脫硫廢水噴霧干燥在電廠的實際應用

吳 偉

江蘇華電揚州發電有限公司

0 引言

2015 年，國家先后發布了《水污染物防治行動計劃》（又稱“水十條”）[1]、《火電廠污染物防治技術政策》[2]和《火電廠污染物防治可行技術指南》[3]，要求加強對各類水污染的治理力度，明確提出了脫硫廢水應經中和、化學沉淀、絮凝、澄清等工藝處理，鼓勵利用余熱蒸發干燥、結晶等處理工藝。隨著國家對環保和廢水排放要求越來越嚴格，火電廠加快落實深度節水和廢水零排放已成必然。目前火電廠廣泛使用的石灰石一石膏濕法脫硫FGD 在運行中產生的脫硫廢水由于高腐蝕、高鹽、高重金屬等，成為最難處理的廢水之一。

本廠#6、#7 機組為 330 MW 燃煤機組，鍋爐為東方鍋爐廠DGl036/18.2-114 型鍋爐：亞臨界參數、四角切圓燃燒、自然循環汽包爐；單爐膛п 形露天布置、燃用煙煤、一次再熱、平衡通風、固態排渣，全鋼架和全懸吊結構，尾部煙道改造后增加脫硝SCR裝置；每臺機組配置雙室五電場靜電除塵器和濕法煙氣石灰石—石膏脫硫系統，脫硫過程產生的廢水來源于旋流站排放水，廢水中的雜質來源于煙氣和石灰石，主要有懸浮物、過飽和亞硫酸鹽、硫酸鹽及重金屬。

經華電集團同意，公司開展了脫硫廢水零排放研究工程。工程依托東南大學技術支持和實驗研究、華電科工集團環保公司設計和建設，項目于2017年開工，2018年調試，2019年移交生產。

1 脫硫廢水噴霧干燥的原理及先進性

脫硫廢水噴霧干燥原理如下：

脫水系統廢水箱的水在添加氫氧化鈉調質其呈堿性（PH8.5～9）后送三聯箱、清水箱、主機廢水緩沖箱、高位水箱。高位水箱水流至干燥塔內，經高速旋轉霧化器霧化為平均粒徑約10～60 μm 的細霧滴。細霧滴群與從脫硝出口、空預器前的部分熱煙氣進行熱交換，利用煙氣熱量瞬間干燥脫硫廢水[4]。干燥產生的大顆粒固體物質從噴霧干燥塔底排放口排至氣力輸灰系統，水分與小顆粒固體物質隨噴霧干燥塔干燥后的尾氣返回電除塵。

本廠設置兩套噴霧干燥裝置，每臺爐一套。在燃燒設計煤種且機組100%負荷時，干燥塔處理能力為5.0 t/h，最大7.2 t/h。處理后煙氣濕度在要求范圍內，干燥塔底部干渣含水率小于2%。

相比蒸發結晶、煙道蒸發的脫硫廢水處理方法，噴霧干燥具有明顯優勢。如，與蒸發結晶技術相比，噴霧干燥利用了原煙氣熱量，對鍋爐原系統影響較小，工藝流程簡單，占地面積較小[5]，降低了能耗、投資和運行費用。與煙道蒸發技術相比則無噴嘴堵塞、煙道腐蝕穿孔現象。

本工程采用示范為主、實驗室研究為輔，利用脫硫廢水蒸發處理試驗及數值模擬研究脫硫廢水噴霧干燥蒸發性能，特別是含鹽量高的噴霧干燥，以揭示蒸發規律，為工業應用提供基礎數據。本工程依據330 MW 機組特性構建了試驗裝置，根據實際條件下脫硫廢水噴霧干燥蒸發特性，研制出噴霧干燥塔、旋轉霧化器等關鍵設備，開發出一種基于旋轉噴霧干燥技術的脫硫廢水零排放新技術。

2 相關參數及工藝流程

相關參數見表1、2和3。

表1 額定工況及BMCR下鍋爐主要參數

表2 煙氣參數

表3 脫硫廢水設計水質

1）脫硫廢水處理量

每臺鍋爐產生約5 t/h的廢水量（煙氣中HCL含量按75 mg/m〈3標態、干基、6% O2〉計算），兩臺共10 t/h。上述廢水量只在系統運行時才產生。

2）廢水零排放工藝流程

廢水零排放工藝流程見圖1。

圖1 廢水零排放工藝流程圖

加入石灰漿液或氫氧化鈉溶液調節脫硫廢水pH值，使之呈堿性。

從空氣預熱器前的主煙道引出一部分煙氣進入噴霧干燥塔，與經過霧化器噴嘴霧化的廢水細小顆粒充分混合。煙氣中的二氧化硫和其它酸性成分也快速與堿性廢水漿液中和成鹽，同時霧滴中水分迅速揮發，廢水中鹽類被干燥析出進入煙氣，通過后續除塵倉泵收集后，再通過氣力輸送至干灰輸送系統，從干燥塔出來冷卻后排入主煙氣系統中。

通過對煙氣分布、廢水漿液流量、霧滴尺寸和出口溫度等的精確控制，使廢水霧滴在未碰到干燥塔內壁時已完全干燥。

在系統進出口煙道設置擋板，進口擋板為調節型，可根據出口煙道溫度調節進入噴霧干燥系統的煙氣量，出口擋板為開關型。

3 主要設備

1）噴霧干燥塔

噴霧干燥塔上部為圓柱體，下部為圓錐體，總高36.5 m，筒體高16 m，內徑8.5 m。熱煙氣從塔頂煙氣分布器進入，脫硫廢水從塔頂旋轉霧化器進入，冷煙氣從錐體上部離開，大顆粒固體從塔錐體底部進入倉泵。

2）旋轉霧化器

旋轉霧化器是本系統核心部件。脫硫廢水在高速旋轉霧化盤離心力作用下被伸展為薄膜或拉成細絲，在霧化盤邊緣再分散為霧滴，霧滴大小取決于霧化器轉速和廢水量。

3）煙氣分布器

煙氣分布器在干燥塔頂端。熱煙氣通過煙氣分布器上有一定夾角、能控制其流向的導風板后均勻進入干燥塔，與霧化后的脫硫廢水充分混合，水分迅速蒸發，提高了霧化效率。

4 系統啟停流程

1）啟動流程

脫硫脫水系統啟動后，產生的廢水經pH 調質后送至清水箱，再經清水泵送主機廢水箱。系統啟動前關閉零米的提升泵匯合管道排放手動門，廢水箱提升泵A、B入口排放手動門，啟動閉式水管道增壓泵、霧化器變頻器（頻率給定為50 Hz）；開煙氣出口擋板門，開A、B側煙氣進口調門,延時5 min后開廢水提升泵進口門；啟動廢水提升泵，向干燥塔頂部緩沖箱供廢水，廢水經緩沖箱下部自流，經調整門后進入霧化器。投運初期應緩慢增加廢水量，控制出口煙氣溫度，當煙溫在170 ℃時投入自動調門和輔控輸灰。

2）停止流程

脫硫脫水系統停運后，待脫水系統廢水箱及清水箱水位低到某一值后停清水泵，并聯鎖主機停廢水提升泵，關提升泵入口門；延時25 min 后開管道沖洗水門；啟動工業水泵，延時5～10 min 停，關沖洗水門;延時40 min,廢水處理量到零時關廢水調門；霧化變頻器頻率為零時，停霧化器；關A、B側煙氣進口調門和出口擋板門；停閉式水泵，停運后打開零米提升泵匯合管道排放手動門，廢水箱提升泵A、B入口排放手動門，放盡存水后通知輔控強制輸灰2～3次。

5 調試及運行中出現的問題和處理方法

1）干燥塔底部塔壁積灰黏結掛壁，輸灰系統灰量小。分析原因為霧化器霧化效果不好，形成較大水滴，甩至塔壁，造成積灰板結。經多次調整霧化器下部導流板角度后得到解決。

2）霧化器分配盤堵塞，調門開度開足，廢水處理量低。分析原因為廢水系統雜質堵塞霧化器分配盤，清理后恢復正常，再對管路進行沖洗，并停用因無法徹底清理、底部雜質多、原作為脫硫廢水中間儲存箱的灰水系統回水緩沖池。

3）干燥塔下部倉泵輸灰有潮灰，堵塞系統。分析原因為系統停運前未能排空頂部緩沖箱廢水，導致停運后廢水通過不嚴密的調門流入干燥塔，產生潮灰。調整停運邏輯和步序，增加頂部緩沖箱廢水排空后方能停運的條件，同時要求輔控在系統停運后強制輸灰2～3 次，以保證塔底部干燥無積灰和板結。

4）廢水提升泵在啟動時出力低甚至堵泵。分析原因為停運時廢水漿液沉積，現要求每次停運后務必放盡管道及泵內的存液。

5）運行一段時間后廢水調門開度增大，但廢水處理量下降。分析原因為調門附近連接管道為水平布置，管內處于無壓自流狀態，造成調門及調門前后手動截門和旁路門處漿液沉積，使流量變小。后要求運行人員定期大幅開關調門造成人為擾動，減少沉積。目前準備改造這段管段，設置一定傾斜度以緩解沉積。

6）系統中缺乏廢水中間貯存箱，導致系統跟隨脫硫脫水系統而啟停，使實際廢水處理量減少，且增加了系統頻繁啟停。

6 結論

330 MW 機組脫硫廢水噴霧干燥系統從2018年起開始調試后，2019年2月正式運行。2019年3月華電電科院對系統進行了性能考核，試驗結果表明達到設計要求:100%負荷時廢水處理量為5～7 t/h、下部倉泵干燥物含水量0.15%、氯含量0.35%，折算至全部粉煤灰基本不影響對水泥摻配的應用，鍋爐效率影響0.5%～0.6%。

該脫硫廢水干燥裝置作為華電集團第一批項目，為其他火電廠提供了新的處理方法和思路，起到了示范作用。本次改造榮獲中國電力企業聯合會2020年度電力職工技術創新獎二等獎。