電廠煙氣蒸發(fā)脫硫廢水處理工藝

大型燃煤發(fā)電機組普遍采用石灰石-石膏法脫硫工藝，該工藝技術(shù)成熟、脫硫效率高、適用煤種范圍廣、脫硫劑來源豐富且廉價，是目前世界上應(yīng)用最廣泛的一種脫硫技術(shù)。石灰石-石膏脫硫系統(tǒng)在運行中由于工藝水循環(huán)會產(chǎn)生一定量的高濃廢水，該廢水具有水量水質(zhì)波動大、可溶性離子（Cl-、SO42-）濃度高、重金屬離子種類較多等特點，采用普通方法很難使處理后的脫硫廢水達(dá)標(biāo)排放。隨著國家相關(guān)水污染防治政策的陸續(xù)出臺，燃煤電廠對脫硫廢水零排放技術(shù)的需求日漸增多，脫硫廢水零排放技術(shù)也成為近些年行業(yè)內(nèi)的研究熱點。

目前，國內(nèi)燃煤電廠脫硫廢水零排放的技術(shù)主要有：預(yù)處理-傳統(tǒng)蒸發(fā)結(jié)晶、預(yù)處理-膜濃縮-傳統(tǒng)蒸發(fā)結(jié)晶、預(yù)處理-煙道噴霧干燥技術(shù)，下面主要討論噴霧干燥法煙氣蒸發(fā)脫硫廢水技術(shù)。

1、煙氣蒸發(fā)脫硫廢水工藝

煙氣蒸發(fā)脫硫廢水工藝根據(jù)蒸發(fā)位置的不同分為煙道內(nèi)蒸發(fā)和煙道外蒸發(fā)，根據(jù)煙氣溫度的高低又分為高溫?zé)煔庹舭l(fā)和低溫?zé)煔庹舭l(fā)。煙道內(nèi)蒸發(fā)工藝通常采用霧化噴嘴將電廠預(yù)處理后的脫硫廢水進行霧化，噴入電廠空預(yù)器與電除塵器之間的煙道內(nèi)，利用煙道內(nèi)120℃～140℃的煙氣將霧化后的廢水液滴蒸干（低溫?zé)煔庹舭l(fā)），形成細(xì)小固體顆粒結(jié)晶隨煙氣灰塵進入除塵器被捕捉，進入除塵器灰斗隨灰外排，達(dá)到脫硫廢水零排放的目的。煙道外蒸發(fā)工藝通常抽取空預(yù)器前的高溫?zé)煔猓?/span>300℃～350℃），與脫硫廢水一同送入干燥裝置進行傳熱蒸發(fā)，高溫?zé)煔庠诟稍镅b置內(nèi)將廢水液滴蒸干后被引出干燥裝置，送入空預(yù)器后的煙道中，形成的細(xì)小固體顆粒結(jié)晶一部分落在干燥裝置底部，大部分隨著煙氣進入除塵器，被除塵器捕集于灰斗內(nèi)。煙道外蒸發(fā)工藝相比煙道內(nèi)蒸發(fā)工藝而言，其煙氣溫度達(dá)到300℃以上，能夠?qū)U水完全蒸干且受負(fù)荷變動影響?。黄湔舭l(fā)過程在鍋爐煙道外進行，鍋爐煙道和煙氣系統(tǒng)設(shè)備基本不受液滴粒徑和霧化效果的影響。

2、旋轉(zhuǎn)噴霧干燥工藝

2.1 旋轉(zhuǎn)噴霧干燥工藝原理

日本三菱日立電力系統(tǒng)株式會社（簡稱MSPH）擁有一項煙氣蒸發(fā)脫硫廢水專利工藝，即旋轉(zhuǎn)噴霧干燥技術(shù)，此技術(shù)是利用空預(yù)器前的高溫?zé)煔庠诟稍锼?nèi)對脫硫廢水進行蒸發(fā)干燥，其工藝流程如圖1。

如圖1所示，從空預(yù)器前抽取的熱煙氣經(jīng)過分散進入干燥塔頂部，廢水溶液通過旋轉(zhuǎn)霧化器霧化成平均直徑10μm~120μm的精細(xì)漿霧滴與熱煙氣進行接觸，在氣液接觸過程中，水分被迅速蒸發(fā)，通過控制煙氣量與分布、液體流速、霧滴直徑等，使霧化后的霧滴到達(dá)干燥塔壁之前，霧滴已被蒸發(fā)干燥，干燥產(chǎn)物在蒸發(fā)塔底部高速渦流后，隨煙氣進入除塵器處理。進入干燥塔的脫硫廢水可以是未進行預(yù)處理（來自三聯(lián)箱前）的，也可以是預(yù)處理減量后的廢水。干燥塔外形見圖2。

噴霧干燥工藝技術(shù)的核心是旋轉(zhuǎn)霧化器，每個干燥塔配置一個旋轉(zhuǎn)霧化器，煙氣通過煙氣分布器后進入干燥塔，保證煙氣與霧滴充分混合，實現(xiàn)傳熱、傳質(zhì)反應(yīng)。通過控制霧化器的轉(zhuǎn)速，保證終產(chǎn)物干燥的前提下，避免“濕壁”現(xiàn)象的產(chǎn)生。由于噴霧干燥系統(tǒng)的工作溫度總是在露點溫度以上，所以塔體及煙道等與煙氣介質(zhì)接觸的材料無需進行防腐處理，采用普通碳鋼即可。因脫硫廢水Cl含量高，與脫硫廢水接觸的霧化盤采用哈氏合金材質(zhì)。

旋轉(zhuǎn)霧化器與煙氣分布器均位于干燥塔頂部，旋轉(zhuǎn)霧化器由變頻電機通過增速齒輪帶動，其轉(zhuǎn)速在10000rpm～15000rpm之間可調(diào)。利用旋轉(zhuǎn)霧化器的離心力，使料液在旋轉(zhuǎn)表面上伸展為薄膜，并以不斷增長的速度向霧化盤的邊緣運動，離開霧化盤邊緣時，實現(xiàn)溶液轉(zhuǎn)化成細(xì)小霧滴。旋轉(zhuǎn)霧化器與煙氣分布器外形見圖3和圖4。

2.2 旋轉(zhuǎn)噴霧干燥工藝的應(yīng)用

2.2.1 旋轉(zhuǎn)噴霧干燥工藝的應(yīng)用

山西臨汾熱電有限公司的2臺300MW燃煤發(fā)電機組，分別于2010年12月和2013年12月投入商業(yè)運行，汽輪機組采用一次再熱、雙缸雙排汽、直接空冷、抽汽凝汽式汽輪發(fā)電機組，配2×1060t/h國產(chǎn)亞臨界、四角切圓燃燒、一次中間再熱、固態(tài)排渣爐。2臺機組在建設(shè)時同步配有100％煙氣脫硝和脫硫裝置，脫硫工藝為石灰石-石膏濕法，原脫硫廢水采用了傳統(tǒng)的化學(xué)沉淀處理法（三聯(lián)箱沉淀），其工藝流程如圖5。

脫硫廢水經(jīng)處理后回用，其終端用戶主要是對水質(zhì)要求不高的灰渣加濕攪拌、灰場噴灑等。隨著電廠灰渣綜合利用比例提高，脫硫廢水的去處困擾著電廠，原脫硫廢水處理系統(tǒng)達(dá)不到廢水零排放的要求。

臨汾熱電有限公司于2017年初開始，經(jīng)過對脫硫廢水零排放工藝的調(diào)研、論證后，選擇采用日本三菱日立電力的旋轉(zhuǎn)噴霧干燥工藝對脫硫廢水處理系統(tǒng)進行改造。改造工程于2017年4月開始，2017年7月24日投運。改造方案為：設(shè)置一個噴霧干燥塔安裝于1號機組鍋爐西側(cè)，從1號鍋爐空預(yù)器前引接煙氣，從三聯(lián)箱前引接廢水，旋轉(zhuǎn)噴霧干燥系統(tǒng)的設(shè)計蒸發(fā)廢水量為5m3/h，設(shè)計參數(shù)見下表1。

2.2.2 應(yīng)用效果

臨汾熱電有限公司脫硫廢水零排放系統(tǒng)改造工程結(jié)束后，于2017年7月20日首次通煙氣運行，7月24日移交電廠運行，在此期間日本三菱日立電力進行了各項測試。8月5日―8月8日，建設(shè)方委托湖北歐凱檢測技術(shù)有限公司對改造工程進行了性能測試，測試數(shù)據(jù)見下表2。

3、旋轉(zhuǎn)噴霧干燥工藝的能耗與運行成本分析

3.1 旋轉(zhuǎn)噴霧干燥工藝的電耗

電廠原有脫硫廢水處理系統(tǒng)中的用電設(shè)備主要有各類箱罐攪拌器、廢水輸送泵、澄清池刮泥機、清水泵、污泥輸送泵、壓濾機高壓清洗泵、壓濾水泵、堿計量泵、加藥插桶泵等，電動機的額定容量總計89kW。旋轉(zhuǎn)噴霧干燥系統(tǒng)中的廢水來自常規(guī)系統(tǒng)三聯(lián)箱前，在干燥塔附近重新設(shè)置一套廢水存儲箱，通過新配置的廢水輸送泵將廢水送入干燥塔內(nèi)。旋轉(zhuǎn)噴霧干燥系統(tǒng)的用電設(shè)備有旋轉(zhuǎn)霧化器、廢水輸送泵、廢水箱攪拌器及照明箱和檢修箱，電動機的額定容量總計80kW。所以，旋轉(zhuǎn)噴霧干燥工藝的電耗可忽略不計。

3.2 旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法的熱耗與運行成本

根據(jù)旋轉(zhuǎn)噴霧干燥系統(tǒng)的設(shè)計值和實測值，分別估算蒸發(fā)廢水所用的煙氣熱量、對供電煤耗的影響和投運后處理每噸廢水的成本，詳見表3。

4、結(jié)語

旋轉(zhuǎn)噴霧干燥工藝與濃縮結(jié)晶工藝相比，其初投資低、占地面積小、處理每噸廢水的成本低、運行簡單靈活，且無副產(chǎn)品生成；旋轉(zhuǎn)噴霧干燥工藝與主煙道內(nèi)蒸發(fā)工藝相比，其對電廠煙氣系統(tǒng)影響較小，廢水能夠蒸發(fā)徹底，旋轉(zhuǎn)霧化器不會堵塞。（來源：中國能源建設(shè)集團山西省電力勘測設(shè)計院有限公司）