火電廠廢熱蒸發濃縮脫硫廢水中試零排放實驗研究

王可輝，蔣 芬，徐志清，趙 軍，王 飛，顧小紅

(中國國電北京朗新明環保科技有限公司南京分公司，南京 210019)

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火電廠廢熱蒸發濃縮脫硫廢水中試零排放實驗研究

王可輝，蔣 芬，徐志清，趙 軍，王 飛，顧小紅

(中國國電北京朗新明環保科技有限公司南京分公司，南京 210019)

現行常規處理的火電廠脫硫廢水，設備故障率高、難以去除重金屬離子和無法除去氯離子等諸多缺點。實驗利用電廠余廢熱對脫硫廢水進行常溫蒸發，對實驗前后水質測試可知，實驗減量濃縮效果顯著，該技術的熱交換過程溫升小，蒸發過程全部發生在蒸發單元的氣相和液相的界面，基本消除了結垢風險，對系統進水水質要求低，可根據電廠脫硫廢水的實際情況僅需簡單調整pH值即可進行蒸發處理，節省了大量的藥劑費用，由于屬于常溫常壓范圍，大大降低了高含鹽量條件下的設備腐蝕風險，減少了設備制造成本，使廢水零排放技術的大規模推廣成為可能。

脫硫廢水；常溫蒸發；零排放

石灰石—石膏濕法煙氣脫硫因其技術成熟，適應性強成為我國當前火電廠煙氣脫硫的主流工藝。濕法脫硫工藝脫硫時，脫硫吸收塔內漿液反復循環利用，塔內可溶鹽漿液不斷濃縮，為確保脫硫性能和維持系統內的氯離子平衡，需要不斷補充、更新漿液，此過程中需要排放含有大量重金屬離子的廢水，此部分排放的廢水即為 “脫硫廢水”[1]。廢水中主要含有懸浮物、硫酸鹽、過飽和亞硫酸鹽以及重金屬等雜質[2]，很多是國家環保標準中嚴格要求控制的第一類污染物[3]，采用普通方法處理這部分廢水很難達標排放，針對脫硫廢水處理提出新型的處理方法顯的尤為重要，尤其是經濟發達地區對環保要求更高，往往要求高含鹽廢水“零排放”。

現有火電廠廢水零排放工藝主要有多效蒸發技術、機械蒸汽再壓縮蒸發(MVR)等技術[4]，投資和運行維護成本高，一般工業企業難以承受。另一方面能耗高、結垢風險大、運行維護困難，進一步增加了企業的生產運行成本和運行人員的勞動強度。嚴重制約了零排放技術的推廣和應用。因此，開發投資省、能耗低、維護量少的火電廠廢水零排放集成技術已經成為必然趨勢。

為解決廢水零排放項目中存在的技術瓶頸，南京朗新明與國電江蘇某電廠合作，對所研發的高含鹽廢水低溫強化自然蒸發濃縮處理技術開展工業性中試，以驗證該技術在電廠高含鹽廢水、脫硫廢水零排放處理方面的可行性和適應性。

1 工藝原理及說明

高含鹽廢水低溫強化自然蒸發濃縮技術是利用常溫常壓下不飽和濕空氣的水汽容納裕量進行自然蒸發的一種新型蒸發濃縮技術。該技術利用工業企業余熱廢熱(如循環冷卻水、

汽輪機乏汽等)作為熱源，通過獨特的系統設計，實現常溫常壓下的自然蒸發。系統工藝流程簡圖如圖1所示。

圖1 強化自然蒸發結晶系統工藝流程簡圖

國電江蘇某電廠靠近長江邊上，水資源豐富，鍋爐出水經過凝汽器冷卻通過虹吸井直排長江，不重復利用，直排的虹吸井的冷卻水屬于低品熱源，隨季節變化溫度在20～40℃，根據熱力學第二定律，循環水溫度不可能低于當地的環境水溫度[5]，此部分低品熱源雖然溫度不高，但是要能把此部分熱源利用起來將為電廠節約大量的能源。

本實驗熱源取自虹吸井中冷卻直排水，熱水經熱水泵提升到列管式換熱器對脫硫廢水進行換熱，換熱完廢水經過出水管再次回到虹吸井，不影響虹吸井的正常運行，經過換熱器換熱的脫硫廢水經蒸發池進行降溫蒸發，如此循環往復，在常溫常壓下進行自然蒸發濃縮，試驗工藝流程如圖2所示，試驗現場裝置如圖3所示。

圖2 中試裝置工藝流程

圖3 現場試驗裝置圖片

強化自然蒸發裝置中試運行參數見表1。

表1 中試裝置運行參數

2 試驗材料及方法

2.1 試驗分析儀器

試驗分析儀器主要有DR5000紫外分光光度計、T-70自動滴定儀、PE optima8000等離子體發射光譜儀、AC120S電子天平、LC-223電熱恒溫烘箱。

2.2 脫硫廢水水質

國電江蘇某電廠脫硫采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝，脫硫吸收塔漿液運行一段時間后，定期排放一部分漿液至石膏脫水系統中，石膏旋流站上清液經過廢水旋流站的二級旋流后，利用脫硫廢水提取系統提取出需要處理的脫硫廢水，此部分脫硫廢水未經過任何處理直接排到電廠的工業水池，廢水主要特征：呈弱酸性、懸浮物高、顆粒物細小等。現場實拍圖片如圖4所示。

圖4 電廠工業水池中的脫硫廢水

電廠脫硫廢水水質分析見表2。

表2 電廠脫硫廢水水質分析 mg/L

2.3 實驗過程

低溫強化自然蒸發裝置蒸發單元由三部分組成：余熱利用單元、蒸發單元、濃縮液分離單元。實驗數據通過PLC控制柜實時顯示并記錄，實驗過程如下。

(1)利用熱水泵將虹吸井中的廢熱水提升到列管式換熱器中，廢熱水進水溫度經過溫度計實測20～26℃(水溫有小范圍波動)，換熱完廢水溫度15～18℃，換熱溫差6℃左右，換熱完廢水經過出水管返回到虹吸井中，不影響虹吸井的正常運行。

(2)國電江蘇某電廠脫硫廢水在吸收塔漿液排放至石膏脫水系統制作石膏過程中，石膏旋流站上清液經過廢水旋流站的二級旋流后，利用脫硫廢水提取系統提取出需要處理的脫硫廢水。此部分脫硫廢水未經過任何處理直接排到電廠的工業水池，工業水池中的脫硫廢水經過潛水提升泵打到實驗裝置的原水箱中(水箱容積2 500 L)，通過重力溢流至蒸發池中，經過強制循環渣漿泵，將蒸發池中的脫硫廢水送到換熱器中，經過換熱后再送回蒸發池中，如此循環往復。經過溫度計實測脫硫廢水換熱完溫度約為21℃，經過蒸發池蒸發降溫后溫度約為16℃，溫降范圍在5℃左右。

(3)隨著水分的不斷蒸發，系統中的脫硫廢水含鹽量不斷增大，這部分濃水在濃縮分離箱中不斷濃縮，當達到過飽和狀態時有部分晶體從濃水中析出，上清液返回至蒸發池中繼續蒸發。

(4)PLC控制柜實時顯示并記錄進出水量、液位變化情況，在不考慮其他因素影響的情況下，通過電磁流量計上總的來水和PLC控制柜上的數據記錄綜合算出每小時蒸發水量。

3 實驗結果與討論

3.1 濃水水質分析

原水經過運行一段時間后，蒸發池中脫硫廢水濃度不斷增加，脫硫廢水濃縮水的水質檢測如表3所示。

表3 蒸發池中濃水水質 mg/L

由表2和表3中的數據可知，TDS的濃縮倍數大約為8倍，考慮到在污泥濃縮箱中硫酸鈣的沉淀析出，濃水中的硫酸根和鈣離子會有部分減少，濃水中的Cl-濃度不斷增大，由于Cl-具有較強的穿透性和腐蝕性，蒸發濃縮設備必須是防腐性材料，否則運行一段時間設備就會出現故障。

3.2 高含鹽濃水加藥沉淀分析

實驗過程中取部分濃縮水放置6 h，觀察發現沉淀效果并不明顯，無明顯的固液分離界面，對其中的濃水加入混凝劑和絮凝藥劑沉淀發現懸浮物沉降效果明顯，有很明顯的礬花，對于后面濃縮后的濃水可以考慮加入適量藥劑進行沉淀，有利于將除濃水中的懸浮固形物析出，過濾出固行懸浮物，對于后面的濃鹽水送到蒸發器可以減少蒸發系統的結垢風險。濃水加藥后效果如圖5所示。

圖5 濃水加藥后效果

3.3 蒸發水量

本實驗目前在秋冬季最差的環境下進行，電廠地處長江邊上，冬季溫度低，環境濕度大，選取某天的蒸發水量如圖6所示，由實驗結果可知穩定運行狀態下70 min左右蒸發一噸廢水，基本達到設計時的蒸發水量。

圖6 穩定運行時的蒸發水量

3.4 系統結垢腐蝕情況分析

實驗運行一個半月左右的時間發現換熱效率下降比較明顯，起機后換熱溫升比較慢，初步分析可能換熱器管壁有堵塞結垢現象，用8%濃度的鹽酸對換熱器進行沖洗，同時把壓力進行適當提高，對換熱器內壁進行高壓沖洗1 h，之后沖洗起機運行，調整到之前運行參數，設備運行正常。

3.5 運行成本分析

強化自然蒸發裝置正常運行時除了電耗，幾乎沒有其它的額外能耗，按照處理噸水計，電機總功率56.5 kW，電廠廠用電按照0.43元每度計算的話，一個小時的運行成本56.5×0.43=24.209元，一天運行成本：56.5×0.43×24=583.08元，年運行成本56.5×0.43×24×365=212 824.2元。

4 結論

(1)通過開展工業性實驗可知，低溫強化自然蒸發裝置很好的利用了電廠的余熱廢熱資源，能耗低。正常運行能耗主要是水泵和風機的運轉，和清洗換熱器少量的藥劑消耗，無需新鮮蒸汽，可為電廠節約大量的能源。

(2)該技術的熱交換過程溫升小，蒸發過程全部發生在蒸發單元的氣相和液相的界面，基本消除了結垢的風險，因此對系統進水水質要求低，可根據電廠脫硫廢水的實際情況僅需簡單調整pH值即可以進行蒸發處理，不需要嚴格的軟化預處理，節省了大量的藥劑費用。

(3)低溫強化自然蒸發結晶技術蒸發過程在20～40℃條件下發生，屬于常溫常壓范圍，大大降低了高含鹽量條件下的設備腐蝕風險，減少了設備制造成本，使廢水零排放技術的大規模推廣成為可能。

(4)運行維護方便。系統結垢、腐蝕風險降低，且沒有高溫高壓設備、復雜的污泥脫水設備和加藥設備，因此低溫強化自然蒸發結晶處理系統運行維護簡單，可實現無人值守設計。后面工程應用時后面的的濃鹽水可以選擇強制循環蒸發結晶器，對其進行蒸發結晶處理，由于前面濃縮使來水水量大量減少，相比于將脫硫廢水直接進行蒸發結晶處理能耗成本降低很多，經濟效益顯著。

(5)目前經蒸發單元蒸發出去的水量每小時大概有1 t，后期可以考慮在蒸發池頂部增加一套冷凝水回收裝置，將蒸發出去的水汽冷凝回收再利用。

[1]王敏琪. 火電廠濕式煙氣脫硫廢水特性及處理系統研究[D].杭州：浙江工業大學，2013.

[2]楊明杰.脫硫廢水設計方案及經濟性分析[C]．山東電機工程學會2011年學術年會論文集，2011．

[3]楊明杰.脫硫廢水設計方案及經濟性分析[J]．給水排水，2012，38(1): 54-55．

[4]王 丹，蔣道利. 蒸發結晶技術在高含鹽廢水零排放領域的應用[J].中國井礦鹽,2014,45(10):7-10.

WANG Dan, JIANG Dao-li. The application of evaporation crystallization technology in zero discharge area of high salt wastewater[J]．China Well and Rock Salt，2014，45 (10)：7-10．

[5]王 楓.電廠循環水余熱利用方案研究[D].北京：華北電力大學，2009.

[6]國家環保總局.水和廢水監測分析方法(第4版)[M].北京：國環科學出版社，2002.

(本文編輯：趙艷粉)

Industrial Zero Discharge by Evaporating and Concentrating Desulfurized Wastewater with Waste Heat in Coal-Fired Power Plant

WANG Ke-hui, JIANG Fen, XU Zhi-qing, ZHAO Jun, WANG Fei, GU Xiao-hong

(Nanjing Branch, Beijing Lucency Enviro-Tech Co., Ltd., Nanjing 210019, China)

The existing conventional treatment of desulfurized wastewater in coal-fired power plant, is defective in high equipment failure rate and difficulty to remove heavy metal ions and chloride ion. This experiment evaporated desulfurized wastewater at room temperature by using power plant waste heat. The water quality test before and after the experiment varified the remarkable experimental effect, reducing small temperature rise during heat exchange. The evaporation process all occurred on gas phase-liquid phase interface of the evaporation unit, basically eliminating scale risks. With the low water quality requirements of the system, wastewater van be evaporated by simply adjusting pH value according to the actual situation of power plant desulfurized wastewater, therefore, saving a lot of drug costs. The normal temperature and atmospheric pressure greatly reduces the equipment corrosion risk under the condition of high salt content, decreases the equipment manufacture cost, and makes it possible to widely promote the wastewater zero discharge technology.

desulfurized wastewater; room temperature evaporation; zero emission

10.11973/dlyny201506025

王可輝(1987)，男，碩士，從事火電廠脫硫廢水排放新技術研發。

X701.3

B

2095-1256(2015)06-0854-04

2015-07-08

發電技術