脫硫廢水煙道蒸發零排放技術簡介

李 飛

（大唐環境產業集團股份有限公司 北京 100097）

脫硫廢水煙道蒸發零排放技術簡介

李 飛

（大唐環境產業集團股份有限公司 北京 100097）

脫硫廢水水質惡劣，成分復雜，是燃煤電廠產生的重要污染物，其零排放的實現對環境保護具有重要的意義。本文對目前的脫硫廢水煙道蒸發零排放技術進行了系統總結，按照蒸發熱源的不同將其分為低溫煙道蒸發技術和高溫煙道旁路蒸發技術，分析了其特征和主要優缺點。其中低溫煙道蒸發技術運行風險較大，在國內火電機組長期低負荷運行的背景下不宜推廣；高溫煙道旁路蒸發技術蒸發效果好，安全可靠，具有更大的推廣價值，將來可從降低煤耗、電耗、縮小設備體積、簡化工藝流程等方向做出進一步的完善。

脫硫廢水；零排放；煙道蒸發；燃煤電廠

為了實現SO2的超低排放，國內大多數燃煤電廠采用了石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝，該工藝一方面具有脫硫效率高和運行成本低的優點，另一方面也產生了嚴重的廢水排放[1]。該廢水往往呈弱酸性，其懸浮物和可溶性鹽含量極高（可達數萬mg/L以上），重金屬含量超標（如 Pb、Hg、Cr和 Cd等），尤其 Cl-濃度可高達10000-20000 mg/L，具有很大的處理難度[2]。2015年4月，國務院發布《水污染行動計劃》，要求嚴格加強工業廢水污染防治力度，脫硫廢水由于成分復雜、排放危害大受到了業內的高度關注。

脫硫廢水零排放技術主要可以分為蒸發結晶和煙道蒸發兩類[3]。其中，蒸發結晶是指利用熱能將廢水蒸發為結晶鹽的工藝[4]，該工藝的投資成本和運行成本往往較高，如廣東河源電廠的蒸發結晶系統投資費用和運行費用分別高達1.2億和100-250元/噸；煙道蒸發是指將廢水噴入鍋爐尾部煙道蒸發的工藝，在水分被蒸發之后，廢水中的結晶鹽和固體雜質最終隨煙氣進入電除塵器被捕捉[5]，該方法可有效利用煙氣余熱，具有成本低、工藝簡單等優點。本文按照蒸發熱源的不同將煙道蒸發零排放技術分為低溫煙道蒸發技術和高溫煙道旁路蒸發技術兩種，分析了其特征和主要優缺點，并為其日后的發展方向提出了相應的建議。

1 低溫煙道蒸發技術

低溫煙道蒸發是指將脫硫廢水霧化噴射于空預器和電除塵器之間的煙道內，利用低溫煙氣余熱將水分蒸發的技術，其產生的結晶鹽和固體雜質隨煙氣進入電除塵器被捕捉[5]。由于空預器和電除塵器之間煙氣的溫度一般僅有110-125℃（少數機組可能達到更高），廢水的蒸發速度較慢。然而，受蒸發空間的限制，水分需要在1.5秒左右完成蒸發，因此往往需要對廢水先進行濃縮減量，降低其相變的熱量需求。常規的濃縮減量方法有膜法和熱濃縮法等，如反滲透RO膜、常溫常壓蒸發器等。

圖1 低溫煙道蒸發技術工藝流程示例圖

典型的低溫煙道蒸發技術一般可分為預處理、濃縮減量和煙道蒸發三個步驟，其工藝流程如圖1所示。脫硫廢水首先經過軟化、沉淀等預處理系統去除硬度和沉淀物等；其次進入濃縮減量系統進行分離，產生的清水回收利用，濃水輸送至煙道蒸發系統；最后，濃水經霧化噴嘴噴入空預器和電除塵器之間的煙道內完成蒸發。

該技術的優點是采用空預器后的低溫煙氣為廢水蒸發熱源，不會影響到機組煤耗。缺點主要包括以下幾個方面：

1）運行風險大。空預器和電除塵器之間煙氣的溫度較低，當煙氣攜帶的熱能不足以在既定時間內將廢水蒸發時，容易引起煙道結垢、積灰、堵塞和腐蝕等問題，嚴重時會影響后續電除塵器等設備的安全運行。此外，目前國內火電機組長期處于低負荷運行狀態，其空預器和電除塵器之間煙氣的溫度往往只能達到90-110℃左右，系統存在很大的運行風險。例如某350MW機組投運了低溫煙道蒸發系統，但運行效果不良，煙道結垢、積灰和堵塞現象非常嚴重，后不得不改用高溫煙氣蒸發廢水。

2）需預處理和濃縮，成本高。由于煙氣溫度較低，該技術往往需要在蒸發之前對廢水進行預處理和濃縮減量，需要設置相應的系統和設備，不僅增加了工藝流程的復雜性，更增大了投資和運行成本。

3）安裝空間受限。不少機組在空預器和電除塵器之間已進行低溫省煤器改造或MGGH改造，導致該廢水煙道蒸發系統無足夠布置空間。

2 高溫煙道旁路蒸發技術

高溫煙道旁路蒸發是指設置與空預器并聯的煙道旁路，在空預器入口處引部分高溫煙氣進入旁路中安裝的廢水蒸發器，將脫硫廢水霧化噴射于蒸發器內，利用高溫煙氣余熱將水分蒸發，產生的結晶鹽和固體雜質隨旁路煙氣回到空預器之后的主煙道，最終進入電除塵器被捕捉[3]。

該技術以空預器之前的高溫煙氣為廢水蒸發熱源，溫度高達300℃以上，可以確保廢水蒸發的效果，但會在一定程度上減少空預器出口一次風和二次風的溫度，降低鍋爐效率，增大機組煤耗。為了緩解煤耗的增加和噴嘴結垢等問題，常規的高溫煙道旁路蒸發技術往往在蒸發前設置濃縮減量系統，用于減少廢水蒸發量并回收利用部分凈水。常用的濃縮技術主要包括膜濃縮和熱濃縮，如反滲透RO膜、多效蒸發和機械蒸汽再壓縮等。其工藝流程如圖2所示，廢水首先經過軟化、沉淀等預處理系統軟化和沉淀；其次進入濃縮減量系統，分離產生的清水回收利用，濃水進入高溫煙道旁路蒸發器；最后，濃縮后的廢水經霧化噴嘴噴射入與空預器并聯的蒸發器蒸發。

圖2 高溫煙道旁路蒸發技術工藝流程示例圖

高溫煙道旁路蒸發技術的優點主要包括：

1）蒸發效果好。以高溫煙氣為蒸發熱源，煙氣溫度高達300℃以上，可確保廢水蒸發效果，可靠性高。

2）煤耗增加量較低。采用濃縮工藝對廢水減量，降低其蒸發的熱量需求，減少高溫煙氣的溫降，降低由高溫煙氣消耗引起的煤耗增加量。

該技術的缺點主要有：

1）增大煤耗。以空預器之前的高溫煙氣為熱源，會降低鍋爐爐膛進風溫度，導致爐效下降，在一定程度上增大機組煤耗。以某300MW機組為例，廢水處理能力為1-2t/h，煤耗約增加0.3-0.6 g/kwh。

2）需預處理和濃縮，成本高。為了降低煤耗的增加值，該工藝需要對廢水進行預處理和濃縮減量，降低其相變的熱量消耗，增加了系統的工藝復雜性，也增大投資和運行成本。

3）霧化噴嘴結垢。即便采用了廢水預處理工藝，但由于噴嘴的孔徑較小，仍容易結垢和堵塞，需定期清洗或更換。

針對以上常規蒸發技術的缺點，近年來業內發展了一種新型的高溫煙道旁路蒸發技術，該技術的關鍵是采用了一種大孔徑的旋轉霧化器設備取代常規的霧化噴嘴，利用旋轉霧化器高速旋轉（轉速約為10000-15000 r/min）的離心力使廢水在旋轉表面上伸展為薄膜，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，將廢水轉化成細小霧滴[6]。由于旋轉霧化器孔徑較大（可達1-2 cm），不易結垢和堵塞，可以不對廢水做預處理和濃縮減量，極大地降低了成本。然而，相對于采用預處理和濃縮的常規蒸發技術，由于更多的廢水進入蒸發器需要消耗更多的高溫煙氣熱能，該技術會引起機組煤耗進一步的增大。

總結

本文總結了目前國內主要的脫硫廢水煙道蒸發技術，分別對其優缺點進行了分析，總結如下：

1）低溫煙道蒸發技術運行風險最大，需要依賴于廢水預處理和濃縮，投資和運行成本高。在目前國內火電機組長期處于低負荷運行的背景下，該技術的安全隱患大，推廣價值有限。

2）高溫煙道旁路蒸發技術蒸發效果好，安全可靠，雖然會增大機組煤耗，但具有更大的推廣價值，日后可從降低煤耗、電耗、縮小設備體積、簡化工藝流程等方向做進一步的完善。

3）高溫煙道旁路蒸發技術若采用廢水預處理和濃縮流程，會增大投資和運行成本；若采用旋轉霧化器，會進一步增大機組煤耗。其技術路線的選擇需以機組具體的運行狀況和廢水水質特征為準。

[1]鄧佳佳.燃煤電廠煙氣脫硫吸收塔內過程優化及脫硫廢水的零排放處理[D].重慶：重慶大學，2015

[2]王鑫.燃煤電廠濕法煙氣脫硫廢水零排放處理技術研究[D].武漢：武漢科技大學，2015

[3]楊躍傘，苑志華，張凈瑞等.燃煤電廠脫硫廢水零排放技術研究進展[J].水處理技術，2017，43（6）：29-33

[4]劉海洋，江澄宇，谷小兵等.燃煤電廠濕法脫硫廢水零排放處理技術進展[J].水污染防治，2016，4（4）：33-36

[5]馬雙忱，于偉靜，賈紹廣.燃煤電廠脫硫廢水處理技術研究與應用進展[J].化工進展，2016,35（1）:255-262

[6]袁偉中，劉春紅，童小忠等.燃煤鍋爐采用煙氣旁路干燥技術實現脫硫廢水零排放 [J].電力科技與環保，2017,33（6）：18-21

李飛（1984-），男，工程師，從事電力行業節能減排技術研發工作。