燒結(jié)脫硫廢水零排放并協(xié)同減排SO3技術(shù)分析

文_張慶 張雅心 賀敏鵬 西安西礦環(huán)保科技有限公司

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)因能夠高效脫除煙氣中的SO2，且具有系統(tǒng)可靠性高的特點(diǎn)，是目前煙氣脫硫工程中使用最廣泛的一種方法。煙氣在進(jìn)行濕法脫硫（石灰石-石膏法）過(guò)程中，防止?jié){液中可溶解的氯離子富集過(guò)高，需要從系統(tǒng)中排放一定量的廢水，以維持脫硫裝置的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。濕法脫硫廢水的雜質(zhì)主要來(lái)自煙氣和脫硫劑，廢水中的氯離子，主要來(lái)源于煤/礦石的燃燒，脫硫劑石灰石中的Cl-，工藝水中的Cl-。隨著環(huán)保要求的不斷提高，特別是對(duì)廢水排放的限制越來(lái)越嚴(yán)，脫硫廢水必須經(jīng)過(guò)處理才能進(jìn)行排放，常規(guī)的廢水處理方法較難達(dá)標(biāo)。

燒結(jié)過(guò)程中，由于有Fe2O3的存在，在溫度較高時(shí)SO2可轉(zhuǎn)換成SO3；隨著電廠、鋼廠全面進(jìn)入超凈排放，石灰石-石膏濕法脫硫?qū)O2的脫除率較高，但對(duì)SO3的脫除率不高，石灰石脫硫漿液對(duì)SO2的吸收速率大于SO3的吸收速率，而煙氣在吸收塔內(nèi)的停留時(shí)間較短，故吸收塔對(duì)硫酸氣溶膠的脫除效果不佳，通常SO3的脫除效率為30%左右。最終以非常細(xì)的硫酸氣溶膠的形式通過(guò)煙囪排放。硫酸氣溶膠進(jìn)入大氣環(huán)境后，是導(dǎo)致霧霾天氣和酸雨的重要因素之一，煙氣透明度降低，排煙SO3高于16mg/Nm3,會(huì)出現(xiàn)“藍(lán)羽”。

1 脫硫廢水特點(diǎn)

脫硫廢水主要污染物主要有以下特點(diǎn)：①水質(zhì)和水量不穩(wěn)定；懸浮物和COD較高，易沉淀。②含有過(guò)飽和的亞硫酸鹽、硫酸鹽、鈣鎂離子以及重金屬。③呈現(xiàn)弱酸性，pH值4～6；懸浮物高，但顆粒細(xì)小，主要成分為粉塵和脫硫產(chǎn)物（硫酸鈣和亞硫酸鈣）。

2 脫硫廢水主要處理工藝比較

2.1 脫硫廢水處理方法介紹

2.1.1 設(shè)備化學(xué)處理系統(tǒng)

經(jīng)過(guò)中和、化學(xué)沉淀：廢水中的重金屬離子、堿土金屬常加入石灰和有機(jī)硫沉淀法去除。

混凝澄清：脫硫廢水經(jīng)化學(xué)沉淀處理后，廢水中還含有許多微小的懸浮物和膠體等物質(zhì)，須加入混凝劑和助凝劑使之形成較大顆粒而更容易沉降下來(lái)。此種工藝需處理達(dá)標(biāo)才能向外排放，其中幾個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)較難達(dá)標(biāo)，通常SO4根含量偏高，TDS偏高等。

2.1.2 水力沖灰

該法脫硫廢水不經(jīng)處理，直接進(jìn)入水力除灰系統(tǒng)，脫硫廢水中的重金屬離子或酸性物質(zhì)與灰中的CaO反應(yīng)生成固體而得到去除，從而達(dá)到治理目的。另應(yīng)注意脫硫廢水均勻滴滲入除灰系統(tǒng)，防止大流量滲入時(shí)對(duì)除灰設(shè)備及管道造成腐蝕。通常帶走廢水量較小，不能完全滿足脫硫廢水排出量。

2.1.3 化學(xué)軟化和MF+膜濃縮+MVR

化學(xué)軟化+微濾膜，去除水中重金屬，鈣、鎂離子和懸浮物等；深度處理包含納濾和反滲透，主要起廢水減量化作用。經(jīng)深度處理后產(chǎn)水可達(dá)標(biāo)回用，濃縮液進(jìn)入MVR，蒸發(fā)結(jié)晶。此種工藝可以得到雜鹽。但是投資成本很高，并且運(yùn)行費(fèi)用也很高。

2.1.4 煙道直接蒸發(fā)

通過(guò)蒸發(fā)與干燥裝置可以使脫硫廢水干燥蒸發(fā)，轉(zhuǎn)化為固體物質(zhì)，便于實(shí)現(xiàn)全廠廢水的零排放。由于煙道不會(huì)很長(zhǎng)，蒸發(fā)停留時(shí)間較短，可能出現(xiàn)的問(wèn)題：脫硫廢水直接蒸發(fā)，可能由于噴入量大，導(dǎo)致未完全蒸發(fā)，會(huì)對(duì)煙道和除塵系統(tǒng)造成低溫腐蝕穿孔；燒結(jié)機(jī)低負(fù)荷下煙溫和煙氣流速降低，運(yùn)行過(guò)程中噴嘴堵塞等情況，可導(dǎo)致廢水不能完全蒸發(fā)，均有可能出現(xiàn)煙道腐蝕。

2.1.5 脫硫廢水制漿預(yù)處理部分+霧化干燥吸收

脫硫廢水制漿預(yù)處理部分：脫硫廢水加入Ca(OH)2等堿性吸收劑制成吸收劑漿液，過(guò)濾后通過(guò)霧化器送入霧化干燥吸收塔與煙氣充分接觸。霧化器有高速旋轉(zhuǎn)霧化器和三流體霧化噴槍霧化器，對(duì)于不同干燥塔。霧化干燥吸收塔部分：在霧化干燥吸收塔內(nèi)，經(jīng)霧化器而出的漿液粒徑約10～60μm的細(xì)霧滴，與高溫?zé)煔獬浞纸佑|，吸收劑霧滴水分被蒸發(fā)，水分進(jìn)入煙氣中，吸收劑中的鹽類(lèi)干燥產(chǎn)物隨煙氣進(jìn)入除塵器氣固分離處理，達(dá)到脫硫廢水零排放目的。

2.2 常見(jiàn)脫硫廢水處理技術(shù)特點(diǎn)及投資運(yùn)行成本對(duì)比（表1）

表1 常見(jiàn)脫硫廢水處理技術(shù)特點(diǎn)及投資運(yùn)行成本對(duì)比

3 脫硫廢水零排放并協(xié)同減排SO3技術(shù)

3.1 脫硫廢水零排放工藝流程

脫硫廢水零排放主要工藝流程分為：脫硫廢水預(yù)處理制漿+霧化干燥吸收塔。工藝流程如圖1。

圖1 脫硫廢水零排放處理工藝流程圖

3.1.1 脫硫廢水預(yù)處理制漿階段

預(yù)處理分為制漿和過(guò)濾兩部分。脫硫廢水氯離子達(dá)到15000～20000mg/L，加入325目Ca(OH)2干粉制成8%～15%濃度吸收劑漿液，漿液經(jīng)過(guò)過(guò)濾器送入霧化器。

3.1.2 霧化干燥吸收階段

霧化干燥吸收：燒結(jié)煙氣凈化系統(tǒng)中，霧化干燥吸收塔通常在布袋除塵器之前。脫硫廢水中加入Ca(OH)2干粉制成吸收劑漿液，經(jīng)三流體霧化噴槍霧化噴射而出的漿液粒徑約10～60μm的細(xì)霧滴，在霧化干燥吸收塔內(nèi)與高溫?zé)煔獬浞纸佑|，有較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間吸收煙氣中酸性氣體（HCl、HF、SO2、SO3），起到減排作用；同時(shí)反應(yīng)產(chǎn)物霧滴水分被蒸發(fā)，水分進(jìn)入煙氣中，飛灰和干燥產(chǎn)物從塔底部、除塵器收集，隨灰渣排出，實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放和對(duì)煙氣中酸性氣體的協(xié)同減排治理目的。

3.2 脫硫廢水零排放協(xié)同減排SO3技術(shù)運(yùn)行情況

3.2.1 脫硫廢水水量及水質(zhì)指標(biāo)

180m2燒結(jié)機(jī)石灰石-石膏濕法脫硫廢水處理項(xiàng)目為例，平均需處理脫硫廢水量約5m3/h。脫硫廢水水質(zhì)詳見(jiàn)表2。

表2 180m2燒結(jié)機(jī)石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質(zhì)

3.2.2 霧化干燥吸收煙氣運(yùn)行情況

目前國(guó)外電廠脫硫廢水零排放處理已有很多在煙道氣直接蒸發(fā)應(yīng)用業(yè)績(jī)；國(guó)內(nèi)電廠脫硫廢水零排放處理已有在煙道氣直接蒸與煙道旁路霧化干燥塔應(yīng)用業(yè)績(jī)，不同機(jī)組負(fù)荷對(duì)應(yīng)的脫硫廢水處理量，具體見(jiàn)表3。

表3 國(guó)內(nèi)脫硫廢水煙氣蒸發(fā)處理技術(shù)應(yīng)用業(yè)績(jī)表

霧化干燥吸收塔霧化器分為高速旋轉(zhuǎn)霧化器或霧化噴槍霧化。由于干燥塔內(nèi)停留時(shí)間相對(duì)煙道較長(zhǎng)，并且有獨(dú)立空間，對(duì)脫硫廢水處理量較大。

3.2.3 脫硫廢水制漿霧化干燥吸收后對(duì)煙氣成分的影響

在每900kg脫硫廢水中加入100kg氫氧化鈣干粉，使廢水中可溶性氯化鎂與氫氧化鈣反應(yīng)生成氯化鈣與氫氧化鎂。噴射漿液中有脫SO3的吸收劑Mg(OH)2，Ca(OH)2，吸收劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)約10%，其成分如表4。

表4 脫硫廢水成分與加入氫氧化鈣后漿液成分

以180m2燒結(jié)機(jī)煙氣霧化干燥脫硫廢水為例，原煙氣量700000Nm3/h，煙氣密度1.34kg/Nm3，煙氣質(zhì)量938000kg/h,含濕量(v%)為5.6%，水蒸氣質(zhì)量31500kg/h，吸收劑漿液噴入量5000kg/h，脫硫廢水處理量4500kg/h，廢水蒸發(fā)后增加的水蒸氣質(zhì)量4195kg/h，煙氣含濕份由5.6%增加到6.3%，噴射前后煙氣特性見(jiàn)表5。

表5 脫硫廢水煙氣霧化干燥吸收對(duì)煙氣成分的影響

表5可以得出，脫硫廢水制漿噴入霧化干燥吸收塔后，對(duì)煙氣特性有極小影響，都在正常波動(dòng)范圍內(nèi)。可以實(shí)現(xiàn)脫硫廢水的零排放處理，并對(duì)煙氣中SO2、HCl、SO3等酸性氣體有減排作用。當(dāng)脫硫劑量增大時(shí)，酸性氣體會(huì)進(jìn)一步降低。

4 運(yùn)行成本

4.1 化學(xué)軟化和微濾+NF+RO+MVR脫硫廢水零排放工藝藥劑成本和能源消耗

藥劑費(fèi)約：18元/t；能耗費(fèi)：13元/t；人工+其它：5元/t；共計(jì)：36元/t。

4.2 脫硫廢水制漿預(yù)處理部分+霧化干燥吸收塔

藥劑耗量：氫氧化鈣10kg/t；藥劑費(fèi)約：0.5元/t；壓縮空氣費(fèi)用：4元/t；人工+其它：2元/t。

如只對(duì)脫硫廢水做零排放處理，每噸脫硫廢水只需加入1～10kg氫氧化鈣，調(diào)節(jié)pH至10以上偏堿性，處理費(fèi)用較低。如需減排煙氣中SO3、SO2、HCl等酸性氣體，則加入氫氧化鈣吸收劑需增多，制較高濃度吸收劑漿液，噴入量也需增加。

根據(jù)運(yùn)行成本來(lái)看，“脫硫廢水制漿預(yù)處理部分+霧化干燥吸收塔”工藝運(yùn)行成本遠(yuǎn)低于“MVR蒸發(fā)結(jié)晶”工藝。

5 結(jié)語(yǔ)

煙氣霧化干燥吸收塔蒸發(fā)處理技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放，同時(shí)加入堿性吸收劑還能協(xié)同減排煙氣中SO3、SO2、HCl等酸性氣體。本技術(shù)以廢制廢，能實(shí)現(xiàn)資源回用、能源回用，在建造和運(yùn)行成本方面具有良好的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。在濕法脫硫需要超凈技術(shù)升級(jí)改造時(shí)，在除塵器前串霧化干燥吸收塔，既能實(shí)現(xiàn)超低排放，還能處理濕法脫硫廢水，使系統(tǒng)廢水零排放。為提高脫硫廢水煙氣蒸發(fā)系統(tǒng)的可靠性，保證系統(tǒng)的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行，提出如下建議：

①燒結(jié)機(jī)在30%～110%負(fù)荷運(yùn)行，差異較大，如果在煙氣負(fù)荷較低時(shí)噴入過(guò)多廢水未能及時(shí)蒸發(fā)會(huì)引起煙道和除塵器設(shè)備腐蝕等問(wèn)題。為避免脫硫廢水蒸發(fā)不完全，需控制噴入霧化干燥塔內(nèi)廢水量，建議配制一套脫硫廢水減量化設(shè)備。

②在采用三流體霧化噴槍時(shí)，為避免脫硫廢水堵塞噴槍噴嘴，建議壓縮空氣壓力、流量都需達(dá)到要求，工藝水定時(shí)沖洗。霧化噴槍材質(zhì)需耐氯離子和耐磨。霧化噴槍可多設(shè)幾組備用。

③煙氣溫度的降低應(yīng)控制在高于酸露點(diǎn)溫度以上，從而避免煙氣的冷凝或未蒸發(fā)液體的夾帶。