火力發電廠脫硫廢水零排放改造探討

李磊

摘要：脫硫廢水實際排放量和設計排放量存在巨大差異，導致脫硫廢水零排放處理成本劇增。針對某電廠600MW機組，構建脫硫系統物料平衡模型，研究實際運行過程不同因素對脫硫廢水排放量的影響。結果表明，物料平衡模型脫硫廢水排放量計算值與實際排放量基本一致，能夠準確預測脫硫廢水排放情況，而脫硫廢水排放量設計值裕量過大。煤種Cl-含量、機組負荷和脫硫廢水Cl-排放濃度是決定廢水排放量的主要因素。燃煤中含氯除冰劑的廣泛使用導致冬季脫硫廢水排放量急劇增加。優化脫硫廢水Cl-排放濃度是降低脫硫廢水量的有效方式。

關鍵詞：電廠;脫硫廢水;零排放

引言

盡管近十多年來火力發電的占比逐年下降，但是火電仍然是我國最重要的電力來源，其發電量及裝機總量也在逐年上升。火電機組在發電過程中不可避免會產生大量的污染物如SO2、SO3、NOx和飛灰等，這將對環境造成十分嚴重的污染。近幾年來，我國加強了對污染物排放的管控，出臺了許多有關污染物排放的政策，其中就對電廠煙氣中硫化物的排放制定了標準，大部分電廠通過改造加裝脫硫裝置實現了煙氣污染物排放的控制。在火力發電廠中，應用最為廣泛的脫硫技術為濕法脫硫技術，石灰石用來作為脫硫劑，當Ca/S質量比為1時，其反應脫硫效率可以達到90%。濕法脫硫原理簡單、速度較快、效率較高且成本較低，在電廠脫硫上應用十分廣泛。

1脫硫廢水的特征及零排放的特征與難點

隨著脫硫吸收液的循環濃縮，脫硫廢水主要存在以下特征：（1）懸浮物含量高。脫硫廢水由于聚集許多飛灰，故廢水中存在較多懸浮物，另外在不同的電廠負荷和煤種的情況下，其懸浮物含量會有較大變化。（2）無機鹽含量高。脫硫廢水中的主要鹽離子為Ca2+、Mg2+、Na+、F-、Cl-、SO42-和SO32-等，且其中離子含量較高。（3）水質易結垢。脫硫廢水中的鈣離子、硫酸根離子、鎂離子含量較高，并且硫酸鈣常處于過飽和狀態，在濃縮加熱時十分容易結垢。（4）多種重金屬含量超標。（5）廢水的含量隨負荷變動較大。受到燃煤電廠負荷的影響，吸收液用水的水質差異、脫硫系統管理難以控制等限制，脫硫廢水的水量和水質波動明顯，對脫硫廢水處理工藝的適應性提出了很大的挑戰。脫硫廢水在濃縮及凈化過程中存在許多難點：（1）傳統的脫硫廢水處理方法對懸浮物處理的效率不夠高，分離時間較長。（2）由于脫硫廢水的有害腐蝕性物質較多，會對管道和處理設備造成嚴重的腐蝕。（3）脫硫廢水處理得到的化學污泥的有害物質較多，有很強的污染性。（4）負荷或煤種的變化會對處理過程造成沖擊。這些困難給火電廠脫硫帶來了十分巨大的挑戰，傳統的脫硫廢水處理工藝已經不能滿足現在的需求。傳統的脫硫廢水處理方法是直接利用鍋爐余熱來蒸發脫硫廢水達到濃縮的目的，但是該方法效率較低、體積較大、腐蝕和結構嚴重。廢水零排放技術是近年來處理電廠脫硫廢水的有效方法，在全國乃至世界范圍內都有著十分廣泛的應用。本文針對脫硫廢水水量相對較少，但污染較高、處理難度較大的特點，提出了一種適用與電廠脫硫廢水零排放并合理利用廢水中金屬離子的新型技術。

2火力發電廠脫硫廢水零排放

2.1脫硫廢水蒸發結晶處理工藝

脫硫廢水蒸發結晶處理系統一般含有廢水軟化預處理、廢水蒸發、深度濃縮/結晶、結晶物處理/干燥等系統。大部分廢水通過蒸發系統后經冷凝為凝結水（水質較好，一般做脫硫工藝水回用）。經過深度濃縮和結晶的剩余廢水則再進入結晶干燥處理系統，最終得到含水率1%左右的結晶鹽，打包外運。通過研究，認為蒸發結晶“零排放”技術的主要工藝工序可歸結為廢水軟化預處理及蒸發結晶兩個主要步驟。其中，軟化預處理工序各廠家因技術路線的不同而稍有不同，但目的是一樣的，都是為了去除水中的鈣鎂離子。由前述可知，脫硫廢水經常規的“三聯箱”工藝處理后，雖然出水達到標準要求，但仍含有較高的Cl-、SO42-、Na++K+、Ca2+、Mg2+、COD、懸浮物、氨氮等。其中，氯化鈣易溶于水，并能以多種含水晶體的形式出現，腐蝕性強。低濃度時，其沸點上升（BoilingPointElevation[BPE]））和氯化鈉的水溶液差不多，但在較高濃度時，BPE會升高30℃。同樣的，氯化鎂如果不采取措施凈化處理，在蒸發濃縮結晶過程中也會不斷富集，最后也造成沸點升高，甚至導致蒸發無法進行。軟化預處理工序在脫硫廢水蒸發結晶“零排放”技術中是一個比較重要的工序，一方面解決了廢水的腐蝕性、沸點升高、能耗成本高等問題，另一方面也避免了鈣鎂等在后續的蒸發結晶工序中在蒸發器上結垢，使整個廢水深度處理系統能正常穩定運行。

2.2管式膜（TMF）系統

管式微濾膜（TMF）是一種基于錯流過濾機理的微孔膜，進料為含大量懸浮固體的混合液，用循環泵送往膜管，在內部高速流動，產水透過膜層和支撐層到達膜管與膜殼內的空間，然后從產水管引出送往后續設備，濃縮液回流到前端的濃縮槽內。由于產水不斷送出，懸浮固體逐漸在槽內濃縮，為維持一定的固含量范圍（固含量3%～5%為最佳范圍），需要間歇或連續的排出一定量的濃縮液，濃縮液成分主要以碳酸鈣為主和部分氫氧化鎂、硫酸鈣，這部分濃縮液可以送至脫硫島作為脫硫劑循環利用。為了降低廢水中的懸浮物濃度，特設計管式膜處理系統對廢水中的懸浮物進行攔截，滿足納濾（SCNF）進水要求。

2.3納濾（SCNF）系統

借助納濾膜對離子選擇性透過功能，以壓力差為推動力，一價鹽及小分子物質不斷地透過膜，經過產水流道流入中心管，然后由產水管輸送至納濾產水箱。進水中的二價離子、有機物、細菌、病毒等被截留在膜的進水側，由濃水管排出。經過TMF系統凈化處理后出水中主要含有NaCl和Na2SO4，采用納濾（SCNF）工藝對TMF系統出水進行分鹽處理，促使納濾（SCNF）出水中的Na2SO4含量降低，NaCl純度提高，降低反滲透SCRO工段滲透壓和運行壓力。同時因為SCRO濃縮液中NaCl純度提高，可進一步提高電解效率。

結語

本文針對脫硫廢水水量相對較少，但污染較高、處理難度較大的特點，提出了脫硫廢水零排放處理工藝流程，結合預沉淀系統、化學軟化系統、管式膜（TMF）系統、納濾（SCNF）系統、反滲透（SCRO）系統和電解制氯系統，獲得了結晶的回用水，克服了傳統“零排放”蒸發結晶工藝產生的高能耗，并通過電解濃鹽水制得次氯酸鈉溶液，實現了廢水資源化利用的目的，為工業脫硫廢水零排放處理提供了新思路。

參考文獻：

[1]郭東明，脫硫工程技術與設備[M].北京：化學工業出版社，2011.

[2]戴友芝.廢水處理工程[M].北京：化學工業出版社，2016.