煙氣余熱蒸發(fā)濃縮干燥技術(shù)在電廠脫硫廢水零排放中的應(yīng)用

冉初萌

（國家能源集團(tuán)泰州發(fā)電有限公司，江蘇泰州225327）

0 引言

石灰石-石膏濕法脫硫?yàn)榭刂泼摿驖{液中氯離子濃度和平衡其他離子濃度，必須定期排出部分經(jīng)過石膏水力旋流站濃縮所得的脫硫廢水。脫硫廢水具有高鹽、高氯、強(qiáng)腐蝕的特點(diǎn)，并且含有大量的懸浮物以及重金屬。

1 常規(guī)脫硫廢水處理方法

常規(guī)脫硫廢水處理方法是廢水自流至脫硫廢水箱后，通過提升水泵將其送到脫硫廢水處理裝置，加入生石灰調(diào)節(jié)pH值，使重金屬離子生成氫氧化物微溶鹽和難溶鹽，再通過混凝澄清后從水中沉淀分離，出水排放至工業(yè)廢水池或者用于煤場噴淋。這種常規(guī)脫硫廢水處理方法的處理效果有限，未對廢水中的大量溶解鹽進(jìn)行處理。

2 目前脫硫廢水的零排放技術(shù)路線

2015年1月1日我國正式施行的新環(huán)保法，以及2015年4月頒布實(shí)施的《水污染防治行動計劃》都要求對脫硫廢水進(jìn)行深度處理，最終實(shí)現(xiàn)廢水零排放。

目前的脫硫廢水零排放技術(shù)主要為熱濃縮結(jié)晶技術(shù)、膜濃縮結(jié)晶技術(shù)、高溫?zé)煔庹舭l(fā)干燥技術(shù)、煙道噴霧蒸發(fā)干燥技術(shù)，其各自特點(diǎn)如下：

（1）熱濃縮結(jié)晶技術(shù)原理是通過強(qiáng)制循環(huán)換熱，提高廢水的溫度，蒸發(fā)大部分廢水中的水分，使其回用到電廠其他系統(tǒng)中，廢水中的鹽水濃縮減量，濃縮后的鹽水通過特制的結(jié)晶裝置使鹽分結(jié)晶析出，然后二次分離。熱法濃縮主要包括機(jī)械蒸汽壓縮MVC/MVR法、多效蒸發(fā)法、蒸汽壓縮法。結(jié)晶部分主要是利用廢水中污染物的物理特性，在特制結(jié)晶器中使其結(jié)晶析出。結(jié)晶器的型式主要有湍流結(jié)晶器、強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶器、奧斯蒸發(fā)式結(jié)晶器等。

熱濃縮結(jié)晶技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是占地面積小、效率高、受水質(zhì)水量的影響較小。但是此法系統(tǒng)復(fù)雜，其投資運(yùn)行費(fèi)用高，蒸發(fā)器噸水造價大于120萬元，結(jié)晶器噸水造價大于150萬元，噸水運(yùn)行成本在60元以上。其副產(chǎn)品為復(fù)合鹽，還需另外加以分離才可回收利用。另外，由于脫硫廢水的復(fù)雜性，蒸發(fā)器和結(jié)晶器均容易結(jié)垢，結(jié)垢后其蒸發(fā)和潔凈效率就會下降。如果脫硫廢水未軟化或者軟化效果不好，蒸發(fā)器和結(jié)晶器結(jié)垢情況更甚，清洗難度加大，運(yùn)行時間縮短，系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差。

（2）膜濃縮結(jié)晶技術(shù)主要是濃縮環(huán)節(jié)跟熱濃縮結(jié)晶不一樣，其余都是一樣的設(shè)置，膜法濃縮是根據(jù)粒徑不同實(shí)現(xiàn)分離濃縮，達(dá)到減量的目的。膜法濃縮方法眾多，常應(yīng)用于廢水零排放的主要為反滲透法、正滲透法、DPRO法。

膜法濃縮減量處理，相比較熱法濃縮技術(shù)的運(yùn)行成本和一次投資成本大幅下降。但膜設(shè)備抗水質(zhì)波動性差，易在膜和設(shè)備表面結(jié)垢，影響濃縮效率且后期運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用較高。

（3）高溫?zé)煔庹舭l(fā)干燥技術(shù)抽取部分空預(yù)器上游的高溫?zé)煔猓?00 ℃），設(shè)置一套旋轉(zhuǎn)噴霧干燥塔，將經(jīng)過預(yù)處理的廢水利用旋轉(zhuǎn)噴霧的方式噴射進(jìn)入干燥塔內(nèi)，干燥后的含塵煙氣直接進(jìn)入靜電除塵器，與粉煤灰混合收集，實(shí)現(xiàn)廢水的零排放。

該工藝抽取熱煙氣量較多，處理1 t水折合煤耗約0.1 g，機(jī)組熱損失較大。噴霧干燥采用壓力噴嘴霧化的方式，噴嘴口徑較小，為避免噴嘴結(jié)垢，必須進(jìn)行加藥軟化，藥劑費(fèi)用較高。噴霧干燥塔長期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的可靠性差，容易出現(xiàn)貼壁、結(jié)垢現(xiàn)象，噴嘴堵塞風(fēng)險較大。

（4）煙道噴霧干燥技術(shù)是將脫硫廢水進(jìn)行軟化處理后，在空預(yù)器后的煙道內(nèi)設(shè)置雙流體噴槍，將脫硫廢水直接噴射到煙道內(nèi)干燥，干燥后的粉塵進(jìn)入靜電除塵器實(shí)現(xiàn)脫除，最終摻混到粉煤灰中。

此技術(shù)工藝比較簡單但是空預(yù)器的煙氣溫度較低，會出現(xiàn)熱量不足，蒸發(fā)不徹底，煙道系統(tǒng)、噴嘴腐蝕嚴(yán)重等情況。

3 煙氣余熱蒸發(fā)濃縮干燥脫硫廢水零排放技術(shù)

本技術(shù)工藝抽取脫硫塔前高溫?zé)煔庾鳛檎舭l(fā)介質(zhì)，利用濕法噴淋的工藝實(shí)現(xiàn)脫硫廢水的濃縮減量。濃縮后的廢水經(jīng)過固液分離后，進(jìn)入調(diào)質(zhì)澄清池，利用消石灰調(diào)質(zhì)后絮凝澄清，澄清后的漿液輸送至干燥床區(qū)域，污泥堆積后放入煤場摻燒。干燥床利用熱二次風(fēng)作為干燥介質(zhì)，將漿液濃縮蒸發(fā)為含塵氣體，最后進(jìn)入靜電除塵前煙道與粉煤灰一同收集。其主要工藝流程如下：

（1）濃縮單元利用增壓風(fēng)機(jī)抽取引風(fēng)機(jī)后的高溫?zé)煔庾鳛檎舭l(fā)介質(zhì)，利用煙氣的余熱，在濃縮塔中實(shí)現(xiàn)廢水的濃縮。煙氣從濃縮塔底部進(jìn)入，依次經(jīng)過廢水噴淋層和除霧器，冷卻后的煙氣返回脫硫塔前煙道。濃縮后的廢水在底部漿池中，含固量控制在15%～30%，pH值在0.5～1.0，氯根含量在100～200 g/L。

（2）調(diào)質(zhì)單元利用消石灰加藥調(diào)質(zhì)使?jié){液pH值在7～9。濃縮后的漿液通過濃縮漿液排出泵打至一級調(diào)質(zhì)箱，經(jīng)消石灰加藥裝置調(diào)節(jié)漿液的pH值在7～9。合格的漿液經(jīng)一級調(diào)質(zhì)混合泵輸送至一級調(diào)質(zhì)澄清池，進(jìn)行絮凝沉淀，沉淀后的上部澄清液溢流至一級調(diào)質(zhì)濾清液箱，底流經(jīng)兩臺一級調(diào)質(zhì)污泥泵輸送至脫硫廢水系統(tǒng)澄清池進(jìn)行沉淀，并最終經(jīng)過板框壓濾機(jī)處理排固。一級濾清液箱內(nèi)漿液經(jīng)干燥料漿輸送泵輸送至漿液干燥系統(tǒng)進(jìn)行下一步工藝處理。

（3）干燥單元利用熱二次風(fēng)作為干燥熱源，干燥鹽溶液，最終生成顆粒物并吹入電除塵器內(nèi)，完成脫硫廢水零排放的資源化處理。

煙氣余熱蒸發(fā)濃縮干燥工藝流程如圖1所示。

圖1 煙氣余熱濃縮蒸發(fā)干燥工藝流程

4 煙氣余熱蒸發(fā)濃縮干燥脫硫廢水零排放工藝性能分析

以煙氣余熱蒸發(fā)濃縮干燥工藝作為總體思路，目前已在1 000 MW機(jī)組上實(shí)現(xiàn)了15 t/h處理量的工業(yè)化裝置投運(yùn)。投運(yùn)以來，系統(tǒng)濃縮干燥能力穩(wěn)定，對粉煤灰品質(zhì)無顯著影響。其運(yùn)行情況如下：

（1）濃縮單元采用漿液循環(huán)噴淋洗滌的方式實(shí)現(xiàn)漿液濃縮，為進(jìn)一步提高漿液的濃縮倍率，減小系統(tǒng)水耗，濃縮塔系統(tǒng)不引入新鮮工藝水，包括除霧器沖洗水在內(nèi)，均采用經(jīng)過廢水原水冷卻。濃縮單元的主要性能參數(shù)檢測結(jié)果如表1所示。

表1 濃縮單元的主要性能參數(shù)檢測結(jié)果

經(jīng)過濃縮后的濃縮漿液pH值在0.2～1，呈現(xiàn)出較強(qiáng)的腐蝕性，由濃縮漿液離子變化曲線（圖2）可以看出，經(jīng)過濃縮后的漿液中的氯離子、硫酸根離子、鈣離子、鎂離子等主要離子都呈現(xiàn)出較高的濃縮倍率，其中氯離子的濃度最高，在最大工況下，超過300 000 mg/L，屬于典型的高氯根、低pH值的酸性溶液。濃縮倍率可達(dá)5～10倍，相比其他濃縮技術(shù)，煙氣余熱蒸發(fā)濃縮干燥技術(shù)克服了熱耗高、設(shè)備可靠性低、濃縮倍率低的問題，且對于水質(zhì)變化，具有極強(qiáng)的適應(yīng)性。

經(jīng)過煙氣余熱濃縮后，濃縮出口的煙氣排煙溫度為50～60 ℃，實(shí)現(xiàn)了余熱利用和廢水的濃縮減量目的。在連續(xù)的正常運(yùn)行工況條件下，廢水連續(xù)處理量為13 t/h，濃縮漿液排放量約為0.8 t/h，為后續(xù)的濃縮漿液處理創(chuàng)造了良好的條件。

此外，濃縮系統(tǒng)運(yùn)行無藥品消耗，僅需增壓風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵、攪拌器的電能消耗，約為600 kWh。

（2）調(diào)質(zhì)單元通過加入廉價的消石灰在一級調(diào)質(zhì)箱進(jìn)行pH值調(diào)整，將其調(diào)整至弱堿性，之后再進(jìn)入澄清池中絮凝沉淀，上清液為高濃度的雜鹽溶液，自流到一級調(diào)質(zhì)濾清液箱收集，之后進(jìn)入到后續(xù)干燥系統(tǒng)。

調(diào)質(zhì)系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)檢測結(jié)果如表2所示。圖3為在連續(xù)運(yùn)行條件下，消石灰加藥量與濃縮漿液pH值之間的關(guān)系，可見加入少量消石灰，漿液的pH值迅速升高至5～6，之后繼續(xù)加入消石灰，由于氫氧化鈣的溶解度下降，pH值變化趨于平緩。在正常運(yùn)行條件下，控制調(diào)質(zhì)后漿液的pH值在7～9，在此堿性條件下，有利于氫氧化鎂的大量沉淀，可以降低上清液中的鎂離子含量。

此外，由圖3可見，將濃縮漿液的pH值提高至10左右，消石灰的耗量也極低，不超過50 kg/m3，因此，濃縮后的漿液特性與濃縮前的有較大差異，相比原三聯(lián)箱化學(xué)沉淀法，消石灰的消耗量大幅下降，可以利用較少的消石灰起到調(diào)節(jié)pH值的作用，為后續(xù)的干燥過程創(chuàng)造條件。

（3）干燥系統(tǒng)采用惰性載體流化床工藝，利用250～300 ℃的熱二次風(fēng)作為干燥介質(zhì)。由于前期廢水經(jīng)過濃縮減量，最終的干燥料漿流量不超過1.0 t/h，抽取熱風(fēng)量約為9 000 Nm3/h。使用熱風(fēng)量小，高品位熱源消耗低，熱風(fēng)占原總熱二次風(fēng)的比例低于0.3%，對鍋爐熱效率影響小于0.02%。表3整理了干燥系統(tǒng)性能參數(shù)的檢測結(jié)果。

圖2 濃縮漿液離子變化曲線

表2 濃漿調(diào)質(zhì)系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)檢測結(jié)果

圖3 消石灰加藥量與濃縮漿液pH值之間的關(guān)系

表3 干燥系統(tǒng)性能參數(shù)檢測結(jié)果

運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，該干燥裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）占地小，床體直徑是噴霧干燥塔的1/5，便于鍋爐區(qū)域的緊湊布置。

2）漿液以管道形式噴灑入床體即可，不需霧化，因此不易堵塞，適合含鹽量、含固量、鈣鎂離子較高的漿液。

3）惰性顆粒具有一定的蓄熱能力，對料漿的適應(yīng)性好，可適應(yīng)漿液組分的大幅度變化。

4）惰性顆粒與床體之間有較強(qiáng)的撞擊強(qiáng)度，床體內(nèi)不易結(jié)垢。

此外如表3所述，本工程干燥的漿液為雜鹽溶液，主要成分為氯化鈣、氯化鎂、硫酸鎂等雜鹽，控制床體溫度130～160 ℃，可有效避免雜鹽的分解，避免氯離子再次進(jìn)入煙氣系統(tǒng)；通過靜電除塵器的有效收集，可保證固體形態(tài)的鹽類混入粉煤中，同時由于固體含量極小，固體量為100～300 kg/h，氯離子在粉煤灰的比例約為0.1%～0.3%，對粉煤灰的影響可以忽略，不會影響粉煤灰的出售。

圖4為裝置投運(yùn)以來粉煤灰中氯離子濃度變化，由圖可見，粉煤灰中的氯離子濃度受燃煤離子濃度影響較大，在干燥系統(tǒng)投運(yùn)后，粉煤灰中的氯離子濃度在0.1%～0.3%波動。按照《通用硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)》（GB 175—2007）的規(guī)定，普通硅酸鹽水泥中的氯離子濃度不得超過0.6%，粉煤灰作為水泥生產(chǎn)的添加劑，正常添加比例為5%～10%，因此通常要求粉煤灰中的氯離子濃度不高于0.6%即可滿足正常使用要求。根據(jù)測試結(jié)果，并與下游水泥生產(chǎn)廠家落實(shí)，現(xiàn)有的粉煤灰的氯離子濃度滿足水泥生產(chǎn)要求。

圖4 裝置投運(yùn)以來粉煤灰中氯離子濃度變化

（4）基于煙氣余熱蒸發(fā)濃縮干燥的脫硫廢水零排放裝置運(yùn)行以來，廢水零排放的處理成本及物耗如表4所示。

該工藝系統(tǒng)運(yùn)行成本低，主要消耗為電耗、消石灰和熱風(fēng)，單位廢水的全部直接成本約為31.93元/t原水，小于原設(shè)計預(yù)期值40元/t。

此外通過廢水處理，回收的脫硫廢水的水以水蒸氣的形式直接進(jìn)入煙氣中，增大了煙氣濕度，降低了后續(xù)脫硫塔的運(yùn)行水耗，實(shí)現(xiàn)了結(jié)晶水的一步回收利用，避免了對回收水的二次處理等問題。

表4 廢水零排放的處理成本及物耗

5 結(jié)語

本文針對某1 000 MW機(jī)組，利用煙氣余熱蒸發(fā)濃縮干燥脫硫廢水零排放技術(shù)，建立了一套脫硫廢水零排放裝置，通過裝置運(yùn)行結(jié)果，獲得了以下結(jié)論：

（1）利用脫硫塔前低品位熱風(fēng)實(shí)現(xiàn)廢水的濃縮減量，能耗低、適應(yīng)性強(qiáng)。

（2）濃縮減量后的廢水調(diào)質(zhì)加藥僅需少量消石灰，成本低。

（3）干燥工藝所需熱二次風(fēng)少，對鍋爐熱效率影響小。

（4）經(jīng)熱二次風(fēng)干燥后，粉塵氣力輸送進(jìn)入煙道由除塵器收集且不影響粉煤灰的質(zhì)量，解決了“煙去哪”的難題。

該工藝系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，成本低，真正實(shí)現(xiàn)了低成本的脫硫廢水零排放，對處理脫硫廢水具有重要意義，推廣意義極強(qiáng)。