利用脫硫塔前低溫?zé)煔庹舭l(fā)脫硫廢水可行性探討

文_杜建偉 陳丕顯 解傳海 青島潤揚(yáng)環(huán)境科技有限公司

脫硫廢水是電廠廢水中最難處理的廢水之一，而國內(nèi)電廠大鍋爐發(fā)電機(jī)組已處于調(diào)峰常態(tài)化狀態(tài)，有些機(jī)組的負(fù)荷變化可低至設(shè)計(jì)負(fù)荷的30%。在如此低負(fù)荷條件下，煙氣量和煙氣溫度都會(huì)降低很多，加上頻繁的負(fù)荷變化影響，會(huì)導(dǎo)致煙氣余熱噴霧蒸發(fā)干燥系統(tǒng)無法運(yùn)行。為繼續(xù)使用煙氣余熱進(jìn)行脫硫廢水濃縮減量處理以節(jié)約能源，有環(huán)保企業(yè)進(jìn)行了電除塵后脫硫塔前的“煙道直接噴灑濃縮脫硫廢水裝置”“塔式噴淋蒸發(fā)濃縮脫硫廢水裝置”等試驗(yàn)項(xiàng)目。但比較可取的方式還應(yīng)該是抽取部分滿足蒸發(fā)濃縮需要低溫?zé)煔?，以旁路煙道或旁路蒸發(fā)塔的方式進(jìn)行換熱蒸發(fā)。

1 基本模型

脫硫廢水蒸發(fā)并不需要全部煙氣參與，擬定抽取部分煙氣，濃縮塔型式基本設(shè)計(jì)采用與脫硫塔系統(tǒng)相類似的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行過程分析，所示系統(tǒng)如圖1。蒸發(fā)塔空塔氣速3～4m/s，采用雙層噴淋，漿液池液位3m，其它各功能層間距等設(shè)計(jì)均參考石灰石石膏法脫硫塔進(jìn)行設(shè)計(jì)。煙氣出口需安裝除霧器，除霧器暫定采用常用的折流板型屋脊式除霧器。

圖1 煙氣余熱蒸發(fā)脫硫廢水濃縮塔

由于未經(jīng)過軟化預(yù)處理的脫硫廢水中含有大量的鈣鎂離子和硫酸根離子，因此濃縮過程會(huì)伴隨著噴嘴及管壁結(jié)垢現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。雖然塔內(nèi)脫硫廢水循環(huán)蒸發(fā)過程會(huì)有煙氣中Cl-、SO3、SO3的持續(xù)融入，偏酸性環(huán)境會(huì)緩解結(jié)垢現(xiàn)象的產(chǎn)生，但濃縮倍率仍不宜過高。本文計(jì)算過程按照濃縮比為4進(jìn)行計(jì)算，此時(shí)原脫硫廢水Cl-濃度20000mg/L，濃縮后脫硫廢水Cl-濃度80000mg/L。濃縮過程忽略由于酸性及濃度導(dǎo)致的Cl-遷移量。

根據(jù)《工業(yè)鍋爐及爐窯濕法煙氣脫硫工程技術(shù)規(guī)范》中表1所示，脫硫裝置主要技術(shù)指標(biāo)中，各種脫硫方法的“最小液氣比為2L/m3”為參考，此液氣比應(yīng)滿足基本的傳熱條件，同時(shí)考慮必要的噴淋覆蓋率防止煙氣短路等問題，本文設(shè)計(jì)液氣比為3L/m3。

引風(fēng)機(jī)從脫硫塔前煙道引熱風(fēng)QCY，與濃縮塔內(nèi)脫硫廢水循環(huán)泵噴淋液逆流換熱，脫硫廢水經(jīng)加熱蒸發(fā)，再經(jīng)除霧器去除煙氣攜帶的部分液滴后進(jìn)入脫硫塔。脫硫廢水QTS，由脫硫廢水泵送到循環(huán)泵入口。濃縮后的脫硫廢水QPS連同所含固體物質(zhì)被排出濃縮塔進(jìn)行后續(xù)處理。

圖中：QCY，TCY-抽取煙氣的流量和溫度；QCW，TCW-除霧器沖洗水的流量和溫度；QPY，TPY-排放煙氣的流量和溫度，其中QPY-排煙流量，QPYS-蒸發(fā)后的煙氣含水量（QPYS=QXD+QZQ）：QXD-煙氣攜帶液滴量，QZQ-煙氣新增蒸發(fā)水量；TPY-排煙溫度；QTS，TTS-脫硫廢水的流量和溫度；QPS，TPS-脫硫濃水排放的流量和溫度。

2 物料平衡及熱平衡分析

系統(tǒng)以某電廠660MW超超臨界燃煤機(jī)組的實(shí)際煙氣、脫硫廢水參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，煙氣溫度95℃，煙氣含水率7%，煙氣量2140000Nm3/h ；脫硫廢水量10m3/h，Cl-濃度為20000mg/L，pH值為5.5，脫硫廢水溫度為35℃。

2.1 物料平衡

設(shè)進(jìn)出塔的煙氣除含水量增加外，其他成分不變；設(shè)煙氣攜帶霧滴成分與噴淋液成分相同；設(shè)脫硫廢水總的濃縮倍率為4：1。則進(jìn)濃縮塔水量=原煙氣帶入水量+脫硫廢水量QTS+除霧器沖洗水量QCW；出濃縮塔水量=原煙氣帶入水量+煙氣新增蒸發(fā)水量QZQ+煙氣攜帶液滴量QXD+濃縮脫硫廢水排放量QPS。

2.2 熱平衡

為簡化分析計(jì)算過程，脫硫廢水的熱力學(xué)參數(shù)均參照水進(jìn)行，煙氣比熱按照95℃到75℃平均定壓比熱容CP=1.432kJ/(Nm3·℃)計(jì)算，塔內(nèi)漿液溫度及煙氣出口溫度均設(shè)為60℃， 并以此為冷熱平衡點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。

其中輸入熱量全部為95℃熱煙氣帶入，輸出熱量為加熱所有進(jìn)水及汽化潛熱，并全部中和到冷熱平衡點(diǎn)60℃排放。

2.3 平衡計(jì)算中各參數(shù)

2.3.1 QCW，TCW-除霧器沖洗水的流量和溫度

按照脫硫塔除霧器沖洗設(shè)計(jì)中，沖洗強(qiáng)度為40L/m2/min，沖洗水溫度TCW=25℃，單層除霧器運(yùn)行沖洗時(shí)間為2min/h，雙層除霧器按照頂層沖洗2min，底層沖洗1min計(jì)算。除霧器流通面煙氣流速按照4～5m/s計(jì)算。

2.3.2 濃縮后的脫硫廢水

主要以兩種形態(tài)排出，一是漿液池底部濃液排放QPS，二是以煙氣攜帶的方式排放QXD?？偟呐欧帕堪凑展桃夯旌蠎B(tài)QPS+QXD=2.5m3/h計(jì)算。其中，煙氣攜帶量單層除霧器與雙層除霧器計(jì)算不同。單層除霧器，當(dāng)脫硫塔內(nèi)空塔氣速為3.5m/s時(shí)，一級(jí)間距30mm折流板型屋脊式除霧器出口液滴質(zhì)量濃度為1300mg/m3；雙層除霧器出口液滴質(zhì)量濃度按照除霧器性能要求75mg/m3進(jìn)行計(jì)算。

3 主要耗電設(shè)備運(yùn)行功耗

引風(fēng)機(jī)功率：P1=Q△P/1000/0.8(P1-引風(fēng)機(jī)計(jì)算功率kW，Q-輸送風(fēng)量m3/s, △P-系統(tǒng)煙氣運(yùn)行壓差，0.8-風(fēng)機(jī)效率)。

循環(huán)水泵功率：P2=ρQH/0.85/1000/3600,（P2-循環(huán)水泵計(jì)算功率kW，Q-循環(huán)水量m3/h,0.85-泵效率，H-泵揚(yáng)程分別為23m、25m。溶液密度為ρ=1.1t/m3）。

根據(jù)上述平衡以及設(shè)定值進(jìn)行計(jì)算并統(tǒng)計(jì)成表，詳見表1。

表1 氣水平衡及功耗計(jì)算表

4 結(jié)論

通過某電廠的實(shí)際煙氣參數(shù)和脫硫廢水參數(shù)，進(jìn)行了以脫硫塔前低溫?zé)煔庹舭l(fā)濃縮脫硫廢水的計(jì)算分析，系統(tǒng)采用了與脫硫塔型式類似的結(jié)構(gòu)，對(duì)比分析了一層除霧與二層除霧系統(tǒng)的主要耗電設(shè)備的計(jì)算功率，以及噸脫硫廢水蒸發(fā)的有效能耗。①單層除霧器實(shí)際有效蒸發(fā)脫硫水量為5.26m3/h，低于設(shè)計(jì)蒸發(fā)量7.5m3/h值很多，按此方案設(shè)計(jì)的系統(tǒng)雖然總功率小，但大量脫硫廢水重新返回到脫硫塔，不僅做了很多無用功，還會(huì)破壞脫硫系統(tǒng)水平衡，不建議使用。②雙層除霧器總功率雖然比單層除霧器高145kW，但有效蒸發(fā)量為7.34m3/h，高于單層除霧器方式。③蒸發(fā)噸脫硫廢水的計(jì)算功耗雙層除霧器與單層除霧器的均為78kW。因此，煙氣余熱蒸發(fā)濃縮塔雖然利用的是煙氣余熱，甚至可以說是“廢熱”，但蒸發(fā)過程由于為避免煙氣攜帶增加的除霧器，以及除霧器正常運(yùn)行必須的沖洗水影響，整體能耗還是很高，建議在低電價(jià)場合使用。