孫少鵬,朱文中,蔣文,胡清,顏喜

（1.華電電力科學(xué)研究院，浙江　杭州310030；

2.杭州華電能源工程有限公司，浙江　杭州310030)

燃煤火力發(fā)電廠脫硫廢水處理技術(shù)的研究

孫少鵬1，2,朱文中1,2,蔣文1,2,胡清1,2,顏喜1,2

（1.華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030；

2.杭州華電能源工程有限公司，浙江杭州310030)

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)是我國燃煤發(fā)電廠應(yīng)用最廣泛的脫硫工藝，必須對石灰石-石膏濕法煙氣脫硫后產(chǎn)生的廢水進行處理。文章闡述了國內(nèi)常采用的脫硫廢水處理技術(shù)和以及在此基礎(chǔ)上開發(fā)的深度處理技術(shù)，并進行了技術(shù)對比分析，為燃煤發(fā)電廠的脫硫廢水處理工藝選型提供參考依據(jù)。

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫；廢水處理；常規(guī)處理工藝；深度處理技術(shù)

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)是我國燃煤發(fā)電廠應(yīng)用最廣泛的脫硫工藝［1-2］。該工藝在運行過程中，漿液中的F-、Cl-和懸浮物濃度不斷升高［3］，必須定期排出廢水并補充新鮮水來控制吸收漿液中F-、Cl-的濃度，維持系統(tǒng)的物料平衡，保證脫硫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。由于脫硫系統(tǒng)排放的廢水具有懸浮物高、含鹽量高、硬度高、容易結(jié)垢、重金屬富集、化學(xué)需氧量（COD）高、腐蝕性強等特點［4］，不能將其直接排入電廠的廢水處理系統(tǒng)，必須設(shè)置獨立的脫硫廢水處理系統(tǒng)，以達到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)甚至實現(xiàn)脫硫廢水的零排放。

目前脫硫廢水處理技術(shù)包括常規(guī)處理工藝，以及在此基礎(chǔ)上開發(fā)的深度處理技術(shù)。文章對現(xiàn)有的脫硫廢水處理技術(shù)進行了分析和比較，為燃煤電廠的脫硫廢水處理工藝選型提供參考依據(jù)。

1　脫硫廢水常規(guī)處理工藝

國內(nèi)脫硫廢水的常規(guī)處理工藝主要采用物化法，以化學(xué)、機械方法分離重金屬和其它可沉淀的鹽類，該方法工藝成熟、流程簡單、成本低廉［5］。通常加入石灰乳將廢水的pH值調(diào)至6-7，通過生成CaF2沉淀去除F-。然后加入石灰乳、有機硫和絮凝劑等，將pH值升高至8-9，使剩余重金屬離子以氫氧化物和硫化物的形式沉淀。反應(yīng)過程中同時產(chǎn)生CaF2、CaSO3、CaSO4沉淀物以分離廢水中的氟化物、亞硫酸鹽、硫酸鹽等鹽類物質(zhì)。

整個脫硫廢水系統(tǒng)包括廢水氧化、加藥反應(yīng)、沉淀分離、污泥處理4個分系統(tǒng)［6-8］。

1.1廢水氧化

脫硫廢水通過廢水緩沖池，池內(nèi)通入壓縮空氣將亞硫酸鹽氧化成硫酸鹽，降低COD含量。廢水緩沖池配置攪拌器加快氧化速度并防止固體沉積。

1.2加藥反應(yīng)

脫硫廢水從廢水緩沖池用泵送入三聯(lián)箱。三聯(lián)箱由中和箱、反應(yīng)箱和絮凝箱連通構(gòu)成，分別完成廢水的pH調(diào)整、沉淀反應(yīng)和混凝澄清。

1.2.1中和箱

向中和箱中加入石灰乳，將廢水的pH值調(diào)整為8.5-9.2，為后續(xù)處理工藝環(huán)節(jié)創(chuàng)造適宜的反應(yīng)條件。同時，F(xiàn)e3+、Zn2+、Cu2+等金屬離子形成微溶的氫氧化物得以沉淀去除，并且廢水中的部分F-與Ca2+反應(yīng)生成難溶的CaF2。

1.2.2反應(yīng)箱

向反應(yīng)箱加入有機硫（TMT-15）沉淀Hg2+、Pb2+等重金屬離子。反應(yīng)箱設(shè)高速攪拌機，快速攪拌使有機硫迅速擴散至整個反應(yīng)箱與重金屬離子反應(yīng)后析出。

1.2.3絮凝箱

向絮凝箱中加入聚合FeClSO4去除懸浮物和膠體等雜質(zhì)；同時加入絮凝劑聚丙烯酰胺，生成的活性絮體可以吸附水中析出的細小金屬氫氧化物，增加金屬氫氧化物去除的速率。

1.3沉淀分離

脫硫廢水經(jīng)絮凝箱后進入澄清池。澄清池底部為錐形，采用中間進水、周邊出水的形式。在澄清池中，沉淀物與水分離后沉積在錐形底部。上清液溢流至出水箱，由于廢水中pH大于9，超過了排放標(biāo)準(zhǔn)，因此在出水箱加入鹽酸中和。

1.4污泥處理

澄清池中產(chǎn)生的底部污泥一部分回流至中和箱以增強處理效果和充分地利用投加的化學(xué)藥劑，另一部分污泥利用高壓偏心螺桿給料泵輸送至板框壓濾機進行脫水處理，泥餅外運，濾液回送至廢水緩沖池循環(huán)處理。

經(jīng)過常規(guī)處理工藝處理的脫硫廢水，出水水質(zhì)可以達到《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質(zhì)控制指標(biāo)》（DL/T997-2006）的排放標(biāo)準(zhǔn)，但對排放標(biāo)準(zhǔn)中不做要求的可溶解性鹽則無法去除。

2　脫硫廢水深度處理技術(shù)

為了有效回收和利用脫硫廢水，在常規(guī)處理工藝的基礎(chǔ)上，國內(nèi)外的專家學(xué)者開發(fā)了脫硫廢水深度處理技術(shù)?，F(xiàn)階段脫硫廢水深度處理技術(shù)主要有3種，分別是：多效蒸發(fā)結(jié)晶工藝，鹽濃縮工藝，高溫?zé)煹勒舭l(fā)工藝。

2.1多效蒸發(fā)結(jié)晶工藝

多效蒸發(fā)濃縮結(jié)晶系統(tǒng)由串聯(lián)的5個預(yù)熱器和4個蒸發(fā)器組成。經(jīng)過常規(guī)處理后的脫硫廢水依次進入一至五級預(yù)熱器，然后逐級進入一至四效蒸發(fā)器進行蒸發(fā)結(jié)晶，系統(tǒng)冷凝水收集后作為淡水回用，分離出的鹽經(jīng)振動干燥床干燥，由包裝機包裝后外運。其中動力蒸汽被引入第一效，各效蒸發(fā)器產(chǎn)生的蒸汽依次送入下一效蒸發(fā)器和相應(yīng)的預(yù)熱器［9］。

該處理工藝要單獨建立一套廢水蒸干系統(tǒng)，處理過程要耗費一定量的蒸汽和廠用電，由于其屬于末端工藝，不會對電廠其它設(shè)備和系統(tǒng)造成影響，但建設(shè)和運行成本較高。

2.2鹽濃縮工藝

鹽濃縮工藝是指通過蒸汽壓縮式降膜蒸發(fā)器，將來自常規(guī)處理系統(tǒng)的脫硫廢水處理成純凈的蒸餾水。其工藝流程如下：脫硫廢水經(jīng)過常規(guī)處理后被加熱至接近沸騰用于去除廢水中的空氣，然后泵送至鹽溶液濃縮器并被分配到鈦合金管內(nèi)壁形成液體薄膜，液膜沿著管道向下流動時不斷蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽通過除霧器到達蒸汽壓縮機。壓縮后的蒸汽被送至濃縮器，在管道外壁凝結(jié)并被蒸餾罐收集。未蒸發(fā)的液膜返回到鹽溶液濃縮池。濃縮池中底流被旋流器處理后返回到濃縮池，溢流轉(zhuǎn)移至成品罐中，冷卻后形成濃度為33%的鹽溶液產(chǎn)品［10］。

該工藝的廢水回收率高，除部分干燥蒸發(fā)損失外，廢水全部回收利用，無廢液排放。蒸發(fā)回收水水質(zhì)較好，回收的水內(nèi)溶解物濃度約4-5mg/L；產(chǎn)生的鹽溶液可用于高速公路建設(shè)相關(guān)的領(lǐng)域。系統(tǒng)設(shè)備每年僅需化學(xué)清洗1-2次，管理維護費用較低；系統(tǒng)設(shè)備采用露天布置。

2.3高溫?zé)煹勒舭l(fā)工藝

該工藝是將脫硫廢水經(jīng)水泵送至電除塵前的煙道，采用霧化噴嘴噴入電除塵前的高溫?zé)煹?，霧化后的脫硫廢水立刻在煙道內(nèi)蒸發(fā)，廢水中的雜質(zhì)以固體物質(zhì)的形式和飛灰一起隨煙氣進入除塵設(shè)備，經(jīng)過除塵器，顆粒物被捕捉下來隨灰一起外排［11］。高溫?zé)煹勒舭l(fā)工藝流程如圖1所示。

圖1　排至高溫?zé)煹勒舭l(fā)工藝流程圖

該方法在發(fā)達國家已有較多的應(yīng)用案例，國外的運行結(jié)果表明，脫硫廢水噴入煙氣后，煙氣濕度增加0.5%左右，煙氣溫度降低5℃左右，但煙氣仍處于不飽和狀態(tài)，高于酸露點溫度，不會對煙道和電除塵器產(chǎn)生腐蝕。因此，不需要對脫硫廢水噴入點后煙道及電除塵器進行改造。

該工藝系統(tǒng)僅包含霧化噴嘴、管道及壓縮空氣系統(tǒng)，因此該系統(tǒng)的初期投入及設(shè)備運行費用較低；系統(tǒng)投運后，由于煙氣濕度的增加和煙氣溫度的降低，可有效降低粉塵比電阻，提高除塵效率；還可以減少脫硫系統(tǒng)運行的減溫水補水量及運行電耗。

3　脫硫廢水各工藝對比

脫硫廢水常規(guī)處理工藝是以化學(xué)、機械方法分離重金屬和其它可沉淀的鹽類。常規(guī)處理工藝成熟、流程簡單、維護方便且成本低廉、投資較低。處理后的廢水能達到《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質(zhì)控制指標(biāo)》（DL/T997-2006）的排放標(biāo)準(zhǔn)，比較適合目前的燃煤電廠脫硫廢水處理。但該工藝得到的處理水含有大量可溶性鹽，不能被高效利用。一般情況下，脫硫廢水經(jīng)過常規(guī)處理后主要用于煤場噴灑及灰場拌濕等，造成大量的水資源浪費，并加大了環(huán)境保護的壓力。

多效蒸發(fā)結(jié)晶工藝是將經(jīng)過常規(guī)處理后的脫硫廢水送入預(yù)熱器加熱，然后送入蒸發(fā)器蒸發(fā)結(jié)晶，最終得到冷凝水和結(jié)晶鹽。該工藝屬于末端工藝，不會對電廠其它設(shè)備和系統(tǒng)造成影響。但投資成本較高，且運行過程中要消耗一定的蒸汽和廠用電。

鹽濃縮工藝是將經(jīng)過常規(guī)處理后的脫硫廢水通過蒸汽壓縮式降膜蒸發(fā)器處理成蒸餾水，并得到得到蒸餾水和33%鹽溶液。系統(tǒng)包括除氣罐、降膜蒸發(fā)器、蒸汽壓縮器以及鹽溶液回收系統(tǒng)，投資較高。鹽濃縮工藝能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的脫硫廢水零排放，得到的鹽溶液可以作為工業(yè)鹽使用，蒸發(fā)回收水水質(zhì)較好；但其設(shè)備復(fù)雜，運行設(shè)備的管理、維護成本也較高。

高溫?zé)煹勒舭l(fā)工藝直接將脫硫廢水經(jīng)霧化噴嘴送入電除塵前煙道蒸發(fā)，可以實現(xiàn)脫硫廢水的零排放目標(biāo)，且有能提高后續(xù)電除塵和脫硫系統(tǒng)的效率。系統(tǒng)僅包含霧化噴嘴、管道及壓縮空氣系統(tǒng)。該工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，建設(shè)和運行維護費用均較低。

表1　為各處理工藝的對比

4　結(jié)語

文章對目前的脫硫廢水常規(guī)處理工藝及深度處理技術(shù)進行了分析研究，得出以下結(jié)論：

4.1脫硫廢水的常規(guī)處理方法工藝成熟、流程簡單、成本低廉，處理后的廢水能達到《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質(zhì)控制指標(biāo)》（DL/T997-2006）的排放標(biāo)準(zhǔn)，但沒有實現(xiàn)廢水的零排放，存在環(huán)保壓力。

4.2在脫硫廢水常規(guī)處理工藝的基礎(chǔ)上，多效蒸發(fā)結(jié)晶工藝和鹽濃縮工藝可以得到水質(zhì)較高的回收水和鹽產(chǎn)品，實現(xiàn)了廢水高效處理，達到零排放，但建設(shè)和運營成本較高。

4.3高溫?zé)煹勒舭l(fā)工藝建設(shè)和運營成本較低，但是脫硫廢水直接進入高溫?zé)煹勒舭l(fā)，沒有進行高效回收利用。

因此，根據(jù)各電廠的實際情況和國家對水污染排放的要求，合理選擇適宜的脫硫廢水處理工藝，從而對于整個電廠的廢水排放有著至關(guān)重要的意義。

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