燃煤火力發電廠脫硫廢水處理技術的研究

文 // 孫少鵬 朱文中 蔣文 胡清 顏喜 華電電力科學研究院

在燃煤火力發電廠的各種煙氣脫硫方法中，石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術因其脫硫效率高、脫硫劑資源豐富且利用率高、對煤種適應性好、工藝成熟、負荷范圍廣、運行可靠等優點，已成為我國燃煤發電廠應用最廣泛的脫硫工藝。

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統在運行過程中，隨著吸收漿液的循環使用，漿液中的F-、Cl-和懸浮物濃度不斷升高。因此，必須定期排出廢水并補充新鮮水來控制吸收漿液中F-、Cl-的濃度，維持系統的物料平衡，保證脫硫系統的安全穩定運行。由于脫硫系統排放的廢水具有懸浮物高、含鹽量高、硬度高、容易結垢、重金屬富集、化學需氧量（COD）高、腐蝕性強等特點，不能將其直接排入電廠的廢水處理系統，必須設置獨立的脫硫廢水處理系統，以達到環保排放標準甚至實現脫硫廢水的零排放。

目前脫硫廢水處理技術包括常規處理工藝，以及在此基礎上開發的深度處理技術。文章對現有的脫硫廢水處理技術進行了分析和比較，為燃煤電廠的脫硫廢水處理工藝選型提供參考依據。

1 脫硫廢水常規處理工藝

國內脫硫廢水的常規處理工藝主要采用物化法，以化學、機械方法分離重金屬和其它可沉淀的鹽類，該方法工藝成熟、流程簡單、成本低廉。通常加入石灰乳將廢水的pH值調至6～7，通過生成CaF2沉淀去除F-。然后加入石灰乳、有機硫和絮凝劑等，將pH值升高至8～9，使剩余重金屬離子以氫氧化物和硫化物的形式沉淀。反應過程中同時產生CaF2、CaSO3、CaSO4沉淀物以分離廢水中的氟化物、亞硫酸鹽、硫酸鹽等鹽類物質。

整個脫硫廢水系統包括廢水氧化、加藥反應、沉淀分離、污泥處理4個分系統。圖1為脫硫廢水常規處理工藝流程圖。

1.1 廢水氧化

脫硫廢水通過廢水緩沖池，池內通入壓縮空氣將亞硫酸鹽氧化成硫酸鹽，降低COD含量。廢水緩沖池配置攪拌器加快氧化速度并防止固體沉積。

1.2 加藥反應

脫硫廢水從廢水緩沖池用泵送入三聯箱。三聯箱由中和箱、反應箱和絮凝箱連通構成, 分別完成廢水的pH調整、沉淀反應和混凝澄清。

圖1 脫硫廢水常規處理工藝流程圖

1.2.1 中和箱

向中和箱中加入石灰乳，將廢水的p H值調整為8.5～9.2，為后續處理工藝環節創造適宜的反應條件。同時，Fe3+、Zn2+、Cu2+等金屬離子形成微溶的氫氧化物得以沉淀去除，并且廢水中的部分F-與Ca2+反應生成難溶的CaF2。

1.2.2 反應箱

向反應箱加入有機硫（TMT-15）沉淀Hg2+、Pb2+等重金屬離子。反應箱設高速攪拌機，快速攪拌使有機硫迅速擴散至整個反應箱與重金屬離子反應后析出。

1.2.3 絮凝箱

向絮凝箱中加入聚合FeClSO4去除懸浮物和膠體等雜質；同時加入絮凝劑聚丙烯酰胺，生成的活性絮體可以吸附水中析出的細小金屬氫氧化物，增加金屬氫氧化物去除的速率。

1.3 沉淀分離

脫硫廢水經絮凝箱后進入澄清池。澄清池底部為錐形，采用中間進水、周邊出水的形式。在澄清池中，沉淀物與水分離后沉積在錐形底部。上清液溢流至出水箱，由于廢水pH＞9，超過了排放標準，因此在出水箱加入鹽酸中和。

1.4 污泥處理

澄清池中產生的底部污泥一部分回流至中和箱以增強處理效果和充分地利用投加的化學藥劑，另一部分污泥利用高壓偏心螺桿給料泵輸送至板框壓濾機進行脫水處理，泥餅外運，濾液回送至廢水緩沖池循環處理。

經過常規處理工藝處理的脫硫廢水，出水水質可以達到《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質控制指標》（DL/T997-2006）的排放標準，但對排放標準中不做要求的可溶解性鹽則無法去除。

2 脫硫廢水深度處理技術

為了有效回收和利用脫硫廢水，在常規處理工藝的基礎上，國內外的專家學者開發了脫硫廢水深度處理技術?，F階段脫硫廢水深度處理技術主要有3種，分別是：多效蒸發結晶工藝，鹽濃縮工藝，高溫煙道蒸發工藝。

2.1 多效蒸發結晶工藝

多效蒸發濃縮結晶系統由串聯的5個預熱器和4個蒸發器組成。經過常規處理后的脫硫廢水依次進入1～5級預熱器，然后逐級進入1～4效蒸發器進行蒸發結晶，系統冷凝水收集后作為淡水回用，分離出的鹽經振動干燥床干燥，由包裝機包裝后外運。其中動力蒸汽被引入第一效，各效蒸發器產生的蒸汽依次送入下一效蒸發器和相應的預熱器。

該處理工藝要單獨建立一套廢水蒸干系統，處理過程要耗費一定量的蒸汽和廠用電，由于其屬于末端工藝，不會對電廠其它設備和系統造成影響，但建設和運行成本較高。

2.2 鹽濃縮工藝

鹽濃縮工藝是指通過蒸汽壓縮式降膜蒸發器，將來自常規處理系統的脫硫廢水處理成純凈的蒸餾水。其工藝流程如下：脫硫廢水經過常規處理后被加熱至接近沸騰用于去除廢水中的空氣，然后泵送至鹽溶液濃縮器并被分配到鈦合金管內壁形成液體薄膜，液膜沿著管道向下流動時不斷蒸發，產生的蒸汽通過除霧器到達蒸汽壓縮機。壓縮后的蒸汽被送至濃縮器，在管道外壁凝結并被蒸餾罐收集。未蒸發的液膜返回到鹽溶液濃縮池。濃縮池中底流被旋流器處理后返回到濃縮池，溢流轉移至成品罐中，冷卻后形成濃度為33%的鹽溶液產品。

該工藝的廢水回收率高，除部分干燥蒸發損失外，廢水全部回收利用，無廢液排放。蒸發回收水水質較好，回收的水內溶解物濃度約4～5mg/L；產生的鹽溶液可用于高速公路建設相關的領域。系統設備每年僅需化學清洗1～2次，管理維護費用較低；系統設備采用露天布置。

2.3 高溫煙道蒸發工藝

該工藝是將脫硫廢水經水泵送至電除塵前的煙道,采用霧化噴嘴噴入電除塵前的高溫煙道，霧化后的脫硫廢水立刻在煙道內蒸發，廢水中的雜質以固體物質的形式和飛灰一起隨煙氣進入除塵設備，經過除塵器，顆粒物被捕捉下來隨灰一起外排。

表1 各處理工藝對比

該方法在發達國家已有較多的應用案例，其運行結果表明，脫硫廢水噴入煙氣后，煙氣濕度增加0.5%左右，煙氣溫度降低5℃左右，但煙氣仍處于不飽和狀態，高于酸露點溫度，不會對煙道和電除塵器產生腐蝕。因此，不需要對脫硫廢水噴入點后煙道及電除塵器進行改造。

該工藝系統僅包含霧化噴嘴、管道及壓縮空氣系統，因此該系統的初期投入及設備運行費用較低；系統投運后，由于煙氣濕度的增加和煙氣溫度的降低，可有效降低粉塵比電阻，提高除塵效率；還可以減少脫硫系統運行的減溫水補水量及運行電耗。

3 脫硫廢水工藝對比

脫硫廢水常規處理工藝是以化學、機械方法分離重金屬和其它可沉淀的鹽類。常規處理工藝成熟、流程簡單、維護方便且成本低廉、投資較低。處理后的廢水能達到《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質控制指標》（DL/T997-2006）的排放標準，比較適合目前的燃煤電廠脫硫廢水處理。但該工藝得到的處理水含有大量可溶性鹽，不能被高效利用。一般情況下，脫硫廢水經過常規處理后主要用于煤場噴灑及灰場拌濕等，造成大量的水資源浪費，并加大了環境保護的壓力。

多效蒸發結晶工藝是將經過常規處理后的脫硫廢水送入預熱器加熱，然后送入蒸發器蒸發結晶，最終得到冷凝水和結晶鹽。該工藝屬于末端工藝，不會對電廠其它設備和系統造成影響。但投資成本較高，且運行過程中要消耗一定的蒸汽和廠用電。

鹽濃縮工藝是將經過常規處理后的脫硫廢水通過蒸汽壓縮式降膜蒸發器處理成蒸餾水，并得到得到蒸餾水和33%鹽溶液。系統包括除氣罐、降膜蒸發器、蒸汽壓縮器以及鹽溶液回收系統，投資較高。鹽濃縮工藝能夠實現真正意義上的脫硫廢水零排放，得到的鹽溶液可以作為工業鹽使用，蒸發回收水水質較好；但其設備復雜，運行設備的管理、維護成本也較高。

高溫煙道蒸發工藝直接將脫硫廢水經霧化噴嘴送入電除塵前煙道蒸發，可以實現脫硫廢水的零排放目標，且有能提高后續電除塵和脫硫系統的效率。系統僅包含霧化噴嘴、管道及壓縮空氣系統。該工藝系統結構簡單，建設和運行維護費用均較低。

各處理工藝的對比見表1。

4 結論

本文對目前的脫硫廢水常規處理工藝及深度處理技術進行了分析研究，得出以下結論：

（1）脫硫廢水的常規處理方法工藝成熟、流程簡單、成本低廉，處理后的廢水能達到《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質控制指標》（DL/T997-2006）的排放標準，但沒有實現廢水的零排放，存在環保壓力。

（2）在脫硫廢水常規處理工藝的基礎上，多效蒸發結晶工藝和鹽濃縮工藝可以得到水質較高的回收水和鹽產品，實現了廢水高效處理，達到零排放，但建設和運營成本較高。

（3） 高溫煙道蒸發工藝建設和運營成本較低，但是脫硫廢水直接進入高溫煙道蒸發，沒有進行高效回收利用。

因此，各電廠可根據實際情況和國家對水污染排放的要求，合理選擇適宜的脫硫廢水處理工藝。