脫硫廢水濃縮技術(shù)現(xiàn)狀分析

摘要：隨著工業(yè)高速發(fā)展，我國廢水產(chǎn)生量逐年增加。其中，脫硫廢水是典型高鹽廢水。近年來，濃縮減量技術(shù)成為脫硫廢水零排放研究熱點(diǎn)。市場上，廢水濃縮技術(shù)主要分為2種，即膜法和熱法，目前以熱法為主。本文綜述煙氣濃縮、多效濃縮（以三效濃縮為代表）和空氣濃縮的技術(shù)原理、工藝流程和技術(shù)特點(diǎn)，然后以某企業(yè)脫硫廢水零排放項(xiàng)目為例，從技術(shù)性、安全性和經(jīng)濟(jì)性的角度對(duì)3種熱法濃縮技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析。研究結(jié)果表明，相比煙氣濃縮和三效濃縮，空氣濃縮的技術(shù)性、安全性和經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。

關(guān)鍵詞：脫硫廢水；熱法濃縮；煙氣濃縮；多效濃縮；空氣濃縮

中圖分類號(hào)：X773 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）04-00-05

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.04.029

Analysis on Current Situation of Concentration Technology of Desulfurization Wastewater

GUO Xiangjian， LI Weidong， PAN Shihan， WANG Zhaoguo， YIN Zeyang

（Zheneng Aksu Thermal-Power Co.， Ltd.， Aksu 843000， China）

Abstract： With the rapid development of industry， the amount of wastewater generated in China has been increasing year by year. Among them， desulfurization wastewater is a typical high salt wastewater. In recent years， concentration reduction technology has become a hot research topic for zero discharge of desulfurization wastewater. In the market， there are mainly two types of wastewater concentration technologies， namely membrane method and thermal method， with thermal method being the main method at present. This paper reviews the technical principles， process flow， and technical characteristics of flue gas concentration， multi effect concentration （represented by three effect concentration）， and air concentration， and then compares and analyzes three thermal concentration technologies from the perspectives of technology， safety， and economy by taking the zero discharge project of desulfurization wastewater in a certain enterprise as an example. The research results indicate that compared to flue gas concentration and three effect concentration， air concentration has better technical， safety， and economic benefits.

Keywords： desulfurization wastewater; thermal concentration; flue gas concentration; multi effect concentration; air concentration

隨著工業(yè)的蓬勃發(fā)展，我國廢水產(chǎn)生量逐年增加，特別是電力、熱力和化工等工業(yè)領(lǐng)域[1]。脫硫廢水是典型高鹽廢水，潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)高[2-3]。2022年9月19日，科學(xué)技術(shù)部、生態(tài)環(huán)境部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等部門聯(lián)合發(fā)布《“十四五”生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域科技創(chuàng)新專項(xiàng)規(guī)劃》，規(guī)劃提出，要研發(fā)高鹽廢水處理和資源化利用適用技術(shù)。研究表明，若1 t廢水煤耗量增加約106.1 kg，則折合費(fèi)用67.5～90.7元/（t·h）[4]。某企業(yè)的燃煤電廠配置2臺(tái)火力發(fā)電機(jī)組（單臺(tái)負(fù)荷1 000 MW），廢水產(chǎn)生量為20 t/h，每年運(yùn)行5 000 h，年運(yùn)行費(fèi)用為675萬～907萬元。近年來，濃縮減量已成為脫硫廢水零排放研究熱點(diǎn)。市場上，廢水濃縮技術(shù)主要有2種，即膜法和熱法。膜法存在預(yù)處理要求高、占地面積大、成本高和維護(hù)量大等不足[5]，不適用于處理脫硫廢水。目前，廢水濃縮技術(shù)以熱法為主。本文綜述煙氣濃縮、多效濃縮（以三效濃縮為代表）和空氣濃縮的技術(shù)原理、工藝流程和技術(shù)特點(diǎn)，然后以該企業(yè)脫硫廢水零排放項(xiàng)目為例，從技術(shù)性、安全性和經(jīng)濟(jì)性的角度對(duì)3種熱法濃縮技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，以更好地處理脫硫廢水，實(shí)現(xiàn)資源化利用。

1 熱法濃縮

熱法濃縮是指在一定壓力下，經(jīng)加熱，液體發(fā)生相變，轉(zhuǎn)化為氣體排出，廢水不斷循環(huán)，實(shí)現(xiàn)濃縮減量[6]。熱法濃縮技術(shù)主要分為3種，即煙氣濃縮、多效濃縮和空氣濃縮。

1.1 煙氣濃縮

煙氣濃縮的技術(shù)原理是熱煙氣與噴淋濃縮塔中冷廢水進(jìn)行傳質(zhì)換熱，利用煙氣熱量蒸發(fā)廢水，其工藝流程[7]如圖1所示。廢水經(jīng)給料泵送至濃縮塔；經(jīng)循環(huán)泵由濃縮塔底部抽取，送至上部霧化噴淋主煙道引出熱煙氣，經(jīng)風(fēng)機(jī)送入濃縮塔下部，上升時(shí)與霧化噴淋廢水直接接觸換熱；飽和濕煙氣經(jīng)除霧器后返回主煙道。廢水經(jīng)多次循環(huán)濃縮達(dá)標(biāo)后由濃縮塔底部排出。

煙氣濃縮的技術(shù)特點(diǎn)如表1所示。安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)包括濃縮塔、密封性、檢修、污染物循環(huán)和pH；技術(shù)性評(píng)價(jià)指標(biāo)包括系統(tǒng)配置、系統(tǒng)工藝、熱源、安裝位置、風(fēng)機(jī)性能和設(shè)備結(jié)垢；經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)包括設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用。

1.2 多效濃縮

多效濃縮的技術(shù)原理是利用負(fù)壓閃蒸進(jìn)行兩相分離。以三效濃縮技術(shù)為例，其工藝流程[8]如圖2所示。一是一效。廢水經(jīng)給料泵送至一效分離器，經(jīng)強(qiáng)循泵送至一效加熱器升溫后進(jìn)入分離器，在分離器中閃蒸后，剩余液體降溫，再次循環(huán)。在煙道中設(shè)置煙氣換熱器或直接利用輔助蒸汽作為一效熱源。二是二效。工藝流程同一效。在一效分離器中閃蒸蒸汽作為二效熱源。三是三效。工藝流程同一效。在二效分離器中閃蒸蒸汽作為三效熱源。廢水經(jīng)多次循環(huán)濃縮達(dá)標(biāo)后由三效分離器底部排出。

多效濃縮的技術(shù)特點(diǎn)如表2所示。安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)包括濃縮塔、密封性、檢修、污染物循環(huán)和pH[9]；技術(shù)性評(píng)價(jià)指標(biāo)包括系統(tǒng)配置、系統(tǒng)工藝、熱源、安裝位置、風(fēng)機(jī)性能和設(shè)備結(jié)垢；經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)包括設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用。

1.3 空氣濃縮

空氣濃縮的技術(shù)原理是利用高低溫飽和空氣含水量差異，達(dá)到濃縮目的，其工藝流程[10]如圖3所示。廢水經(jīng)給料泵送至濃縮塔；新建煙氣換熱器或利用電廠低溫省煤器熱媒水，間接利用煙氣余熱或輔助蒸汽作為廢水濃縮熱源。廢水由循環(huán)泵從濃縮塔內(nèi)部抽取，經(jīng)外部廢水換熱器升溫，送至濃縮塔上部做霧化噴淋。空氣經(jīng)風(fēng)機(jī)由濃縮塔下部鼓入，與上部噴淋熱廢水逆流換熱，飽和濕空氣經(jīng)濃縮塔除霧器后進(jìn)入脫硫塔前煙道。廢水經(jīng)多次循環(huán)濃縮后由濃縮塔底部排出。

空氣濃縮的技術(shù)特點(diǎn)如表3所示。安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)包括濃縮塔、密封性、檢修、污染物循環(huán)和pH；技術(shù)性評(píng)價(jià)指標(biāo)包括系統(tǒng)配置、系統(tǒng)工藝、熱源、安裝位置、風(fēng)機(jī)性能和設(shè)備結(jié)垢；經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)包括設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用。

2 熱法濃縮技術(shù)分析

該企業(yè)的燃煤電廠脫硫廢水零排放項(xiàng)目數(shù)據(jù)如表4所示。下面從技術(shù)性、安全性和經(jīng)濟(jì)性入手，對(duì)3種熱法濃縮技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，如表5所示。技術(shù)性評(píng)價(jià)指標(biāo)包括處理量、系統(tǒng)配置、濃縮倍率、氣體量、濃縮塔徑、占地面積、系統(tǒng)工藝、熱源、安裝位置、風(fēng)機(jī)性能和設(shè)備結(jié)垢；安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)包括濃縮塔、密封性、檢修、污染物循環(huán)和pH；經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)包括電氣轉(zhuǎn)換器（Electro-Pneumatic Convertor，EPC）設(shè)備投資、噸水運(yùn)行電耗和噸水運(yùn)行電費(fèi)。

2.1 空氣濃縮技術(shù)性更優(yōu)

空氣濃縮可實(shí)現(xiàn)2爐1塔，具有系統(tǒng)工藝簡單、占地面積小和安裝位置靈活等特點(diǎn)。雖然三效濃縮技術(shù)也可實(shí)現(xiàn)2爐1塔，但是系統(tǒng)工藝復(fù)雜，占地面積大，安裝位置受限。另外，空氣濃縮所需氣體量小，熱源靈活，風(fēng)機(jī)性能較強(qiáng)，設(shè)備不易結(jié)垢。

2.2 空氣濃縮安全性更優(yōu)

空氣濃縮的濃縮塔安全性強(qiáng)，污染物循環(huán)難，pH呈弱酸性。同時(shí)，空氣濃縮密封性較強(qiáng)，檢修危害程度小，檢修簡單。雖然三效濃縮技術(shù)密封性也強(qiáng)，但是其檢修困難。

2.3 空氣濃縮經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)

經(jīng)調(diào)研，單臺(tái)爐煙氣濃縮投資最低，但多臺(tái)爐空氣濃縮EPC設(shè)備投資少，噸水運(yùn)行電費(fèi)少。從EPC設(shè)備投資來看，煙氣濃縮約為2 500萬元；三效濃縮約為6 400萬元，其中電廠輔助蒸汽約為3 000萬元，新建煙氣換熱器約為3 400萬元；空氣濃縮約為

5 680萬元，其中利用低溫省煤器熱媒水約為2 400萬元，新建煙氣換熱器約為3 280萬元。

3 結(jié)語

目前，熱法濃縮技術(shù)主要有3種，即煙氣濃縮、多效濃縮（以三效濃縮為代表）和空氣濃縮。本文綜述三者的技術(shù)原理、工藝流程和技術(shù)特點(diǎn)，并以燃煤電廠脫硫廢水零排放項(xiàng)目為例，對(duì)比分析其技術(shù)性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相比煙氣濃縮和三效濃縮，空氣濃縮的技術(shù)性、安全性和經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。

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