循環流化床機組深度優化用水及水污染防治改造項目的研究和應用

韶關市坪石發電廠有限公司（B廠） 徐清林 華電電力科學研究院有限公司 尤良洲

火力發電企業生產用水量占工業用水的最大比重，其取水量、消耗量和排水量均十分巨大。隨著國家相關法律法規《節約能源法》、《水污染防治行動計劃》、《環境保護法》和地區相關水資源收費政策（取水費、排水費、超標費）的頒布和實施，對火力發電企業取水、用水、排水量都提出了嚴格的要求，并且排放水質指標限制更是從嚴督察。從長期發展的角度出發，要達特定的政策要求，開展全廠深度優化用水及水污染防治是環保政策形勢下的迫切需求[1]。

廣東地區某2×330MW循環流化床鍋爐按照新的環保要求對全廠水處理設施進行升級改造，并優化處理工藝，實現全廠深度優化用水及水污染防治工程實施后，不僅可以實現全廠水資源的統籌利用，節省大量水資源和取水費用，獲得較好的經濟效益，還能夠節約大量的排污費用，突顯國有企業的社會責任擔當，并取得巨大的環境效益。

針對流化床機組的運行特性，結合廢水的產生形式，有針對性的進行廢水處理。通過對全廠廢水分質回收，單獨處理的原則，優先施行深度用水優化，將可回用的廢水全部處理后回用，將不回用的廢水納入零排放改造系統。通過對不同零排放技術路線對比，最終選定低溫煙氣蒸發濃縮工藝+旁路煙道蒸發干燥工藝，最終徹底實現零排放。

1 全廠深度優化用水改造部分

項目公司深度優化用水及水污染防治項目的思路，是優化全廠用水系統，通過水的分級利用提高重復利用率。通過全廠深度用水優化，對全廠廢水統一調度，實行分類回收、分質利用。在機組及設備安全穩定運行的前提下，實現大部分廢水回用及消納，少量水質條件極差、難以回用的廢水通過脫鹽處理后回用。

1.1 鍋爐補給水處理系統

將鍋爐補給水系統排水分類收集、分質回用，將活性炭過濾器反洗水單獨收集，回用至斜管沉淀池進口。樹脂再生廢水經中和水池處處理后直接回用于脫硫系統，新增廢水輸送泵，匹配脫硫系統溢流水箱消納能力。

1.2 污泥脫水處理系統

將凈水站機械加速澄清池、空氣擦洗濾池、斜管沉淀池、無閥濾池和工業廢水處理系統產生排泥水進行收集，匯入污泥調節池。將污泥脫水系統進行修復，修復混凝劑、助凝劑加藥泵及加藥管路，更換離心脫水機。污泥脫水處理系統產水返回機械加速澄清池。

1.3 生活污水處理系統

收集全廠生活污水，將原生活污水處理系統廢棄、不再予以修復，新增2套5m3/h生活污水處理系統，處理后的水質按照《水污染物排放限值》（DB44/26-2001）中相關標準設計。

1.4 工業水及循環水回用系統

收集風機變頻器冷卻液，避免進入地下管網，降低工業水回用水箱溢流水量。降低工業水進入工業廢水處理系統水量，通過工業水回用水箱管路，直接回用循環冷卻水系統。

2 廢水深度濃縮改造部分

火電發電廠全廠無法消納的廢水濃縮減量的工藝分為兩大主流派系，熱法濃縮工藝和膜法濃縮工藝[2]，項目公司無法消納脫硫廢水10m3/h。

2.1 熱法濃縮工藝[3]

熱法濃縮減量工藝已發展多年，是一個相對成熟、可靠的工藝路線，海水淡化領域已應用多年，廢水處理領域也正逐步興起，主要技術有多級閃蒸（MSF）、機械蒸汽再壓縮（MVC/MVR）、低溫多效蒸餾法（MED）等工藝、低溫煙氣濃縮蒸發。廢水經熱法濃縮工藝處理后，濃水的TDS最高可達240000mg/L。

2.2 膜法濃縮工藝[4]

目前較為主流的膜濃縮工藝有：反滲透、正滲透、電滲析技術[5]。

膜法濃縮分預濃縮和深度濃縮兩個階段，預濃縮技術都大同小異，主要采用的是反滲透技術，如BWRO、SWRO、SCRO等，將需要處理的初步濃縮減量后，當濃縮液TDS達到一定值后再進行深度濃縮。BWRO、SWRO、SCRO為常規成熟技術。

膜法深度濃縮處理工藝主要有高壓反滲透（DTRO）、電滲析（ED）、正滲透（FO）。正滲透工藝目前在電力系統內應用案例較少，DTRO濃水含鹽量最大約120000mg/L，ED濃水含鹽量最大約200000mg/L。從技術對比分析來看，ED工藝更高的應用價值，能夠降低末端廢水水量，從而廢水濃縮工藝性價比。

2.3 深度濃縮工藝比選

從火電廠現有應用業績來看，應用較多的深度濃縮工藝有低溫煙氣濃縮蒸發、電滲析工藝及多效閃蒸工藝，三種工藝技術對比見表1。

表1 廢水深度濃縮工藝技術對比表

低溫煙氣濃縮工藝因抽取低溫煙氣量較大，會對脫硫系統水平衡存在影響，會降低脫硫系統工藝水用量，在脫硫廢水工藝水為原水的基礎上，可節約一定的水資源。

ED工藝在電力系統內尚未有長期穩定運行案例。對于膜法濃縮工藝而言，配套需新增廢水軟化除硬預處理系統，對于僅10m3/h處理量顯然經濟性欠佳。

多效閃蒸處理工藝配套需新增處理車間，同樣處理10m3/h脫硫廢水經濟性較差。

整體來看，低溫煙氣濃縮蒸發無需配套軟化系統，占地空間較小，系統操作較為簡便，作為深度濃縮工藝首選。

3 廢水零排放改造部分

目前較為主流的末端水處理工藝有三種，分別為旁路蒸發干燥技術、主煙道余熱蒸發干燥技術、蒸發結晶工藝。因蒸發結晶造價高，產生的結晶鹽的環保風險較大、運行費用較高，本次改造僅考慮主煙道余熱蒸發干燥技術和旁路蒸發干燥技術。

3.1 主煙道余熱蒸發干燥技術

將濃縮后的高鹽廢水霧化后噴入鍋爐尾部主煙道內，如除塵器入口煙道，利用煙氣中的余熱將廢水進行蒸發干燥。在主煙道余熱蒸發干燥技術處理工藝中，廢水蒸發后以水蒸氣的形式進入脫硫吸收塔內，冷凝后形成純凈的蒸餾水，進入脫硫系統內。同時，廢水中的鹽類在蒸發過程中析出，與煙氣中的飛灰混合后一期進入除塵器，有除塵器一同脫除。

項目公司空預器出口水平煙道標高9.2m，空預器出口水平煙道較短（約5m），之后煙道垂直上升至標高15.0m，垂直煙道長度約6m。除塵器入口水平煙道標高15.0m，幾乎無直管段，直接進入電袋復合除塵器。從空預器出口至除塵器入口煙道，無論垂直段還是水平段，長度均較短，無法滿足廢水霧化后煙道內完全蒸發所需要至少保證在8m以上安全距離。因此，主煙道余熱蒸發干燥技術無實施空間。

3.2 旁路蒸發干燥技術

設置獨立噴霧干燥裝置，干燥煙氣溫度350℃左右，高溫煙氣引自空預器前，廢水由輸送泵引至噴霧干燥塔，雙流體噴槍將其噴射至高溫煙氣中。為了提高霧化效果，配以壓縮空氣霧化，控制噴入液體及熱風的配比，將熱風溫度降至150℃左右，降溫后的煙氣引入除塵器前主煙道，由除塵器捕集灰分及析出的鹽類。廢水蒸發形成的水蒸氣隨煙氣進入脫硫系統冷凝成新鮮水，補充進入脫硫系統。

技術優點：從空預器入口前煙道引入的煙氣溫度較高，有利于廢水液滴的蒸發，有利于系統在機組低負荷工況下的穩定運行，不影響低低溫省煤器的布置；旁路蒸發干燥技術作為蒸發器主體，獨立于主機系統，設置煙氣閥門，便于施工和維護；利用少量高溫煙氣作為熱源，無需其他外部熱源；無污泥排放，飛灰及鹽類全部被除塵器捕集；占地面積小，系統相對簡單，設備少，運行維護費用低。

目前，外引煙氣進行高鹽廢水的霧化蒸發處理技術工程實施案例有焦作萬方電廠、浙能長興電廠、國家電投北海電廠、華電揚州電廠等，廢水蒸發量與外引煙氣量直接相關，由于外引煙氣量的限制，導致廢水蒸發量有限。另外，由于引入脫硝裝置出口的高溫高參數的煙氣作為廢水蒸發消納的熱源，將會減少進入空預器的高溫煙氣量，一定程度上降低鍋爐效率（0.3%左右，以單臺350MW機組蒸發4m3/h水計算）。

4 組合改造方案及結論

全廠改造優先開展深度優化用水部分，將能夠回用的廢水全部回用，僅剩余無法回用的廢水（如脫硫廢水、循環排污水反滲透濃水等）作為高鹽廢水進行深度濃縮，深度濃縮工藝選用低溫煙氣濃縮工藝，能夠充分利用機組低品質熱量，最大幅度降低能耗的追加。零排放改造部分采用旁路蒸發干燥技術，新增廢水蒸發塔，能夠保證末端廢水徹底實現水和鹽分分離，鹽分進去粉煤灰中，水汽進入煙氣中。將脫硫廢水10m3/h通過低溫煙氣濃縮工藝濃縮至2m3/h，濃縮倍率為5，最終通過旁路蒸發干燥技術實現零排放。

工程改造靜態投資費用為4496萬元，其中水資源深度用水優化部分靜態投資為1162萬元，低溫煙氣深度濃縮改造靜態投資費用為1545萬元，旁路煙道煙氣蒸發系統改造費用為1488萬元，增加運行成本（生產成本+財務費用）503萬元/年。

全廠深度優化用水是實現全廠零排放的前提和基石，無論從廢水水量還是水質的來看，都應實現廢水水量最少化，降低深度濃度階段設備處理規模，降低改造初投資。

廢水懸浮物較少但含鹽量高，如化學車間濃水、酸堿再生廢水及循環排污水等，可優先回用于脫硫系統，提高脫硫系統漿液中氯離子運行濃度，降一補降低脫硫廢水水量，有利于完成廢水零排放的同時，實現節能降耗。

減量濃縮單元效果直接影響末端廢水蒸發處理系統改造投資費用，電滲析ED、低溫煙氣蒸發、多效閃蒸等因根據廠里自身的熱源情況進行最優比選，選擇最優的工藝路線。

蒸發脫鹽單元采用煙道霧化蒸發路線。根據末端水量、煙氣參數及煙道布置空間等情況，考慮各工藝技術的投資運行成本和運行穩定性，優先考慮除塵器前煙道霧化蒸發（末端廢水水量較小，煙道和煙氣情況滿足要求），其次考慮空預器前旁路煙道蒸發（末端廢水水量較小，煙道或煙氣情況不能滿足直接霧化蒸發的要求）。