余熱利用閃蒸及煙道蒸發(fā)工藝處理脫硫廢水的技術比較

趙 宏

（陜西榆林能源集團楊伙盤煤電有限公司生產準備部，陜西神木 719316）

近年來，我國對廢水排放標準的要求日趨嚴格，尤其是國務院2015年頒布了《水污染防治行動計劃》“水十條”，更是將水環(huán)境保護工作上升到國家戰(zhàn)略的層面。燃煤火電廠作為工業(yè)用水大戶，用水量占到工業(yè)用水總量的20%，從保護環(huán)境及經濟運行的角度出發(fā)，節(jié)約用水，提高循環(huán)水的重復利用率，實現廢水“零排放”的意義重大。

濕法脫硫廢水是火電廠鍋爐煙氣濕法脫硫（石灰石/石膏法）過程中吸收塔的排放水，它與電廠其他系統(tǒng)所產生的廢水差異較大，是火電廠水系統(tǒng)內水質最復雜、污染最嚴重的水體。脫硫廢水含有高濃度的懸浮物、高氯根、高含鹽量、高濃度重金屬，對環(huán)境污染性極強，因此脫硫廢水零排放勢在必行。

1 脫硫廢水水質特點

脫硫廢水中的污染物成分及含量與煤種、煙氣含塵量、脫硫工藝、脫硫系統(tǒng)運行方式、石膏脫水的效果、石灰石的品質、氨逃逸率等多種因素有關，呈酸性，具有含鹽量高、懸浮物高、硬度高、重金屬含量高等特點。處理后回用困難。它的主要特征是：①呈現弱酸性，pH值為4～6.5；②懸浮物高，一般在6 000～15 000mg/L，但顆粒細小，主要成分為粉塵和脫硫產物（硫酸鈣和亞硫酸鈣）；③含有可溶性的氯化物和氟化物、硝酸鹽等，溶解性固體總量（TDS）在25 000～60 000mg/L，其中Cl-含量一般在5 000～20 000mg/L；④含有Hg、Pb、Ni、As、Cd、Cr等重金屬離子，是電廠一種處理難度較大的廢水。

2 脫硫廢水處理現狀

目前電廠脫硫廢水處理一般采用酸堿中和三聯(lián)箱處理法，利用石灰乳將偏酸性的廢水pH值調至8.5～9，絮凝去除懸浮物。此工藝主要處理了脫硫廢水中的固體顆粒物，但對于水中的溶解性離子沒有處理，排水中仍然含有大量的Cl-、SO42-、Ca2+、Mg2+，需要進行二次處理才能實現零排放以及回收利用。

廢水“零排放”的定義：電廠不向地面及地下水域排出或滲出及其他任何形式的水，離開電廠的所有的水都是以氣態(tài)的形式或是固化在灰渣等固廢中。因此，廢水的零排放應做到需要排放的所有液體通過氣態(tài)或固態(tài)的形式排放，而不能以任何液態(tài)形式的排放，也就是做到廢液的零排放。

通用零排放技術多采用“預處理單元+減量濃縮單元+固化單元”工藝，各單元設計彼此相輔相成，其目的在于滿足各自系統(tǒng)的工藝邊界條件要求，同時實現整套零排放系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行。預處理單元主要去除水體中的硬度離子和重金屬，以符合后續(xù)減量濃縮單元設計要求。減量濃縮單元設計則根據后續(xù)固化單元水量，確定減量濃縮單元出力要求，主要包括膜濃縮和熱蒸發(fā)兩種處理工藝?！肮袒瘑卧笔敲摿驈U水“零排放”系統(tǒng)中的關鍵，根據處理程度的不同，主要分為結晶鹽資源化利用、非資源化利用兩種。結晶鹽資源化利用處理方法，需要將廢水軟化到一定程度甚至全軟化，才能進行后續(xù)的膜法或熱法分鹽及濃縮干化處理工藝，軟化藥劑費用高。

3 余熱利用閃蒸技術

余熱利用閃蒸自結晶脫硫廢水零排放技術采用負壓多效閃蒸工藝，以廢水中石膏固體顆粒作為晶種進行廢水中污染物的自結晶，利用脫硫入口煙氣余熱為多效蒸發(fā)提供熱源，降低系統(tǒng)能耗。無預處理，不需加藥，排出固體物為石膏和結晶鹽混合物，無其他雜物，能達到90%的水回收利用率。

余熱閃蒸自結晶技術具有無須進行預處理，利用鍋爐尾部余熱煙氣加熱脫硫廢水，不需要消耗其他熱源，系統(tǒng)的水回收率高（可達到90%以上），以脫硫廢水中的石膏固體顆粒作為結晶晶種，不需要對脫硫廢水進行預處理，無二次廢棄固體物產生等特點。

余熱利用閃蒸自結晶脫硫廢水零排放技術工藝流程，如圖1所示。

圖1 余熱閃蒸自結晶技術工藝流程

4 煙道蒸發(fā)技術

脫硫廢水需先經過預處理系統(tǒng)除去水中的鈣鎂離子和重金屬，再經過膜法減量濃縮后進入煙道進行噴灑蒸發(fā)（濃縮減量裝置可根據需蒸發(fā)的水量確定是否需要設置）。通過高溫煙氣將噴灑霧化后的廢水中的液滴蒸干，廢水中剩余的重金屬、鹽類等其他污染物形成細小的結晶析出，與煙氣中的煙塵一同進入除塵器被捕捉，通過除塵器灰斗外排，除去污染物，整個系統(tǒng)沒有結晶鹽產生，現有的煙道蒸發(fā)工藝主要分為旁路煙道蒸發(fā)和主煙道蒸發(fā)兩類技術。旁路煙氣蒸發(fā)工藝與主煙道蒸發(fā)工藝相比較，具有不影響主機運行、可以在線檢修的優(yōu)點。

4.1 主煙道蒸發(fā)技術

將脫硫廢水直接噴入煙道內，通過在除塵器與空氣預熱器之間的煙道內設置的噴嘴，將經過預處理濃縮之后的廢水進行霧化。霧化后的液滴通過高溫煙氣的作用快速蒸發(fā)，水分隨煙氣排出，而廢水中剩余的雜質則通過除塵系統(tǒng)與粉煤灰一同被收集后外排，以此達到廢水零排放的目的。

該工藝需要在除塵器前布置噴槍或者抽取除塵器前的煙氣進行加熱，這會使得噴嘴處的濕度增大，煙氣中的灰分容易在噴槍處、旋轉噴霧處黏結，導致噴嘴堵塞、煙氣沖刷磨損、霧化效率下降，致使廢水難以干燥，機組運行期間難以檢修處理。

主煙道噴霧蒸發(fā)工藝廢水處理能力較小，且有容易造成煙道堵塞、結垢、腐蝕的問題，噴頭的布置方式對蒸發(fā)固化的效果影響很大，對煙道安裝位置的要求較高，隨著低低溫靜電除塵技術使用的普及，造成滿足直噴煙道余熱蒸發(fā)利用的煙道有效長度減小，煙道長度不足限制了可蒸發(fā)的廢水水量（見圖2）。

圖2 主煙道蒸發(fā)工藝流程

4.2 旁路煙道蒸發(fā)技術

從空預器上游抽取的少量煙氣通過噴霧干燥塔，脫硫廢水通過水泵打入噴霧干燥塔與鍋爐熱煙氣混合。通過擋板門來控制噴霧干燥塔需要的煙氣流量，使其在噴霧干燥塔內部形成設定的特殊流場，經過噴嘴的細小液體顆粒與熱煙氣混合，由于接觸比表面積大，廢水充分得到蒸發(fā)，熱煙氣溫度降低并控制在高于酸露點或者空預器出口溫度以上，來保證在煙氣進入除塵器之前沒有冷凝或者為蒸發(fā)的液體夾帶發(fā)生。含有可溶性以及懸浮物固體顆粒的脫硫廢水吸收高溫煙氣的熱量蒸發(fā)后，含在脫硫廢水中的重金屬離子以及一些其他的離子便會結晶析出，蒸發(fā)后的固體夾帶物收集到下游的電除塵器，混入全廠飛灰，一起集中處理（見圖3）。

圖3 旁路煙氣蒸發(fā)工藝流程

5 技術比較

比較上述不同脫硫廢水零排放工藝，從各工藝的系統(tǒng)配置，優(yōu)缺點以及對熱力系統(tǒng)的影響等方面進行說明，如表1所示。

表1 不同脫硫廢水零排放工藝比較

6 結束語

旁路煙氣蒸發(fā)工藝，最大特點是適應能力強，可以接受負荷和廢水的經常波動，直接利用煙氣余熱進行蒸發(fā)，不需要添加藥劑。通常抽取的熱煙氣量占總煙氣量的3%～5%，對鍋爐的影響有限，可不設置濃縮減量裝置。整體工藝系統(tǒng)簡單、運行穩(wěn)定性和可靠性高，運行維護費用低，是實現脫硫廢水零排放的首選工藝。