國電漢川發電有限公司脫硫廢水蒸發結晶項目工藝解析

萬勇剛，徐峰，田旭峰，趙利鑫，王鑫

(1.國電漢川發電有限公司，湖北 漢川 431600；2.北京朗新明環保科技有限公司南京分公司，南京 210000；3.合眾高科(北京)環保技術股份有限公司，北京 100023)

國電漢川發電有限公司脫硫廢水蒸發結晶項目工藝解析

萬勇剛1，徐峰2，田旭峰3，趙利鑫3，王鑫3

(1.國電漢川發電有限公司，湖北 漢川 431600；2.北京朗新明環保科技有限公司南京分公司，南京 210000；3.合眾高科(北京)環保技術股份有限公司，北京 100023)

電廠脫硫廢水含鹽量高，水質波動大，對后續水處理系統設計提出很高要求。應用機械式蒸汽再壓縮(MVR)蒸發結晶技術來處理脫硫廢水，實現脫硫廢水資源化零排放。對MVR蒸發結晶系統進行了詳細的介紹，可為蒸發結晶工藝在電廠脫硫廢水處理的實際應用提供借鑒。

電廠；脫硫廢水；機械式蒸汽再壓縮；蒸發結晶；零排放

0 引言

國電漢川發電有限公司三期擴建工程2×1 000 MW超超臨界火力發電機組脫硫廢水深度處理(蒸發結晶)項目，是全國首個采用機械式蒸汽再壓縮(MVR)蒸發結晶工藝來處理電廠脫硫廢水的項目，于2016年12月20日成功通過168 h調試運行驗收。該項目由國電北京朗新明環保科技有限公司南京分公司設計、采購、施工(EPC)總承包，合眾高科(北京)環保技術股份有限公司(以下簡稱合眾高科)負責脫硫廢水深度處理(蒸發結晶)項目成套設備供貨和技術服務，實現了脫硫廢水資源化零排放。

1 脫硫廢水系統概況

國電漢川發電有限公司是湖北省第1個大型火電廠，分3期建設，共6臺機組，脫硫廢水量共計36 m3/h。脫硫廢水的原水采用常規處理方法進行中和(堿化)、絮凝處理后[1]，送至澄清池/濃縮池，澄清池/濃縮池中的出水在清水箱內加酸調節至合格，其底部的污泥經污泥輸送泵送至脫水機，產生的泥餅外運。常規脫硫廢水處理設備布置在脫硫島內，脫硫島排放的廢水進入蒸發結晶系統。脫硫廢水系統流程為：原水→納濾系統→產水→高壓膜濃縮→蒸發結晶系統→工業精制二級鹽。

2 蒸發結晶系統設計水量及水質

通過前面預處理和膜濃縮工藝后，進入蒸發結晶器的廢水量為8 m3/h。蒸發結晶系統的進水為上游裝置排放的濃鹽水，其水質參數見表1。濃鹽水經蒸發結晶系統處理后得到產品水和結晶鹽。其中水的質量標準為：pH值6.8～7.8；總溶解固體(TDS)質量濃度≤100 mg/L。結晶鹽的質量標準為：氯化鈉質量分數≥97.5%；水分≤0.80%；水不溶物質量分數≤0.20%；鈣鎂離子質量分數≤0.60%；硫酸根離子質量分數≤0.90%(GB/T 5462—2003《工業鹽》標準所規定的精制工業鹽二級標準)。

表1 蒸發結晶系統進水水質參數

3 工藝說明及描述

3.1工藝說明

合眾高科結合該項目中廢水的特點，選用了MVR強制循環蒸發結晶系統，采用蒸發結晶和干燥的方法將濃鹽廢水轉化為結晶鹽，蒸發濃縮流程如圖1所示。MVR強制循環蒸發結晶系統由合眾高科與威亭斯溫森公司共同設計，威亭斯溫森公司提供了蒸發器、結晶器及相關設備。

圖1 蒸發濃縮流程

MVR的基本原理是將蒸發器原本需要用冷卻水冷凝的二次蒸汽，經壓縮機壓縮后提高其壓力和飽和溫度，增加熱焓，然后再送入蒸發加熱器作為熱源來加熱料液。二次蒸汽的潛熱得到了充分利用，從而達到了節能的目的。

和傳統的蒸發器相比較，MVR蒸發器具有以下優點。

(1)壓縮比高，熱效率高，節省能源，比能耗低，蒸發1 t清水所需能耗是傳統蒸發器的1/6～1/5(物料不同時能耗有所變化)，運行成本大大降低。

(2)智能化，可以通過軟件監控壓縮機的各個運行參數，而且可以得出分析報告。

(3)壓縮機采用變頻控制，實際使用過程中可針對現場的情況自動進行變頻控制。

(4)壓縮機系統具有多方位自動保護功能，在溫度、壓力等發生變化的情況下自動進行保護，保證壓縮機的正常使用。

(5)由于其既是加熱器又是二次蒸汽的冷凝器，所以不需要另外的冷凝器。

(6)占地面積小、操作人員少，配套的公用工程項目少。

3.2設計基礎

MVR蒸發結晶的設計原理是濃鹽廢水進入MVR蒸發結晶系統時，當濃鹽廢水溫度達到沸點時溶劑開始蒸發，濃鹽廢水不斷濃縮，當廢水濃縮至飽和溶液后，溶質以鹽的形式結晶出來，因此，濃鹽廢水的溶解度和沸點是MVR蒸發結晶的關鍵。根據提供的水樣參數可知，廢水中的主要物質是氯化鈉，查閱文獻可知，氯化鈉的溶解度隨著溫度變化波動不明顯[2]，而氯化鈉溶液中氯化鈉質量分數與沸點的關系如圖2所示。

圖2 氯化鈉質量分數與沸點的關系

3.3工藝描述

3.3.1 濃鹽水運行路線

原水濃縮后的高含鹽水作為原液進入原液槽，在進料泵加壓后經過預熱進入蒸發結晶器單元，結晶器的液位計控制調節原料進料閥門，從而控制物料的進料量。結晶器內物料在設定的溫度下蒸發，物料溫度及蒸發溫度由壓縮機的設定值確定，可在一定范圍內調節。結晶、干燥流程如圖3所示。

物料在循環泵的推動下經加熱器加熱，沿結晶器中心管上升，在液面表面蒸發，產生最大過飽和度，由于同時有大量的晶粒隨液體一同循環，液面蒸發時有大量的晶粒存在，使過飽和度消耗在晶粒生長上，避免了自發形成晶核。結晶器中設有密度檢測儀，當物料的密度達到設定值時，晶漿泵開始將晶漿送至離心分離單元。結晶器內部設有高效捕沫器，可以提高汽液分離效率，降低霧沫夾帶對冷凝水的污染以及對蒸汽壓縮機的腐蝕。經過多次的循環蒸發、去沫、汽液分離后，水分被蒸發出去，鹽水中氯化鈉的質量分數不斷提升，當“鹽含量自動檢測系統”檢測到母液中氯化鈉的質量分數達到設定值時，蒸發系統進入穩定工作狀態。

圖3 結晶、干燥流程

溶液中的氯化鈉達到過飽和狀態開始連續結晶析出，當固液比達到設定值時，晶漿混合物通過排料泵送至旋流器進行體外濃縮，清液回流至原料液罐，濃縮液進入晶漿罐，晶漿罐濃漿進入離心機進行脫水，離心后的母液回流至原料液罐，濕氯化鈉晶體進入干燥系統，將含水率降至0.5%，最終得到產品純度達97.5%的氯化鈉結晶鹽。

3.3.2 蒸汽運行路線

蒸發結晶器中產生的二次蒸汽進入蒸汽壓縮機加壓升溫后繼續進入蒸發器中為廢水加熱，在蒸發器中發生相變，釋放能量后轉為冷凝水。

3.3.3 蒸汽壓縮機系統

該系統采用強制循環蒸發結晶工藝，系統運行過程中，母液隨運行時間的增加被不斷濃縮，母液中的雜質含量升高，同時沸點也隨之升高。為保持蒸發量不變，必須提高壓縮機溫升。離心式壓縮機溫升可調性較差，同時需要考慮蒸汽溫度和壓力波動導致的“喘振”現象。為保證系統正常穩定運行，該系統選用溫升適應范圍更寬的羅茨式壓縮機。

羅茨式壓縮機為容積式壓縮機，溫升可調范圍寬，適用于蒸汽量較小且需要較高溫升的場合，單臺壓縮機即可實現溫升16 ℃以上。相對于多級串聯實現溫升達到設計要求的離心式壓縮機，單級羅茨式壓縮機效率更高、更節能。

二次蒸汽經壓縮后進入蒸發器的加熱器管程并發生相變，釋放熱量后轉變為汽凝水。

3.3.4 冷凝水運行路線

蒸發器換熱產生的冷凝水進入冷凝水罐收集，與原料液換熱后，進入冷凝水回收系統。

4 結論

聯合使用膜濃縮和MVR蒸發結晶工藝后，脫硫廢水中的水以冷凝液的形式被最大限度回用，溶解鹽被分質結晶，得到純度為97.5%的工業精致二級鹽，實現資源化利用。國電漢川發電有限公司脫硫廢水蒸發結晶系統投運后，按照年運行8 000 h計算，每年可節水272 800 t，少產生固體廢棄物6 960 t，在實現電廠廢水“零排放”的情況下，降低了水處理成本，提高了企業經濟效益。

[1]沈榮澍，代厚兵，楊韋.脫硫廢水常規處理及零排放技術綜述[J].鍋爐制造，2013(2)：44-47.

[2]席華.氯化鈉溶液物性關系式[J].天津輕工業學院學報，1997(2)：72-74.

X 703

B

1674-1951(2017)10-0074-03

2017-04-01；

2017-09-04

(本文責編：劉芳)

萬勇剛(1974—)，男，湖北武漢人，工程師，從事電廠化學環保管理方面的工作(E-mail:wyg740912@163.com)。

徐峰(1978—)，男，江蘇鹽城人，工程師，從事廢水零排放方面的研究工作(E-mail:81686893@qq.com)。

田旭峰(1973—)，男，內蒙古巴彥淖爾人，從事環保水處理設備及解決方案市場化應用方面的工作(E-mail:michael@horwater.com)。

趙利鑫(1981—)，男，黑龍江牡丹江人，工程師，從事膜處理系統及高濃鹽水蒸發方面的研究工作(E-mail:zhaolx@horwater.com)。

王鑫(1977—)，男，內蒙古烏海人，從事環保水處理市場方面的工作(E-mail:604181068@qq.com)。