脫硫廢水煙道蒸發(fā)零排放技術簡介

李 飛

（大唐環(huán)境產業(yè)集團股份有限公司 北京 100097）

脫硫廢水煙道蒸發(fā)零排放技術簡介

李 飛

（大唐環(huán)境產業(yè)集團股份有限公司 北京 100097）

脫硫廢水水質惡劣，成分復雜，是燃煤電廠產生的重要污染物，其零排放的實現(xiàn)對環(huán)境保護具有重要的意義。本文對目前的脫硫廢水煙道蒸發(fā)零排放技術進行了系統(tǒng)總結，按照蒸發(fā)熱源的不同將其分為低溫煙道蒸發(fā)技術和高溫煙道旁路蒸發(fā)技術，分析了其特征和主要優(yōu)缺點。其中低溫煙道蒸發(fā)技術運行風險較大，在國內火電機組長期低負荷運行的背景下不宜推廣；高溫煙道旁路蒸發(fā)技術蒸發(fā)效果好，安全可靠，具有更大的推廣價值，將來可從降低煤耗、電耗、縮小設備體積、簡化工藝流程等方向做出進一步的完善。

脫硫廢水；零排放；煙道蒸發(fā)；燃煤電廠

為了實現(xiàn)SO2的超低排放，國內大多數(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行成本低的優(yōu)點，另一方面也產生了嚴重的廢水排放[1]。該廢水往往呈弱酸性，其懸浮物和可溶性鹽含量極高（可達數(shù)萬mg/L以上），重金屬含量超標（如 Pb、Hg、Cr和 Cd等），尤其 Cl-濃度可高達10000-20000 mg/L，具有很大的處理難度[2]。2015年4月，國務院發(fā)布《水污染行動計劃》，要求嚴格加強工業(yè)廢水污染防治力度，脫硫廢水由于成分復雜、排放危害大受到了業(yè)內的高度關注。

脫硫廢水零排放技術主要可以分為蒸發(fā)結晶和煙道蒸發(fā)兩類[3]。其中，蒸發(fā)結晶是指利用熱能將廢水蒸發(fā)為結晶鹽的工藝[4]，該工藝的投資成本和運行成本往往較高，如廣東河源電廠的蒸發(fā)結晶系統(tǒng)投資費用和運行費用分別高達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，廢水中的結晶鹽和固體雜質最終隨煙氣進入電除塵器被捕捉[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。本文按照蒸發(fā)熱源的不同將煙道蒸發(fā)零排放技術分為低溫煙道蒸發(fā)技術和高溫煙道旁路蒸發(fā)技術兩種，分析了其特征和主要優(yōu)缺點，并為其日后的發(fā)展方向提出了相應的建議。

1 低溫煙道蒸發(fā)技術

低溫煙道蒸發(fā)是指將脫硫廢水霧化噴射于空預器和電除塵器之間的煙道內，利用低溫煙氣余熱將水分蒸發(fā)的技術，其產生的結晶鹽和固體雜質隨煙氣進入電除塵器被捕捉[5]。由于空預器和電除塵器之間煙氣的溫度一般僅有110-125℃（少數(shù)機組可能達到更高），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 低溫煙道蒸發(fā)技術工藝流程示例圖

典型的低溫煙道蒸發(fā)技術一般可分為預處理、濃縮減量和煙道蒸發(fā)三個步驟，其工藝流程如圖1所示。脫硫廢水首先經過軟化、沉淀等預處理系統(tǒng)去除硬度和沉淀物等；其次進入濃縮減量系統(tǒng)進行分離，產生的清水回收利用，濃水輸送至煙道蒸發(fā)系統(tǒng)；最后，濃水經霧化噴嘴噴入空預器和電除塵器之間的煙道內完成蒸發(fā)。

該技術的優(yōu)點是采用空預器后的低溫煙氣為廢水蒸發(fā)熱源，不會影響到機組煤耗。缺點主要包括以下幾個方面：

1）運行風險大。空預器和電除塵器之間煙氣的溫度較低，當煙氣攜帶的熱能不足以在既定時間內將廢水蒸發(fā)時，容易引起煙道結垢、積灰、堵塞和腐蝕等問題，嚴重時會影響后續(xù)電除塵器等設備的安全運行。此外，目前國內火電機組長期處于低負荷運行狀態(tài)，其空預器和電除塵器之間煙氣的溫度往往只能達到90-110℃左右，系統(tǒng)存在很大的運行風險。例如某350MW機組投運了低溫煙道蒸發(fā)系統(tǒng)，但運行效果不良，煙道結垢、積灰和堵塞現(xiàn)象非常嚴重，后不得不改用高溫煙氣蒸發(fā)廢水。

2）需預處理和濃縮，成本高。由于煙氣溫度較低，該技術往往需要在蒸發(fā)之前對廢水進行預處理和濃縮減量，需要設置相應的系統(tǒng)和設備，不僅增加了工藝流程的復雜性，更增大了投資和運行成本。

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

2 高溫煙道旁路蒸發(fā)技術

高溫煙道旁路蒸發(fā)是指設置與空預器并聯(lián)的煙道旁路，在空預器入口處引部分高溫煙氣進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，利用高溫煙氣余熱將水分蒸發(fā)，產生的結晶鹽和固體雜質隨旁路煙氣回到空預器之后的主煙道，最終進入電除塵器被捕捉[3]。

該技術以空預器之前的高溫煙氣為廢水蒸發(fā)熱源，溫度高達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器出口一次風和二次風的溫度，降低鍋爐效率，增大機組煤耗。為了緩解煤耗的增加和噴嘴結垢等問題，常規(guī)的高溫煙道旁路蒸發(fā)技術往往在蒸發(fā)前設置濃縮減量系統(tǒng)，用于減少廢水蒸發(fā)量并回收利用部分凈水。常用的濃縮技術主要包括膜濃縮和熱濃縮，如反滲透RO膜、多效蒸發(fā)和機械蒸汽再壓縮等。其工藝流程如圖2所示，廢水首先經過軟化、沉淀等預處理系統(tǒng)軟化和沉淀；其次進入濃縮減量系統(tǒng)，分離產生的清水回收利用，濃水進入高溫煙道旁路蒸發(fā)器；最后，濃縮后的廢水經霧化噴嘴噴射入與空預器并聯(lián)的蒸發(fā)器蒸發(fā)。

圖2 高溫煙道旁路蒸發(fā)技術工藝流程示例圖

高溫煙道旁路蒸發(fā)技術的優(yōu)點主要包括：

1）蒸發(fā)效果好。以高溫煙氣為蒸發(fā)熱源，煙氣溫度高達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，減少高溫煙氣的溫降，降低由高溫煙氣消耗引起的煤耗增加量。

該技術的缺點主要有：

1）增大煤耗。以空預器之前的高溫煙氣為熱源，會降低鍋爐爐膛進風溫度，導致爐效下降，在一定程度上增大機組煤耗。以某300MW機組為例，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行預處理和濃縮減量，降低其相變的熱量消耗，增加了系統(tǒng)的工藝復雜性，也增大投資和運行成本。

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

針對以上常規(guī)蒸發(fā)技術的缺點，近年來業(yè)內發(fā)展了一種新型的高溫煙道旁路蒸發(fā)技術，該技術的關鍵是采用了一種大孔徑的旋轉霧化器設備取代常規(guī)的霧化噴嘴，利用旋轉霧化器高速旋轉（轉速約為10000-15000 r/min）的離心力使廢水在旋轉表面上伸展為薄膜，并以不斷增長的速度向霧化盤的邊緣運動，離開霧化盤邊緣時，將廢水轉化成細小霧滴[6]。由于旋轉霧化器孔徑較大（可達1-2 cm），不易結垢和堵塞，可以不對廢水做預處理和濃縮減量，極大地降低了成本。然而，相對于采用預處理和濃縮的常規(guī)蒸發(fā)技術，由于更多的廢水進入蒸發(fā)器需要消耗更多的高溫煙氣熱能，該技術會引起機組煤耗進一步的增大。

總結

本文總結了目前國內主要的脫硫廢水煙道蒸發(fā)技術，分別對其優(yōu)缺點進行了分析，總結如下：

1）低溫煙道蒸發(fā)技術運行風險最大，需要依賴于廢水預處理和濃縮，投資和運行成本高。在目前國內火電機組長期處于低負荷運行的背景下，該技術的安全隱患大，推廣價值有限。

2）高溫煙道旁路蒸發(fā)技術蒸發(fā)效果好，安全可靠，雖然會增大機組煤耗，但具有更大的推廣價值，日后可從降低煤耗、電耗、縮小設備體積、簡化工藝流程等方向做進一步的完善。

3）高溫煙道旁路蒸發(fā)技術若采用廢水預處理和濃縮流程，會增大投資和運行成本；若采用旋轉霧化器，會進一步增大機組煤耗。其技術路線的選擇需以機組具體的運行狀況和廢水水質特征為準。

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

[2]王鑫.燃煤電廠濕法煙氣脫硫廢水零排放處理技術研究[D].武漢：武漢科技大學，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研究進展[J].水處理技術，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進展[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研究與應用進展[J].化工進展，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實現(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)能減排技術研發(fā)工作。