600MW亞臨界機組脫硫廢水零排放工藝指標探討

梁丕昭 錢峻 張宏杰 王勇 孫波 菅春樹 劉振芳

天津大唐國際盤山發電有限責任公司 天津 301900

1 旁路煙道蒸發技術簡介

煙道蒸發結晶廢水零排放技術因其成本較低、占地面積小、維護費用低等優點被國內專家學者廣泛研究。本方案蒸發固化段采用旁路煙道蒸發系統，澄清池出水利用雙流體霧化噴槍在高效節能廢水蒸發結晶器內霧化成細小霧滴，高效節能廢水蒸發結晶器從空預器前端、SCR出口煙道引入少量煙氣，此煙氣具有巨大的熱容量，霧化的霧滴與高溫煙氣迅速進行傳熱、傳質、蒸發，完全蒸發后形成的結晶鹽與水蒸氣隨煙氣一起并入空預器與低溫省煤器之間煙道，結晶鹽隨粉煤灰一起在除塵器內被捕捉去除，水蒸氣則進入脫硫系統在噴淋冷卻作用下凝結成水，間接補充脫硫系統用水[1-3]。旁路煙道蒸發系統示意圖如下：

圖1 旁路煙道蒸發示意圖

2 實驗介紹

2.1 實驗設備

圖2 脫硫廢水旁路煙道蒸發實驗流程圖

國內外學者通過建模計算分析得出：彎曲煙道可使液滴在煙道中停留的時間更長；為確保液滴在進入除塵器前完全蒸發，同時考慮蒸發效果、能耗成本和實際條件，建議工程應用中將霧化液滴直徑控制在60μm，煙溫控制約為130℃。基于廢水霧化與蒸發的理論分析，開發出一套高含鹽量廢水煙氣蒸發實驗平臺，對不同項目的高含鹽量廢水進行霧化與煙氣蒸發實驗驗證，確定該類廢水蒸發的運行情況[4]。如下，對設備進行簡要的參數介紹：

（1）蒸發器圓柱形主體高度2．7米，直徑0．2米，直徑灰斗高 0．3 米；

（2）蒸發器入口流量為風機進風量，最大氣體流量為400m3/h；粉塵濃度為 15-18g/m3，SO2濃度為 0．1-0．2g/m3；

（3）最大煙氣溫度為350℃，最大煙氣流速3．5m/s；

（4）蒸發器主體內在中軸上設置一個氣液兩相雙流體噴嘴順流布置，最大廢水流量10kg/h，同步配置空氣壓縮機；

（5）在模擬煙氣入口、出口及蒸發主體的上中下處分別設置溫度測量點；在出口處設置高溫濕度傳感器（濕度范圍0-100%），檢測蒸發效果；

（6）蒸發主體設兩個觀察口，觀察液滴蒸發過程及結垢情況，在尾部設置煙氣檢測口，便于采樣分析；

（7）試驗平臺同步配置自動控制臺，相關溫度、濕度參數在線觀測。

2.2 實驗廢水水質

實驗水樣取自該電廠脫硫廢水系統高效澄清池出口水樣，對水質進行測定，結果如下表所示：

2.3 實驗內容

通過對澄清池出水進行霧化蒸發實驗，確定該水質能夠穩定霧化且高效蒸發，為此進行以下蒸發運行實驗：

（1）進行霧化實驗，通過液體與氣體流量計的變化，確定雙流體霧化器的穩定運行情況；

（2）進行不同蒸發量、煙氣溫度、煙氣量的實驗，確定溫度場的變化，判斷是否蒸干與粘壁現象的發生；

（3）蒸發產物表征實驗，驗證蒸發產物是否完成蒸干[5]。

表1 實驗用水水質分析表

2.4 實驗分析

霧化器運行控制實驗量取適量的澄清池出水水樣，設定蒸發模擬裝置的煙氣溫度為250℃，煙氣流量為250m3/h，壓縮空氣流量為15LPM，控制氣液比在100：1，及進液流量為0．15LPM，進行連續的霧化蒸發實驗，溫度場如下所示：

如圖3所示，實驗系統蒸發器主蒸發區域設置的12個溫度探頭用于測定塔體溫度變化，顯示不同區域內脫硫廢水的蒸發特性，在入口處煙氣溫度從250℃下降到蒸發器中心溫度120℃，說明此區域蒸發反應越激烈。到了中部蒸發器中心溫度為130℃，即出現逆溫（二次加熱）現象，說明該處液滴已經完全蒸干。

圖3 霧化實驗溫度場

溫度探頭深入到蒸發器內的長度相同，分別為10cm和0cm。平行布置的溫度探頭深入的長度不同，如果平行區域溫度相差過大，且貼壁側溫度小于100℃，則說明該區域內發生了粘壁現象。在該工況條件下為期進行的8天（每天8h）的霧化蒸發實驗中，根據溫度場溫度情況，未出現粘壁的分析。

圖4 霧化器雙流體流量變化

如圖4所示，在實驗過程中記錄壓縮氣體流量與廢液進水流量，氣液比基本穩定在99-101之間，廢液流量在149．8-150．4之間波動，未發生流量突然變化的污堵現象發生。因此霧化器可適用于該水質的高效霧化，表面與內部未出現結垢與腐蝕。

3 蒸發情況

3.1 不同蒸發量的霧化蒸發實驗

設定煙氣溫度250℃，煙氣量250m3/h，空壓機進氣15LPM，進液量范圍50mL/min、100mL/min、120mL/min、150mL/min、180mL/min，進行霧化蒸發實驗，得到溫度場隨進液量的變化情況為，主蒸發區在蒸發器內呈現明顯的下移趨勢，根據蒸發器出口溫度，當蒸發器內進液量為50mL/min、100mL/min、120mL/min、150mL/min時，霧化液滴可以完全蒸干，當蒸發器內進液量為180mL/min時，則沒有蒸干，而且橫向溫度差別不大，個別蒸發器壁面溫度高于中心區域，這說明，在給定進液量條件下均沒有發生粘壁現象，在此工況條件下，蒸發器的最大處理量不超過180ml/min。

3.2 不同煙氣溫度的霧化蒸發實驗

設定煙氣溫度范圍為150℃、200℃、250℃、280℃、300℃，350℃煙氣量300m3/h，空壓機進15LPM，進液量150mL/min，進行霧化蒸發實驗，得到溫度場隨進口煙氣溫度的變化情況，主蒸發區呈現明顯的上移趨勢，根據蒸發器出口溫度得出結論，煙氣溫度為150℃、200℃時蒸發器內霧化液滴不能完全蒸干，煙氣溫度為250℃、280℃、300℃，350℃時則可以完全蒸干，而且橫向溫度差別不大，個別蒸發器壁面溫度高于中心區域，沒有發生粘壁現象?？梢哉f明，在此工況條件下，進口煙氣溫度應高于250℃。

3.3 不同煙氣量的霧化蒸發實驗

設定煙氣溫度范圍為250℃，煙氣量范圍150m3/h、200m3/h、250m3/h、300m3/h、350m3/h，空壓機進氣15LPM，進液量150mL/min，進行霧化蒸發實驗，得到溫度場隨進口煙氣量的變化情況得出結論，主蒸發區蒸發活動呈現明顯的上移趨勢，根據蒸發器出口溫度所示，蒸發器進口煙氣量為150m3/h時，蒸發器內霧化液滴不能蒸干，蒸發器進口煙氣量為200m3/h時，蒸發器內霧化液滴處于臨近蒸干狀態，蒸發器進口煙氣量為250m3/h、300m3/h、350m3/h時，則可以完全蒸干，而且橫向溫度差別不大，個別蒸發器壁面溫度高于中心區域，這說明沒有發生粘壁現象。由此可以說明，在此工況條件下，進口煙氣量應高于250m3/h。另外，考慮到工業化應用時抽取煙氣量過大可能會造成鍋爐熱效率降低，煤耗增加，所以，抽取煙氣量不應該過大，最大煙氣量應控制在300m3/h-350m3/h 之間[6-7]。

4 蒸發產物

設定蒸發模擬裝置的煙氣溫度為250℃，煙氣流量為250m3/h，壓縮空氣流量為15LPM，進液流量為0．15LPM，為期8天的霧化蒸發實驗。

圖5 蒸發器出口溫度變化

如圖5所示，在連續運行的霧化蒸發器實驗中，蒸發器出口溫度保持在135℃以上。在蒸發實驗中，通過與煙道距離及煙氣流速的計算，液滴蒸發時間基本控制2．5s以內，說明在霧化液滴粒徑沒有發生變化，且廢水未出現逃逸現象。

為了驗證廢水蒸干情況，取出旋風除塵器收集到的蒸發產物，在105℃的烘箱進行含水率測定實驗，測得蒸發產物含水率為0．275%，可近似于完全蒸干。

4.1 焦作萬方運行現狀：

焦作萬方脫硫廢水零排項目為盛發環?？萍迹◤B門）有限公司BOT項目，工藝路線“預處理+膜濃縮+旁路固化”，運行中根據脫硫廢水實際排放量進行組合，目前因脫硫廢水量7噸/小時左右，現場運行采用的工藝組合：加氫氧化鈣調pH+板框過濾+旁路直噴固化[8-9]。

4.2 焦作萬方噴槍及水質

焦作萬方項目每臺高效節能蒸發結晶器處理水量2t/h（BMCR），共布置4套，每套蒸發器布置2支雙流體霧化噴槍，噴槍霧化粒徑D3250μm，Dmax130μm。

表2 焦作萬方脫硫廢水調質濾液水質

4.3 調質濾液霧化蒸發運行情況

焦作萬方的脫硫廢水采用石灰乳進行pH調質后，進行板款過濾澄清，濾液進入中間水箱，直接送旁路噴霧蒸發。焦作萬方在旁路煙道內設置氣液兩相流霧化裝置，在該氣液比條件下，霧化液滴的直徑在50μm左右，壓縮空氣壓力在0．4-0．6Mpa之間，液體壓力穩定在0．4-0．5Mpa之間，2支噴槍噴霧量穩定在756-885L/h之間，蒸發器運行30天后，噴槍沒有發生結垢或污堵，廢水噴射系統穩定、連續運行。得出結論，雙流體噴槍完全可適用于脫硫廢水調質后濾液的直接噴霧蒸發[10-11]。

5 結語

通過實驗得出結論，當蒸發器在正常運行工況時，蒸發器的最大進液量不能超過180ml/min，蒸發器進口煙氣溫度應高于250℃，蒸發器進口煙氣量應高于250m3/h。另外，考慮到工業化應用時抽取煙氣量過大可能會造成鍋爐熱效率降低，煤耗增加，所以，抽取煙氣量不應該過大，最大煙氣量應控制在300m3/h-350m3/h之間。而且該廠高效澄清池出口水質完成可滿足雙流體噴槍直接噴霧進水水質要求，不會造成噴槍的結垢與堵塞。