蒸發(fā)工藝在脫硫廢水零排放中的應(yīng)用

1、概述

目前國內(nèi)火力發(fā)電廠煙氣脫硫系統(tǒng)采用石灰石-石膏濕法脫硫方式的比較多。濕法脫硫需要定期一部分廢水排出系統(tǒng)，以維持系統(tǒng)的平衡。這部分脫硫廢水水質(zhì)成分較復(fù)雜，具有高濁度、高腐蝕性和高含鹽量及難處理的特點(diǎn)。濕法脫硫工藝中為維持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，避免氯濃度超標(biāo)造成設(shè)備材料腐蝕及保證石膏品質(zhì)，需要定期排放產(chǎn)生的廢水。脫硫廢水排放是以控制吸收塔內(nèi)Cl-質(zhì)量濃度在10-20g/L為宜。脫硫廢水的水質(zhì)和水量主要受石灰石品質(zhì)、燃煤種類及工藝補(bǔ)水水質(zhì)的影響。由于脫硫廢水水質(zhì)的特殊性，廢水處理難度較大，給燃煤電廠實(shí)現(xiàn)廢水“零排放”帶來了巨大挑戰(zhàn)。表1為某電廠脫硫廢水水質(zhì)主要指標(biāo)的一些數(shù)據(jù)。

2、脫硫廢水零排放技術(shù)路線

國內(nèi)目前實(shí)施的脫硫廢水零排放技術(shù)主要由三部分組成：廢水預(yù)處理軟化、水量濃縮、固化結(jié)晶處理。其中預(yù)處理軟化通過投加化學(xué)藥劑以去除水中的鈣、鎂硬度，降低后續(xù)系統(tǒng)的污堵和結(jié)垢。主要為石灰-碳酸鈉、氫氧化鈉-碳酸鈉軟化法。前者由于藥劑成本低且能更好地去除SO42-，運(yùn)用更普遍。水量濃縮的目的是減少廢水量，降低后續(xù)蒸發(fā)固化系統(tǒng)的投資和運(yùn)行成本，其主要分為熱法濃縮和膜濃縮兩種。熱濃縮工藝主要還分多效蒸發(fā)（MED）和機(jī)械蒸汽再壓縮（MVR）工藝。而膜濃縮包括反滲透、電滲析、正滲透等膜法減量技術(shù)。固化結(jié)晶處理是對軟化濃縮后的廢水進(jìn)行蒸發(fā)，使廢水中的水分汽化回收，鹽分固化成結(jié)晶鹽后外排處置，從而最終實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放。目前針對固化處理中的蒸發(fā)結(jié)晶和煙道蒸發(fā)兩種工藝，業(yè)內(nèi)人士對兩者的看法還存在一些分歧。下文對兩種工藝路線進(jìn)行了對比。

2.1 蒸發(fā)結(jié)晶工藝

脫硫廢水蒸發(fā)結(jié)晶工藝是熱法結(jié)晶技術(shù)對預(yù)處理后的高鹽廢水中的可溶性鹽進(jìn)行最終固化處理的一種方式。主要為多效（MED）和機(jī)械蒸汽再壓縮（MVR）兩種形式。經(jīng)預(yù)處理軟化過的脫硫廢水，一般進(jìn)行濃縮減量后送入蒸發(fā)結(jié)晶單元。廢水中鹽分結(jié)晶后以混鹽或工業(yè)純鹽的方式析出，蒸發(fā)出來的蒸餾水可廠內(nèi)回用。為實(shí)現(xiàn)結(jié)晶鹽資源化利用，蒸發(fā)單元前端可設(shè)置納濾分鹽工藝。利用納濾膜對一價(jià)和二價(jià)鹽的選擇性截留作用，分離出廢水中的氯化鈉并最終結(jié)晶出工業(yè)級產(chǎn)品。

蒸發(fā)過程中的能耗：MED由于后一級加熱器采用前一效蒸發(fā)產(chǎn)出的二次蒸汽作為熱源，系統(tǒng)能耗主要是首效生蒸汽的消耗。而MVR工藝的熱源是經(jīng)壓縮機(jī)升溫增壓后的二次蒸汽，系統(tǒng)除首次啟動需消耗少量生蒸汽外，正常運(yùn)行時(shí)無蒸汽消耗，因此能耗主要來自壓縮機(jī)的電耗。針對MED及MVR的能耗，表1進(jìn)行了對比。

2.2 煙道蒸發(fā)工藝

脫硫廢水煙道蒸發(fā)技術(shù)是將脫硫廢水經(jīng)霧化器霧化后，借助煙氣余熱實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)。蒸發(fā)產(chǎn)生的水蒸汽隨煙氣帶走，結(jié)晶鹽隨粉煤灰一起被電除塵器捕捉去除。

基于脫硫廢水水量和水質(zhì)特點(diǎn)，為避免噴嘴污堵，同時(shí)受煙氣余熱蒸發(fā)可承受的負(fù)荷限制，在脫硫廢水處理工藝前端往往需設(shè)置“預(yù)處理+濃縮系統(tǒng)”，從而確保噴入煙道的水量和水質(zhì)符合噴入煙道條件。

煙道蒸發(fā)按其蒸發(fā)位置的不同，分為主煙道余熱蒸發(fā)和高溫旁路煙道蒸發(fā)。

2.2.1 主煙道余熱蒸發(fā)。

主煙道蒸發(fā)主要是利用氣液兩相流噴嘴對預(yù)處理后的廢水進(jìn)行霧化，并將其噴灑在空氣預(yù)熱器與除塵器之間的煙道內(nèi)。在高溫?zé)煔獾淖饔孟?，煙道?nèi)的廢水在噴入的瞬間被快速蒸發(fā)，蒸發(fā)后溶解性鹽分固化到灰分中。該技術(shù)在國外的研究較早，也有一些電廠的應(yīng)用案例。相比而言，目前國內(nèi)對該技術(shù)的研究仍處于探索期，缺乏對工藝運(yùn)行條件及各因素間相互作用的深入研究。在國內(nèi)的一些案例中，存在結(jié)晶鹽堆積在煙道底部，堵塞煙道的問題。

煙道蒸發(fā)要求精確控制煙溫高于對應(yīng)條件下的酸露點(diǎn)，否則易造成除塵器電極板的腐蝕。同時(shí)為保證水分徹底蒸發(fā)，不會發(fā)生碰壁及觸底現(xiàn)象，就需對霧化液滴與煙氣之間的運(yùn)動、傳質(zhì)、傳熱規(guī)律進(jìn)行深入研究，但目前該領(lǐng)域研究還是基于軟件模擬分析，實(shí)際經(jīng)驗(yàn)仍不足。同時(shí)主煙道余熱蒸發(fā)還受限于煙道結(jié)構(gòu)。例如當(dāng)霧化液滴為60μm時(shí)，液滴完全蒸發(fā)需要的時(shí)間不足1s。如按煙氣流速15m/s算，完全蒸干液滴需要的有效煙道長度滿足十幾米的距離。而實(shí)際電廠由于低低溫技術(shù)的普及，導(dǎo)致有效煙道長度減小，使主煙道蒸發(fā)工藝應(yīng)用受限。

煙道蒸發(fā)后，固體鹽被電除塵器捕集后進(jìn)入灰分中。而電廠粉煤灰多與礦渣和石灰石等物質(zhì)一起用于配制混凝土及水泥等，按粉煤灰20%-40%的配比所制得粉煤灰硅酸鹽水泥中氯離子含量超過GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》中規(guī)定的氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.06%的要求，影響水泥的使用。表2計(jì)算了某電廠按煙道蒸發(fā)工藝處理6t/h脫硫廢水，并將所得粉煤灰以最低配比20%摻到硅酸鹽水泥中。以此制得的粉煤灰硅酸鹽水泥中氯離子含量達(dá)到0.0604%，超過了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。且由于煙氣中含有HCl，實(shí)際氯離子含量會更高。

2.2.2 旁路煙道蒸發(fā)。

為避免主煙道堵塞帶來的機(jī)組安全運(yùn)行問題，后期提出了旁路煙道噴灑技術(shù)。其原理是利用高效霧化噴嘴將預(yù)處理或經(jīng)濃縮后的高濃度含鹽廢水在外置蒸發(fā)塔內(nèi)霧化，抽取空預(yù)器前部分高溫?zé)煔猓s350°C）于蒸發(fā)塔內(nèi)蒸發(fā)廢水。蒸發(fā)產(chǎn)生的水蒸氣和結(jié)晶鹽隨煙氣一起并入空預(yù)器與低低溫省煤器之間煙道。結(jié)晶鹽隨粉煤灰一起被除塵器捕捉去除；水蒸氣隨煙氣進(jìn)入脫硫塔，在脫硫塔被冷凝后間接補(bǔ)充脫硫工藝用水，從而實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放。

由于該工藝是引空預(yù)器前端煙道內(nèi)高溫?zé)煔庹舭l(fā)脫硫廢水，因此會影響原有鍋爐廠設(shè)計(jì)的熱平衡，降低鍋爐效率，并造成煤耗升高。例如浙能長興電廠300MW機(jī)組處理3t/h脫硫廢水，消耗3%～5%的高溫?zé)煔?，造成鍋爐效率降低0.3%。以某電廠600MW機(jī)組為例，蒸發(fā)系統(tǒng)煙氣消耗及系統(tǒng)如表3所示。系統(tǒng)蒸發(fā)6t/h的脫硫廢水，需消耗機(jī)組3%左右的高溫?zé)煔?，由此會降低空氣預(yù)熱器的負(fù)荷，造成機(jī)組運(yùn)行煤耗增加。

3、結(jié)論

總的來說，蒸發(fā)結(jié)晶工藝能回收高品質(zhì)蒸餾水，并獲得可資源化利用的結(jié)晶鹽，但其投資運(yùn)行成本高。若要在濕法脫硫火電廠脫硫廢水零排放項(xiàng)目中進(jìn)行規(guī)模化推廣，相關(guān)工程公司和科研院所需通過合理選擇和優(yōu)化蒸發(fā)結(jié)晶前端工藝，即預(yù)處理軟化及水量濃縮工藝，來降低和優(yōu)化脫硫廢水零排放工藝的整體運(yùn)行成本，以提高系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。相比蒸發(fā)結(jié)晶，煙道蒸發(fā)工藝設(shè)備簡單，運(yùn)行投資費(fèi)用低。但該工藝在國內(nèi)目前還處在探索期，大規(guī)模工業(yè)運(yùn)用之前仍需考慮并解決諸多問題，尤其是對鍋爐熱效率的影響和蒸發(fā)不徹底造成的設(shè)備腐蝕以及粉煤灰品質(zhì)影響等等。（來源：上海泓濟(jì)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆?/span>