燒結脫硫廢水零排放并協同減排SO3技術分析

文_張慶 張雅心 賀敏鵬 西安西礦環保科技有限公司

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術因能夠高效脫除煙氣中的SO2，且具有系統可靠性高的特點，是目前煙氣脫硫工程中使用最廣泛的一種方法。煙氣在進行濕法脫硫（石灰石-石膏法）過程中，防止漿液中可溶解的氯離子富集過高，需要從系統中排放一定量的廢水，以維持脫硫裝置的長期穩定運行。濕法脫硫廢水的雜質主要來自煙氣和脫硫劑，廢水中的氯離子，主要來源于煤/礦石的燃燒，脫硫劑石灰石中的Cl-，工藝水中的Cl-。隨著環保要求的不斷提高，特別是對廢水排放的限制越來越嚴，脫硫廢水必須經過處理才能進行排放，常規的廢水處理方法較難達標。

燒結過程中，由于有Fe2O3的存在，在溫度較高時SO2可轉換成SO3；隨著電廠、鋼廠全面進入超凈排放，石灰石-石膏濕法脫硫對SO2的脫除率較高，但對SO3的脫除率不高，石灰石脫硫漿液對SO2的吸收速率大于SO3的吸收速率，而煙氣在吸收塔內的停留時間較短，故吸收塔對硫酸氣溶膠的脫除效果不佳，通常SO3的脫除效率為30%左右。最終以非常細的硫酸氣溶膠的形式通過煙囪排放。硫酸氣溶膠進入大氣環境后，是導致霧霾天氣和酸雨的重要因素之一，煙氣透明度降低，排煙SO3高于16mg/Nm3,會出現“藍羽”。

1 脫硫廢水特點

脫硫廢水主要污染物主要有以下特點：①水質和水量不穩定；懸浮物和COD較高，易沉淀。②含有過飽和的亞硫酸鹽、硫酸鹽、鈣鎂離子以及重金屬。③呈現弱酸性，pH值4～6；懸浮物高，但顆粒細小，主要成分為粉塵和脫硫產物（硫酸鈣和亞硫酸鈣）。

2 脫硫廢水主要處理工藝比較

2.1 脫硫廢水處理方法介紹

2.1.1 設備化學處理系統

經過中和、化學沉淀：廢水中的重金屬離子、堿土金屬常加入石灰和有機硫沉淀法去除。

混凝澄清：脫硫廢水經化學沉淀處理后，廢水中還含有許多微小的懸浮物和膠體等物質，須加入混凝劑和助凝劑使之形成較大顆粒而更容易沉降下來。此種工藝需處理達標才能向外排放，其中幾個關鍵指標較難達標，通常SO4根含量偏高，TDS偏高等。

2.1.2 水力沖灰

該法脫硫廢水不經處理，直接進入水力除灰系統，脫硫廢水中的重金屬離子或酸性物質與灰中的CaO反應生成固體而得到去除，從而達到治理目的。另應注意脫硫廢水均勻滴滲入除灰系統，防止大流量滲入時對除灰設備及管道造成腐蝕。通常帶走廢水量較小，不能完全滿足脫硫廢水排出量。

2.1.3 化學軟化和MF+膜濃縮+MVR

化學軟化+微濾膜，去除水中重金屬，鈣、鎂離子和懸浮物等；深度處理包含納濾和反滲透，主要起廢水減量化作用。經深度處理后產水可達標回用，濃縮液進入MVR，蒸發結晶。此種工藝可以得到雜鹽。但是投資成本很高，并且運行費用也很高。

2.1.4 煙道直接蒸發

通過蒸發與干燥裝置可以使脫硫廢水干燥蒸發，轉化為固體物質，便于實現全廠廢水的零排放。由于煙道不會很長，蒸發停留時間較短，可能出現的問題：脫硫廢水直接蒸發，可能由于噴入量大，導致未完全蒸發，會對煙道和除塵系統造成低溫腐蝕穿孔；燒結機低負荷下煙溫和煙氣流速降低，運行過程中噴嘴堵塞等情況，可導致廢水不能完全蒸發，均有可能出現煙道腐蝕。

2.1.5 脫硫廢水制漿預處理部分+霧化干燥吸收

脫硫廢水制漿預處理部分：脫硫廢水加入Ca(OH)2等堿性吸收劑制成吸收劑漿液，過濾后通過霧化器送入霧化干燥吸收塔與煙氣充分接觸。霧化器有高速旋轉霧化器和三流體霧化噴槍霧化器，對于不同干燥塔。霧化干燥吸收塔部分：在霧化干燥吸收塔內，經霧化器而出的漿液粒徑約10～60μm的細霧滴，與高溫煙氣充分接觸，吸收劑霧滴水分被蒸發，水分進入煙氣中，吸收劑中的鹽類干燥產物隨煙氣進入除塵器氣固分離處理，達到脫硫廢水零排放目的。

2.2 常見脫硫廢水處理技術特點及投資運行成本對比（表1）

表1 常見脫硫廢水處理技術特點及投資運行成本對比

3 脫硫廢水零排放并協同減排SO3技術

3.1 脫硫廢水零排放工藝流程

脫硫廢水零排放主要工藝流程分為：脫硫廢水預處理制漿+霧化干燥吸收塔。工藝流程如圖1。

圖1 脫硫廢水零排放處理工藝流程圖

3.1.1 脫硫廢水預處理制漿階段

預處理分為制漿和過濾兩部分。脫硫廢水氯離子達到15000～20000mg/L，加入325目Ca(OH)2干粉制成8%～15%濃度吸收劑漿液，漿液經過過濾器送入霧化器。

3.1.2 霧化干燥吸收階段

霧化干燥吸收：燒結煙氣凈化系統中，霧化干燥吸收塔通常在布袋除塵器之前。脫硫廢水中加入Ca(OH)2干粉制成吸收劑漿液，經三流體霧化噴槍霧化噴射而出的漿液粒徑約10～60μm的細霧滴，在霧化干燥吸收塔內與高溫煙氣充分接觸，有較長的反應時間吸收煙氣中酸性氣體（HCl、HF、SO2、SO3），起到減排作用；同時反應產物霧滴水分被蒸發，水分進入煙氣中，飛灰和干燥產物從塔底部、除塵器收集，隨灰渣排出，實現脫硫廢水零排放和對煙氣中酸性氣體的協同減排治理目的。

3.2 脫硫廢水零排放協同減排SO3技術運行情況

3.2.1 脫硫廢水水量及水質指標

180m2燒結機石灰石-石膏濕法脫硫廢水處理項目為例，平均需處理脫硫廢水量約5m3/h。脫硫廢水水質詳見表2。

表2 180m2燒結機石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質

3.2.2 霧化干燥吸收煙氣運行情況

目前國外電廠脫硫廢水零排放處理已有很多在煙道氣直接蒸發應用業績；國內電廠脫硫廢水零排放處理已有在煙道氣直接蒸與煙道旁路霧化干燥塔應用業績，不同機組負荷對應的脫硫廢水處理量，具體見表3。

表3 國內脫硫廢水煙氣蒸發處理技術應用業績表

霧化干燥吸收塔霧化器分為高速旋轉霧化器或霧化噴槍霧化。由于干燥塔內停留時間相對煙道較長，并且有獨立空間，對脫硫廢水處理量較大。

3.2.3 脫硫廢水制漿霧化干燥吸收后對煙氣成分的影響

在每900kg脫硫廢水中加入100kg氫氧化鈣干粉，使廢水中可溶性氯化鎂與氫氧化鈣反應生成氯化鈣與氫氧化鎂。噴射漿液中有脫SO3的吸收劑Mg(OH)2，Ca(OH)2，吸收劑質量分數約10%，其成分如表4。

表4 脫硫廢水成分與加入氫氧化鈣后漿液成分

以180m2燒結機煙氣霧化干燥脫硫廢水為例，原煙氣量700000Nm3/h，煙氣密度1.34kg/Nm3，煙氣質量938000kg/h,含濕量(v%)為5.6%，水蒸氣質量31500kg/h，吸收劑漿液噴入量5000kg/h，脫硫廢水處理量4500kg/h，廢水蒸發后增加的水蒸氣質量4195kg/h，煙氣含濕份由5.6%增加到6.3%，噴射前后煙氣特性見表5。

表5 脫硫廢水煙氣霧化干燥吸收對煙氣成分的影響

表5可以得出，脫硫廢水制漿噴入霧化干燥吸收塔后，對煙氣特性有極小影響，都在正常波動范圍內。可以實現脫硫廢水的零排放處理，并對煙氣中SO2、HCl、SO3等酸性氣體有減排作用。當脫硫劑量增大時，酸性氣體會進一步降低。

4 運行成本

4.1 化學軟化和微濾+NF+RO+MVR脫硫廢水零排放工藝藥劑成本和能源消耗

藥劑費約：18元/t；能耗費：13元/t；人工+其它：5元/t；共計：36元/t。

4.2 脫硫廢水制漿預處理部分+霧化干燥吸收塔

藥劑耗量：氫氧化鈣10kg/t；藥劑費約：0.5元/t；壓縮空氣費用：4元/t；人工+其它：2元/t。

如只對脫硫廢水做零排放處理，每噸脫硫廢水只需加入1～10kg氫氧化鈣，調節pH至10以上偏堿性，處理費用較低。如需減排煙氣中SO3、SO2、HCl等酸性氣體，則加入氫氧化鈣吸收劑需增多，制較高濃度吸收劑漿液，噴入量也需增加。

根據運行成本來看，“脫硫廢水制漿預處理部分+霧化干燥吸收塔”工藝運行成本遠低于“MVR蒸發結晶”工藝。

5 結語

煙氣霧化干燥吸收塔蒸發處理技術可以實現脫硫廢水零排放，同時加入堿性吸收劑還能協同減排煙氣中SO3、SO2、HCl等酸性氣體。本技術以廢制廢，能實現資源回用、能源回用，在建造和運行成本方面具有良好的競爭優勢。在濕法脫硫需要超凈技術升級改造時，在除塵器前串霧化干燥吸收塔，既能實現超低排放，還能處理濕法脫硫廢水，使系統廢水零排放。為提高脫硫廢水煙氣蒸發系統的可靠性，保證系統的長期安全穩定運行，提出如下建議：

①燒結機在30%～110%負荷運行，差異較大，如果在煙氣負荷較低時噴入過多廢水未能及時蒸發會引起煙道和除塵器設備腐蝕等問題。為避免脫硫廢水蒸發不完全，需控制噴入霧化干燥塔內廢水量，建議配制一套脫硫廢水減量化設備。

②在采用三流體霧化噴槍時，為避免脫硫廢水堵塞噴槍噴嘴，建議壓縮空氣壓力、流量都需達到要求，工藝水定時沖洗。霧化噴槍材質需耐氯離子和耐磨。霧化噴槍可多設幾組備用。

③煙氣溫度的降低應控制在高于酸露點溫度以上，從而避免煙氣的冷凝或未蒸發液體的夾帶。