文_李少杰 中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司

火電廠廢水零排放成為近年來(lái)火電廠環(huán)保工作的重點(diǎn)，由于脫硫廢水水質(zhì)復(fù)雜、處理難度大，成為全廠水梯級(jí)利用的末端，是主要的環(huán)保隱患。近年來(lái)，各種針對(duì)脫硫廢水零排放的工藝煙氣余熱蒸發(fā)、膜濃縮及蒸發(fā)結(jié)晶等相繼出現(xiàn)并實(shí)現(xiàn)了工程應(yīng)用，為脫硫廢水的有效處理提供了技術(shù)支撐。其中，旁路煙道蒸發(fā)工藝由于系統(tǒng)簡(jiǎn)單、投資成本低、對(duì)主煙道系統(tǒng)影響小等優(yōu)點(diǎn)受到了大量關(guān)注，也在多家電廠得到了應(yīng)用。

某2×1000MW 超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組新建工程擬設(shè)計(jì)16m3/h 的脫硫廢水零排放系統(tǒng)，以滿足環(huán)保要求。本文就對(duì)低溫?zé)煔馀月窛饪s+熱風(fēng)蒸發(fā)工藝和煙道旁路旋轉(zhuǎn)霧化蒸發(fā)工藝進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，為電廠合理選擇適合的脫硫廢水零排放方案作參考。

經(jīng)常規(guī)“三聯(lián)箱”處理后的脫硫廢水中總?cè)芙夤腆w約40000mg/L，其中氯根約15000mg/L。

1 旁路煙道蒸發(fā)處理工藝

1.1 低溫?zé)煔馀月窛饪s+熱風(fēng)蒸發(fā)工藝

該工藝系統(tǒng)利用脫硫塔前高溫?zé)煔庥酂釋?shí)現(xiàn)廢水的濃縮減量，濃縮倍數(shù)可以達(dá)到10 倍甚至更高；抽取空預(yù)器風(fēng)道出口熱二次風(fēng)進(jìn)入干燥床對(duì)濃縮后的廢水進(jìn)行蒸發(fā)，利用高溫?zé)岫物L(fēng)實(shí)現(xiàn)漿液的徹底干燥，干燥粉塵氣力輸送、均勻摻混進(jìn)入煙道，由除塵器收集。該系統(tǒng)干燥塔及濃縮塔需要分別單獨(dú)配置增壓風(fēng)機(jī)，克服系統(tǒng)阻力。該工藝系統(tǒng)暫時(shí)按照150℃回風(fēng)溫度進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)際運(yùn)行可根據(jù)主煙道煙溫適當(dāng)降低，靈活調(diào)節(jié)。濃縮塔系統(tǒng)所取煙氣為引風(fēng)機(jī)后低溫?zé)煔猓瑢儆趶U熱利用不影響發(fā)電煤耗。但在機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行工況下，廢水處理系統(tǒng)也要降低出力運(yùn)行。

低溫?zé)煔馀月窛饪s+熱風(fēng)蒸發(fā)工藝需要分別經(jīng)熱二次風(fēng)及引風(fēng)機(jī)后煙道抽取熱量進(jìn)行蒸餾及干燥，其中引風(fēng)機(jī)后煙氣提供能量占絕大部分比例，此部分熱量為鍋爐廢熱，抽取此部分能量對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性影響較小，同時(shí)還可降低吸收塔入口煙溫，進(jìn)一步減少了脫硫工藝水量，但是對(duì)脫硫工藝水平衡有一定影響，需要脫硫設(shè)計(jì)進(jìn)一步核算。經(jīng)熱二次風(fēng)抽取的熱量，THA（熱耗保證工況）工況下抽取的熱二次風(fēng)量相對(duì)于空預(yù)器風(fēng)道出口熱二次風(fēng)總量的比例約0.64%，占比較小，但由于進(jìn)入空預(yù)器的冷二次風(fēng)量增加，相應(yīng)一次風(fēng)側(cè)換熱量降低，一次風(fēng)溫會(huì)相應(yīng)降低，對(duì)制粉系統(tǒng)干燥出力會(huì)有一定的影響，另一方面由于該部分能量為鍋爐輸入熱量，因此降低了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，但影響甚微。

此方案處理后的含塵氣體最后由電除塵吸附脫除，含塵氣體進(jìn)入煙道后，會(huì)對(duì)煙氣的酸露點(diǎn)產(chǎn)生一定的影響，本方案由于回?zé)煹浪枯^小，僅為1t/h，因此對(duì)后續(xù)系統(tǒng)影響較低。

1.2 煙道旁路旋轉(zhuǎn)霧化蒸發(fā)工藝

噴霧干燥塔系統(tǒng)是此工藝的核心裝置，主要包括噴霧干燥塔、旋轉(zhuǎn)霧化器、氣體分布器等。從每臺(tái)機(jī)組脫硝出口煙道引接熱煙氣，匯總后進(jìn)入噴霧干燥塔系統(tǒng)；干燥后的混合煙氣返回到空預(yù)器后的主煙道內(nèi)?；以皇占琳舭l(fā)干燥塔底部可輸送至灰?guī)爝M(jìn)一步處理。

噴霧干燥塔采用Q345 鋼，塔體尺寸根據(jù)廢水處理量、煙氣溫度等進(jìn)行設(shè)計(jì)。以最大廢水處理量為16m3/h、進(jìn)出口煙氣溫度分別為360℃和120℃計(jì)算。此外，為了避免極端工況下廢水沒(méi)有及時(shí)蒸發(fā)而接觸干燥塔內(nèi)壁，干燥塔直徑設(shè)計(jì)時(shí)考慮一定的余量。經(jīng)過(guò)計(jì)算，該項(xiàng)目蒸發(fā)干燥塔的內(nèi)徑設(shè)計(jì)為10.8 m，直筒段高10 ～13.1m，錐體段高約9.4m，塔頂設(shè)置檢修房，并設(shè)置檢修起吊裝置。

旋轉(zhuǎn)霧化器的工作原理是將調(diào)質(zhì)后的脫硫廢水送至高速旋轉(zhuǎn)的霧化盤，在離心力的作用下，在霧化盤邊緣破裂分散為液滴。霧化器能保證液體流量變化不大的情況下霧滴的粒徑分布不發(fā)生顯著改變，使?jié){液霧滴在接近飽和溫度時(shí)瞬間干化，不會(huì)有水分凝結(jié)在干燥塔壁上引起腐蝕。旋轉(zhuǎn)霧化器的過(guò)流部件采用哈氏合金材質(zhì)。旋轉(zhuǎn)霧化器的轉(zhuǎn)速可以通過(guò)變速箱控制在10000 ～14000r/min，根據(jù)處理水量和煙氣溫度、煙氣量等參數(shù)可以調(diào)整霧化器轉(zhuǎn)速，確保廢水液滴能被及時(shí)蒸發(fā)。氣體分布器能均勻煙氣流場(chǎng)分布，促進(jìn)噴霧干燥塔內(nèi)霧化液滴與高溫?zé)煔庵g的有效混合，有利于氣液間的傳熱和廢水液滴的蒸發(fā)，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性。

2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

2.1 技術(shù)比較

2 種方案的技術(shù)性能比較如表1 所示。通過(guò)比較：方案一需設(shè)置預(yù)處理加藥，對(duì)鍋爐煙道系統(tǒng)運(yùn)行影響小。但干燥器的廢水噴嘴有結(jié)垢、堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，抽取熱二次風(fēng)將一定程度降低鍋爐熱效率，導(dǎo)致送風(fēng)機(jī)等輔機(jī)參數(shù)增大以及發(fā)電煤耗增加。方案二系統(tǒng)簡(jiǎn)單，不需要預(yù)處理，對(duì)鍋爐煙道系統(tǒng)運(yùn)行影響??；抽取高溫?zé)煔鈱⒁欢ǔ潭冉档湾仩t熱效率，導(dǎo)致發(fā)電煤耗增加。

2.2 經(jīng)濟(jì)比較

2 種方案的經(jīng)濟(jì)性能比較如表2 所示。低溫?zé)煔馀月窛饪s+熱風(fēng)蒸發(fā)工藝主要利用低溫?zé)煔庥酂?，故影響煤耗較低；煙道旁路旋轉(zhuǎn)霧化蒸發(fā)工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)單基建費(fèi)用低、電耗較低、無(wú)加藥費(fèi)用、備件費(fèi)用低；經(jīng)比較，煙道旁路旋轉(zhuǎn)霧化蒸發(fā)工藝投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用等經(jīng)濟(jì)性均優(yōu)于低溫?zé)煔馀月窛饪s+熱風(fēng)蒸發(fā)工藝。

表2 2種方案經(jīng)濟(jì)對(duì)比

3 結(jié)論及建議

3.1 結(jié)論

根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果，煙道旁路旋轉(zhuǎn)霧化蒸發(fā)工藝具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、對(duì)主煙道系統(tǒng)運(yùn)行影響小等優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)鍋爐效率和發(fā)電煤耗有一定影響，經(jīng)綜合測(cè)算投資和運(yùn)行成本均較低。故本項(xiàng)目推薦采用煙道旁路旋轉(zhuǎn)霧化蒸發(fā)工藝作為脫硫廢水零排放的工藝。

3.2 建議

不同技術(shù)方案的運(yùn)行費(fèi)用高低不同的原因是所耗煙氣熱量折算為煤耗的費(fèi)用以及電費(fèi)、加藥費(fèi)等所決定，不同項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)行測(cè)算來(lái)選擇更合適方案，不應(yīng)盲目參考。

各項(xiàng)目在廢水水質(zhì)、水量以及空預(yù)器入口前煙氣的溫度等參數(shù)上均有所區(qū)別，選擇技術(shù)方案是應(yīng)根據(jù)廢水水量和空預(yù)器入口前煙氣溫度等參數(shù)通過(guò)調(diào)節(jié)入口擋板開度來(lái)控制引接的煙氣量，使干燥塔出口煙氣溫度與除塵器入口前主煙道內(nèi)煙氣溫度基本一致，盡可能減少空預(yù)器入口前煙氣用量，降低對(duì)鍋爐運(yùn)行效率和發(fā)電煤耗的影響。