亞臨界 600 MW 機(jī)組煙道蒸發(fā)結(jié)晶脫硫廢水零排放技術(shù)

梁丕昭 錢峻 張宏杰

天津大唐國(guó)際盤山發(fā)電有限責(zé)任公司 天津 301900

1 系統(tǒng)介紹

我廠兩臺(tái)600MW亞臨界機(jī)組采用了盛發(fā)環(huán)保科技有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的旁路煙道蒸發(fā)結(jié)晶廢水零排放技術(shù)，按照設(shè)計(jì)方案，在空預(yù)器入口引出旁路煙道，在此旁路上安裝結(jié)晶蒸發(fā)器，結(jié)晶蒸發(fā)器的出口連接到空預(yù)器出口煙道上。如圖1所示，結(jié)晶蒸發(fā)器的位置位于空預(yù)器的入口和出口之間，作為旁路煙道的存在，并在旁路煙道內(nèi)布置結(jié)晶蒸發(fā)器和噴霧裝置。

圖1

脫硫廢水從脫硫區(qū)域的濾液箱通過(guò)濾液泵打到脫硫廢水預(yù)處理區(qū)域的廢水緩沖箱內(nèi)，然后經(jīng)過(guò)雙堿軟化除硬和絮凝除懸浮物，在清水箱中的脫硫廢水最終形成滿足蒸發(fā)結(jié)晶器所霧化蒸發(fā)所用的濃水。 濃水與壓縮空氣在霧化裝置中混合，并通過(guò)噴槍打進(jìn)蒸發(fā)結(jié)晶器中，濃水在噴發(fā)后形成直徑小于 60 μm 的霧滴，然后遇到高溫?zé)煔庋杆僬舭l(fā)結(jié)晶。脫硫廢水霧滴中含有的氯化物在高溫下結(jié)晶轉(zhuǎn)化為結(jié)晶鹽類，隨煙氣中的粉煤灰一起被電除塵器收集，最終進(jìn)入灰?guī)熘校S粉煤灰運(yùn)輸車運(yùn)出廠外。在蒸發(fā)結(jié)晶器中蒸發(fā)的水蒸氣則重新進(jìn)入脫硫系統(tǒng)，既實(shí)現(xiàn)了脫硫廢水的零排放，又為脫硫塔補(bǔ)充了水。預(yù)處理系統(tǒng)如圖2所示。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)噴入霧滴壓力、流量的自動(dòng)調(diào)節(jié)[1]。

脫硫廢水經(jīng)高度霧化后噴入蒸發(fā)結(jié)晶器中，而在蒸發(fā)結(jié)晶器的反應(yīng)區(qū)域與蒸發(fā)結(jié)晶器外壁之間有一定的空間，按照設(shè)計(jì)方案，從一次熱風(fēng)引出一路接入蒸發(fā)結(jié)晶器與反應(yīng)區(qū)域筒壁之間，保證蒸發(fā)結(jié)晶器筒壁溫度不低于140℃，從而保證濃水霧滴不會(huì)在蒸發(fā)結(jié)晶器表面冷凝，這就避免了蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi)筒壁積灰的情況發(fā)生。在蒸發(fā)結(jié)晶器的底部設(shè)計(jì)有一個(gè)小型灰倉(cāng)，灰倉(cāng)中設(shè)置一臺(tái)倉(cāng)泵，當(dāng)蒸發(fā)結(jié)晶器在底部積灰時(shí)，可以通過(guò)倉(cāng)泵打進(jìn)我廠原有的除灰中間倉(cāng)，從而解決了蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi)發(fā)生積灰的問(wèn)題。該脫硫廢水零排放系統(tǒng)采用集中控制，在旁路煙道內(nèi)和蒸發(fā)結(jié)晶器等部位布置了多個(gè)傳感器，這些傳感器將機(jī)組負(fù)荷、煙氣流量和排煙溫度等數(shù)據(jù)傳入數(shù)據(jù)處理及運(yùn)算單元進(jìn)行綜合分析，從而獨(dú)立控制各廢水霧化裝置的噴霧量，能根據(jù)負(fù)荷的變化，最大限度地利用煙氣熱量來(lái)蒸發(fā)脫硫廢水。同時(shí)，系統(tǒng)中有專門的聯(lián)鎖保護(hù)模塊，在機(jī)組負(fù)荷低于240MW、煙氣流量小和排煙溫度低于140℃等條件下，霧化裝置將會(huì)立即停止噴霧，從而確保該系統(tǒng)不會(huì)影響機(jī)組的正常運(yùn)行，也保護(hù)蒸發(fā)結(jié)晶器不會(huì)因濃水未蒸發(fā)完全而導(dǎo)致蒸發(fā)結(jié)晶器結(jié)垢。

圖2 盤山脫硫廢水預(yù)處理流程圖

2 系統(tǒng)工作流程

（1）當(dāng)負(fù)荷升高，SCR 脫硝反應(yīng)器出口煙溫高于 200 ℃時(shí)，對(duì)脫硫廢水零排放系統(tǒng)旁路煙道進(jìn)行暖管，暖管結(jié)束后先投運(yùn)霧化壓縮空氣，并打開(kāi)脫硫廢水至旁路煙道截止閥，控制霧化壓縮空氣壓力和廢水管至噴霧裝置的壓力達(dá)到 0.5 MPa 后，方可投運(yùn)脫硫廢水零排放系統(tǒng)旁路煙道。通過(guò)調(diào)整旁路煙道過(guò)煙量和廢水噴霧量，保證空預(yù)器出口煙溫高于 105 ℃且無(wú)較大波動(dòng)。該工況下，脫硫廢水全部在高溫旁路煙道內(nèi)蒸發(fā)處理[2]。

（2）隨著機(jī)組負(fù)荷的繼續(xù)升高，當(dāng)空預(yù)器出口煙溫高于 140℃時(shí)，打開(kāi)脫硫廢水至主煙道調(diào)節(jié)閥，投運(yùn)脫硫廢水零排放系統(tǒng)主煙道。通過(guò)調(diào)整噴霧量保證空預(yù)器出口煙溫高于 140 ℃。此時(shí)，可適當(dāng)調(diào)整主煙道和旁路煙道的廢水噴霧量，使大部分脫硫廢水在主煙道蒸發(fā)。若主煙道無(wú)法消納所有脫硫廢水，則同步開(kāi)大旁路煙道調(diào)節(jié)閥和脫硫廢水至旁煙道調(diào)節(jié)閥，在確保噴霧后空預(yù)器出口煙氣溫度高于 140 ℃且不發(fā)生大擾動(dòng)的前提下，提高脫硫廢水的處理量。該脫硫廢水零排放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)廢水噴入量為 3 m3/h。

2.1 系統(tǒng)運(yùn)行的影響

為了研究脫硫廢水零排放系統(tǒng)對(duì)機(jī)組主參數(shù)、重要設(shè)備和灰品質(zhì)等的影響，西安熱工研究院有限公司在該機(jī)組基建調(diào)試期間進(jìn)行了滿負(fù)荷工況下未投運(yùn)脫硫廢水零排放系統(tǒng)和投運(yùn)脫硫廢水零排放系統(tǒng)旁路煙道的對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)控制旁路煙道脫硫廢水噴入量為 3 m3/h。

2.2 對(duì)鍋爐效率的影響分析

由于脫硫廢水零排放系統(tǒng)利用空預(yù)器前煙氣通過(guò)旁路煙道進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶器對(duì)脫硫廢水進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶，所以首先通過(guò)試驗(yàn)研究該系統(tǒng)投運(yùn)對(duì)鍋爐運(yùn)行參數(shù)的影響，見(jiàn)表1。

本工程外置式煙道噴霧蒸發(fā)結(jié)晶器系統(tǒng)單臺(tái)爐最大設(shè)計(jì)蒸發(fā)水量為6t/h。

當(dāng)投運(yùn)脫硫廢水零排放系統(tǒng)主煙道時(shí)，由于空預(yù)器后煙道脫硫廢水蒸發(fā)吸熱使得煙溫降低，導(dǎo)致煙氣比體積下降，抵消了部分脫硫廢水蒸發(fā)后的煙氣體積增量，空預(yù)器內(nèi)的煙氣流動(dòng)未受影響。因此， 投運(yùn)脫硫廢水零排放系統(tǒng)主煙道及旁路煙道時(shí)無(wú)需特別加強(qiáng)空預(yù)器的吹灰效果。

表1 脫硫廢水零排放系統(tǒng)對(duì)鍋爐運(yùn)行參數(shù)影響

2.3 對(duì)低溫省煤器的影響

脫硫廢水零排放系統(tǒng)經(jīng)主煙道或旁路煙道蒸發(fā)后的煙氣首先進(jìn)入低溫省煤器與凝結(jié)水換熱。表2 為脫硫廢水零排放系統(tǒng)投運(yùn)對(duì)低溫省煤器運(yùn)行參數(shù)影響情況。溫相應(yīng)降低 4 ℃，低溫省煤器出口煙溫受凝結(jié)水流量自動(dòng)控制。通過(guò)降低低溫省煤器凝結(jié)水流量，使低溫省煤器出口母管凝結(jié)水溫度降低 2 ℃，低溫省煤器出口煙溫則維持 90 ℃不變。與投運(yùn)脫硫廢水零排放系統(tǒng)主煙道相比，投運(yùn)旁路煙道對(duì)低溫省煤器入口煙溫及其出口母管凝結(jié)水溫度影響較小。

表2 脫硫廢水零排放系統(tǒng)投運(yùn)對(duì)低溫省煤器參數(shù)影響

2.3 對(duì)機(jī)組主參數(shù)影響

由于脫硫廢水零排放系統(tǒng)是在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)投運(yùn)，所以需研究該系統(tǒng)投運(yùn)對(duì)機(jī)組主參數(shù)的影響情況，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可見(jiàn)：在滿負(fù)荷工況下投入脫硫廢水零排放系統(tǒng)主煙道后，與未投運(yùn)脫硫廢水零排放系統(tǒng)相比，主蒸汽參數(shù)未變化，空預(yù)器出口排煙溫度下降4℃，一級(jí)省煤器出口給水溫度下降1℃，總煤量不變；投運(yùn)脫硫廢水零排放系統(tǒng)旁路煙道后，主蒸汽參數(shù)未變化，空預(yù)器出口排煙溫度僅下降1℃，但由于從一級(jí)省煤器前抽取部分煙氣到旁路煙道蒸發(fā)廢水，使得進(jìn)入一級(jí)省煤器換熱的煙氣量減少，故與投運(yùn)脫硫廢水零排放系統(tǒng)旁路煙道前相比，一級(jí)省煤器出口給水溫度降低了3℃，總煤量增加 1 t/h，對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性稍有影響。

表3 脫硫廢水零排放系統(tǒng)投運(yùn)對(duì)機(jī)組主參數(shù)影響

3.1 對(duì)電除塵效率、脫硫耗水量及輸灰流動(dòng)性影響

由于脫硫廢水在煙道內(nèi)蒸發(fā)結(jié)晶，提高了進(jìn)入電除塵器煙氣的濕度，有利于提高電介質(zhì)強(qiáng)度，降低粉塵比電阻，減小氣體的黏度，同時(shí)提高了煙氣中粉塵質(zhì)量濃度，有利于提高除塵效率。

蒸發(fā)后的大部分水蒸氣隨除塵后的煙氣進(jìn)入脫硫塔，在脫硫塔噴淋冷卻作用下，重新凝結(jié)進(jìn)入脫硫漿液循環(huán)系統(tǒng)，可明顯降低脫硫工藝的耗水量[3]。與此同時(shí)，煙氣濕度的增加會(huì)導(dǎo)致電除塵器收集的粉煤灰流動(dòng)性變差，所以需要結(jié)合灰的流動(dòng)情況對(duì)煙道脫硫廢水噴入量進(jìn)行調(diào)整[8]。當(dāng)輸灰用氣量增多，輸灰壓力增大，輸灰時(shí)間延長(zhǎng)時(shí)，說(shuō)明灰的流動(dòng)性降低，則停止增加脫硫廢水噴入量，待輸灰系統(tǒng)通暢后再增加脫硫廢水噴入量。為此，在 1 號(hào)鍋爐灰斗內(nèi)壁增加厚度 1～2 mm 的 316L 薄鋼板內(nèi)襯，以增強(qiáng)灰的流動(dòng)性。

3.2 對(duì)灰品質(zhì)的影響

對(duì)投運(yùn)脫硫廢水零排放系統(tǒng)前后脫硫系統(tǒng)吸收塔氯離子含量、廢水處理量以及粉煤灰總量進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：未投運(yùn)脫硫廢水零排放系統(tǒng)之前粉煤灰中的氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)較少（煤中的氯離子主要以氣態(tài) HCl 形式進(jìn)入吸收塔），約為 0.004%；在機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，投運(yùn)脫硫廢水零排放系統(tǒng)后每臺(tái)蒸發(fā)結(jié)晶器對(duì)脫硫廢水的最大處理量為 3 t/h，粉煤灰中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)增至 0.136%。《通用硅酸鹽水泥》（GB 175—2007）中要求， 水泥中氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于 0.06%。利用粉煤灰生產(chǎn)硅酸鹽水泥時(shí)，粉煤灰添加量占硅酸鹽水泥的20%～40%，則制成的硅酸鹽水泥氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.027%～0.054%，不大于0.06%，符合硅酸鹽水泥要求。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）脫硫廢水零排放系統(tǒng)主煙道需在機(jī)組較高負(fù)荷（空預(yù)器出口煙溫高于110℃）下投運(yùn)。主煙道投運(yùn)后，會(huì)降低空預(yù)器出口煙溫和低溫省煤器出口母管凝結(jié)水溫度，對(duì)熱一、二次風(fēng)溫及一級(jí)省煤器出口給水溫度幾乎無(wú)影響，不影響機(jī)組主參數(shù)和機(jī)組正常運(yùn)行。

（2）投運(yùn)脫硫廢水零排放系統(tǒng)旁路煙道，煙氣溫度高，蒸發(fā)效果好，可實(shí)現(xiàn)在機(jī)組低負(fù)荷工況（SCR 脫硝反應(yīng)器出口煙溫高于 200℃）下脫硫廢水零排放系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。與投運(yùn)脫硫廢水零排放系統(tǒng)主煙道相比，投運(yùn)旁路煙道時(shí)空預(yù)器出口煙溫和低溫省煤器出口母管凝結(jié)水溫度降幅較小，但同時(shí)降低了熱一、二次風(fēng)溫及一級(jí)省煤器出口給水溫度，機(jī)組煤耗略有增加，對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性有一定影響。

（3）煙道蒸發(fā)結(jié)晶廢水零排放系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度高、操作方便、運(yùn)維費(fèi)用低，可明顯降低脫硫工藝的耗水量，對(duì)設(shè)備及粉煤灰品質(zhì)影響較小等優(yōu)點(diǎn)，是一種低耗高效的脫硫廢水零排放技術(shù)，具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。

（4）由于該鍋爐空預(yù)器進(jìn)出口的空間跨度不滿足旁路煙氣完全蒸發(fā)的要求，因此旁路煙道的入口取自一級(jí)省煤器入口。這會(huì)影響一級(jí)省煤器的換熱效果和機(jī)組煤耗。建議將旁路煙道入口設(shè)在空預(yù)器入口，盡量減少脫硫廢水煙道旁路蒸發(fā)對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響。

（5）該脫硫廢水零排放系統(tǒng)脫硫廢水采用壓縮空氣霧化，增大了壓縮空氣的消耗量。該系統(tǒng)配有專用壓縮空氣系統(tǒng)，建議嘗試采用高質(zhì)量防堵機(jī)械霧化噴頭，可節(jié)省壓縮空氣損耗量，減少電耗和設(shè)備占地面積，同時(shí)簡(jiǎn)化系統(tǒng)工藝流程。