冉初萌

摘要：本文分析了脫硫廢水處理的現(xiàn)狀，分析了目前脫硫廢水處理技術(shù)路線優(yōu)缺點，介紹了煙氣余熱蒸發(fā)濃縮干燥脫硫廢水零排放處理技術(shù)并對該技術(shù)進行了性能結(jié)果分析。

關(guān)鍵詞：脫硫廢水;煙氣余熱;蒸發(fā)濃縮

石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)為控制脫硫漿液中氯離子濃度和平衡其他離子濃度，必須定期排出部分經(jīng)過石膏水力旋流站濃縮所得的脫硫廢水。脫硫廢水具有高鹽、高氯、強腐蝕的特點，并且含有大量的懸浮物以及重金屬。

1、常規(guī)脫硫廢水處理技術(shù)

常規(guī)脫硫廢水處理方法為廢水自流至脫硫廢水箱后通過提升水泵送到脫硫廢水處理裝置，加入生石灰調(diào)節(jié)pH值，使重金屬離子生成氫氧化物微溶鹽和難溶鹽，再通過混凝澄清后從水中沉淀分離，出水排放至工業(yè)廢水池或者用于煤場噴淋。這種常規(guī)脫硫廢水處理方法處理效果有限，未對廢水中的大量溶解鹽進行處理。

2、目前脫硫廢水零排放技術(shù)路線

隨著2015年1月1日起新環(huán)保法的正式施行，以及2015年4月頒布實施的《水污染防治行動計劃》都要求對脫硫廢水進行深度處理，最終實現(xiàn)廢水零排放。

目前的脫硫廢水零排放技術(shù)主要為熱濃縮結(jié)晶技術(shù)、膜濃縮結(jié)晶技術(shù)、高溫煙氣蒸發(fā)干燥技術(shù)、煙道噴霧蒸發(fā)干燥技術(shù)，其各自特點如下：

（1）熱濃縮結(jié)晶技術(shù)原理是通過強制循環(huán)換熱，提高廢水的溫度，蒸發(fā)大部分廢水中的水分，使其回用到電廠其它系統(tǒng)中，廢水中的鹽水濃縮減量，濃縮后的鹽水通過特制的結(jié)晶裝置使鹽分結(jié)晶析出，然后二次分離。

熱法濃縮主要包括機械蒸汽壓縮MVC/MVR法、多效蒸發(fā)法、蒸汽壓縮法。結(jié)晶部分主要是利用廢水中污染物的物理特性，在特制結(jié)晶器中使其結(jié)晶析出。結(jié)晶器的型式主要有湍流結(jié)晶器、強制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶器、奧斯蒸發(fā)式結(jié)晶器等。

熱濃縮結(jié)晶技術(shù)主要優(yōu)點是占地面積小、效率高、受水質(zhì)水量的影響較小。但是此法系統(tǒng)復(fù)雜，其投資運行費用高，蒸發(fā)器噸水造價大于120萬，結(jié)晶器噸水造價大于150萬，噸水運行成本在60元以上。其副產(chǎn)品為復(fù)合鹽，還需要另外加以分離才可回收利用。

另外由于脫硫廢水的復(fù)雜性，蒸發(fā)器和結(jié)晶器均容易結(jié)垢，結(jié)垢后其蒸發(fā)和潔凈效率就會下降。如果未軟化或者軟化效果不好，結(jié)垢情況更甚，清洗難度加大，運行時間縮短，系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差。

（2）膜濃縮結(jié)晶技術(shù)主要是濃縮環(huán)節(jié)跟熱濃縮結(jié)晶不一樣，其余都是一樣的設(shè)置，膜法濃縮是根據(jù)粒徑不同實現(xiàn)分離濃縮，達到減量的目的。膜法濃縮方法眾多，常應(yīng)用于廢水零排放的主要為反滲透法、正滲透法、DPRO法。

膜法濃縮減量處理，相比較熱法濃縮技術(shù)運行成本和一次投資成本大幅下降。但膜設(shè)備抗水質(zhì)波動性差，易在膜和設(shè)備表面結(jié)垢，影響濃縮效率且后期運行、維護費用較高。

（3）高溫煙氣蒸發(fā)干燥技術(shù)抽取部分空預(yù)器上游的高溫煙氣（300℃），設(shè)置一套旋轉(zhuǎn)噴霧干燥塔，將經(jīng)過預(yù)處理的廢水利用旋轉(zhuǎn)噴霧的方式噴射進入干燥塔內(nèi)，干燥后的含塵煙氣直接進入靜電除塵器，與粉煤灰混合收集，實現(xiàn)廢水的零排放。

該工藝抽取熱煙氣量較多，處理1噸水折合煤耗約0.1g，機組熱損失較大。噴霧干燥采用壓力噴嘴霧化的方式，噴嘴口徑較小，為避免噴嘴結(jié)垢，必須進行加藥軟化，藥劑費用較高。噴霧干燥塔長期連續(xù)穩(wěn)定運行的可靠性差，容易出現(xiàn)貼壁、結(jié)垢，噴嘴堵塞風險較大。

（4）煙道噴霧干燥技術(shù)是將脫硫廢水進行軟化處理后，在空預(yù)器后的煙道內(nèi)設(shè)置雙流體噴槍，將脫硫廢水直接噴射到煙道內(nèi)干燥，干燥后的粉塵進入靜電除塵器實現(xiàn)脫除，最終摻混到粉煤灰中。

此技術(shù)工藝比較簡單但是空預(yù)器的煙氣溫度較低，會出現(xiàn)熱量不足，蒸發(fā)不徹底，煙道系統(tǒng)、噴嘴腐蝕嚴重等情況。

3、煙氣余熱蒸發(fā)濃縮干燥技術(shù)

煙氣余熱蒸發(fā)濃縮干燥工藝抽取脫硫塔前高溫煙氣作為蒸發(fā)介質(zhì)，利用濕法噴淋的工藝實現(xiàn)脫硫廢水的濃縮減量。經(jīng)過濃縮后的廢水經(jīng)過固液分離后，進入調(diào)質(zhì)澄清池，利用消石灰調(diào)質(zhì)后絮凝澄清，澄清后的漿液輸送至干燥床區(qū)域，污泥堆積后放入煤場摻燒。干燥床利用熱二次風作為干燥介質(zhì)，將漿液濃縮蒸發(fā)為含塵氣體，最后進入靜電除塵前煙道與粉煤灰收集。其主要工藝流程如下：

（1）濃縮單元利用增壓風機抽取引風機后的高溫煙氣作為蒸發(fā)介質(zhì)，利用煙氣的余熱，在濃縮塔中實現(xiàn)廢水的濃縮。煙氣從濃縮塔底部進入，依次經(jīng)過廢水噴淋層和除霧器，冷卻后的煙氣返回脫硫塔前煙道。濃縮后的廢水在底部漿池中，含固量控制在15～30%，PH值0.5～1.0，氯根含量100～200 g/L。

（2）調(diào)質(zhì)單元利用消石灰加藥調(diào)質(zhì)使?jié){液PH值在7～9的范圍內(nèi)。

濃縮后的漿液通過濃縮漿液排出泵打至一級調(diào)質(zhì)箱，經(jīng)消石灰加藥裝置調(diào)節(jié)漿液的PH值在7-9范圍內(nèi)。合格的漿液經(jīng)一級調(diào)質(zhì)混合泵輸送至一級調(diào)質(zhì)澄清池，進行絮凝沉淀，沉淀后的上部澄清液溢流至一級調(diào)質(zhì)濾清液箱，底流經(jīng)兩臺一級調(diào)質(zhì)污泥泵輸送至脫硫廢水系統(tǒng)澄清池進行沉淀，并最終經(jīng)過板框壓濾機處理排固。一級濾清液箱內(nèi)漿液經(jīng)干燥料漿輸送泵輸送至漿液干燥系統(tǒng)進行下一步工藝處理。

（3）干燥單元利用熱二次風作為干燥熱源，干燥鹽溶液，最終生成顆粒物并吹入電除塵內(nèi)，完成脫硫廢水零排放的資源化處理。

煙氣余熱蒸發(fā)濃縮干燥工藝流程如圖1所示。

4、煙氣余熱蒸發(fā)濃縮干燥工藝性能結(jié)果分析

以煙氣余熱蒸發(fā)濃縮干燥工藝作為總體思路，目前已完成在1000MW機組上實現(xiàn)了15噸/小時處理量的工業(yè)化裝置投運。投運以來，系統(tǒng)濃縮干燥能力穩(wěn)定，對粉煤灰品質(zhì)無顯著影響。其運行情況如下：

（1）濃縮單元采用漿液循環(huán)噴淋洗滌的方式實現(xiàn)漿液濃縮，為進一步提高漿液的濃縮倍率，減小系統(tǒng)水耗，濃縮塔系統(tǒng)不引入新鮮工藝水，包括除霧器沖洗水在內(nèi)，均采用經(jīng)過廢水原水冷卻。主要性能參數(shù)檢測結(jié)果如下表1：

經(jīng)過濃縮后的濃縮漿液pH在0.2～1左右，呈現(xiàn)出較強的腐蝕性，由圖2可以看出，經(jīng)過濃縮后的漿液中的氯離子、硫酸根離子、鈣離子、鎂離子等主要離子都呈現(xiàn)出較高的濃縮倍率，其中氯離子的濃度最高，在最大工況下，超過300000 mg/L，屬于典型的高氯根、低pH值的酸性溶液。濃縮倍率可達5～10倍，相比其他濃縮技術(shù)，克服了熱耗高、設(shè)備可靠性低、濃縮倍率低的問題，且對于水質(zhì)變化，具有極強的適應(yīng)性。

經(jīng)過煙氣余熱濃縮后，濃縮出口的煙氣排煙溫度約為50～60℃，實現(xiàn)了余熱利用和廢水的濃縮減量。在連續(xù)的正常運行工況條件下，廢水連續(xù)處理量為13 t/h，濃縮漿液排放量約為0.8 t/h，為后續(xù)的濃縮漿液處理創(chuàng)造了良好的條件。

此外濃縮系統(tǒng)運行無藥品消耗，僅需增壓風機、循環(huán)泵、攪拌器的電能消耗，約為600 KWH。

（2）調(diào)質(zhì)單元通過加入廉價的消石灰在一級調(diào)質(zhì)箱進行pH值調(diào)整，將其調(diào)整至弱堿性，之后再進入澄清池中絮凝沉淀，上清液為高濃度的雜鹽溶液，自流到一級調(diào)質(zhì)濾清液箱收集，之后進入到后續(xù)干燥系統(tǒng)。

調(diào)質(zhì)系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)檢測結(jié)果整理見表2。圖3為在連續(xù)運行條件下，消石灰加藥量與濃縮漿液pH值之間的關(guān)系，可見通過少量的消石灰加藥過程，漿液的pH值迅速升高至5～6，之后繼續(xù)加入消石灰，由于氫氧化鈣的溶解度下降，pH的變化趨于平緩。在正常運行條件下，控制調(diào)質(zhì)后漿液的pH值在7～9之間，在此堿性條件下，有利于氫氧化鎂的大量沉淀，可以降低上清液中的鎂離子含量。

此外，由圖3可見，將濃縮漿液的pH提高至10左右，消石灰的耗量也極低，不高于50 kg/m3，因此，濃縮后的漿液特性與濃縮前的有較大差異，相比原三聯(lián)箱化學沉淀法，消石灰的消耗量大幅下降，可以利用較少的消石灰起到調(diào)節(jié)pH的作用，為后續(xù)的干燥過程創(chuàng)造條件。

（3）干燥系統(tǒng)采用惰性載體流化床的工藝，利用250～300℃左右的熱二次風作為干燥介質(zhì)。由于前期廢水經(jīng)過濃縮減量，因此最終的干燥料漿不超過1.0 t/h，抽取熱風量約為9000 Nm3/h。使用熱風量小，高品位熱源消耗低，熱風占原總熱二次風的比例低于0.3%，對鍋爐熱效率影響小于0.02%。表3中整理了干燥系統(tǒng)性能參數(shù)的檢測結(jié)果。

運行經(jīng)驗表明，該干燥裝置具有以下優(yōu)點：①、占地小，床體直徑是噴霧干燥塔的1/5，便于鍋爐區(qū)域的緊湊布置。②、漿液以管道形式噴灑入床體即可，不需霧化，因此不易堵塞，適合含鹽量、含固量、鈣鎂離子較高的漿液。③、惰性顆粒具有一定的蓄熱能力，對料漿的適應(yīng)性好，可適應(yīng)漿液組分的大幅度變化。④、惰性顆粒與床體之間有較強的撞擊強度，床體內(nèi)不易結(jié)垢。

此外如上表3所述，本工程干燥的漿液為雜鹽溶液，主要成分為氯化鈣、氯化鎂、硫酸鎂等雜鹽，控制床體溫度130～160℃之間，因此可有效避免雜鹽的分解，避免氯離子再次進入煙氣系統(tǒng);通過靜電除塵器的有效收集，可保證固體形態(tài)的鹽類混入粉煤中，同時由于固體含量極小，固體量為100～300 kg/h，氯離子在粉煤灰的比例約為0.1%～0.3%左右，對粉煤灰的影響可以忽略，不會影響粉煤灰的出售。

圖4為裝置投運以來粉煤灰中氯離子濃度變化，由圖可見，粉煤灰中的氯離子濃度受燃煤離子濃度影響較大，在干燥系統(tǒng)投運后，粉煤灰中的氯離子濃度在0.1%～0.3%之間波動。按照 GB175-2007《通用硅酸鹽水泥標準》的規(guī)定，普通硅酸鹽水泥中的氯離子濃度不得超過0.6%，粉煤灰作為水泥生產(chǎn)的添加劑，正常添加比例為5%～10%，因此通常要求粉煤灰中的氯離子濃度不高于0.6%即可滿足正常使用要求。根據(jù)測試結(jié)果，并與下游水泥生產(chǎn)廠家落實，現(xiàn)有的粉煤灰的氯離子濃度滿足水泥生產(chǎn)的要求，不影響后續(xù)工藝流程。

（4）基于煙氣余熱蒸發(fā)濃縮干燥的脫硫廢水零排放裝置運行以來，廢水零排放的處理成本及物耗如下表4：

該工藝系統(tǒng)運行成本低，主要消耗為電耗、消石灰和熱風，單位廢水的全部直接成本約為32元/噸原水，小于原設(shè)計預(yù)期值40元/噸。

此外通過廢水處理，回收的脫硫廢水的水以水蒸氣的形式直接進入煙氣中，增大了煙氣濕度，降低了后續(xù)脫硫塔的運行水耗，實現(xiàn)了結(jié)晶水的一步回收利用，避免了對回收水的二次處理等問題。

5、結(jié)論

利用煙氣余熱蒸發(fā)濃縮干燥的脫硫廢水零排放技術(shù)，針對某1000MW機組建立了一套脫硫廢水零排放裝置，通過裝置運行結(jié)果，獲得了以下結(jié)論：

（1）利用脫硫塔前低品位熱風實現(xiàn)廢水的濃縮減量，能耗低、適應(yīng)性強。

（2）濃縮減量后的廢水調(diào)質(zhì)加藥僅需少量消石灰，成本低。

（3）干燥工藝所需熱二次風少，對鍋爐熱效率影響小。

（4）經(jīng)熱二次風干燥后，粉塵氣力輸送進入煙道由除塵器收集且不影響粉煤灰的質(zhì)量，解決了“鹽去哪”的難題。

該工藝系統(tǒng)運行穩(wěn)定，成本低，真正實現(xiàn)了低成本的脫硫廢水零排放，對解決脫硫廢水有重要意義，具有極強的推廣意義。

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（作者單位：國電泰州發(fā)電有限公司）