亞臨界 600 MW 機組煙道蒸發結晶脫硫廢水零排放技術

梁丕昭 錢峻 張宏杰

天津大唐國際盤山發電有限責任公司 天津 301900

1 系統介紹

我廠兩臺600MW亞臨界機組采用了盛發環保科技有限公司設計生產的旁路煙道蒸發結晶廢水零排放技術，按照設計方案，在空預器入口引出旁路煙道，在此旁路上安裝結晶蒸發器，結晶蒸發器的出口連接到空預器出口煙道上。如圖1所示，結晶蒸發器的位置位于空預器的入口和出口之間，作為旁路煙道的存在，并在旁路煙道內布置結晶蒸發器和噴霧裝置。

圖1

脫硫廢水從脫硫區域的濾液箱通過濾液泵打到脫硫廢水預處理區域的廢水緩沖箱內，然后經過雙堿軟化除硬和絮凝除懸浮物，在清水箱中的脫硫廢水最終形成滿足蒸發結晶器所霧化蒸發所用的濃水。 濃水與壓縮空氣在霧化裝置中混合，并通過噴槍打進蒸發結晶器中，濃水在噴發后形成直徑小于 60 μm 的霧滴，然后遇到高溫煙氣迅速蒸發結晶。脫硫廢水霧滴中含有的氯化物在高溫下結晶轉化為結晶鹽類，隨煙氣中的粉煤灰一起被電除塵器收集，最終進入灰庫中，隨粉煤灰運輸車運出廠外。在蒸發結晶器中蒸發的水蒸氣則重新進入脫硫系統，既實現了脫硫廢水的零排放，又為脫硫塔補充了水。預處理系統如圖2所示。該系統可實現噴入霧滴壓力、流量的自動調節[1]。

脫硫廢水經高度霧化后噴入蒸發結晶器中，而在蒸發結晶器的反應區域與蒸發結晶器外壁之間有一定的空間，按照設計方案，從一次熱風引出一路接入蒸發結晶器與反應區域筒壁之間，保證蒸發結晶器筒壁溫度不低于140℃，從而保證濃水霧滴不會在蒸發結晶器表面冷凝，這就避免了蒸發結晶器內筒壁積灰的情況發生。在蒸發結晶器的底部設計有一個小型灰倉，灰倉中設置一臺倉泵，當蒸發結晶器在底部積灰時，可以通過倉泵打進我廠原有的除灰中間倉，從而解決了蒸發結晶器內發生積灰的問題。該脫硫廢水零排放系統采用集中控制，在旁路煙道內和蒸發結晶器等部位布置了多個傳感器，這些傳感器將機組負荷、煙氣流量和排煙溫度等數據傳入數據處理及運算單元進行綜合分析，從而獨立控制各廢水霧化裝置的噴霧量，能根據負荷的變化，最大限度地利用煙氣熱量來蒸發脫硫廢水。同時，系統中有專門的聯鎖保護模塊，在機組負荷低于240MW、煙氣流量小和排煙溫度低于140℃等條件下，霧化裝置將會立即停止噴霧，從而確保該系統不會影響機組的正常運行，也保護蒸發結晶器不會因濃水未蒸發完全而導致蒸發結晶器結垢。

圖2 盤山脫硫廢水預處理流程圖

2 系統工作流程

（1）當負荷升高，SCR 脫硝反應器出口煙溫高于 200 ℃時，對脫硫廢水零排放系統旁路煙道進行暖管，暖管結束后先投運霧化壓縮空氣，并打開脫硫廢水至旁路煙道截止閥，控制霧化壓縮空氣壓力和廢水管至噴霧裝置的壓力達到 0.5 MPa 后，方可投運脫硫廢水零排放系統旁路煙道。通過調整旁路煙道過煙量和廢水噴霧量，保證空預器出口煙溫高于 105 ℃且無較大波動。該工況下，脫硫廢水全部在高溫旁路煙道內蒸發處理[2]。

（2）隨著機組負荷的繼續升高，當空預器出口煙溫高于 140℃時，打開脫硫廢水至主煙道調節閥，投運脫硫廢水零排放系統主煙道。通過調整噴霧量保證空預器出口煙溫高于 140 ℃。此時，可適當調整主煙道和旁路煙道的廢水噴霧量，使大部分脫硫廢水在主煙道蒸發。若主煙道無法消納所有脫硫廢水，則同步開大旁路煙道調節閥和脫硫廢水至旁煙道調節閥，在確保噴霧后空預器出口煙氣溫度高于 140 ℃且不發生大擾動的前提下，提高脫硫廢水的處理量。該脫硫廢水零排放系統的設計廢水噴入量為 3 m3/h。

2.1 系統運行的影響

為了研究脫硫廢水零排放系統對機組主參數、重要設備和灰品質等的影響，西安熱工研究院有限公司在該機組基建調試期間進行了滿負荷工況下未投運脫硫廢水零排放系統和投運脫硫廢水零排放系統旁路煙道的對比試驗。試驗控制旁路煙道脫硫廢水噴入量為 3 m3/h。

2.2 對鍋爐效率的影響分析

由于脫硫廢水零排放系統利用空預器前煙氣通過旁路煙道進入蒸發結晶器對脫硫廢水進行蒸發結晶，所以首先通過試驗研究該系統投運對鍋爐運行參數的影響，見表1。

本工程外置式煙道噴霧蒸發結晶器系統單臺爐最大設計蒸發水量為6t/h。

當投運脫硫廢水零排放系統主煙道時，由于空預器后煙道脫硫廢水蒸發吸熱使得煙溫降低，導致煙氣比體積下降，抵消了部分脫硫廢水蒸發后的煙氣體積增量，空預器內的煙氣流動未受影響。因此， 投運脫硫廢水零排放系統主煙道及旁路煙道時無需特別加強空預器的吹灰效果。

表1 脫硫廢水零排放系統對鍋爐運行參數影響

2.3 對低溫省煤器的影響

脫硫廢水零排放系統經主煙道或旁路煙道蒸發后的煙氣首先進入低溫省煤器與凝結水換熱。表2 為脫硫廢水零排放系統投運對低溫省煤器運行參數影響情況。溫相應降低 4 ℃，低溫省煤器出口煙溫受凝結水流量自動控制。通過降低低溫省煤器凝結水流量，使低溫省煤器出口母管凝結水溫度降低 2 ℃，低溫省煤器出口煙溫則維持 90 ℃不變。與投運脫硫廢水零排放系統主煙道相比，投運旁路煙道對低溫省煤器入口煙溫及其出口母管凝結水溫度影響較小。

表2 脫硫廢水零排放系統投運對低溫省煤器參數影響

2.3 對機組主參數影響

由于脫硫廢水零排放系統是在機組正常運行時投運，所以需研究該系統投運對機組主參數的影響情況，結果見表3。由表3可見：在滿負荷工況下投入脫硫廢水零排放系統主煙道后，與未投運脫硫廢水零排放系統相比，主蒸汽參數未變化，空預器出口排煙溫度下降4℃，一級省煤器出口給水溫度下降1℃，總煤量不變；投運脫硫廢水零排放系統旁路煙道后，主蒸汽參數未變化，空預器出口排煙溫度僅下降1℃，但由于從一級省煤器前抽取部分煙氣到旁路煙道蒸發廢水，使得進入一級省煤器換熱的煙氣量減少，故與投運脫硫廢水零排放系統旁路煙道前相比，一級省煤器出口給水溫度降低了3℃，總煤量增加 1 t/h，對機組經濟性稍有影響。

表3 脫硫廢水零排放系統投運對機組主參數影響

3.1 對電除塵效率、脫硫耗水量及輸灰流動性影響

由于脫硫廢水在煙道內蒸發結晶，提高了進入電除塵器煙氣的濕度，有利于提高電介質強度，降低粉塵比電阻，減小氣體的黏度，同時提高了煙氣中粉塵質量濃度，有利于提高除塵效率。

蒸發后的大部分水蒸氣隨除塵后的煙氣進入脫硫塔，在脫硫塔噴淋冷卻作用下，重新凝結進入脫硫漿液循環系統，可明顯降低脫硫工藝的耗水量[3]。與此同時，煙氣濕度的增加會導致電除塵器收集的粉煤灰流動性變差，所以需要結合灰的流動情況對煙道脫硫廢水噴入量進行調整[8]。當輸灰用氣量增多，輸灰壓力增大，輸灰時間延長時，說明灰的流動性降低，則停止增加脫硫廢水噴入量，待輸灰系統通暢后再增加脫硫廢水噴入量。為此，在 1 號鍋爐灰斗內壁增加厚度 1～2 mm 的 316L 薄鋼板內襯，以增強灰的流動性。

3.2 對灰品質的影響

對投運脫硫廢水零排放系統前后脫硫系統吸收塔氯離子含量、廢水處理量以及粉煤灰總量進行計算。結果發現：未投運脫硫廢水零排放系統之前粉煤灰中的氯離子質量分數較少（煤中的氯離子主要以氣態 HCl 形式進入吸收塔），約為 0.004%；在機組滿負荷運行時，投運脫硫廢水零排放系統后每臺蒸發結晶器對脫硫廢水的最大處理量為 3 t/h，粉煤灰中氯離子質量分數增至 0.136%。《通用硅酸鹽水泥》（GB 175—2007）中要求， 水泥中氯離子質量分數不大于 0.06%。利用粉煤灰生產硅酸鹽水泥時，粉煤灰添加量占硅酸鹽水泥的20%～40%，則制成的硅酸鹽水泥氯離子質量分數為0.027%～0.054%，不大于0.06%，符合硅酸鹽水泥要求。

4 結語

（1）脫硫廢水零排放系統主煙道需在機組較高負荷（空預器出口煙溫高于110℃）下投運。主煙道投運后，會降低空預器出口煙溫和低溫省煤器出口母管凝結水溫度，對熱一、二次風溫及一級省煤器出口給水溫度幾乎無影響，不影響機組主參數和機組正常運行。

（2）投運脫硫廢水零排放系統旁路煙道，煙氣溫度高，蒸發效果好，可實現在機組低負荷工況（SCR 脫硝反應器出口煙溫高于 200℃）下脫硫廢水零排放系統安全可靠運行。與投運脫硫廢水零排放系統主煙道相比，投運旁路煙道時空預器出口煙溫和低溫省煤器出口母管凝結水溫度降幅較小，但同時降低了熱一、二次風溫及一級省煤器出口給水溫度，機組煤耗略有增加，對機組經濟性有一定影響。

（3）煙道蒸發結晶廢水零排放系統具有自動化程度高、操作方便、運維費用低，可明顯降低脫硫工藝的耗水量，對設備及粉煤灰品質影響較小等優點，是一種低耗高效的脫硫廢水零排放技術，具有廣泛的推廣應用價值。

（4）由于該鍋爐空預器進出口的空間跨度不滿足旁路煙氣完全蒸發的要求，因此旁路煙道的入口取自一級省煤器入口。這會影響一級省煤器的換熱效果和機組煤耗。建議將旁路煙道入口設在空預器入口，盡量減少脫硫廢水煙道旁路蒸發對機組經濟性的影響。

（5）該脫硫廢水零排放系統脫硫廢水采用壓縮空氣霧化，增大了壓縮空氣的消耗量。該系統配有專用壓縮空氣系統，建議嘗試采用高質量防堵機械霧化噴頭，可節省壓縮空氣損耗量，減少電耗和設備占地面積，同時簡化系統工藝流程。