余熱利用閃蒸及煙道蒸發(fā)工藝處理脫硫廢水的技術(shù)比較

趙 宏

（陜西榆林能源集團楊伙盤煤電有限公司生產(chǎn)準(zhǔn)備部，陜西神木 719316）

近年來，我國對廢水排放標(biāo)準(zhǔn)的要求日趨嚴(yán)格，尤其是國務(wù)院2015年頒布了《水污染防治行動計劃》“水十條”，更是將水環(huán)境保護(hù)工作上升到國家戰(zhàn)略的層面。燃煤火電廠作為工業(yè)用水大戶，用水量占到工業(yè)用水總量的20%，從保護(hù)環(huán)境及經(jīng)濟運行的角度出發(fā)，節(jié)約用水，提高循環(huán)水的重復(fù)利用率，實現(xiàn)廢水“零排放”的意義重大。

濕法脫硫廢水是火電廠鍋爐煙氣濕法脫硫（石灰石/石膏法）過程中吸收塔的排放水，它與電廠其他系統(tǒng)所產(chǎn)生的廢水差異較大，是火電廠水系統(tǒng)內(nèi)水質(zhì)最復(fù)雜、污染最嚴(yán)重的水體。脫硫廢水含有高濃度的懸浮物、高氯根、高含鹽量、高濃度重金屬，對環(huán)境污染性極強，因此脫硫廢水零排放勢在必行。

1 脫硫廢水水質(zhì)特點

脫硫廢水中的污染物成分及含量與煤種、煙氣含塵量、脫硫工藝、脫硫系統(tǒng)運行方式、石膏脫水的效果、石灰石的品質(zhì)、氨逃逸率等多種因素有關(guān)，呈酸性，具有含鹽量高、懸浮物高、硬度高、重金屬含量高等特點。處理后回用困難。它的主要特征是：①呈現(xiàn)弱酸性，pH值為4～6.5；②懸浮物高，一般在6 000～15 000mg/L，但顆粒細(xì)小，主要成分為粉塵和脫硫產(chǎn)物（硫酸鈣和亞硫酸鈣）；③含有可溶性的氯化物和氟化物、硝酸鹽等，溶解性固體總量（TDS）在25 000～60 000mg/L，其中Cl-含量一般在5 000～20 000mg/L；④含有Hg、Pb、Ni、As、Cd、Cr等重金屬離子，是電廠一種處理難度較大的廢水。

2 脫硫廢水處理現(xiàn)狀

目前電廠脫硫廢水處理一般采用酸堿中和三聯(lián)箱處理法，利用石灰乳將偏酸性的廢水pH值調(diào)至8.5～9，絮凝去除懸浮物。此工藝主要處理了脫硫廢水中的固體顆粒物，但對于水中的溶解性離子沒有處理，排水中仍然含有大量的Cl-、SO42-、Ca2+、Mg2+，需要進(jìn)行二次處理才能實現(xiàn)零排放以及回收利用。

廢水“零排放”的定義：電廠不向地面及地下水域排出或滲出及其他任何形式的水，離開電廠的所有的水都是以氣態(tài)的形式或是固化在灰渣等固廢中。因此，廢水的零排放應(yīng)做到需要排放的所有液體通過氣態(tài)或固態(tài)的形式排放，而不能以任何液態(tài)形式的排放，也就是做到廢液的零排放。

通用零排放技術(shù)多采用“預(yù)處理單元+減量濃縮單元+固化單元”工藝，各單元設(shè)計彼此相輔相成，其目的在于滿足各自系統(tǒng)的工藝邊界條件要求，同時實現(xiàn)整套零排放系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行。預(yù)處理單元主要去除水體中的硬度離子和重金屬，以符合后續(xù)減量濃縮單元設(shè)計要求。減量濃縮單元設(shè)計則根據(jù)后續(xù)固化單元水量，確定減量濃縮單元出力要求，主要包括膜濃縮和熱蒸發(fā)兩種處理工藝。“固化單元”是脫硫廢水“零排放”系統(tǒng)中的關(guān)鍵，根據(jù)處理程度的不同，主要分為結(jié)晶鹽資源化利用、非資源化利用兩種。結(jié)晶鹽資源化利用處理方法，需要將廢水軟化到一定程度甚至全軟化，才能進(jìn)行后續(xù)的膜法或熱法分鹽及濃縮干化處理工藝，軟化藥劑費用高。

3 余熱利用閃蒸技術(shù)

余熱利用閃蒸自結(jié)晶脫硫廢水零排放技術(shù)采用負(fù)壓多效閃蒸工藝，以廢水中石膏固體顆粒作為晶種進(jìn)行廢水中污染物的自結(jié)晶，利用脫硫入口煙氣余熱為多效蒸發(fā)提供熱源，降低系統(tǒng)能耗。無預(yù)處理，不需加藥，排出固體物為石膏和結(jié)晶鹽混合物，無其他雜物，能達(dá)到90%的水回收利用率。

余熱閃蒸自結(jié)晶技術(shù)具有無須進(jìn)行預(yù)處理，利用鍋爐尾部余熱煙氣加熱脫硫廢水，不需要消耗其他熱源，系統(tǒng)的水回收率高（可達(dá)到90%以上），以脫硫廢水中的石膏固體顆粒作為結(jié)晶晶種，不需要對脫硫廢水進(jìn)行預(yù)處理，無二次廢棄固體物產(chǎn)生等特點。

余熱利用閃蒸自結(jié)晶脫硫廢水零排放技術(shù)工藝流程，如圖1所示。

圖1 余熱閃蒸自結(jié)晶技術(shù)工藝流程

4 煙道蒸發(fā)技術(shù)

脫硫廢水需先經(jīng)過預(yù)處理系統(tǒng)除去水中的鈣鎂離子和重金屬，再經(jīng)過膜法減量濃縮后進(jìn)入煙道進(jìn)行噴灑蒸發(fā)（濃縮減量裝置可根據(jù)需蒸發(fā)的水量確定是否需要設(shè)置）。通過高溫?zé)煔鈱姙㈧F化后的廢水中的液滴蒸干，廢水中剩余的重金屬、鹽類等其他污染物形成細(xì)小的結(jié)晶析出，與煙氣中的煙塵一同進(jìn)入除塵器被捕捉，通過除塵器灰斗外排，除去污染物，整個系統(tǒng)沒有結(jié)晶鹽產(chǎn)生，現(xiàn)有的煙道蒸發(fā)工藝主要分為旁路煙道蒸發(fā)和主煙道蒸發(fā)兩類技術(shù)。旁路煙氣蒸發(fā)工藝與主煙道蒸發(fā)工藝相比較，具有不影響主機運行、可以在線檢修的優(yōu)點。

4.1 主煙道蒸發(fā)技術(shù)

將脫硫廢水直接噴入煙道內(nèi)，通過在除塵器與空氣預(yù)熱器之間的煙道內(nèi)設(shè)置的噴嘴，將經(jīng)過預(yù)處理濃縮之后的廢水進(jìn)行霧化。霧化后的液滴通過高溫?zé)煔獾淖饔每焖僬舭l(fā)，水分隨煙氣排出，而廢水中剩余的雜質(zhì)則通過除塵系統(tǒng)與粉煤灰一同被收集后外排，以此達(dá)到廢水零排放的目的。

該工藝需要在除塵器前布置噴槍或者抽取除塵器前的煙氣進(jìn)行加熱，這會使得噴嘴處的濕度增大，煙氣中的灰分容易在噴槍處、旋轉(zhuǎn)噴霧處黏結(jié)，導(dǎo)致噴嘴堵塞、煙氣沖刷磨損、霧化效率下降，致使廢水難以干燥，機組運行期間難以檢修處理。

主煙道噴霧蒸發(fā)工藝廢水處理能力較小，且有容易造成煙道堵塞、結(jié)垢、腐蝕的問題，噴頭的布置方式對蒸發(fā)固化的效果影響很大，對煙道安裝位置的要求較高，隨著低低溫靜電除塵技術(shù)使用的普及，造成滿足直噴煙道余熱蒸發(fā)利用的煙道有效長度減小，煙道長度不足限制了可蒸發(fā)的廢水水量（見圖2）。

圖2 主煙道蒸發(fā)工藝流程

4.2 旁路煙道蒸發(fā)技術(shù)

從空預(yù)器上游抽取的少量煙氣通過噴霧干燥塔，脫硫廢水通過水泵打入噴霧干燥塔與鍋爐熱煙氣混合。通過擋板門來控制噴霧干燥塔需要的煙氣流量，使其在噴霧干燥塔內(nèi)部形成設(shè)定的特殊流場，經(jīng)過噴嘴的細(xì)小液體顆粒與熱煙氣混合，由于接觸比表面積大，廢水充分得到蒸發(fā)，熱煙氣溫度降低并控制在高于酸露點或者空預(yù)器出口溫度以上，來保證在煙氣進(jìn)入除塵器之前沒有冷凝或者為蒸發(fā)的液體夾帶發(fā)生。含有可溶性以及懸浮物固體顆粒的脫硫廢水吸收高溫?zé)煔獾臒崃空舭l(fā)后，含在脫硫廢水中的重金屬離子以及一些其他的離子便會結(jié)晶析出，蒸發(fā)后的固體夾帶物收集到下游的電除塵器，混入全廠飛灰，一起集中處理（見圖3）。

圖3 旁路煙氣蒸發(fā)工藝流程

5 技術(shù)比較

比較上述不同脫硫廢水零排放工藝，從各工藝的系統(tǒng)配置，優(yōu)缺點以及對熱力系統(tǒng)的影響等方面進(jìn)行說明，如表1所示。

表1 不同脫硫廢水零排放工藝比較

6 結(jié)束語

旁路煙氣蒸發(fā)工藝，最大特點是適應(yīng)能力強，可以接受負(fù)荷和廢水的經(jīng)常波動，直接利用煙氣余熱進(jìn)行蒸發(fā)，不需要添加藥劑。通常抽取的熱煙氣量占總煙氣量的3%～5%，對鍋爐的影響有限，可不設(shè)置濃縮減量裝置。整體工藝系統(tǒng)簡單、運行穩(wěn)定性和可靠性高，運行維護(hù)費用低，是實現(xiàn)脫硫廢水零排放的首選工藝。