淺談燃煤電廠濕法脫硫的廢水零排放

張崔燦

（大唐環境產業集團股份有限公司，北京 100097）

淺談燃煤電廠濕法脫硫的廢水零排放

張崔燦

（大唐環境產業集團股份有限公司，北京 100097）

目前，大型燃煤電廠排放的煙氣中含有大量SO2，必須進行脫硫處理。石灰石-石膏濕法脫硫具有脫硫效率高、反應速度快、負荷響應快、脫硫劑利用率高、使用煤種廣、石膏利用技術成熟、運行成本低等優點。因此，石灰石濕法脫硫已經成為應用最廣泛、技術最成熟的煙氣脫硫工藝，脫硫效率可達95%。但是，濕法脫硫會產生大量脫硫廢水。脫硫廢水中含有大量重金屬，會污染水資源。如果人們長期飲用受污染的水體，會對人體造成嚴重傷害，所以脫硫廢水零排放迫在眉睫。

火電廠；濕法脫硫；脫硫廢水；零排放；人體健康

在運行過程中，燃煤電廠會排放大量含有SO2的煙氣，而SO2是造成酸雨的重要原因，會破壞大氣環境。截至2010年末，我國完成了“十一五”期間的總量控制目標——全年SO2排放量2 246.7萬t，其中電力行業的控制量為951.7萬t。“十二五”規劃綱要草案要求SO2減少8%。這對SO2排放大戶燃煤電廠煙氣脫硫系統的可靠運行提出了更高的要求。石灰石-石膏濕法脫硫具有脫硫效率高、反應速度快、負荷響應快、脫硫劑利用率高、使用煤種廣、石膏利用技術成熟、運行成本低等優點，石灰石濕法脫硫已經成為應用最廣泛、技術最成熟的煙氣脫硫工藝，脫硫效率達到95%。然而，濕法脫硫會產生大量脫硫廢水[1]。

濕法脫硫廢水的雜質主要包括懸浮物、過飽和亞硫酸鹽、硫酸鹽以及重金屬，其中Cu、Zn、Hg、Ni、Cd、Pb和Cr等是國家環保標準中要求控制的第一類污染物。脫硫廢水中有機物（COD）、氯離子及重金屬主要來自煤、工藝水和石灰石，COD含量一般為150～400 mg/L；脫硫處理系統為維持脫硫性能和氯離子平衡，必須排放部分濃漿液，補充新的漿液。濃漿液中懸浮物（SS）高達60 000 mg/L；氯離子含量達到20 000 mg/L左右。由于重金屬廢水污染具有毒效長期持續、生物機體食后不能降解等特點，其通過食物鏈進入人體，并且在人體內富集，會導致人類機體紊亂及各種疾病，對人類健康造成傷害，所以對脫硫廢水進行零排放是很有必要的。

受環境、技術、資金等多方面因素的制約，脫硫廢水零排放未能在全國范圍內實施。目前，部分電廠不同程度地實施了廢水零排放工程，如西柏坡發電廠、天津電廠、吉林熱電等均進行了廢水零排放工程的應用，但基本都是對循環水、排污水進行處理回用，并未實現真正意義上的零排放，水資源也就未真正意義上實現最優配置。

1 濕法脫硫廢水原處理系統工藝

目前，國內典型火力燃煤發電廠脫硫廢水原處理系統的工藝流程為：從FGD來的脫硫廢水進入中和箱，通過添加石灰乳，將廢水pH調至9.5左右，再進入反應箱，并加入有機硫和凝聚劑，經反應進絮凝箱，并在其出口管處加入高分子聚合電解質（助凝劑），自流進入濃縮澄清器，廢水中的絮凝物通過重力作用沉淀在澄清器底部，凝縮成泥渣，上清液進入出水箱，達到排放標準然后外排；污泥經過污泥輸送泵進行離心脫水，泥餅外運處理，具體流程如圖1所示。

圖1 脫硫廢水原處理系統工藝流程

原脫硫系統處理廢水水質標準達到了《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質控制指標》（DL/T997-2006）的排放要求，但廢水中仍含有高鹽、Cl-、F-和重金屬等，還可能含有硒、硝酸鹽、有機物等成分，其不能通過常規預處理工藝去除，仍然對水體造成一定程度的污染。脫硫廢水一般經處理后用于灰場沖洗或者外排，需要對脫硫廢水進行進一步處理才能回用，其沒有真正達到廢水零排放。

2 目前國內脫硫廢水零排放處理幾種方案

2.1 方案一

第一種方案為：原三聯箱預處理砂濾—管式微濾—反滲透脫鹽系統（DTRO）—蒸發結晶。

2.1.1 原三聯箱預處理

電廠脫硫廢水經過石灰乳、絮凝劑、有機硫、助凝劑，經沉淀廢水中的絮凝物通過重力作用沉淀在澄清器底部，凝縮成泥渣，上清液進入出水箱，達到排放標準然后外排；污泥經過污泥輸送泵進行離心脫水，泥餅外運處理，除去水中的懸浮物和重金屬等。

2.1.2 砂濾

設置砂慮主要是為了去除水中膠體雜質及懸浮物，去除前端混凝沉淀無法去除的細菌、微小粒子等及部分COD。砂濾是通常以天然石英砂、錳砂和無煙煤作為濾料的水過濾處理工藝。砂粒粒徑一般為0.5～1.2 mm，不均勻系數為2。其常用于經澄清（沉淀）處理后的給水處理或污水經二級處理后的深度處理。根據原水和出水水質要求，其往往具有不同的濾層厚度和過濾速度。

2.1.3 管式過濾膜

管式過濾膜是本處理工藝的最關鍵部分，承擔著取代沉淀池做固液分離和向后端回收反滲透裝置輸送合格進水的雙重功能。

2.1.4 碟管式反滲透（DTRO）

DTRO是DT的一個分類，DT膜技術即碟管式膜技術（Disc Tube Module），是反滲透的一種。料液通過膜堆與外殼之間的間隙后通過導流通道進入底部導流盤中，被處理的液體以最短的距離快速流經濾膜，然后逆轉到另一膜面，再流入到下一個過濾膜片，從而在膜表面形成由導流盤圓周到圓中心，再到圓周，再到圓中心的切向流過濾，濃縮液最后從進料端法蘭處流出。料液流經濾膜的同時，透過液通過中心收集管不斷排出。濃縮液與透過液通過安裝于導流盤上的O型密封圈隔離。

2.2 方案二

第二種方案為：調節池-雙堿軟化—管式微濾—反滲透脫鹽系統（DTRO）—蒸發結晶。

2.2.1 調節池

廢水調節池（箱）用以調蓄脫硫系統排放的不均勻的廢水量，并均衡廢水水質，保證處理系統有足夠的緩沖能力。廢水調節池（箱）的總容量滿足1 d發生量的要求，廢水調節池的總有效容積不小于1 500 m3。

2.2.2 雙堿軟化除硬

根據本項目脫硫廢水水質特點，采用雙堿法軟化除硬。針對致垢成分（鈣、鎂、鋇、鍶、硅等）進行處理，務求將其完全除去。本設計方案選擇了化學加藥軟化（同時除鋇、鍶、二氧化硅）。

2.2.3 管式過濾膜

管式過濾膜是本處理工藝的最關鍵部分，承擔著取代沉淀池做固液分離和向后端回收反滲透裝置輸送合格進水的雙重功能。

2.2.4 碟管式反滲透（DTRO）

DTRO是DT的一個分類，而DT膜技術是反滲透的一種，其作用同上，即濃縮減少蒸發量。

2.3 方案三

第三種方案為：脫硫廢水預處理—MVR降膜蒸發過程—多相流三效強制循環蒸發結晶。

脫硫廢水首先進行預處理[2]，預處理主要去處廢水中的懸浮物、沉淀、有機物等，脫硫廢水蒸發工序采用MVR降膜蒸發+多相流三效強制循環蒸發結晶技術。因為廢水在低濃度時不易結垢，所以首先采用MVR降膜蒸發除去大部分水，蒸發所得濃水進入后面的多相流三效強制循環蒸發器進行蒸發結晶，依靠多相流強制循環蒸發技術優良的在線防垢性能來實現整個蒸發結晶過程的在線防垢，并強化過程的傳熱性能[3]。本方案具有以下技術特點和優勢。

首先，MVR技術回收利用了二次蒸汽的潛能，避免了將二次蒸汽冷凝排出而造成的能源浪費，同時省去了冷凝系統，簡化了設備流程，使操作大為簡化。用以處理高濃度含鹽廢水，可以回收廢水中全部鹽分并排出較清潔的水，處理完全。從理論上來看，使用MVR蒸發器比傳蒸發器節省80%的能源，節能效果明顯。尤其針對低濃度、低沸點升溶液，其具有更好的節能效果。因此，本工藝方案在低濃度區采用MVR蒸發技術，可以有效降低能耗。

其次，分離器設計足夠的空間余量，實現較大液滴的初步分離；在分離室上部設置由慣性式除沫器和絲網除沫器組合構成汽液分離裝置，實現細小霧滴的捕集，使進入離心式蒸汽壓縮機的二次蒸汽更純凈。

再次，MVR部分采用降膜蒸發器，消除了由靜壓引起的有效傳熱溫差損失，蒸發器壓降也很小，同時在低溫差下有較高的傳熱速率。由于傳熱溫差不大，其在加熱管內表面不易結垢。同時，降膜蒸發器上部的料液分布器，采用多級分布結構，能夠保證料液均勻分布到每根加熱管中，有效保證降膜蒸發器的正常運行。

第四，后三效蒸發采用強制循環蒸發器，其具有傳熱系數大、濃縮比大、抗鹽析和抗結垢等特點，特別適用于高粘度流體的蒸發濃縮。

第五，三效順流蒸發要求后效的操作壓強和溶液的沸點均較前效的低，因此可引入前效的二次蒸汽作為后效的加熱介質，因末效在真空下操作，僅第一效需消耗生蒸汽，可提高生蒸汽的利用率，所以更經濟。

最后，針對脫硫廢水中含鹽種類復雜且在濃度較高時容易結晶析出的情況，在三效順流蒸發中引入多相流在線防垢技術，不僅可有效防止蒸發過程中的析出晶體結垢問題，還能有效強化傳熱[4]。

2.4 方案四

第四種方案為：低溫低壓蒸發濃縮系統（三套裝置每套的水處理量為21 m3/h）—廢水噴射系統—煙道蒸發結晶（噴入空預器后的煙道中）。

低溫低壓蒸發濃縮系統，其原理是利用高能效蒸汽壓縮機壓縮蒸發器所產生的二次蒸汽，進而提高二次蒸汽的壓力和溫度，升溫升壓的二次蒸汽再次通入加熱器對脫硫廢水進行再加熱，受熱的脫硫廢水繼續蒸發產生二次蒸汽，再經過蒸汽壓縮機壓縮以及加熱器換熱，從而實現持續的蒸發狀態。工藝原理如圖2所示，分離器經蒸氣壓縮機到加熱器的折線代表二次蒸汽；加熱器和預熱器之間的折線代表二次蒸汽冷凝后的冷凝液；其他線代表脫硫廢水。

圖2 低溫低壓蒸發濃縮系統工藝原理

本系統中能量的輸入主要是壓縮機、循環泵和真空泵所消耗的能耗。由于系統循環利用二次蒸汽的汽化潛熱，從而可以大大減少外部新鮮蒸汽供給，所以節省了整個蒸發系統的能耗。使用低溫低壓蒸發濃縮系統比傳統蒸發系統節省60%以上的能源，節省90%以上的冷卻水，減少50%以上的占地面積。該工藝特點有：系統穩定性高；設備成熟，安全可靠，故障率低；檢測維護簡單容易，運行管理方便，運行具有較大的靈活性；熱能利用效率高，耗能低，充分利用工藝系統中的每一份能源；系統管路最大程度地避免和減少結垢；回收的蒸餾水質高；噪音低。

經過低溫低壓蒸發濃縮系統后的脫硫廢水，通過廢水濃縮液輸送泵進入廢水噴射系統，噴射系統將脫硫廢水噴入空預器后的煙道中，霧化的脫硫廢水遇到空預器中的高溫煙氣后蒸發，廢水中雜質或鹽以固體形式和飛灰一起隨煙氣進入除塵設備，被捕集后外排，蒸發后的水蒸氣隨同煙氣進入后續設備中。

廢水噴射系統由噴槍進行噴霧霧化，保證廢液獲得較細的霧化顆粒，以便在短時間內迅速蒸發。同時，合理布置噴槍位置，獲得一個良好的氣液流場分布，達到良好霧化和蒸發的效果。

3 幾種脫硫廢水零排放方案對比

脫硫廢水經過三聯箱處理后基本滿足了《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質控制指標》（DL/T997-2006）的排放要求，但其中的硫酸鹽、硬度等指標仍無法滿足零排放處理系統的進水要求。根據勝利電廠的運行統計以及對其他電廠三聯箱工藝運行的調研，筆者發現，三聯箱工藝運行十分不穩定，常常造成懸浮物濃度過高。為了保證零排放處理系統安全穩定運行，人們不能利用原來的三聯箱廢水處理系統[5]。考慮到脫硫廢水水質與該廠其他污水水質有很大差別，其含鹽量、硫酸根、鈣、鎂等主要限制污染因子含量是該廠其他污水的數倍，且水質波動性較大，踐行廢水分級處理原則，同時保證各污水處理系統能穩定運行，方案一利用原來三聯箱脫硫廢水處理系統。為保證安全穩定運行，不建議采用該方案。方案四利用低溫低壓蒸發濃縮煙道噴射技術較為先進，但其裝機功率較大，運行電耗相對較高，會影響電廠廠用電率指標，并且其應用時間較短。此方案造價成本高，沒有實際運行經驗。筆者推薦方案二和方案三，方案二和方案三均為一套獨立的脫硫廢水零排放處理系統[6]。

方案二利用雙堿對脫硫廢水軟化，再通過管式微濾除硬、DTRO膜過濾，最后經過多效強制循環蒸發結晶達到廢水零排放的目的。其主要優點為，本工藝有實際運行經驗，是比較成熟的工藝，利用膜濃縮，減少結晶蒸發量，減少耗能，運行費用低。

方案三采用MVR降膜蒸發過程+多相流三效強制循環蒸發結晶，將二者優點相結合，工藝流程簡單可靠，工程造價低，占地面積小。此方案達到了分鹽的目的，廢水蒸發結晶產物氯化鈉、氯化鉀、硫酸鈉和中間物料、產品均為無毒、無害的物質，生產過程中無職業危害。

1 周祖飛.濕法煙氣脫硫廢水的處理[J].電力環境保護，2002，18（2）：37-39.

2 何守昭.震動膜在脫硫廢水廢水零排放要求中如何減少蒸發量[A].北京中能聯創信息咨詢有限公司.2015清潔高效燃煤發電技術交流研討會論文集[C].北京：北京中能聯創信息咨詢有限公司，2015：342-347.

3 河北省電力試驗研究所.火力發電廠水系統綜合技術[M].北京：機械工業出版社，2000.

4 王衛華.火力發電廠的廢水再生回用研究[J].山西電力，2007，（1）：5-8.

5 何守昭，盧清松.震動膜濃縮工藝在大型煤化工項目零排放中的應用[J].煤炭加工與綜合利用，2015，（4）：57-61.

6 何守昭，王 強.脫硫廢水零排放工藝分析[J].熱電技術，2016，（1）：40-44.

Study on Zero Emission of Wastewater by Wet Desulfurization in Coal Fired Power Plants

Zhang Cuican
(Datang Environmental Industry Group Co.,Ltd.,Beijing 100097,China)

At present,the flue gas emitted from large coal-fired power plants contains a large amount of SO2and must be desulfurized.Limestone - gypsum wet desulfurization has the advantages of high desulfurization efficiency,fast response,fast load response,high utilization of desulfurizer,wide range of coal,mature gypsum utilization technology and low operation cost.Therefore,limestone wet desulfurization has become the most widely used and most mature flue gas desulfurization technology,desulfurization efficiency up to 95%.However,wet desulfurization produces a large amount of desulfurization wastewater.Desulfurization wastewater contains a lot of heavy metals,will pollute the water resources.If people drink polluted water for a long time,it will cause serious harm to the human body,so it is imminent that zero discharge of desulfurization waste water.

thermal power plant; wet desulfurization; desulfurization wastewater; zero discharge; human health

X773

A

1008-9500(2017)11-0092-04

2017-09-19

張崔燦（1987-），女，江蘇南京人，助理工程師，從事給排水設計工作。