火力發電廠脫硫廢水深度處理工藝的應用

崔 麗

(華北電力設計院有限公司，北京 100120)

隨著國家對環境保護的加強，火力發電廠燃煤機組煙氣必須脫硫后排放，因此也面臨脫硫廢水的處理問題，北方某電廠建設規模為2臺1 000 MW國產超超臨界燃煤發電機組，2臺機組脫硫廢水的產生量為24 m3/h，如采用常規的脫硫廢水絮凝、沉淀、澄清處理工藝，處理后的脫硫廢水仍然具有很高的含鹽量，電廠內無法回用，而其排放會增加下級污水處理廠的運行負荷，因此本工程設計中提出了一種2級軟化澄清預處理+蒸發結晶深度處理的新工藝，對脫硫廢水進行深度處理并回收利用。

1 脫硫廢水處理技術應用現狀及分析

1．1 國內脫硫廢水投運項目概況

目前國內脫硫廢水采用深處理工藝的電廠有深能源河源電廠、佛山市三水恒益電廠、華能長興電廠、湖北國電漢川電廠、焦作萬方鋁業熱電廠等。

深能源河源電廠一期工程為2臺600 MW超臨界燃煤機組，脫硫廢水深度處理工程于2009年12月投入運行。系統處理水量為22 m3/h，采用2級軟化預處理+四效蒸發反滲透(MED)+鹽干燥打包技術［1-2］。

佛山市三水恒益電廠為2臺600 MW超超臨界燃煤機組，脫硫廢水處理系統2011年9月調試并投入運行。系統處理水量為20 m3/h，采用2級臥式過濾(MVC)蒸發器+2級臥式MED+結晶+鹽干燥系統，沒有設置深度預處理軟化防垢設施［1-2］。

華能長興電廠為2臺660 MW超超臨界燃煤機組，2015年4月廢水處理系統投入運行。該電廠產生的最終廢水主要由兩部分組成:一是脫硫廢水，水量為18 t/h;二是混床再生排水，水量為4 t/h。脫硫廢水處理工藝為:2級軟化預處理→過濾→弱酸樹脂軟化→一級反滲透→正滲透→結晶干燥→打包系統，副產品結晶鹽中NaCl和Na2SO4總質量分數大于95%，含水率小于0．5%，外運結晶鹽產量為418～ 711 kg/h［3］。

湖北國電漢川電廠三期擴建工程為2臺1 000 MW超超臨界燃煤機組，脫硫廢水處理系統設計處理水量為36m3/h，采用2級軟化預處理+納濾分鹽+反滲透濃縮減量+蒸汽機械再壓縮技術(MVR)蒸發結晶工藝實現分鹽，其結晶鹽為純度高于97．5% 的 NaCl。

焦作萬方鋁業熱電廠裝機為2臺350 MW機組，首臺脫硫廢水煙氣蒸發處理系統于2015年8月投入運行。進系統的水量為20 t/h，采用的工藝流程為:2級軟化預處理+雙膜(微濾、反滲透)法濃縮減量處理+反滲透濃水霧化噴煙道蒸干。系統運行2個月后對煙道進行結垢和腐蝕檢測，在煙道內沒有出現結垢和煙道積灰現象［4］。

1．2 各投運項目比較分析

河源電廠采用徹底軟化+多效蒸發結晶工藝，結晶鹽為混鹽，系統運行穩定可靠，但投資、運行成本高;三水恒益電廠采用不軟化蒸發結晶工藝，結晶鹽為雜鹽，運行成本較低，但蒸發結晶系統結垢嚴重，清洗頻繁，影響系統正常運行;華能長興電廠采用徹底軟化+正滲透濃縮+蒸發結晶工藝，結晶鹽為混鹽，系統復雜，運行成本高;漢川電廠采用徹底軟化+納濾分鹽+超濾(DTRO)+蒸發結晶，運行成本較高，但其結晶鹽為純鹽，解決了混鹽處置的難題;焦作萬方鋁業熱電廠采用徹底軟化+膜法濃縮后的濃鹽水噴煙道蒸發，大大降低了噴入煙道的脫硫廢水量，目前運行正常，但有待進一步檢驗。

目前國家沒有對結晶混鹽制定統一的標準，其性質沒有明確界定，結晶混鹽普遍存在處置困難的問題，因此結晶鹽資源化利用成為很好的解決辦法。采用煙道蒸發處理的電廠應對脫硫廢水進行減量化處理，以減少煙道蒸發對電廠熱力系統的影響，另外脫硫廢水噴煙道對后續系統以及粉煤灰綜合利用有一定的風險，有待進一步的驗證。

2 本工程脫硫廢水水量及水質

本工程脫硫廢水深度處理系統的設計水量為24 m3/h。脫硫廢水的水質受煤種、脫硫系統的運行控制參數等影響很大［5］，本工程為電廠二期工程，脫硫廢水深度處理系統同整個二期工程同步建設，設計階段無法實測脫硫廢水中污染物的含量，通過理論計算并結合該電廠一期工程脫硫廢水水質指標類比，脫硫廢水pH值為6～9、色度(稀釋倍數)為30～50、溶解性固體總量(TDS)20 000～30 000其他水質指標見表1。該水質為經過脫硫島內廢水曝氣、混凝澄清初步處理后的排水水質，主要污染物濃度滿足DL/T 997—2006《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質控制指標》。

3 本工程脫硫廢水深度處理系統

3．1 脫硫廢水預處理系統

脫硫廢水預處理系統采用2級軟化澄清、過濾處理工藝。廢水在1級軟化池與Ca(OH)2、Na2SO4、聚合硫酸鐵、聚丙烯酰胺(PAM)藥劑充分混合后，形成易沉淀的絮體，通過1級澄清池沉淀，去除廢水中懸浮物、鎂及部分鈣等結垢因子。1級澄清后的出水溢流至1級澄清水箱，通過提升泵輸送至二級軟化池，與Na2CO3反應生成CaCO3沉淀，與聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁(PAC)進行絮凝，出水經2級澄清池沉淀后溢流進入2級澄清水箱，最終經過多介質過濾器過濾后進入蒸發預換熱器。預處理工藝流程見圖1。

表1 脫硫廢水水質 mg/L

該工藝的特點:在一級軟化池內投加Ca(OH)2可有效去除廢水中的鎂離子，而先使用Na2SO4去除水中的部分鈣離子，可減少二級軟化單元Na2CO3的用量;一級軟化中投加的Na2SO4首先來自于蒸發結晶器的回流母液，不足部分投加硫酸鈉藥劑補充，可大大減少藥劑的投加量，降低運行成本。該系統為Ca(OH)2+Na2SO4+Na2CO3軟化加過濾工藝，能夠將脫硫廢水的硬度降低到100 mg/L(以CaCO3計)以下，濁度小于1 MTU，從而可保證結晶鹽的純度。

3．2 脫硫廢水蒸發系統

3．2．1 熱法(蒸發結晶)分鹽原理

熱法分鹽是基于不同溫度下、不同比例的NaCl、Na2SO4、CaSO4、KCl等物質在混合溶液中的溶解度不同，通過對溫度、壓力、各組份濃度等因素的精確控制實現物質的分離。

蒸發結晶器分鹽的核心設備為旋流器、離心機母液回流，將飽和NaCl和高濃度的Na2SO4溶液回流至脫硫廢水預處理最前端，通過同Ca2+反應生成沉淀，不斷得以去除，NaCl以結晶鹽的形式從系統分離。

圖1 脫硫廢水預處理系統工藝流程圖

3．2．2 蒸發結晶工藝流程

蒸發結晶裝置由進水單元、循環單元、蒸汽補充單元及回收單元4個單元組成，廢水進入蒸發結晶裝置進行閃蒸濃縮結晶處理，其工藝流程見圖2。

圖2 蒸發結晶工藝流程圖

2級軟化后的脫硫廢水進入次換熱器與閃蒸罐內蒸發出來的蒸汽冷凝液進行初次換熱，升溫后進入循環單元，進水流量依據閃蒸罐內水位可調節。加熱后的新進廢水進入循環管道，與內部循環的超濃縮液混合，混合濃液經過主換熱器進行換熱升溫(熱媒為壓縮蒸汽或外界補充蒸汽)，通過循環不斷升溫，當循環介質溫度達到閃蒸溫度、閃蒸罐頂部壓力達到一定值時，啟動蒸汽壓縮機將閃蒸的蒸汽絕熱壓縮后送入主換熱器，與循環液進行熱交換，使循環的料液溫度升高并始終保持在沸點以上，而蒸汽通過主換熱器和預換熱器作兩次換熱降溫后變成冷凝水作為系統凈化水產水。循環液在保持循環的同時進行閃蒸，循環的介質不斷被濃縮，當系統結晶以后，開啟濃縮物排放閥外排鹽漿，進水量和排水量依據TDS值進行調節，保證平衡。

濃鹽漿后續進入旋流器、離心機，進行離心脫水后進入干燥流化床得到產品鹽，滿足GB/T 5462—2015《工業鹽標準》中精制工業鹽(工業干鹽)二級標準。該系統需定期排出少量結晶母液以保證結晶鹽的純度。

3．3 系統運行成本

脫硫廢水深度處理處理系統占地58 m×22 m，設備、土建、安裝全部初投資約5 500×104元。系統處理每噸廢水電耗35 kW·h，電價 0．5元/(kW·h)，成本 17．5 元;蒸汽消耗 0．08 t，120 元/t蒸汽，成本9．6元。脫硫廢水深度處理系統運行藥品消耗及成本見表2。

表2 處理每噸廢水藥品消耗及成本

4 結束語

本工程脫硫廢水預處理系統采用2級Ca(OH)2+Na2SO4+Na2CO3軟化澄清工藝;蒸發結晶系統采用具有分鹽功能的蒸發結晶器，實現NaCl結晶鹽的分離和提純，并回收冷凝水，為熱法分鹽技術在百萬千瓦機組脫硫廢水深度處理系統的首次應用。脫硫廢水不經膜法濃縮直接進入蒸發結晶系統，可耐受少量的鈣鎂結垢性離子，相對于膜法工藝對預處理產水水質要求不是非常苛刻，可簡化工藝流程，降低運行成本，利用熱法實現分鹽。