脫硫廢水濃縮技術現狀分析

摘要：隨著工業高速發展，我國廢水產生量逐年增加。其中，脫硫廢水是典型高鹽廢水。近年來，濃縮減量技術成為脫硫廢水零排放研究熱點。市場上，廢水濃縮技術主要分為2種，即膜法和熱法，目前以熱法為主。本文綜述煙氣濃縮、多效濃縮（以三效濃縮為代表）和空氣濃縮的技術原理、工藝流程和技術特點，然后以某企業脫硫廢水零排放項目為例，從技術性、安全性和經濟性的角度對3種熱法濃縮技術進行對比分析。研究結果表明，相比煙氣濃縮和三效濃縮，空氣濃縮的技術性、安全性和經濟性更優。

關鍵詞：脫硫廢水；熱法濃縮；煙氣濃縮；多效濃縮；空氣濃縮

中圖分類號：X773 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）04-00-05

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.04.029

Analysis on Current Situation of Concentration Technology of Desulfurization Wastewater

GUO Xiangjian， LI Weidong， PAN Shihan， WANG Zhaoguo， YIN Zeyang

（Zheneng Aksu Thermal-Power Co.， Ltd.， Aksu 843000， China）

Abstract： With the rapid development of industry， the amount of wastewater generated in China has been increasing year by year. Among them， desulfurization wastewater is a typical high salt wastewater. In recent years， concentration reduction technology has become a hot research topic for zero discharge of desulfurization wastewater. In the market， there are mainly two types of wastewater concentration technologies， namely membrane method and thermal method， with thermal method being the main method at present. This paper reviews the technical principles， process flow， and technical characteristics of flue gas concentration， multi effect concentration （represented by three effect concentration）， and air concentration， and then compares and analyzes three thermal concentration technologies from the perspectives of technology， safety， and economy by taking the zero discharge project of desulfurization wastewater in a certain enterprise as an example. The research results indicate that compared to flue gas concentration and three effect concentration， air concentration has better technical， safety， and economic benefits.

Keywords： desulfurization wastewater; thermal concentration; flue gas concentration; multi effect concentration; air concentration

隨著工業的蓬勃發展，我國廢水產生量逐年增加，特別是電力、熱力和化工等工業領域[1]。脫硫廢水是典型高鹽廢水，潛在環境風險高[2-3]。2022年9月19日，科學技術部、生態環境部、住房和城鄉建設部等部門聯合發布《“十四五”生態環境領域科技創新專項規劃》，規劃提出，要研發高鹽廢水處理和資源化利用適用技術。研究表明，若1 t廢水煤耗量增加約106.1 kg，則折合費用67.5～90.7元/（t·h）[4]。某企業的燃煤電廠配置2臺火力發電機組（單臺負荷1 000 MW），廢水產生量為20 t/h，每年運行5 000 h，年運行費用為675萬～907萬元。近年來，濃縮減量已成為脫硫廢水零排放研究熱點。市場上，廢水濃縮技術主要有2種，即膜法和熱法。膜法存在預處理要求高、占地面積大、成本高和維護量大等不足[5]，不適用于處理脫硫廢水。目前，廢水濃縮技術以熱法為主。本文綜述煙氣濃縮、多效濃縮（以三效濃縮為代表）和空氣濃縮的技術原理、工藝流程和技術特點，然后以該企業脫硫廢水零排放項目為例，從技術性、安全性和經濟性的角度對3種熱法濃縮技術進行對比分析，以更好地處理脫硫廢水，實現資源化利用。

1 熱法濃縮

熱法濃縮是指在一定壓力下，經加熱，液體發生相變，轉化為氣體排出，廢水不斷循環，實現濃縮減量[6]。熱法濃縮技術主要分為3種，即煙氣濃縮、多效濃縮和空氣濃縮。

1.1 煙氣濃縮

煙氣濃縮的技術原理是熱煙氣與噴淋濃縮塔中冷廢水進行傳質換熱，利用煙氣熱量蒸發廢水，其工藝流程[7]如圖1所示。廢水經給料泵送至濃縮塔；經循環泵由濃縮塔底部抽取，送至上部霧化噴淋主煙道引出熱煙氣，經風機送入濃縮塔下部，上升時與霧化噴淋廢水直接接觸換熱；飽和濕煙氣經除霧器后返回主煙道。廢水經多次循環濃縮達標后由濃縮塔底部排出。

煙氣濃縮的技術特點如表1所示。安全性評價指標包括濃縮塔、密封性、檢修、污染物循環和pH；技術性評價指標包括系統配置、系統工藝、熱源、安裝位置、風機性能和設備結垢；經濟性評價指標包括設備投資和運行費用。

1.2 多效濃縮

多效濃縮的技術原理是利用負壓閃蒸進行兩相分離。以三效濃縮技術為例，其工藝流程[8]如圖2所示。一是一效。廢水經給料泵送至一效分離器，經強循泵送至一效加熱器升溫后進入分離器，在分離器中閃蒸后，剩余液體降溫，再次循環。在煙道中設置煙氣換熱器或直接利用輔助蒸汽作為一效熱源。二是二效。工藝流程同一效。在一效分離器中閃蒸蒸汽作為二效熱源。三是三效。工藝流程同一效。在二效分離器中閃蒸蒸汽作為三效熱源。廢水經多次循環濃縮達標后由三效分離器底部排出。

多效濃縮的技術特點如表2所示。安全性評價指標包括濃縮塔、密封性、檢修、污染物循環和pH[9]；技術性評價指標包括系統配置、系統工藝、熱源、安裝位置、風機性能和設備結垢；經濟性評價指標包括設備投資和運行費用。

1.3 空氣濃縮

空氣濃縮的技術原理是利用高低溫飽和空氣含水量差異，達到濃縮目的，其工藝流程[10]如圖3所示。廢水經給料泵送至濃縮塔；新建煙氣換熱器或利用電廠低溫省煤器熱媒水，間接利用煙氣余熱或輔助蒸汽作為廢水濃縮熱源。廢水由循環泵從濃縮塔內部抽取，經外部廢水換熱器升溫，送至濃縮塔上部做霧化噴淋。空氣經風機由濃縮塔下部鼓入，與上部噴淋熱廢水逆流換熱，飽和濕空氣經濃縮塔除霧器后進入脫硫塔前煙道。廢水經多次循環濃縮后由濃縮塔底部排出。

空氣濃縮的技術特點如表3所示。安全性評價指標包括濃縮塔、密封性、檢修、污染物循環和pH；技術性評價指標包括系統配置、系統工藝、熱源、安裝位置、風機性能和設備結垢；經濟性評價指標包括設備投資和運行費用。

2 熱法濃縮技術分析

該企業的燃煤電廠脫硫廢水零排放項目數據如表4所示。下面從技術性、安全性和經濟性入手，對3種熱法濃縮技術進行對比分析，如表5所示。技術性評價指標包括處理量、系統配置、濃縮倍率、氣體量、濃縮塔徑、占地面積、系統工藝、熱源、安裝位置、風機性能和設備結垢；安全性評價指標包括濃縮塔、密封性、檢修、污染物循環和pH；經濟性評價指標包括電氣轉換器（Electro-Pneumatic Convertor，EPC）設備投資、噸水運行電耗和噸水運行電費。

2.1 空氣濃縮技術性更優

空氣濃縮可實現2爐1塔，具有系統工藝簡單、占地面積小和安裝位置靈活等特點。雖然三效濃縮技術也可實現2爐1塔，但是系統工藝復雜，占地面積大，安裝位置受限。另外，空氣濃縮所需氣體量小，熱源靈活，風機性能較強，設備不易結垢。

2.2 空氣濃縮安全性更優

空氣濃縮的濃縮塔安全性強，污染物循環難，pH呈弱酸性。同時，空氣濃縮密封性較強，檢修危害程度小，檢修簡單。雖然三效濃縮技術密封性也強，但是其檢修困難。

2.3 空氣濃縮經濟性更優

經調研，單臺爐煙氣濃縮投資最低，但多臺爐空氣濃縮EPC設備投資少，噸水運行電費少。從EPC設備投資來看，煙氣濃縮約為2 500萬元；三效濃縮約為6 400萬元，其中電廠輔助蒸汽約為3 000萬元，新建煙氣換熱器約為3 400萬元；空氣濃縮約為

5 680萬元，其中利用低溫省煤器熱媒水約為2 400萬元，新建煙氣換熱器約為3 280萬元。

3 結語

目前，熱法濃縮技術主要有3種，即煙氣濃縮、多效濃縮（以三效濃縮為代表）和空氣濃縮。本文綜述三者的技術原理、工藝流程和技術特點，并以燃煤電廠脫硫廢水零排放項目為例，對比分析其技術性、安全性和經濟性。結果發現，相比煙氣濃縮和三效濃縮，空氣濃縮的技術性、安全性和經濟性更優。

參考文獻

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10 張 海，段 熹，趙 晶，等.以空氣為載體基于余熱的脫硫廢水濃縮系統設計開發[J].應用能源技術，2022（8）：25-31.