張富峰，余子炎，姜智健

（1.廣東紅海灣發(fā)電有限公司，廣東 汕尾 516600；2.福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 361000）

隨著火力發(fā)電廠環(huán)保技術(shù)和設(shè)備的不斷升級以及國家環(huán)保政策的日趨嚴(yán)格，火力發(fā)電廠廢水排放問題和處理方式越來越受到重視，目前，各電廠均陸續(xù)開展廢水零排放改造。其中，因脫硫廢水含有較高的氯離子而無法進(jìn)一步處理回用，最終全廠少量的廢水必須通過分鹽或蒸發(fā)進(jìn)行處理。在眾多的處理技術(shù)中，高溫旁路蒸發(fā)技術(shù)和脫硫廢水低溫蒸發(fā)技術(shù)作為主流的脫硫廢水處理技術(shù)備受關(guān)注。

1 高溫旁路旋轉(zhuǎn)霧化技術(shù)

南方某沿海電廠總裝機(jī)為4臺(tái)600MW等級燃煤機(jī)組，處理總廢水量為32m3/h。本項(xiàng)目采用“高溫?zé)煔馀月氛舭l(fā)(旋轉(zhuǎn)霧化)+電除塵+引風(fēng)機(jī)”工藝，項(xiàng)目一次設(shè)計(jì)完成，分期建設(shè)，本期建設(shè)不含電除塵、引風(fēng)機(jī)及輸灰系統(tǒng)。系統(tǒng)流程為：從空預(yù)器前、脫硝反應(yīng)器后主煙道中(分兩路)抽取部分煙氣為熱源，在旁路煙氣干燥塔中對旋轉(zhuǎn)霧化的廢水液滴進(jìn)行加熱，廢水中水分遷移至煙氣中從而完成干燥過程，干燥后的顆粒隨加濕煙氣從塔下部流出進(jìn)入預(yù)留設(shè)計(jì)的電除塵器中，利用預(yù)留設(shè)計(jì)的電除塵器對含鹽粉塵進(jìn)行截留，含鹽粉塵收集后統(tǒng)一輸送至預(yù)留設(shè)計(jì)的灰?guī)熘?，電除塵器出口煙氣則經(jīng)預(yù)留設(shè)計(jì)的引風(fēng)機(jī)輸送至MGGH前主煙道中(分兩路)，與原煙氣混合后進(jìn)入MGGH，后續(xù)進(jìn)入原低溫除塵設(shè)備中。

工藝流程圖，如（未包含預(yù)留設(shè)計(jì)部分）圖1所示。

圖1 高溫旁路旋轉(zhuǎn)霧化技術(shù)工藝流程圖

霧化器和煙氣分布器布置在干燥塔頂部中心位置，進(jìn)煙通過一段煙道引流至煙氣分布器上部，煙道中設(shè)置導(dǎo)流片保證煙氣流動(dòng)均勻，在煙氣分布器作用下，呈渦流形勢均勻由上而下流動(dòng)；廢水則在微正壓情況下流動(dòng)至霧化器中，在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的霧化盤和噴嘴作用下，形成大量液滴向側(cè)面噴灑，并在向下煙氣氣流作用下迅速向下運(yùn)動(dòng)；煙氣與液滴共同進(jìn)入干燥塔柱段區(qū)域中，相互接觸傳熱，煙氣降溫，液滴蒸發(fā)并干燥，最終煙氣降至135～155℃，液滴則轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔喾蹓m。

經(jīng)零排放除塵器收集的灰通過預(yù)留設(shè)計(jì)的輸灰系統(tǒng)輸送至預(yù)留設(shè)計(jì)的灰?guī)靸?chǔ)存，少量固體粉塵在干燥塔底部堆積，由底部輸灰系統(tǒng)輸送至零排放輸灰系統(tǒng)出口母管中。

2 高溫旁路旋轉(zhuǎn)霧化廢水處理系統(tǒng)常見問題

2.1 旋轉(zhuǎn)霧化器霧化效果差

脫硫廢水被送至高速旋轉(zhuǎn)的霧化盤時(shí)，由于離心力的作用，廢液伸展為薄膜或被拉成細(xì)絲(取決于轉(zhuǎn)速和漿液量)，在霧化盤邊緣破裂分散為液滴。霧化粒徑為30～40μm（85%顆粒SMD粒徑在30～40μm范圍）。霧化器應(yīng)能夠保證在液體流量變化時(shí)，霧化霧滴的粒徑分布不發(fā)生顯著改變，保持連續(xù)穩(wěn)定的噴霧性能，使?jié){液在接近飽和溫度下，沒有水分凝積在干燥塔內(nèi)壁上。旋轉(zhuǎn)霧化器應(yīng)適應(yīng)8.0m3/h（額定流量）的50%～120%范圍正常運(yùn)行。

2.2 煙氣分配器存在問題

煙氣分配器的主要功能是將煙氣均勻分散至干燥塔中，合理調(diào)配煙氣軸向速度、適當(dāng)提供切向流動(dòng)、大幅削減徑向流動(dòng)。煙氣分布器在出口段對氣流進(jìn)行了約束設(shè)計(jì)，即減小流通通道，一方面，確保了煙氣流速；另一方面，可利用氣流直接作用于霧化器側(cè)向“甩出”的霧化液滴，防止液滴直接向壁面流動(dòng)。

此外，為防止煙氣流量變化影響約束效果，分布器還做了內(nèi)外旋流片設(shè)計(jì)，利用內(nèi)外旋流片相對位置，可以對流通通道約束大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。

煙氣分配器的作用就是讓煙氣流入干燥塔過程均勻且防止液滴直接向壁面流動(dòng)造成未完全干燥的灰黏附于干燥塔內(nèi)壁。

2.3 干燥塔存在問題

煙氣從煙氣分布器進(jìn)入干燥塔中，煙氣與廢水液滴接觸的同時(shí)，其挾帶的粉煤灰也會(huì)與廢水液滴接觸，廢水完全干燥完成形成的固體最后隨煙氣流出干燥塔。干燥塔一定要保證液滴離開干燥塔前充分干燥。

在其他改造案例中，出現(xiàn)了干燥塔塔壁結(jié)垢及出口煙道堵塞的問題，這除了與霧化效果差有關(guān)，另外，很重要的因素是干燥塔系統(tǒng)流場設(shè)計(jì)及塔的規(guī)格過小分不開。

3 高溫旁路旋轉(zhuǎn)霧化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 旋轉(zhuǎn)霧化器設(shè)計(jì)選型

旋轉(zhuǎn)霧化器中影響霧化粒徑的因素很多，受旋轉(zhuǎn)霧化器形式、結(jié)構(gòu)不同的影響，用于計(jì)算霧化粒徑的無量綱準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)方程也各有不同，本設(shè)計(jì)主要采用與該工程煙氣蒸發(fā)系統(tǒng)霧化器更匹配的光滑分散盤、高轉(zhuǎn)速工況關(guān)聯(lián)方程計(jì)算，如公式1所示：

式中，dp為霧化粒徑，μm；QL為進(jìn)水量，m3/min，μL為黏度，MPa·s；ρL為廢水密度，kg/m3；d為霧化盤直徑，m；N為霧化盤轉(zhuǎn)速，r.p.m。

本工程中進(jìn)入霧化器的廢水主含物質(zhì)為Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、F-、SO42-等離子，TDS含量約為23000～28000mg/L，依據(jù)該參數(shù)對廢水物性進(jìn)行粗略估算，可 得μL為0.8677MPa·s，ρL為1020kg/m3，d為 霧化盤直徑，本設(shè)計(jì)假定選用霧化盤直徑約200mm，即0.2m，經(jīng)公式1計(jì)算可以得到不同進(jìn)水量、不同轉(zhuǎn)速情況下的霧化粒徑，計(jì)算所出結(jié)果如下（表1為不同轉(zhuǎn)速霧化粒徑，表2為不同進(jìn)水量霧化粒徑）。

形聲字是現(xiàn)代漢字的主體，其中形符的表義功能，有助于留學(xué)生理解漢字的含義；聲符的示音功能，利于留學(xué)生了解讀音。對外漢語教師運(yùn)用形聲字的這些優(yōu)勢進(jìn)行教學(xué)，不僅可以減輕學(xué)生們的負(fù)擔(dān)，而且能夠增強(qiáng)他們的信心，激發(fā)他們學(xué)習(xí)漢字的熱情。

表1 不同轉(zhuǎn)速霧化粒徑

因霧化器為高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備，只有足夠高的轉(zhuǎn)速才能保證廢水霧化效果，也只有合理的霧化粒徑才可以保證液滴離開干燥塔前充分干燥。霧化器選型時(shí)，一般要求霧化粒徑為30～50μm，且粒徑分布曲線滿足窄分布特性。旋轉(zhuǎn)霧化器應(yīng)適應(yīng)額定出力的50%～120%正常運(yùn)行，同時(shí)，旋轉(zhuǎn)霧化器可依據(jù)通量要求對轉(zhuǎn)盤進(jìn)行放大設(shè)計(jì)，因此，旋轉(zhuǎn)霧化器處理量較大時(shí)，仍能保證霧化效果。霧化器的進(jìn)廢水流速不得大于0.6m/s，壓力應(yīng)小于0.2MPa，流量采用電動(dòng)閥門調(diào)節(jié)。霧化器配置冷卻裝置或保證系統(tǒng)所需水壓條件的供水裝置，確保潤滑油冷卻系統(tǒng)溫度降至滿足要求。

3.2 煙氣分配器設(shè)計(jì)

煙氣在干燥塔中流動(dòng)可分解為3種流動(dòng)：切向流動(dòng)、徑向流動(dòng)、軸向流動(dòng)，如圖2所示。

圖2 煙氣在干燥塔中流向圖

（1）軸向流動(dòng)。主要性質(zhì)流動(dòng)，向下流動(dòng)為有益性質(zhì)流動(dòng)，向上流動(dòng)為不利性質(zhì)流動(dòng)，一般為防止出現(xiàn)逆向流動(dòng)，正向向下流動(dòng)的速度適當(dāng)增加，同時(shí)，為避免廢水在干燥塔中停留時(shí)間過短，正向向下流動(dòng)的速度不宜過高，因此，軸向流動(dòng)的設(shè)計(jì)對煙氣蒸發(fā)系統(tǒng)處理效果至關(guān)重要。

（2）切向流動(dòng)。輔助性質(zhì)流動(dòng)，即便在煙氣分布器作用下，煙氣流動(dòng)已趨近均勻，但受擾動(dòng)及瞬態(tài)特性影響，煙氣的軸向流動(dòng)并不完全均勻，此時(shí)，切向流動(dòng)可良好減少截面不同位置的軸向流速差異，同時(shí)，也有利于蒸發(fā)過程的氣液傳熱效果，但切向流速越大，越容易對顆?；蛞旱涡纬呻x心力，導(dǎo)致徑向流動(dòng)出現(xiàn)，因此，切向流動(dòng)速度往往較低。

（3）徑向流動(dòng)。不利性質(zhì)流動(dòng)，該方向上運(yùn)動(dòng)屬于導(dǎo)致掛壁、結(jié)垢問題的主要原因之一，液滴及顆粒在該方向上受煙氣影響向壁面運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致了液滴未干燥完全即黏附在干燥塔壁面，因此，需要盡可能地消除徑向流動(dòng)，特別是中心向壁面的流動(dòng)。

煙氣分布器的每個(gè)旋流片均作了側(cè)偏角處理，即利用小弧度的旋轉(zhuǎn)形成一定的切向速度，小幅的切向速度可以有效約束氣流，降低干燥塔截面流動(dòng)的不穩(wěn)定性。

圖3為數(shù)值計(jì)算的煙氣蒸發(fā)塔中的速度分布圖和矢量分布圖。

圖3 數(shù)值計(jì)算的煙氣蒸發(fā)塔中的速度分布圖和矢量分布圖

從圖3可以看出，煙氣的實(shí)際流通區(qū)域?yàn)闊煔夥植计鞯挠成渲w區(qū)域，該區(qū)域至壁面之間區(qū)域?yàn)殪o滯區(qū)，因此，消除煙氣徑向流動(dòng)只需要盡可能煙氣進(jìn)入煙氣分布器中的切向流動(dòng)即可。而煙氣分布器中切向流動(dòng)主要來源于煙氣流動(dòng)的不均勻性，因此，煙氣在進(jìn)入旋流片段前應(yīng)盡可能地消除不規(guī)則流動(dòng)。為此，必須在煙氣分布器單獨(dú)做長直煙道并在轉(zhuǎn)向處設(shè)置導(dǎo)流板以消除不規(guī)則流動(dòng)。

依據(jù)以上計(jì)算及論述，本項(xiàng)目在額定工況下8m3/h處理水量（單臺(tái)機(jī)組，下同），煙氣耗量約67000Nm3/h，1臺(tái)干燥塔配置、1臺(tái)霧化器及1臺(tái)煙氣分布器，因此，結(jié)合進(jìn)入每臺(tái)煙氣分布器的煙氣量，且煙氣溫度按相對較低溫度362℃，煙氣分布器尺寸確定為2300mm。

3.3 干燥塔設(shè)計(jì)

合理的干燥塔設(shè)計(jì)主要保證液體在離開蒸發(fā)塔前完成干燥過程，即廢水液滴在塔體中的停留時(shí)間大于其完成干燥過程所需時(shí)間。設(shè)計(jì)重點(diǎn)考點(diǎn)塔高、塔徑、塔內(nèi)溫度場的均勻性及流場的模擬。只有足夠的塔高、塔徑，才能確保液滴在塔體中有足夠的停留時(shí)間；塔內(nèi)有了均勻的溫度分布，才能保證液滴在塔體全部得到干燥；塔內(nèi)煙氣流場模擬及良好應(yīng)用，才能保證塔內(nèi)流速煙氣均勻，不會(huì)發(fā)生局部的煙氣流速過高導(dǎo)致磨損，也不會(huì)因各局部的流速煙氣過低導(dǎo)致積灰。

干燥塔塔徑設(shè)計(jì)盡量考慮旋轉(zhuǎn)霧化器霧化的最不利結(jié)果，如霧滴粒徑可按液滴尺寸在150μm(實(shí)際霧化粒徑遠(yuǎn)小于該值)設(shè)計(jì)，液滴在干燥塔中軸向上的運(yùn)動(dòng)主要受氣流影響，受自身初速度影響極小，液滴在干燥塔中的停留時(shí)間可近似等同于煙氣在干燥塔中的停留時(shí)間，通過計(jì)算廢水液滴完成蒸發(fā)并干燥所需的熱量，及廢水液滴在經(jīng)過干燥塔后所吸收的熱量所需的時(shí)間來最終確定干燥塔塔徑，當(dāng)然設(shè)計(jì)仍須考慮一定余量。

3.4 干燥塔錐段設(shè)計(jì)

干燥塔錐段受邊界層影響，煙氣流動(dòng)不穩(wěn)定，因此，該段不作為傳熱區(qū)考慮，其設(shè)計(jì)的主要目的是開設(shè)煙氣出口，并防止煙氣出口邊界對煙氣擾動(dòng)產(chǎn)生影響。此外，由于部分粉塵在錐底堆積，錐段的設(shè)計(jì)還應(yīng)充分考慮排灰問題。設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮合理的錐段角度、高度及出口煙道位置。

3.5 干燥塔材質(zhì)選擇設(shè)計(jì)

干燥塔錐段受邊界層影響，煙氣流動(dòng)不穩(wěn)定，因此，該段不作為傳熱區(qū)考慮，其設(shè)計(jì)的主要目的是開設(shè)煙氣出口，并防止煙氣出口邊界對煙氣擾動(dòng)產(chǎn)生影響。此外，由于部分粉塵在錐底堆積，錐段的設(shè)計(jì)還應(yīng)充分考慮排灰問題。合理的干燥塔錐段設(shè)計(jì)主要考慮下列問題。

（1）為防止煙氣在錐段偏流，影響柱段煙氣流動(dòng)，在煙氣出口前設(shè)置了內(nèi)伸段，內(nèi)伸至干燥塔中心處因煙氣出干燥塔，此時(shí)，煙氣流通區(qū)域僅為干燥塔中心區(qū)域，粉塵難以與干燥塔壁面接觸，進(jìn)一步降低了掛壁、結(jié)垢、腐蝕問題。

（2）除合理設(shè)計(jì)錐段角度外，錐段還增設(shè)了振打器和空氣炮預(yù)留口，用以防止粉塵在干燥塔錐底處堆積。

（3）預(yù)留排灰口用于與后續(xù)輸灰系統(tǒng)對接。在正常運(yùn)動(dòng)情況下，廢水在變?yōu)楣腆w粉塵前不會(huì)與干燥塔壁面接觸，因此，整體選用普通碳鋼即可，為減輕系統(tǒng)重量，防止鋼材的浪費(fèi)，選用了屈服極限更大的Q355鋼材，并選用了內(nèi)孔隙率極低的容器鋼，即Q355R鋼材。

4 結(jié)語

火力發(fā)電廠廢水零排放處理技術(shù)正在高速發(fā)展階段，其中高溫?zé)煔馀月沸D(zhuǎn)霧化廢水零排放工藝為眾多電廠所青睞。目前，該工藝應(yīng)用業(yè)績?nèi)找嬖龆?，因受技術(shù)成熟程度影響，實(shí)施后對電廠系統(tǒng)如煙風(fēng)系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、能耗指標(biāo)的影響及廢水中氯離子的遷移問題有待進(jìn)一步研究。