蒸發(fā)工藝在脫硫廢水零排放技術(shù)中的應用

胡倩

摘要：目前國內(nèi)火力發(fā)電廠煙氣脫硫系統(tǒng)采用石灰石-石膏濕法脫硫方式的比較多。濕法脫硫需要定期一部分廢水排出系統(tǒng)，以維持系統(tǒng)的平衡。這部分脫硫廢水水質(zhì)成分較復雜，具有高濁度、高腐蝕性和高含鹽量及難處理的特點。濕法脫硫工藝中為維持系統(tǒng)穩(wěn)定運行，避免氯濃度超標造成設(shè)備材料腐蝕及保證石膏品質(zhì)，需要定期排放產(chǎn)生的廢水。脫硫廢水排放是以控制吸收塔內(nèi)Cl-質(zhì)量濃度在10-20g/L為宜。脫硫廢水的水質(zhì)和水量主要受石灰石品質(zhì)、燃煤種類及工藝補水水質(zhì)的影響。由于脫硫廢水水質(zhì)的特殊性，廢水處理難度較大，給燃煤電廠實現(xiàn)廢水“零排放”帶來了巨大挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：脫硫廢水；零排放；蒸發(fā)工藝

1、脫硫廢水零排放技術(shù)路線

國內(nèi)目前實施的脫硫廢水零排放技術(shù)主要由三部分組成：廢水預處理軟化、水量濃縮、固化結(jié)晶處理。其中預處理軟化通過投加化學藥劑以去除水中的鈣、鎂硬度，降低后續(xù)系統(tǒng)的污堵和結(jié)垢。主要為石灰-碳酸鈉、氫氧化鈉-碳酸鈉軟化法。前者由于藥劑成本低且能更好地去除SO42-，運用更普遍。水量濃縮的目的是減少廢水量，降低后續(xù)蒸發(fā)固化系統(tǒng)的投資和運行成本，其主要分為熱法濃縮和膜濃縮兩種。熱濃縮工藝主要還分多效蒸發(fā)（MED）和機械蒸汽再壓縮（MVR）工藝。而膜濃縮包括反滲透、電滲析、正滲透等膜法減量技術(shù)。固化結(jié)晶處理是對軟化濃縮后的廢水進行蒸發(fā)，使廢水中的水分汽化回收，鹽分固化成結(jié)晶鹽后外排處置，從而最終實現(xiàn)脫硫廢水零排放。目前針對固化處理中的蒸發(fā)結(jié)晶和煙道蒸發(fā)兩種工藝，業(yè)內(nèi)人士對兩者的看法還存在一些分歧。

2、蒸發(fā)結(jié)晶工藝

脫硫廢水蒸發(fā)結(jié)晶工藝是熱法結(jié)晶技術(shù)對預處理后的高鹽廢水中的可溶性鹽進行最終固化處理的一種方式。主要為多效（MED）和機械蒸汽再壓縮（MVR）兩種形式。經(jīng)預處理軟化過的脫硫廢水，一般進行濃縮減量后送入蒸發(fā)結(jié)晶單元。廢水中鹽分結(jié)晶后以混鹽或工業(yè)純鹽的方式析出，蒸發(fā)出來的蒸餾水可廠內(nèi)回用。為實現(xiàn)結(jié)晶鹽資源化利用，蒸發(fā)單元前端可設(shè)置納濾分鹽工藝。利用納濾膜對一價和二價鹽的選擇性截留作用，分離出廢水中的氯化鈉并最終結(jié)晶出工業(yè)級產(chǎn)品。

蒸發(fā)過程中的能耗：MED由于后一級加熱器采用前一效蒸發(fā)產(chǎn)出的二次蒸汽作為熱源，系統(tǒng)能耗主要是首效生蒸汽的消耗。而MVR工藝的熱源是經(jīng)壓縮機升溫增壓后的二次蒸汽，系統(tǒng)除首次啟動需消耗少量生蒸汽外，正常運行時無蒸汽消耗，因此能耗主要來自壓縮機的電耗。

3、煙道蒸發(fā)工藝

脫硫廢水煙道蒸發(fā)技術(shù)是將脫硫廢水經(jīng)霧化器霧化后，借助煙氣余熱實現(xiàn)蒸發(fā)。蒸發(fā)產(chǎn)生的水蒸汽隨煙氣帶走，結(jié)晶鹽隨粉煤灰一起被電除塵器捕捉去除。

基于脫硫廢水水量和水質(zhì)特點，為避免噴嘴污堵，同時受煙氣余熱蒸發(fā)可承受的負荷限制，在脫硫廢水處理工藝前端往往需設(shè)置“預處理+濃縮系統(tǒng)”，從而確保噴入煙道的水量和水質(zhì)符合噴入煙道條件。

煙道蒸發(fā)按其蒸發(fā)位置的不同，分為主煙道余熱蒸發(fā)和高溫旁路煙道蒸發(fā)。

3.1主煙道余熱蒸發(fā)。主煙道蒸發(fā)主要是利用氣液兩相流噴嘴對預處理后的廢水進行霧化，并將其噴灑在空氣預熱器與除塵器之間的煙道內(nèi)。在高溫煙氣的作用下，煙道內(nèi)的廢水在噴入的瞬間被快速蒸發(fā)，蒸發(fā)后溶解性鹽分固化到灰分中。該技術(shù)在國外的研究較早，也有一些電廠的應用案例。相比而言，目前國內(nèi)對該技術(shù)的研究仍處于探索期，缺乏對工藝運行條件及各因素間相互作用的深入研究。在國內(nèi)的一些案例中，存在結(jié)晶鹽堆積在煙道底部，堵塞煙道的問題。

煙道蒸發(fā)要求精確控制煙溫高于對應條件下的酸露點，否則易造成除塵器電極板的腐蝕。同時為保證水分徹底蒸發(fā)，不會發(fā)生碰壁及觸底現(xiàn)象，就需對霧化液滴與煙氣之間的運動、傳質(zhì)、傳熱規(guī)律進行深入研究，但目前該領(lǐng)域研究還是基于軟件模擬分析，實際經(jīng)驗仍不足。同時主煙道余熱蒸發(fā)還受限于煙道結(jié)構(gòu)。例如當霧化液滴為60μm時，液滴完全蒸發(fā)需要的時間不足1s。如按煙氣流速15m/s算，完全蒸干液滴需要的有效煙道長度滿足十幾米的距離。而實際電廠由于低低溫技術(shù)的普及，導致有效煙道長度減小，使主煙道蒸發(fā)工藝應用受限。煙道蒸發(fā)后，固體鹽被電除塵器捕集后進入灰分中。而電廠粉煤灰多與礦渣和石灰石等物質(zhì)一起用于配制混凝土及水泥等，按粉煤灰20%-40%的配比所制得粉煤灰硅酸鹽水泥中氯離子含量超過GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》中規(guī)定的氯離子質(zhì)量分數(shù)小于0.06%的要求，影響水泥的使用。以此制得的粉煤灰硅酸鹽水泥中氯離子含量達到0.0604%，超過了行業(yè)標準。且由于煙氣中含有HCl，實際氯離子含量會更高。

3.2旁路煙道蒸發(fā)。為避免主煙道堵塞帶來的機組安全運行問題，后期提出了旁路煙道噴灑技術(shù)。其原理是利用高效霧化噴嘴將預處理或經(jīng)濃縮后的高濃度含鹽廢水在外置蒸發(fā)塔內(nèi)霧化，抽取空預器前部分高溫煙氣（約350°C）于蒸發(fā)塔內(nèi)蒸發(fā)廢水。蒸發(fā)產(chǎn)生的水蒸氣和結(jié)晶鹽隨煙氣一起并入空預器與低低溫省煤器之間煙道。結(jié)晶鹽隨粉煤灰一起被除塵器捕捉去除；水蒸氣隨煙氣進入脫硫塔，在脫硫塔被冷凝后間接補充脫硫工藝用水，從而實現(xiàn)脫硫廢水零排放。

由于該工藝是引空預器前端煙道內(nèi)高溫煙氣蒸發(fā)脫硫廢水，因此會影響原有鍋爐廠設(shè)計的熱平衡，降低鍋爐效率，并造成煤耗升高。例如浙能長興電廠300MW機組處理3t/h脫硫廢水，消耗3%～5%的高溫煙氣，造成鍋爐效率降低0.3%。系統(tǒng)蒸發(fā)6t/h的脫硫廢水，需消耗機組3%左右的高溫煙氣，由此會降低空氣預熱器的負荷，造成機組運行煤耗增加。

4、結(jié)論

總的來說，蒸發(fā)結(jié)晶工藝能回收高品質(zhì)蒸餾水，并獲得可資源化利用的結(jié)晶鹽，但其投資運行成本高。若要在濕法脫硫火電廠脫硫廢水零排放項目中進行規(guī)?；茝V，相關(guān)工程公司和科研院所需通過合理選擇和優(yōu)化蒸發(fā)結(jié)晶前端工藝，即預處理軟化及水量濃縮工藝，來降低和優(yōu)化脫硫廢水零排放工藝的整體運行成本，以提高系統(tǒng)運行經(jīng)濟性。相比蒸發(fā)結(jié)晶，煙道蒸發(fā)工藝設(shè)備簡單，運行投資費用低。但該工藝在國內(nèi)目前還處在探索期，大規(guī)模工業(yè)運用之前仍需考慮并解決諸多問題，尤其是對鍋爐熱效率的影響和蒸發(fā)不徹底造成的設(shè)備腐蝕以及粉煤灰品質(zhì)影響等等。

參考文獻：

[1]袁彬.燃煤電廠脫硫廢水零排放處理工藝[J].山東工業(yè)技術(shù)，2014，17：54-55.

[2]張凈瑞，劉其彬，李飛，等.燃煤電廠脫硫廢水煙氣余熱蒸發(fā)零排放工程的設(shè)計與應用[J].電力科技與環(huán)保，2016，32（3）：16-20.

[3]熊巍，孫園園.燃煤電廠脫硫廢水處理工藝路線探討[J].東北電力技術(shù)，2017，38（3）：35-38.

[4]袁偉中，劉春紅，童小忠，等.燃煤鍋爐采用煙氣旁路干燥技術(shù)實現(xiàn)脫硫廢水零排放[J].電力科技與環(huán)保，2017，33（3）：18-21.

[5]李明波，范璽，孫克勤.利用煙道氣處理火電廠WFGD廢水的技術(shù)應用[J].電力科技與環(huán)保，2010，26（2）：53-55.

（作者單位：石家莊鼎威化工設(shè)備工程有限公司）