高溫煙氣干化技術在燃煤電廠脫硫廢水零排放中的應用

鄭俊杰

(浙江天地環保科技股份有限公司，杭州 311121)

0 引 言

近年來，隨著環保標準日趨嚴格，燃煤電廠大規模實施煙氣超低排放改造。濕法脫硫過程中會產生脫硫廢水，而脫硫廢水成分復雜、水質變化大、危害大難以處理，成為下一步燃煤電廠污染治理的重點。隨著淡水資源的持續短缺，國家環保政策對燃煤機組污染物排放限制日趨嚴格，實現脫硫廢水零排放逐漸成為產業要求和共識。然而燃煤電廠脫硫廢水具有鹽分高、氯離子高、腐蝕性高等特點，比較難以處理。研究燃煤電廠脫硫廢水零排放可避免廢水排放造成的環境污染，也是火電行業可持續發展的必經之路，對火電行業的發展具有重要意義，本文研究了高溫煙氣干化技術在燃煤電廠脫硫廢水零排放中的應用。

1 高溫煙氣干化技術原理

高溫煙氣干化技術是一種將廢水用離心霧化器霧化成霧滴，噴入干燥塔，利用空氣預熱器前熱煙氣作為熱源，在干燥塔內將廢水蒸發，水分進入煙氣中，廢水中的鹽類干燥后在塔底引出，達到脫硫廢水零排放的目的。工藝路線圖如圖1所示。

圖1 高溫煙氣干化技術工藝流程圖

高溫煙氣干化技術利用煙氣的熱量將廢水蒸干，對廢水的成分要求較低，可直接處理高鹽、高硬度的脫硫廢水。通過對煙氣分布、脫硫廢水流量、霧滴尺寸和干燥塔出口溫度等的精準控制，實現霧滴在到達干燥塔內壁前已充分干燥，避免干燥塔出現結垢和腐蝕的問題。

整個系統由干燥塔(包含塔體、熱風分配器)、離心霧化器、廢水輸送系統、煙氣系統以及塔底輸灰裝置等組成，核心設備是離心霧化器和熱風分配器。

離心霧化器通過高速旋轉將廢水霧化成粒徑數十微米的霧滴，廢水經霧化后，其表面積瞬間增大，與熱空氣的接觸面積增大，霧滴內部水分向外遷移的路徑大大縮短，提高了傳熱效率。并且離心霧化器能夠保證在液體流量不發生很大變化時，霧化霧滴的粒徑分布不發生顯著改變，連續穩定的噴霧性能是干燥過程能保持穩定的基礎。

熱風分配器可以使熱煙氣旋轉起來，使熱煙氣與廢水霧滴混合均勻，提高傳熱傳質速率。熱風分配器由煙氣入口蝸殼、錐殼、導向分布板及導向葉片等組成。熱風分配器內緣為圓形，離心霧化器安裝在其中心。煙氣入口蝸殼截面尺寸較大，橫截面積呈漸縮變化，使得錐形環隙進風均勻。錐形環隙內外側設置有許多導向葉片，用以控制熱風的方向，使霧滴與熱風的混合達到工藝要求，保證干燥塔處于良好的操作狀態。

為確保干燥塔干燥效果，通過CFD模擬仿真霧滴的煙氣干燥過程，核實干燥塔的尺寸，讓干燥塔的尺寸以及關鍵部件選型更加合理。煙氣影響下的噴霧液滴軌跡模擬以及噴霧影響下的煙氣軌跡模擬如圖2和圖3所示。

圖2 煙氣影響下的噴霧液滴軌跡模擬

圖3 噴霧影響下的煙氣軌跡模擬

2 示范工程介紹

該技術已成功應用于浙能長興電廠，長興電廠#3機組于2018年安裝了一套高溫煙氣干化裝置。熱煙氣從空預器前的主煙道兩側引出，兩股煙道匯合后進入干燥塔。脫硫廢水加堿液調成弱堿性后由廢水輸送泵送入離心霧化器，經離心霧化器霧化、噴射而出的脫硫廢水霧滴與熱煙氣充分接觸，霧滴中的水分迅速揮發。霧滴中的鹽類被干燥析出，部分混入原煙氣的粉塵中，部分落入干燥塔底部，落入干燥塔底部的粉塵通過倉泵輸送至電廠灰庫，處理后的煙氣引回至單側電除塵入口煙道。干燥塔進出口煙道均有擋板門，如需設備檢修，關閉擋板門即可，不影響機組運行。整套裝置占地面積約60 m2，干燥塔通過鋼支架架空布置，不影響檢修通道。整套裝置已穩定運行數年，運行情況良好，對電除塵以及脫硫設備也沒有明顯影響，主要參數見表1。

表1 浙能長興電廠#3機組高溫煙氣干化系統主要參數

該套裝置在實際運行過程中可處理機組最低穩燃負荷至滿負荷工況下脫硫吸收塔產生的全部脫硫廢水，如圖4所示。

圖4 浙能長興電廠#3機組高溫煙氣干化系統廢水處理量

3 潛在影響

(1)脫硫廢水氯離子濃度較高，廢水蒸發后析出的鹽分若進入電廠現有的灰渣處理系統，灰中氯離子濃度將提高。長興電廠按平均煤成分中灰比例22%計，330 MW機組一臺每小時燃煤量135 t，折合產灰量約為29.7 t/h。脫硫廢水氯離子濃度按15 000 mg/L計，3.0 t/h廢水共生成0.045 t氯含量。如全部進入電廠粉煤灰系統，則粉煤灰中氯離子含量增加約為1.5‰。

(2)對鍋爐效率的影響

該技術以空預器前高溫煙氣蒸發脫硫廢水，會增加鍋爐一定的煤耗。根據國網浙江省電力公司電力科學研究院發布的《浙江浙能長興發電有限公司脫硫廢水噴霧干燥處理裝置對鍋爐熱效率的影響評估報告》，在處理3.4 t/h脫硫廢水時，需要抽取空預器入口3.6%的煙氣量，導致降低0.44%的鍋爐效率，增加煤耗約1.39 g/kWh。

4 結束語

高溫煙氣干化技術原理簡單，系統可靠，維護便利，設備占地面積小，對廢水的成分要求較低，可直接處理高鹽、高硬度的脫硫廢水。浙能長興電廠高溫煙氣干化系統的成功運行表明高溫煙氣干化技術也是一種在燃煤電廠脫硫廢水零排中可供借鑒的選擇。