600MW亞臨界機(jī)組脫硫廢水零排放工藝指標(biāo)探討

梁丕昭 錢峻 張宏杰 王勇 孫波 菅春樹 劉振芳

天津大唐國際盤山發(fā)電有限責(zé)任公司 天津 301900

1 旁路煙道蒸發(fā)技術(shù)簡介

煙道蒸發(fā)結(jié)晶廢水零排放技術(shù)因其成本較低、占地面積小、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)被國內(nèi)專家學(xué)者廣泛研究。本方案蒸發(fā)固化段采用旁路煙道蒸發(fā)系統(tǒng)，澄清池出水利用雙流體霧化噴槍在高效節(jié)能廢水蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi)霧化成細(xì)小霧滴，高效節(jié)能廢水蒸發(fā)結(jié)晶器從空預(yù)器前端、SCR出口煙道引入少量煙氣，此煙氣具有巨大的熱容量，霧化的霧滴與高溫?zé)煔庋杆龠M(jìn)行傳熱、傳質(zhì)、蒸發(fā)，完全蒸發(fā)后形成的結(jié)晶鹽與水蒸氣隨煙氣一起并入空預(yù)器與低溫省煤器之間煙道，結(jié)晶鹽隨粉煤灰一起在除塵器內(nèi)被捕捉去除，水蒸氣則進(jìn)入脫硫系統(tǒng)在噴淋冷卻作用下凝結(jié)成水，間接補(bǔ)充脫硫系統(tǒng)用水[1-3]。旁路煙道蒸發(fā)系統(tǒng)示意圖如下：

圖1 旁路煙道蒸發(fā)示意圖

2 實(shí)驗(yàn)介紹

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

圖2 脫硫廢水旁路煙道蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)流程圖

國內(nèi)外學(xué)者通過建模計(jì)算分析得出：彎曲煙道可使液滴在煙道中停留的時(shí)間更長；為確保液滴在進(jìn)入除塵器前完全蒸發(fā)，同時(shí)考慮蒸發(fā)效果、能耗成本和實(shí)際條件，建議工程應(yīng)用中將霧化液滴直徑控制在60μm，煙溫控制約為130℃。基于廢水霧化與蒸發(fā)的理論分析，開發(fā)出一套高含鹽量廢水煙氣蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)平臺，對不同項(xiàng)目的高含鹽量廢水進(jìn)行霧化與煙氣蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確定該類廢水蒸發(fā)的運(yùn)行情況[4]。如下，對設(shè)備進(jìn)行簡要的參數(shù)介紹：

（1）蒸發(fā)器圓柱形主體高度2．7米，直徑0．2米，直徑灰斗高 0．3 米；

（2）蒸發(fā)器入口流量為風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)量，最大氣體流量為400m3/h；粉塵濃度為 15-18g/m3，SO2濃度為 0．1-0．2g/m3；

（3）最大煙氣溫度為350℃，最大煙氣流速3．5m/s；

（4）蒸發(fā)器主體內(nèi)在中軸上設(shè)置一個(gè)氣液兩相雙流體噴嘴順流布置，最大廢水流量10kg/h，同步配置空氣壓縮機(jī)；

（5）在模擬煙氣入口、出口及蒸發(fā)主體的上中下處分別設(shè)置溫度測量點(diǎn)；在出口處設(shè)置高溫濕度傳感器（濕度范圍0-100%），檢測蒸發(fā)效果；

（6）蒸發(fā)主體設(shè)兩個(gè)觀察口，觀察液滴蒸發(fā)過程及結(jié)垢情況，在尾部設(shè)置煙氣檢測口，便于采樣分析；

（7）試驗(yàn)平臺同步配置自動控制臺，相關(guān)溫度、濕度參數(shù)在線觀測。

2.2 實(shí)驗(yàn)廢水水質(zhì)

實(shí)驗(yàn)水樣取自該電廠脫硫廢水系統(tǒng)高效澄清池出口水樣，對水質(zhì)進(jìn)行測定，結(jié)果如下表所示：

2.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

通過對澄清池出水進(jìn)行霧化蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)，確定該水質(zhì)能夠穩(wěn)定霧化且高效蒸發(fā)，為此進(jìn)行以下蒸發(fā)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)：

（1）進(jìn)行霧化實(shí)驗(yàn)，通過液體與氣體流量計(jì)的變化，確定雙流體霧化器的穩(wěn)定運(yùn)行情況；

（2）進(jìn)行不同蒸發(fā)量、煙氣溫度、煙氣量的實(shí)驗(yàn)，確定溫度場的變化，判斷是否蒸干與粘壁現(xiàn)象的發(fā)生；

（3）蒸發(fā)產(chǎn)物表征實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證蒸發(fā)產(chǎn)物是否完成蒸干[5]。

表1 實(shí)驗(yàn)用水水質(zhì)分析表

2.4 實(shí)驗(yàn)分析

霧化器運(yùn)行控制實(shí)驗(yàn)量取適量的澄清池出水水樣，設(shè)定蒸發(fā)模擬裝置的煙氣溫度為250℃，煙氣流量為250m3/h，壓縮空氣流量為15LPM，控制氣液比在100：1，及進(jìn)液流量為0．15LPM，進(jìn)行連續(xù)的霧化蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)，溫度場如下所示：

如圖3所示，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)蒸發(fā)器主蒸發(fā)區(qū)域設(shè)置的12個(gè)溫度探頭用于測定塔體溫度變化，顯示不同區(qū)域內(nèi)脫硫廢水的蒸發(fā)特性，在入口處煙氣溫度從250℃下降到蒸發(fā)器中心溫度120℃，說明此區(qū)域蒸發(fā)反應(yīng)越激烈。到了中部蒸發(fā)器中心溫度為130℃，即出現(xiàn)逆溫（二次加熱）現(xiàn)象，說明該處液滴已經(jīng)完全蒸干。

圖3 霧化實(shí)驗(yàn)溫度場

溫度探頭深入到蒸發(fā)器內(nèi)的長度相同，分別為10cm和0cm。平行布置的溫度探頭深入的長度不同，如果平行區(qū)域溫度相差過大，且貼壁側(cè)溫度小于100℃，則說明該區(qū)域內(nèi)發(fā)生了粘壁現(xiàn)象。在該工況條件下為期進(jìn)行的8天（每天8h）的霧化蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)溫度場溫度情況，未出現(xiàn)粘壁的分析。

圖4 霧化器雙流體流量變化

如圖4所示，在實(shí)驗(yàn)過程中記錄壓縮氣體流量與廢液進(jìn)水流量，氣液比基本穩(wěn)定在99-101之間，廢液流量在149．8-150．4之間波動，未發(fā)生流量突然變化的污堵現(xiàn)象發(fā)生。因此霧化器可適用于該水質(zhì)的高效霧化，表面與內(nèi)部未出現(xiàn)結(jié)垢與腐蝕。

3 蒸發(fā)情況

3.1 不同蒸發(fā)量的霧化蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)

設(shè)定煙氣溫度250℃，煙氣量250m3/h，空壓機(jī)進(jìn)氣15LPM，進(jìn)液量范圍50mL/min、100mL/min、120mL/min、150mL/min、180mL/min，進(jìn)行霧化蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)，得到溫度場隨進(jìn)液量的變化情況為，主蒸發(fā)區(qū)在蒸發(fā)器內(nèi)呈現(xiàn)明顯的下移趨勢，根據(jù)蒸發(fā)器出口溫度，當(dāng)蒸發(fā)器內(nèi)進(jìn)液量為50mL/min、100mL/min、120mL/min、150mL/min時(shí)，霧化液滴可以完全蒸干，當(dāng)蒸發(fā)器內(nèi)進(jìn)液量為180mL/min時(shí)，則沒有蒸干，而且橫向溫度差別不大，個(gè)別蒸發(fā)器壁面溫度高于中心區(qū)域，這說明，在給定進(jìn)液量條件下均沒有發(fā)生粘壁現(xiàn)象，在此工況條件下，蒸發(fā)器的最大處理量不超過180ml/min。

3.2 不同煙氣溫度的霧化蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)

設(shè)定煙氣溫度范圍為150℃、200℃、250℃、280℃、300℃，350℃煙氣量300m3/h，空壓機(jī)進(jìn)15LPM，進(jìn)液量150mL/min，進(jìn)行霧化蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)，得到溫度場隨進(jìn)口煙氣溫度的變化情況，主蒸發(fā)區(qū)呈現(xiàn)明顯的上移趨勢，根據(jù)蒸發(fā)器出口溫度得出結(jié)論，煙氣溫度為150℃、200℃時(shí)蒸發(fā)器內(nèi)霧化液滴不能完全蒸干，煙氣溫度為250℃、280℃、300℃，350℃時(shí)則可以完全蒸干，而且橫向溫度差別不大，個(gè)別蒸發(fā)器壁面溫度高于中心區(qū)域，沒有發(fā)生粘壁現(xiàn)象。可以說明，在此工況條件下，進(jìn)口煙氣溫度應(yīng)高于250℃。

3.3 不同煙氣量的霧化蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)

設(shè)定煙氣溫度范圍為250℃，煙氣量范圍150m3/h、200m3/h、250m3/h、300m3/h、350m3/h，空壓機(jī)進(jìn)氣15LPM，進(jìn)液量150mL/min，進(jìn)行霧化蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)，得到溫度場隨進(jìn)口煙氣量的變化情況得出結(jié)論，主蒸發(fā)區(qū)蒸發(fā)活動呈現(xiàn)明顯的上移趨勢，根據(jù)蒸發(fā)器出口溫度所示，蒸發(fā)器進(jìn)口煙氣量為150m3/h時(shí)，蒸發(fā)器內(nèi)霧化液滴不能蒸干，蒸發(fā)器進(jìn)口煙氣量為200m3/h時(shí)，蒸發(fā)器內(nèi)霧化液滴處于臨近蒸干狀態(tài)，蒸發(fā)器進(jìn)口煙氣量為250m3/h、300m3/h、350m3/h時(shí)，則可以完全蒸干，而且橫向溫度差別不大，個(gè)別蒸發(fā)器壁面溫度高于中心區(qū)域，這說明沒有發(fā)生粘壁現(xiàn)象。由此可以說明，在此工況條件下，進(jìn)口煙氣量應(yīng)高于250m3/h。另外，考慮到工業(yè)化應(yīng)用時(shí)抽取煙氣量過大可能會造成鍋爐熱效率降低，煤耗增加，所以，抽取煙氣量不應(yīng)該過大，最大煙氣量應(yīng)控制在300m3/h-350m3/h 之間[6-7]。

4 蒸發(fā)產(chǎn)物

設(shè)定蒸發(fā)模擬裝置的煙氣溫度為250℃，煙氣流量為250m3/h，壓縮空氣流量為15LPM，進(jìn)液流量為0．15LPM，為期8天的霧化蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)。

圖5 蒸發(fā)器出口溫度變化

如圖5所示，在連續(xù)運(yùn)行的霧化蒸發(fā)器實(shí)驗(yàn)中，蒸發(fā)器出口溫度保持在135℃以上。在蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)中，通過與煙道距離及煙氣流速的計(jì)算，液滴蒸發(fā)時(shí)間基本控制2．5s以內(nèi)，說明在霧化液滴粒徑?jīng)]有發(fā)生變化，且廢水未出現(xiàn)逃逸現(xiàn)象。

為了驗(yàn)證廢水蒸干情況，取出旋風(fēng)除塵器收集到的蒸發(fā)產(chǎn)物，在105℃的烘箱進(jìn)行含水率測定實(shí)驗(yàn)，測得蒸發(fā)產(chǎn)物含水率為0．275%，可近似于完全蒸干。

4.1 焦作萬方運(yùn)行現(xiàn)狀：

焦作萬方脫硫廢水零排項(xiàng)目為盛發(fā)環(huán)保科技（廈門）有限公司BOT項(xiàng)目，工藝路線“預(yù)處理+膜濃縮+旁路固化”，運(yùn)行中根據(jù)脫硫廢水實(shí)際排放量進(jìn)行組合，目前因脫硫廢水量7噸/小時(shí)左右，現(xiàn)場運(yùn)行采用的工藝組合：加氫氧化鈣調(diào)pH+板框過濾+旁路直噴固化[8-9]。

4.2 焦作萬方噴槍及水質(zhì)

焦作萬方項(xiàng)目每臺高效節(jié)能蒸發(fā)結(jié)晶器處理水量2t/h（BMCR），共布置4套，每套蒸發(fā)器布置2支雙流體霧化噴槍，噴槍霧化粒徑D3250μm，Dmax130μm。

表2 焦作萬方脫硫廢水調(diào)質(zhì)濾液水質(zhì)

4.3 調(diào)質(zhì)濾液霧化蒸發(fā)運(yùn)行情況

焦作萬方的脫硫廢水采用石灰乳進(jìn)行pH調(diào)質(zhì)后，進(jìn)行板款過濾澄清，濾液進(jìn)入中間水箱，直接送旁路噴霧蒸發(fā)。焦作萬方在旁路煙道內(nèi)設(shè)置氣液兩相流霧化裝置，在該氣液比條件下，霧化液滴的直徑在50μm左右，壓縮空氣壓力在0．4-0．6Mpa之間，液體壓力穩(wěn)定在0．4-0．5Mpa之間，2支噴槍噴霧量穩(wěn)定在756-885L/h之間，蒸發(fā)器運(yùn)行30天后，噴槍沒有發(fā)生結(jié)垢或污堵，廢水噴射系統(tǒng)穩(wěn)定、連續(xù)運(yùn)行。得出結(jié)論，雙流體噴槍完全可適用于脫硫廢水調(diào)質(zhì)后濾液的直接噴霧蒸發(fā)[10-11]。

5 結(jié)語

通過實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，當(dāng)蒸發(fā)器在正常運(yùn)行工況時(shí)，蒸發(fā)器的最大進(jìn)液量不能超過180ml/min，蒸發(fā)器進(jìn)口煙氣溫度應(yīng)高于250℃，蒸發(fā)器進(jìn)口煙氣量應(yīng)高于250m3/h。另外，考慮到工業(yè)化應(yīng)用時(shí)抽取煙氣量過大可能會造成鍋爐熱效率降低，煤耗增加，所以，抽取煙氣量不應(yīng)該過大，最大煙氣量應(yīng)控制在300m3/h-350m3/h之間。而且該廠高效澄清池出口水質(zhì)完成可滿足雙流體噴槍直接噴霧進(jìn)水水質(zhì)要求，不會造成噴槍的結(jié)垢與堵塞。