火力發電廠脫硫廢水零排放改造探討

摘要：石灰石-石膏濕法脫硫是火力發電廠主流的脫硫工藝，然而，環保排放標準越來越嚴格，確保脫硫系統長期穩定運行的要求越來越高，因此，火電廠對脫硫廢水進行終端處理改造刻不容緩。文章主要講述了脫硫廢水終端處理的兩種方法，即蒸發法和煙道處理法，并結合天津某火電廠改造實例，對多種改造方案進行了比較。

關鍵詞：脫硫廢水;蒸發法;煙道處理法

中圖分類號：X773 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）11-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.11.012

Discussion on zero discharge reform of desulfuration wastewater from fossil-fuel power station

Zhang Yanjun

（Tianjin Datang International Panshan Power Generation Co.，Ltd.，Tianjin 301907，China）

Abstract：Limestone gypsum wet desulfurization is the mainstream desulfurization process in thermal power plants. However， the environmental emission standards are more and more strict， and the requirements to ensure the long-term stable operation of the desulfurization system are higher and higher. Therefore， it is urgent to transform the terminal treatment of desulfurization wastewater in thermal power plants. This paper mainly describes two methods of terminal treatment of desulfurization wastewater， namely evaporation method and flue treatment method. Combined with the transformation example of a thermal power plant in Tianjin， several transformation schemes are compared.

Key words：Desulfurization wastewater;Evaporation process;Flue gas treatment process

1 脫硫廢水系統現況及改造背景

天津某火電廠脫硫系統采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術，使用單機雙塔方案（每套脫硫裝置包括一個預洗塔和一個吸收塔，兩塔串聯），兩臺機組脫硫系統工藝水共用一個工藝水箱，補水由循環水系統生產水泵、工業廢水處理站提供。兩機組同用一套脫硫廢水處理系統，3個聯排的澄清池采用中和、絮凝、沉淀處理工藝。處理后的脫硫廢水進入灰渣系統，澄清池污泥經污泥輸送泵打入離心脫水機進行脫水處理，脫水后的污泥用車外運處理。

由于脫硫廢水處理系統設計處理能力低，影響脫硫系統穩定運行，脫硫廢水排至除渣系統，增加了除渣系統的運行壓力，有必要對脫硫廢水系統進行升級改造，緩解脫硫系統和除渣系統運行壓力。

2 脫硫廢水終端處理技術路線

各電廠鍋爐燃燒煤種、脫硫系統補充水水質和廢水排放周期等不相同，造成脫硫廢水的水質和水量不相同。大部分電廠的脫硫廢水只經過過濾、絮凝、沉淀等方法的簡單處理，廢水中懸浮物和鈣硬度有所降低，但鈣、鎂硬度仍然維持在很高水平。此外，廢水中氯離子、硫酸根離子等離子濃度也較高，回用后不利于脫硫系統健康穩定運行，且易造成下游用水系統結垢腐蝕。因此，需充分考慮水量和水質特征，選取合理的脫硫廢水終端處理手段。

2.1 蒸發法

蒸發法的基本原理是通過自然蒸發或人為加熱的方式將脫硫廢水中的水分逐漸蒸發成水蒸氣，水蒸氣可以直接揮發或重新凝結回收，廢水中的溶解性固體則被截留在殘液中，隨著蒸發的持續，濃縮倍數不斷提高，最終以晶體形式析出。蒸發法根據加熱形式的不同可以分為蒸發塘、多效蒸發結晶和機械蒸汽再壓縮技術等。

2.1.1 蒸發塘技術

蒸發塘技術是依靠太陽能在自然狀況下蒸發塘內的脫硫廢水，使其濃縮達到飽和后結晶析出鹽類。該技術適用于西北干旱少雨的地區，具有成本低、運營維護簡單、使用壽命長和抗沖擊負荷好等優點。但該技術也明顯有廢水中所含揮發組分直接進入空氣易造成空氣污染;必須做好防滲透和防溢流處理措施;占地面積大以及淡水無法回收利用等缺點。

2.1.2 多效蒸發結晶（MED）技術

多效蒸發結晶技術是在脫硫廢水的處理過程中，脫硫廢水進入低溫（一般為70℃以下）多效濃縮結晶裝置，經過3至6效蒸發冷凝的濃縮結晶過程，分離為淡化水和濃縮晶漿廢液;無機鹽和部分有機物可結晶分離出來，焚燒處理為無機鹽廢渣;不能結晶的有機物濃縮廢液可采用滾筒蒸發器，形成固態廢渣，焚燒處理;淡化水可返回生產系統替代軟化水加以利用。

2.1.3 機械蒸汽再壓縮技術（MVR）

機械蒸汽再壓縮技術是在處理脫硫廢水時，利用蒸發系統自身產生的二次蒸汽及其能量，經蒸汽壓縮機壓縮做功，提升二次蒸汽的壓力和溫度，升溫后的蒸汽可重新作為蒸發熱源蒸汽，不斷重復，保持蒸發過程連續。排出系統的蒸餾水和濃液經換熱器將其能量傳遞給進液，能量得到充分回收，減少對外界能源的需求。

2.2 煙道處理法

煙道處理法是在煙道內對廢水進行噴霧蒸發處理的一種方法，分為煙道蒸發法和旁路煙道干燥法。

2.2.1 煙道蒸發法

煙道蒸發法的基本原理是采用噴射方式將脫硫廢水霧化后噴入空氣預熱器后至電除塵器前的煙道內，利用高溫煙氣將小液滴形式的廢水完全蒸發，廢水中的污染物轉化為結晶物或鹽類等固體，隨煙氣中的飛灰一起被電除塵器收集，從而除去污染物并實現脫硫廢水的零排放。

2.2.2 旁路煙道干燥法

旁路煙道干燥法是在煙道尾部增設旁路煙道，并在旁路煙道中安裝高效霧化噴嘴，利用引出的一部分高溫煙氣干燥蒸發廢水的新技術。優點是可以有效消除煙道蒸發法的煙道腐蝕堵灰、除塵器堵塞等安全風險，且整套裝置完全獨立，易于維護。缺點增加投資成本和占地規模。

3 脫硫廢水終端處理改造方案介紹

某電廠原有脫硫廢水處理系統采用離心脫水機配合中和、絮凝、沉淀藥劑對脫硫廢水進行處理，出水水質較好，為終端處理奠定了基礎條件。結合現狀，主要有煙道蒸發技術（旁路抽氣輔助）、旁路濃縮罐煙道干燥、機械蒸汽再壓縮、旁路高溫煙道蒸發四種改造方案，對四種方案進行簡單對比。

3.1 煙道蒸發方案（旁路抽氣輔助）

首先新建脫硫廢水軟化系統，采用軟化技術對脫硫廢水進行處理，通過加入NaOH去除脫硫廢水中大量的Mg2+，加入Na2CO3去除Ca2+，降低脫硫廢水含鹽量。軟化后的脫硫廢水主要去向為渣水系統及煙道。

煙道蒸發霧化系統安裝在空預器與除塵器之間的煙道上，噴槍插入位置選擇在煙道上升端的底部，即空預器后5m處。配備2臺空氣壓縮機（1運1備）、4組噴嘴和4組蒸汽或超聲波吹灰器。為保證煙道的蒸發溫度，采用旁路法從空預器前煙道抽煙氣補充到空預器后的煙道內，抽氣量約為總煙氣量的3%～5%。

該方案的技術難題和應對措施如下：

3.1.1 煙道積灰問題

產生原因：噴入的廢水雖然已霧化，但仍加大了煙氣的濕度，使飛灰和大顆粒物質凝聚在一起，使得更多的大顆粒物體無法被煙氣裹挾進入電除塵，從而沉積在煙道的底部;脫硫廢水中含有的大量可溶性鹽在蒸發過程中析出，與灰結合形成較大顆粒，會在煙道里形成沉積;噴嘴位置和方向選擇不當，使廢水霧滴噴到煙道內部支撐桿或煙道內壁上，造成水膜積聚。

應對措施：在豎直煙道底部設置灰斗，定期排灰;在水平煙道上容易積灰的位置設置蒸汽或聲波吹灰器;通過數值模擬并結合煙道內部結構圖紙，合理選擇噴嘴位置和布置方式，避免霧滴直接噴到支撐桿或煙道內壁上。

3.1.2 噴嘴堵塞問題

產生原因：脫硫廢水懸浮物含量較高，長期運行會造成噴嘴和管道堵塞;含鹽量較高，鹽分受熱析出容易造成噴槍內部和噴嘴周圍堵塞。

應對措施：對脫硫廢水進行預處理（沉淀絮凝），降低懸浮物含量到200mg/L以下;定期對噴槍和管道進行水沖洗;針對每一根噴槍，適當增加壓縮空氣的用量，并合理選擇廢水噴水量;采用其他先進技術避免鹽分析出在噴槍和噴嘴周圍的積聚。

3.1.3 霧滴蒸發不完全問題

產生原因：煙道長度不夠;霧化液滴粒徑過大;廢水噴入量較大;因負荷影響，煙溫不夠高。

應對措施：通過數值模擬并結合煙道圖紙，合理選擇噴嘴位置，確保有足夠長的煙道使霧滴蒸發完全;選擇合適的噴嘴，確保噴出的霧滴的粒徑盡可能小;實時監控煙溫情況，通過自動控制系統控制廢水的噴水量，當煙溫低于115℃時，自動停止投運。

3.2 旁路濃縮罐煙道干燥方案

設置廢水處理濃縮塔，利用電除塵器與脫硫塔之間的高溫煙氣的熱量蒸發從脫硫石膏旋流器出來的脫硫廢水，從而達到以廢治廢及脫硫廢水減量的目的。

該方案的技術難題和應對措施如下：

3.2.1 系統腐蝕問題

產生原因：脫硫廢水被蒸發濃縮后，pH值可降到1～2左右，腐蝕性較強。脫硫廢水濃縮液會對濃縮塔、管路、儀表和水泵等造成腐蝕。

應對措施：所有與脫硫廢水接觸的部件均做好防腐處理，防腐處理的效果影響到系統運行的穩定性和可靠性。

3.2.2 系統堵塞問題

產生原因：脫硫廢水未經預處理，廢水中懸浮物和含鹽量較高。這容易造成濃縮塔上部除霧器部分的堵塞，濃縮池到壓濾機的管道也容易被堵塞。

應對措施：定期對除霧器和濃縮液排出管道進行沖洗。

3.2.3 系統可靠性問題

產生原因：本技術目前國內外只有一套1.5m3/h處理能力的中試裝置，將裝置放大到5m3/h處理能力時，則存在潛在的更嚴重的腐蝕和堵塞的問題。

3.2.4 固廢處理問題

產生原因：目前，根據生態環境部文件，該裝置壓濾得到的濾餅雖不屬于危廢，可以堆放到灰場。但是，這種廢棄物的成分復雜，重金屬含量高，將來存在被列為危廢的可能。

3.2.5 場地布置問題

產生原因：據估算，每個濃縮塔及配套設備的占地面積約40～50m2，則4個濃縮塔的占地面積則比較大。據現場勘查，#3機組的濃縮塔可建在#3機組西側的空地處，#4機組的濃縮塔可建設在#3、#4廠房中間的空地處。由于場地限制，該設備的布置難度較大。

3.3 機械蒸汽再壓縮方案（MVR）

方案設計采用石灰-煙道氣凈化+兩級MVR蒸發結晶+母液循環利用的技術路線。

針對脫硫廢水Mg2+含量較高的特點，首先在一級反應池中添加石灰、碳酸鈉和一定量的絮凝劑對脫硫廢水進行軟化，去除廢水中的Mg2+;此時的廢水中的Ca2+含量仍然較高，在二級反應池中通入一定量的煙道氣，煙道氣可以取自脫硫塔出口的凈煙氣，利用煙道煙氣中的CO2去除廢水中的Ca2+;然后將廢水引入過濾裝置中進行過濾處理，軟化和過濾產生的污泥集中處理。經過過濾處理的廢水依次通過兩級MVR蒸發結晶裝置，通過后的濃縮母液繼續返回到一級反應池的入口進行循環。兩級MVR蒸發結晶裝置產生的混鹽和冷凝水集中處理。

主要存在以下幾個技術難題：（1）運行費用問題：該方案需要嚴格的預處理工序，因脫硫廢水硬度和懸浮物高，預處理成本較高，這使得該方案的整體運行費用偏高; （2）系統可靠性問題：該方案工藝比較復雜，而且脫硫廢水品質較差，這使得系統的可靠性和穩定性存在較大風險; （3）占地面積問題：該方案的設備占地面積在1000m2以上，這對整體布局比較緊湊的電廠提出較大挑戰。

3.4 旁路高溫煙道蒸發

此方案與煙道蒸發方案原理相同，是基于噴霧干燥（SDA）技術的應用方案，即將液體按要求霧化噴入干燥塔在熱氣體干燥下成為粉末的技術。可將脫硫廢水經過霧化成平均粒徑10～60μm的細霧滴噴入旁路煙道內，利用空預器前的鍋爐熱煙氣作為熱源，在旁路煙道內將廢水蒸發，水分進入煙氣中，廢水中的鹽類干燥后被收集下來，達到脫硫廢水終端處理的目的。

3.5 四種改造方案簡單比較分析

煙道蒸發方案涉及的煙道蒸發技術要求煙道溫度高于120℃，并在低于115℃時停止噴霧，對脫硫廢水水質有一定的要求，即氯離子濃度不超過23 000mg/L，鈣離子濃度不超過30 000mg/L;對噴嘴性能、煙道流場有較高要求，易于發生煙道積灰。

4 結語

火電廠脫硫廢水零排放改造方案技術路線成熟，可根據脫硫系統實際情況進行選取，改造后可實現脫硫廢水全部處理，有利于保持脫硫系統漿液品質穩定，保證脫硫系統脫除效率，煙氣二氧化硫穩定達標排放，降低企業環保風險，對保護周邊生態環境起到積極作用。

參考文獻

[1]馬雙忱，于偉靜，賈紹廣，等.燃煤電廠脫硫廢水處理技術研究與應用進展[J].化工進展，2016，3（01）：255-262。

[2]陳茵.脫硫廢水煙氣蒸發處理工藝[C]//第三屆熱電聯產節能降耗新技術研討會論文集，2014.

[3]劉秋生.煙氣脫硫廢水“零排放”技術應用[J].熱力發電，2014（12）：114-117。

[4]王春芳，戴鐵華，伍娟娟.湖南電廠脫硫廢水處理現狀和零排放的再認識[J].湖南工業職業技術學院報，2016，16（2）：1-7。

收稿日期：2020-09-11

作者簡介：張彥軍（1987-），男，漢族，學士，工程師，研究方向為電廠環保技術管理工作。