時按照5000 h核算，每年可減少外排水量20×5000=100000 t，既防止廢水外排造成的環(huán)境污染，又節(jié)約了水資源（每t水費按照3.5元核算，每年可節(jié)約水費35萬元）。

3 推廣應(yīng)用前景

火電是我國目前最主要的電力能源，據(jù)統(tǒng)計全國600 MW以上規(guī)模燃煤電廠數(shù)量超過500座，隨著社會對環(huán)境保護(hù)的要求越來越高，燃煤電廠完成煙氣超低排放的同時，大部分電廠短期內(nèi)還需實現(xiàn)廢水零排放，本技術(shù)可應(yīng)用于燃煤發(fā)電廠脫硫廢水處理零排放項目，同樣也適用于類似的窯爐、焦化廠等類似高鹽高硬廢水處理項目，市場應(yīng)用前景巨大。