淺談燃煤電廠脫硫廢水零排放工藝

華玉龍，孫紅麗，吳士定，周 威

(中國聯合工程有限公司，浙江 杭州 310051)

煤炭作為火電廠主要燃料，但其使用過程中造成的污染不容忽視，而石灰石-石膏濕法脫硫技術可以有效的脫除煙氣中的SO2，該法占全國濕法脫硫的90%[1]。為了維持系統的正常運行，處理過程中會產生的一定量的廢水，此類廢水屬于最末端的廢水，若直接排放，會對環境造成嚴重污染。

2015年國務院《水污染防治行動計劃》中要求全面控制污染物排放。2017年環保部《火電廠污染防治可行技術指南》指出實現廢水近零排放的關鍵是實現脫硫廢水零排放。因此采用合適的處理工藝達到脫硫廢水零排放，最大程度的節約成本成為國內外學者主要研究方向。

1 脫硫廢水水質與處理難點

石灰石-石膏濕法脫硫廢水中的污染物成分及含量與煤種、脫硫工藝與運行方式、煙塵量、石灰石品質、石膏脫水效果、催化還原技術(SCR)系統氨逃逸等多種因素有關[2]。

對寧波、山東某電廠脫硫廢水，進行水質分析如表1所示。

表1 廢水處理系統進水水質Table 1 Inlet water quality of wastewater treatment system

由表1可知，脫硫廢水特征如下：(1)顯酸性，pH在4～6.5之間，腐蝕性強[3]；(2)懸浮物含量高；(3)鹽度高，主要含硫酸鹽、氯化物、氟化物、硫化物等；(4)含重金屬，主要含Hg、Cr、As、Pb、Zn、Ni、Cd等。

目前面臨的處理難點有：(1)水質、水量受燃煤、脫硫系統補水及脫硫運行工況影響大，水質波動范圍大；(2)懸浮物濃度高，細顆粒物比例大，易造成膜過濾裝置污堵；(3)硅、鎂等濃度高，硫酸鈣過飽和度高，結垢傾向強，后系統結垢清洗恢復難；(4)處理后廢水產生的效益極低，對處理成本要求嚴格。

2 脫硫廢水處理工藝

2.1 常規的脫硫廢水處理工藝

采用“pH調整+混凝+沉淀+pH調整”的綜合處理工藝，廢水經過中和、絮凝和沉淀等處理過程，即旋流器廢水直接送至廢水收集池內收集，并且在收集池里布置空氣攪拌設施，而后通過在中和池、反應池、絮凝池內進行沉淀，包括鹽酸投加、有機硫投加、氫氧化鈣投加、絮凝劑投加、助凝劑投加；整個過程產生的污泥通過板框壓濾機、進泥泵、閥門等配套設備組成的脫水系統形成泥餅外運，脫出的水在清水池內pH調節后則返回系統內循環使用。如圖1所示。

圖1 常規脫硫廢水處理工藝流程圖Fig.1 Process flow chart of conventional desulfurization wastewater treatment

此種處理工藝雖然可以去除懸浮物和濁度，實現出水懸浮物達標排放，但是在運行過程中也存在一些問題：(1)適應性差，部分重金屬達標困難；(2)藥劑投放量大，運行費用高，約8～10元/t；(3)污泥產生量大存在被定性為危險廢物的風險，處理與處置困難；(4)即使達標處理，含鹽量高，難以利用，容易造成二次污染。

2.2 脫硫廢水零排放處理工藝

常規的脫硫廢水處理工藝無法徹底實現零排放，需要對廢水進行減量化處理，提高濃縮倍數，降低能耗，依據該思路又不斷改進出新的工藝路線。

2.2.1 預處理+濃縮蒸發結晶處理工藝

脫硫廢水預處理采用軟化澄清工藝，即將脫硫廢水輸送到廢水緩沖槽收集，由廢水輸送泵送往一級反應器，器內投加氫氧化鈣、重金屬沉淀劑、絮凝劑、助凝劑，用泵輸送至一級澄清池內產生化學反應，使水中鎂離子與氫氧根結合形成氫氧化鎂沉淀，硫酸根與鈣離子生成硫酸鈣沉淀，用污泥輸送泵將沉淀物輸送到污泥處理系統進行脫水，脫水產生的濾液返回廢水緩沖槽；上清液流入到二級反應器，器內加入碳酸鈉和絮凝劑，再通過泵輸送到二級澄清池內，使水中剩余的鈣離子與碳酸根結合形成碳酸鈣沉淀，用污泥輸送泵將沉淀物輸送到污泥處理系統進行脫水，脫水返回廢水緩沖槽，上清液進入廢水緩沖池，進入濃縮蒸發結晶過程。詳細流程如圖2所示。

圖2 軟化澄清預處理工藝流程圖Fig.2 Process flow of softening and clarification pretreatment

濃縮蒸發結晶是采用串聯多個蒸發器組成，加熱蒸汽引入第一個蒸發器內，加熱其內的漿液，使漿液產生比蒸汽溫度低的飽和蒸汽，將這些蒸汽引入第二個蒸發器內作為加熱蒸汽，使其內料液也產生比加熱蒸汽溫度低的飽和蒸汽，直至到最后一個蒸發器。動力蒸汽的冷凝水返回系統疏水箱內，蒸發產生的冷凝水也匯集后回收利用。含鹽脫硫廢水經過反應器依次濃縮，到最后一個蒸發器達到飽和而結晶析出，輸送到離心機內達到排鹽的效果[4]。詳細流程如圖3所示。

圖3 多效濃縮結晶系統圖Fig.3 Multi effect concentration crystallization system

該處理工藝對廢水水質的要求低，系統適應能力強，達到分鹽處理，但是其缺點是初期投資大，運行成本高[5]；工藝流程長，運行繁瑣；檢修和維護工作量較大。

2.2.2 預處理+煙道蒸發處理工藝

脫硫廢水進入預沉池進行簡單預處理，而后的漿液透過過濾網進入緩沖罐，再由泵輸送到煙道內，通過噴嘴進行霧化，與煙道內的熱煙氣充分接觸，水分揮發進入煙氣系統，鹽分析出的細小顆粒與煙氣同時進入到電除塵器內被攔截下來，而大顆粒直接沉淀下來進入灰斗，可定時清理。具體工藝系統圖如圖4所示。

圖4 脫硫廢水煙道蒸發處理系統圖Fig.4 Flue evaporation treatment system of desulfurization wastewater

該處理工藝有廢水水質的要求低，系統簡單，初期投資較小，運行成本低，占地面積小的優點，但其仍有急需解決的問題：(1)處理能力較低，不能滿足零排放要求；(2)設計不當的條件下，煙道結垢嚴重，可能造成煙氣部分賭塞，垢樣成分與水泥類似，較難清洗；(3)噴頭的布置對蒸發固化效果影響很大，對爐后煙道安裝位置要求高，在低低溫改造后布置困難；(4)需要考慮煙氣和煙塵的性質變化對除塵的影響。

2.2.3 預處理+旁道煙道蒸發處理工藝

石膏脫水設備脫出的廢水送至預處理裝置進行預處理和濃縮，而后送至旋轉霧化器將廢水霧化成氣態，通過煙氣分布器均勻進入廢水干燥塔內，利用省煤氣后旁路煙道內煙氣的熱量與其進行熱交換，水分蒸發，大顆粒灰分沉淀到塔底的灰斗內，小顆粒隨著煙氣返回到空氣預熱器后煙道主路，通過煙道冷卻器空氣冷卻后進入到電除塵器、脫硫塔，形成一個循環[6]。整個過程的工藝流程見圖5。

圖5 旁路煙道蒸發處理系統圖Fig.5 Evaporation treatment system of bypass flue

該處理工藝的主要核心設備為干燥塔、旋轉霧化器、煙道分布器。干燥塔是實現煙氣與霧滴充分混合，實現傳熱、傳質反應的容器。在塔內完成廢水的安全蒸發，結構上采用薄壁結構和獨有的熱膨脹吸收技術，保證各種工況的安全穩定運行。旋轉霧化器是實現廢水霧化的專用設備，原理是利用旋轉霧化器的離心力，使料液在旋轉表面上伸展為薄膜，并以不斷增加的速度向霧化盤的邊緣運行，離開霧化盤邊緣時，實現溶液轉化成細小霧滴。煙氣分布器是使煙氣經過分布器后，煙氣流被分布成繞霧化盤的旋轉運行及繞霧化盤邊緣的向下流動，向下壓向霧滴并形成傘狀云形狀，達到煙氣與霧滴的充分混合。

該處理工藝優點主要在于：(1)脫硫廢水經預處理及濃縮后，避免噴霧蒸發過程的結垢、堵塞煙道等問題；(2)噴霧蒸發器排出煙氣溫度增加，可提高除塵效率；(3)脫硫廢水蒸發水分進入脫硫塔，可降低脫硫工藝水耗；(4)能夠實現穩定、經濟、真正意義的脫硫廢水零排放，無需單獨處置固體鹽。(5)整個系統流程短，工藝設備少，運行時與脫硫系統操作和維護的人員共用，不需要新增運行人員，降低運行成本。

3 結 語

通過以上幾種工藝的優缺點比較，燃煤電廠高效除塵的石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置產生的末端脫硫廢水推薦使用預處理+旁道煙道蒸發處理工藝來處理，操作簡單、占地少，對其他整個系統的影響小。隨著國家越來越嚴格的環保要求，脫硫廢水零排放技術發展勢必在行，從廢水處理效果，運行安全可靠性，技術經濟性方面綜合考慮去選擇合適的處理工藝極其必要。