燃煤電廠脫硫廢水處理工藝研究

喬玉平

摘要：在燃煤電廠生產過程中，水資源的使用量和排放量都很大，一個裝機容量為2*60MW的火力發電廠，日耗水量高達60000m3，每小時排水量更是多達100～200m3。石灰石-石膏濕法煙氣脫硫處理技術產生的廢水中含有多種污染物，從保護自然生態環境和經濟可持續性的角度看，廢水中的無機鹽、重金屬和懸浮固體的含量沒有達到可排放廢水標準。因此降低燃煤電廠用水量、提高水資源的利用率，最終實現廢水零排放對環境保護和資源合理利用具有十分重要的意義。

關鍵詞：燃煤電廠;脫硫廢水;處理工藝

1燃煤電廠脫硫廢水的來源

我國的電力系統主要由火電、風電、水電及核電等幾部分構成，其中，火電是主要的電力來源，2016年，我國的火電裝機量超越美國，成為世界上火電裝機量最大的國家，滿足了國內的生產和生活的能源供應。隨著裝機量的增加，電廠排污也急速增加，為了抑制火電燃煤時產生的二氧化硫煙氣，目前國內電廠幾乎全部都安裝了脫硫系統。主流的脫硫技術是石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術。該技術運行穩定，主要脫硫環節是在吸收塔中進行，石灰石漿液與煙氣充分接觸，生成二水硫酸鈣（CaSO4·2H2O），再經過除霧環節，從煙囪中排除廢氣。

在脫硫處理環節中，需要控制脫硫漿液中的氯離子濃度，防止對吸收塔的腐蝕。如果濃度提高則需要排出脫硫廢水。經統計，煤炭中進入石膏中的氯離子中70%會隨著廢水排放出去，每年脫硫廢水總量超過9000萬噸，脫硫廢水中含有大量的污染物，對于脫硫廢水的深度處理投入資金在700億以上。

2燃煤電廠脫硫廢水主要處理難點

2.1廢水成分復雜

燃煤電廠在生產過程中，經過煤的充分燃燒后水會吸收大量煙氣，并在其他發電設備運行的影響之下，造成脫硫廢水的成分在不同階段都處于動態變化的狀態。使用傳統的物理法和化學法，會使得脫硫廢水的水質更加不穩定，處理過后仍然含有大量有害物質例如重金屬離子，依然不滿足國家對于排放廢水的標準。

2.2脫硫廢水含鹽量過高

生產過程產生的脫硫廢水中含有多種高濃度的無機鹽離子例如鈣離子和鈉離子，除此之外還有各種高含鹽量的結晶鹽。基于鹽物質難以被凈化的特點，使得這一類脫硫廢水的處理難度也比較高。并且在廢水處理過程中，其內部成分也一直處于動態變化的不穩定狀態，其狀態的變化和不穩定程度主要受到電廠的發電情況的影響。

2.3脫硫廢水懸浮物含量過高

脫硫廢水中的懸浮固體含量一般較高。由于煤種的不同，脫硫工藝條件等因素的影響，廢水中懸浮物的濃度一般會達到6000～15000mg/L，需要一定的時間才能澄清。為了處理懸浮物，必須確保同時處理在中和池和反應池中產生的新固態產物，因此在設備運行期間，必須確保沉淀絮凝箱滿足一定要求。

3燃煤電廠廢水常規處理工藝

3.1機械蒸發結晶工藝

機械蒸發結晶工藝主要有多效蒸發（MEE）和蒸汽再壓縮（MVR）兩種技術。MEE的工藝流程如圖2所示，特點是串聯了多個蒸發器進行級聯加熱，每個蒸發器稱作“一效”，可以串聯3～4個蒸發器，將上一個蒸發器的蒸汽作為下一個的熱源，通過級聯蒸汽多次利用使鹽水蒸汽凝結為水，能顯著提高蒸汽的利用率，減少浪費。缺點是多個蒸發器加熱器的串聯會占用較大面積。

MVR則是將壓縮機引入蒸汽系統，對二次蒸汽進行壓縮回收再供蒸發器循環使用。因此，MVR系統能夠充分回收熱量，提高熱效率，減少了能耗需求。系統的占地面積比MEE系統小很多，效率更高，更適合于蒸氣源較少的工廠。

3.2預處理

為凈化水質，使脫硫廢水達到下一技術環節的進水要求，需要設置必要的預處理環節。預處理技術主要是去除廢水中的重金屬離子，對廢水進行軟化處理。

雙堿法是目前在燃煤電廠應用較為廣泛的廢水軟化預處理工藝。雙堿法是采用Ca（OH）2+Na2CO3或NaOH+Na2CO3的方法處理脫硫廢水，利用OH-去除Mg2+，利用CO32-去除Ca2+，降低廢水的硬度。采用的雙堿法兩級軟化預處理工藝，對廢水進行全面軟化，全過程沒有任何廢水排放。該技術對鈣、鎂離子的去除率均達97%以上，處理后的水可繼續回用。對比四種軟化處理方案發現，最佳軟化處理工藝為NaOH+Na2CO3工藝，可使脫硫廢水中Ca2+、Mg2+的去除率>99.7%。該工藝具有穩定可靠的優點，但運行過程中投加大量的化學藥劑，形成污泥沉淀，會大大增加處理成本。將生物炭技術應用于廢水預處理環節。生物炭是生物質原料在低氧或無氧條件下熱化學分解產生的多孔碳質材料，對工業廢水中的銅、鉛、砷、鎘等重金屬具有很強的吸附作用，最大吸附容量可達12.7mg/g。作為一種高效、低成本吸附劑的新型炭材料，生物炭因其更大的表面積、更豐富的官能團和更強的吸附能力，在工業廢水處理中具有很大的應用前景。

3.3熱法濃縮

（1）機械式蒸汽再壓縮蒸發.該技術是將蒸發系統產生的二次蒸汽，經壓縮機壓縮后提升為高品位熱源，重新進入蒸發器替代新蒸汽加熱廢水進行濃縮。利用膜濃縮與MVR蒸發結晶相結合技術，將脫硫廢水中的分離出來的淡水進行回收利用，得到的結晶鹽純度可達97.5%。在對MVR技術在脫硫廢水零排放技術中的研究表明，該項技術的濃縮倍率約為原水的24倍，淡水產水率達80%，處理效果較好。該工藝的自動化程度高、占地面積較小，濃縮效果顯著。但在鹽水濃縮過程中，系統仍存在堵塞、風機葉輪易損壞且投資成本均偏高等問題。

（2）多效蒸發。該技術是利用串聯的多級蒸發器的前一級產生的蒸汽為下一級提供熱源，對脫硫廢水進行蒸發濃縮。理論上蒸發器效級設置的越多，越節約蒸汽，但考慮到投資成本高的問題，需衡量采用的最優級數。同時還需對蒸發器進行定期清洗，且存在熱量損失問題。采用五效蒸發的系統獲得的綜合熱能利用率最高，且蒸汽消耗量最小。采用的“四效蒸發結晶”工藝對軟化預處理后的脫硫廢水進行蒸發結晶，獲得的結晶鹽NaCl純度約為95%左右。

3.4脫硫廢水固化處理技術

（1）蒸發結晶技術是利用火電機組產生的熱量對經過預處理的廢水進行濃縮，最終的濃縮液體在飽和狀態下析出結晶鹽固體，水蒸氣則通過冷凝管回收并進行二次利用。主要流程為預處理、濃縮和結晶。預處理是通過向廢水中加入純堿和苛性鈉去除廢水中的鈣離子和鎂離子，使廢水得到軟化，避免產生結垢。在濃縮過程中，采用膜濃縮法提高了廢水的濃度，既提高了結晶效率也節約了能源。在結晶過程中，濃縮液通過多效蒸發結晶或機械壓縮蒸發結晶被轉化為干燥的結晶鹽固體，以干燥的固體形式進行處理。

（2）將預處理后的廢水霧化后噴灑至鍋爐尾部煙道也被稱為煙道蒸發技術。煙道中的熱量可以使廢水快速蒸發，蒸發后殘留的固體雜質將與煙氣一起進入電除塵器，主要分為主煙道蒸發技術和旁路煙道蒸發技術。技術流程簡單，不需要提供額外能源，減少了廢水處理的成本。同時，通過將廢水引入煙道，也可以在一定程度上增加煙道內的濕度，降低煙氣中粉塵顆粒的比電阻，不僅對除塵效率有很大提升，還具有很高的環保價值。

結論

脫硫廢水的凈化處理對于環境保護和水資源的回收利用起著重要作用，為了實現廢水零排放，當前已經發展了較多的脫硫廢水處理工藝。不同的電廠應結合自身的場地規模、經濟能力、所處區域等特點，選擇較為成熟穩定的廢水處理工藝搭建脫硫廢水處理系統，做到節能環保，更好的服務于生產生活。

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