循環(huán)流化床機(jī)組深度優(yōu)化用水及水污染防治改造項(xiàng)目的研究和應(yīng)用

韶關(guān)市坪石發(fā)電廠有限公司（B廠） 徐清林 華電電力科學(xué)研究院有限公司 尤良洲

火力發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)用水量占工業(yè)用水的最大比重，其取水量、消耗量和排水量均十分巨大。隨著國家相關(guān)法律法規(guī)《節(jié)約能源法》、《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》、《環(huán)境保護(hù)法》和地區(qū)相關(guān)水資源收費(fèi)政策（取水費(fèi)、排水費(fèi)、超標(biāo)費(fèi)）的頒布和實(shí)施，對(duì)火力發(fā)電企業(yè)取水、用水、排水量都提出了嚴(yán)格的要求，并且排放水質(zhì)指標(biāo)限制更是從嚴(yán)督察。從長期發(fā)展的角度出發(fā)，要達(dá)特定的政策要求，開展全廠深度優(yōu)化用水及水污染防治是環(huán)保政策形勢(shì)下的迫切需求[1]。

廣東地區(qū)某2×330MW循環(huán)流化床鍋爐按照新的環(huán)保要求對(duì)全廠水處理設(shè)施進(jìn)行升級(jí)改造，并優(yōu)化處理工藝，實(shí)現(xiàn)全廠深度優(yōu)化用水及水污染防治工程實(shí)施后，不僅可以實(shí)現(xiàn)全廠水資源的統(tǒng)籌利用，節(jié)省大量水資源和取水費(fèi)用，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益，還能夠節(jié)約大量的排污費(fèi)用，突顯國有企業(yè)的社會(huì)責(zé)任擔(dān)當(dāng)，并取得巨大的環(huán)境效益。

針對(duì)流化床機(jī)組的運(yùn)行特性，結(jié)合廢水的產(chǎn)生形式，有針對(duì)性的進(jìn)行廢水處理。通過對(duì)全廠廢水分質(zhì)回收，單獨(dú)處理的原則，優(yōu)先施行深度用水優(yōu)化，將可回用的廢水全部處理后回用，將不回用的廢水納入零排放改造系統(tǒng)。通過對(duì)不同零排放技術(shù)路線對(duì)比，最終選定低溫?zé)煔庹舭l(fā)濃縮工藝+旁路煙道蒸發(fā)干燥工藝，最終徹底實(shí)現(xiàn)零排放。

1 全廠深度優(yōu)化用水改造部分

項(xiàng)目公司深度優(yōu)化用水及水污染防治項(xiàng)目的思路，是優(yōu)化全廠用水系統(tǒng)，通過水的分級(jí)利用提高重復(fù)利用率。通過全廠深度用水優(yōu)化，對(duì)全廠廢水統(tǒng)一調(diào)度，實(shí)行分類回收、分質(zhì)利用。在機(jī)組及設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，實(shí)現(xiàn)大部分廢水回用及消納，少量水質(zhì)條件極差、難以回用的廢水通過脫鹽處理后回用。

1.1 鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)

將鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)排水分類收集、分質(zhì)回用，將活性炭過濾器反洗水單獨(dú)收集，回用至斜管沉淀池進(jìn)口。樹脂再生廢水經(jīng)中和水池處處理后直接回用于脫硫系統(tǒng)，新增廢水輸送泵，匹配脫硫系統(tǒng)溢流水箱消納能力。

1.2 污泥脫水處理系統(tǒng)

將凈水站機(jī)械加速澄清池、空氣擦洗濾池、斜管沉淀池、無閥濾池和工業(yè)廢水處理系統(tǒng)產(chǎn)生排泥水進(jìn)行收集，匯入污泥調(diào)節(jié)池。將污泥脫水系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)混凝劑、助凝劑加藥泵及加藥管路，更換離心脫水機(jī)。污泥脫水處理系統(tǒng)產(chǎn)水返回機(jī)械加速澄清池。

1.3 生活污水處理系統(tǒng)

收集全廠生活污水，將原生活污水處理系統(tǒng)廢棄、不再予以修復(fù)，新增2套5m3/h生活污水處理系統(tǒng)，處理后的水質(zhì)按照《水污染物排放限值》（DB44/26-2001）中相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

1.4 工業(yè)水及循環(huán)水回用系統(tǒng)

收集風(fēng)機(jī)變頻器冷卻液，避免進(jìn)入地下管網(wǎng)，降低工業(yè)水回用水箱溢流水量。降低工業(yè)水進(jìn)入工業(yè)廢水處理系統(tǒng)水量，通過工業(yè)水回用水箱管路，直接回用循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

2 廢水深度濃縮改造部分

火電發(fā)電廠全廠無法消納的廢水濃縮減量的工藝分為兩大主流派系，熱法濃縮工藝和膜法濃縮工藝[2]，項(xiàng)目公司無法消納脫硫廢水10m3/h。

2.1 熱法濃縮工藝[3]

熱法濃縮減量工藝已發(fā)展多年，是一個(gè)相對(duì)成熟、可靠的工藝路線，海水淡化領(lǐng)域已應(yīng)用多年，廢水處理領(lǐng)域也正逐步興起，主要技術(shù)有多級(jí)閃蒸（MSF）、機(jī)械蒸汽再壓縮（MVC/MVR）、低溫多效蒸餾法（MED）等工藝、低溫?zé)煔鉂饪s蒸發(fā)。廢水經(jīng)熱法濃縮工藝處理后，濃水的TDS最高可達(dá)240000mg/L。

2.2 膜法濃縮工藝[4]

目前較為主流的膜濃縮工藝有：反滲透、正滲透、電滲析技術(shù)[5]。

膜法濃縮分預(yù)濃縮和深度濃縮兩個(gè)階段，預(yù)濃縮技術(shù)都大同小異，主要采用的是反滲透技術(shù)，如BWRO、SWRO、SCRO等，將需要處理的初步濃縮減量后，當(dāng)濃縮液TDS達(dá)到一定值后再進(jìn)行深度濃縮。BWRO、SWRO、SCRO為常規(guī)成熟技術(shù)。

膜法深度濃縮處理工藝主要有高壓反滲透（DTRO）、電滲析（ED）、正滲透（FO）。正滲透工藝目前在電力系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)用案例較少，DTRO濃水含鹽量最大約120000mg/L，ED濃水含鹽量最大約200000mg/L。從技術(shù)對(duì)比分析來看，ED工藝更高的應(yīng)用價(jià)值，能夠降低末端廢水水量，從而廢水濃縮工藝性價(jià)比。

2.3 深度濃縮工藝比選

從火電廠現(xiàn)有應(yīng)用業(yè)績來看，應(yīng)用較多的深度濃縮工藝有低溫?zé)煔鉂饪s蒸發(fā)、電滲析工藝及多效閃蒸工藝，三種工藝技術(shù)對(duì)比見表1。

表1 廢水深度濃縮工藝技術(shù)對(duì)比表

低溫?zé)煔鉂饪s工藝因抽取低溫?zé)煔饬枯^大，會(huì)對(duì)脫硫系統(tǒng)水平衡存在影響，會(huì)降低脫硫系統(tǒng)工藝水用量，在脫硫廢水工藝水為原水的基礎(chǔ)上，可節(jié)約一定的水資源。

ED工藝在電力系統(tǒng)內(nèi)尚未有長期穩(wěn)定運(yùn)行案例。對(duì)于膜法濃縮工藝而言，配套需新增廢水軟化除硬預(yù)處理系統(tǒng)，對(duì)于僅10m3/h處理量顯然經(jīng)濟(jì)性欠佳。

多效閃蒸處理工藝配套需新增處理車間，同樣處理10m3/h脫硫廢水經(jīng)濟(jì)性較差。

整體來看，低溫?zé)煔鉂饪s蒸發(fā)無需配套軟化系統(tǒng)，占地空間較小，系統(tǒng)操作較為簡便，作為深度濃縮工藝首選。

3 廢水零排放改造部分

目前較為主流的末端水處理工藝有三種，分別為旁路蒸發(fā)干燥技術(shù)、主煙道余熱蒸發(fā)干燥技術(shù)、蒸發(fā)結(jié)晶工藝。因蒸發(fā)結(jié)晶造價(jià)高，產(chǎn)生的結(jié)晶鹽的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)較大、運(yùn)行費(fèi)用較高，本次改造僅考慮主煙道余熱蒸發(fā)干燥技術(shù)和旁路蒸發(fā)干燥技術(shù)。

3.1 主煙道余熱蒸發(fā)干燥技術(shù)

將濃縮后的高鹽廢水霧化后噴入鍋爐尾部主煙道內(nèi)，如除塵器入口煙道，利用煙氣中的余熱將廢水進(jìn)行蒸發(fā)干燥。在主煙道余熱蒸發(fā)干燥技術(shù)處理工藝中，廢水蒸發(fā)后以水蒸氣的形式進(jìn)入脫硫吸收塔內(nèi)，冷凝后形成純凈的蒸餾水，進(jìn)入脫硫系統(tǒng)內(nèi)。同時(shí)，廢水中的鹽類在蒸發(fā)過程中析出，與煙氣中的飛灰混合后一期進(jìn)入除塵器，有除塵器一同脫除。

項(xiàng)目公司空預(yù)器出口水平煙道標(biāo)高9.2m，空預(yù)器出口水平煙道較短（約5m），之后煙道垂直上升至標(biāo)高15.0m，垂直煙道長度約6m。除塵器入口水平煙道標(biāo)高15.0m，幾乎無直管段，直接進(jìn)入電袋復(fù)合除塵器。從空預(yù)器出口至除塵器入口煙道，無論垂直段還是水平段，長度均較短，無法滿足廢水霧化后煙道內(nèi)完全蒸發(fā)所需要至少保證在8m以上安全距離。因此，主煙道余熱蒸發(fā)干燥技術(shù)無實(shí)施空間。

3.2 旁路蒸發(fā)干燥技術(shù)

設(shè)置獨(dú)立噴霧干燥裝置，干燥煙氣溫度350℃左右，高溫?zé)煔庖钥疹A(yù)器前，廢水由輸送泵引至噴霧干燥塔，雙流體噴槍將其噴射至高溫?zé)煔庵小榱颂岣哽F化效果，配以壓縮空氣霧化，控制噴入液體及熱風(fēng)的配比，將熱風(fēng)溫度降至150℃左右，降溫后的煙氣引入除塵器前主煙道，由除塵器捕集灰分及析出的鹽類。廢水蒸發(fā)形成的水蒸氣隨煙氣進(jìn)入脫硫系統(tǒng)冷凝成新鮮水，補(bǔ)充進(jìn)入脫硫系統(tǒng)。

技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：從空預(yù)器入口前煙道引入的煙氣溫度較高，有利于廢水液滴的蒸發(fā)，有利于系統(tǒng)在機(jī)組低負(fù)荷工況下的穩(wěn)定運(yùn)行，不影響低低溫省煤器的布置；旁路蒸發(fā)干燥技術(shù)作為蒸發(fā)器主體，獨(dú)立于主機(jī)系統(tǒng)，設(shè)置煙氣閥門，便于施工和維護(hù)；利用少量高溫?zé)煔庾鳛闊嵩矗瑹o需其他外部熱源；無污泥排放，飛灰及鹽類全部被除塵器捕集；占地面積小，系統(tǒng)相對(duì)簡單，設(shè)備少，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低。

目前，外引煙氣進(jìn)行高鹽廢水的霧化蒸發(fā)處理技術(shù)工程實(shí)施案例有焦作萬方電廠、浙能長興電廠、國家電投北海電廠、華電揚(yáng)州電廠等，廢水蒸發(fā)量與外引煙氣量直接相關(guān)，由于外引煙氣量的限制，導(dǎo)致廢水蒸發(fā)量有限。另外，由于引入脫硝裝置出口的高溫高參數(shù)的煙氣作為廢水蒸發(fā)消納的熱源，將會(huì)減少進(jìn)入空預(yù)器的高溫?zé)煔饬浚欢ǔ潭壬辖档湾仩t效率（0.3%左右，以單臺(tái)350MW機(jī)組蒸發(fā)4m3/h水計(jì)算）。

4 組合改造方案及結(jié)論

全廠改造優(yōu)先開展深度優(yōu)化用水部分，將能夠回用的廢水全部回用，僅剩余無法回用的廢水（如脫硫廢水、循環(huán)排污水反滲透濃水等）作為高鹽廢水進(jìn)行深度濃縮，深度濃縮工藝選用低溫?zé)煔鉂饪s工藝，能夠充分利用機(jī)組低品質(zhì)熱量，最大幅度降低能耗的追加。零排放改造部分采用旁路蒸發(fā)干燥技術(shù)，新增廢水蒸發(fā)塔，能夠保證末端廢水徹底實(shí)現(xiàn)水和鹽分分離，鹽分進(jìn)去粉煤灰中，水汽進(jìn)入煙氣中。將脫硫廢水10m3/h通過低溫?zé)煔鉂饪s工藝濃縮至2m3/h，濃縮倍率為5，最終通過旁路蒸發(fā)干燥技術(shù)實(shí)現(xiàn)零排放。

工程改造靜態(tài)投資費(fèi)用為4496萬元，其中水資源深度用水優(yōu)化部分靜態(tài)投資為1162萬元，低溫?zé)煔馍疃葷饪s改造靜態(tài)投資費(fèi)用為1545萬元，旁路煙道煙氣蒸發(fā)系統(tǒng)改造費(fèi)用為1488萬元，增加運(yùn)行成本（生產(chǎn)成本+財(cái)務(wù)費(fèi)用）503萬元/年。

全廠深度優(yōu)化用水是實(shí)現(xiàn)全廠零排放的前提和基石，無論從廢水水量還是水質(zhì)的來看，都應(yīng)實(shí)現(xiàn)廢水水量最少化，降低深度濃度階段設(shè)備處理規(guī)模，降低改造初投資。

廢水懸浮物較少但含鹽量高，如化學(xué)車間濃水、酸堿再生廢水及循環(huán)排污水等，可優(yōu)先回用于脫硫系統(tǒng)，提高脫硫系統(tǒng)漿液中氯離子運(yùn)行濃度，降一補(bǔ)降低脫硫廢水水量，有利于完成廢水零排放的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

減量濃縮單元效果直接影響末端廢水蒸發(fā)處理系統(tǒng)改造投資費(fèi)用，電滲析ED、低溫?zé)煔庹舭l(fā)、多效閃蒸等因根據(jù)廠里自身的熱源情況進(jìn)行最優(yōu)比選，選擇最優(yōu)的工藝路線。

蒸發(fā)脫鹽單元采用煙道霧化蒸發(fā)路線。根據(jù)末端水量、煙氣參數(shù)及煙道布置空間等情況，考慮各工藝技術(shù)的投資運(yùn)行成本和運(yùn)行穩(wěn)定性，優(yōu)先考慮除塵器前煙道霧化蒸發(fā)（末端廢水水量較小，煙道和煙氣情況滿足要求），其次考慮空預(yù)器前旁路煙道蒸發(fā)（末端廢水水量較小，煙道或煙氣情況不能滿足直接霧化蒸發(fā)的要求）。