目前工業(yè)窯爐常用的煙氣脫硫方法有濕法、半干法和干法，其中石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)因其技術(shù)成熟、脫硫效率高、煤種適用性強(qiáng)而被廣泛應(yīng)用，特別是在燃煤電廠。但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，煙氣中的氯化物、顆粒物、重金屬等污染物會(huì)在漿液中不斷富集，容易導(dǎo)致設(shè)備和管道腐蝕、脫硫效率降低、脫硫系統(tǒng)物料平衡破壞等問(wèn)題。因此，必須定期排放一定量的脫硫廢水。這部分廢水懸浮物高、含鹽量高、重金屬種類(lèi)多，處理難度很大。

2015年4月，國(guó)家發(fā)布水污染行動(dòng)計(jì)劃(水十條)，對(duì)火電廠工業(yè)廢水排放提出了新的要求，強(qiáng)制火電廠進(jìn)行全廠廢水零排放改造。2017年發(fā)布的《火電廠污染防治可行性技術(shù)指南》也指出，實(shí)現(xiàn)廢水近零排放的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放。目前，深能和合電力(河源)有限公司、佛山三水恒益熱電廠有限公司、浙江浙能長(zhǎng)興發(fā)電有限公司、山西大唐國(guó)際臨汾熱電有限公司已完成脫硫廢水零排放工程實(shí)施，均以多效蒸發(fā)、機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)、膜處理技術(shù)、煙道蒸發(fā)為主要處理工藝。但是，上述示范工程存在運(yùn)行周期短、經(jīng)濟(jì)性差、系統(tǒng)穩(wěn)定性差等問(wèn)題。

在深入分析脫硫廢水水質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，提出了低溫余熱閃蒸脫硫廢水技術(shù)，并在300MW機(jī)組處理15m3/h脫硫廢水工程中得到驗(yàn)證。目前，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，純化水重復(fù)利用率高，取得了良好的效果。

1.廢水的特點(diǎn)及處理現(xiàn)狀

以山西某電廠煙氣濕法脫硫水力旋流器出口廢水為例。廢水水質(zhì)數(shù)據(jù)(設(shè)計(jì)值)見(jiàn)表1。從表1可以看出，該廠脫硫廢水懸浮物含量較高(主要成分為石膏、灰渣等。);鈣離子、鎂離子、硫酸根離子質(zhì)量濃度高，容易結(jié)垢；pH值低、酸度大、氯離子濃度高，容易造成設(shè)備和管道的腐蝕；還有一些重金屬如汞、鎘、鉻；水質(zhì)參數(shù)波動(dòng)大，成分復(fù)雜。

目前脫硫廢水主要采用“中和-絮凝-沉淀”三聯(lián)箱處理。中水回用的主要方式有干灰調(diào)濕、灰場(chǎng)噴淋或灰渣冷卻。脫硫廢水代替除灰除渣系統(tǒng)中的調(diào)濕水，具有成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但是，除灰除渣系統(tǒng)的用水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于脫硫廢水的產(chǎn)生量，脫硫廢水無(wú)法得到充分利用。此外，由于傳統(tǒng)預(yù)處理后的廢水仍含有大量氯離子，且pH值較低，容易對(duì)除灰除渣系統(tǒng)的管道造成腐蝕和堵塞。

2.低溫余熱閃蒸脫硫廢水零排放系統(tǒng)

2.1低溫多效蒸發(fā)技術(shù)的原理

脫硫廢水零排放技術(shù)的原理有兩個(gè)突出的方面，如下。

(1)低溫余熱閃蒸利用原理。根據(jù)水溶液沸點(diǎn)隨壓力降低而降低的原理，本文實(shí)現(xiàn)了脫硫廢水的級(jí)聯(lián)多效蒸發(fā)濃縮。一方面利用除塵器出口低塵低溫?zé)煔獾臒崃?，通過(guò)真空泵建立煙道換熱器系統(tǒng)負(fù)壓，使換熱器內(nèi)產(chǎn)生100℃以下的低溫沸騰蒸汽作為多效蒸發(fā)系統(tǒng)的外熱源，實(shí)現(xiàn)煙氣余熱的高效利用。另一方面，通過(guò)真空泵建立多效蒸發(fā)系統(tǒng)的負(fù)壓，根據(jù)脫硫廢水在不同壓力下的沸點(diǎn)蒸發(fā)溫度，在分離器負(fù)壓的作用下，將脫硫廢水閃蒸成蒸汽，實(shí)現(xiàn)外部熱源熱量從效I到效III的梯級(jí)利用。

(2)加熱器高效防垢原理。采用了控制流速?gòu)?qiáng)制循環(huán)技術(shù)、催化磁化和結(jié)晶防垢技術(shù)。控制強(qiáng)制循環(huán)流量，提高傳質(zhì)流量，降低管壁結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)廢水的磁化處理，在成核條件附近無(wú)序熱運(yùn)動(dòng)的結(jié)垢無(wú)機(jī)鹽離子獲得能量，被迫調(diào)整其碰撞方向，形成均勻的成核條件，從而生成大量小直徑球形微晶膠體懸浮液，破壞了硬垢的形成條件。在特定的位置使用特殊的材料，會(huì)產(chǎn)生特定的電解電流，會(huì)催化水，吸收離子，增加瞬時(shí)過(guò)飽和度，產(chǎn)生大量的可逆微晶，大大降低廢水的飽和度，消除產(chǎn)生硬垢的條件。基于晶種防垢原理，通過(guò)控制原廢水本身的石膏晶體濃度，使廢水中的鈣離子、鎂離子、硫酸根離子等二價(jià)鹽離子在濃縮過(guò)程中優(yōu)先凝聚在固體石膏晶核上，從而降低加熱器的結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)。

2.2工藝流程

低溫余熱閃蒸技術(shù)應(yīng)用于石灰石-石膏濕法脫硫廢水零排放的工藝流程如圖1所示。整個(gè)工藝主要由六個(gè)系統(tǒng)組成，包括廢水儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、煙道換熱器系統(tǒng)、多效閃蒸系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、濃縮液處理系統(tǒng)和排空系統(tǒng)。

從除塵器出口到引風(fēng)機(jī)入口的煙道中安裝有煙道換熱器。換熱器中的介質(zhì)(除鹽水)在I效真空泵的作用下被加熱成100℃以下的低溫蒸汽，蒸汽(熱源)被送入I效蒸發(fā)系統(tǒng)蒸發(fā)濃縮廢水。蒸汽冷凝后被收集在I效冷凝罐中，然后由增濕泵再次送入煙道換熱器。這部分是蒸發(fā)系統(tǒng)的低溫余熱獲取環(huán)節(jié)。

水力旋流器出口的脫硫廢水送至廢水進(jìn)箱，由泵送至多效蒸發(fā)系統(tǒng)加熱濃縮。在尾氣真空泵的作用下，I效分離器中的廢水在I效加熱器的管程中均勻流動(dòng)，并與I效加熱器殼程中的蒸汽進(jìn)行熱交換。加熱后的廢水進(jìn)入I效分離器完成汽液分離，I效強(qiáng)制循環(huán)泵用于強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)濃縮物料。經(jīng)過(guò)I效蒸發(fā)系統(tǒng)的反復(fù)循環(huán)，初步濃縮后的料液在液位壓差的作用下通過(guò)平衡管進(jìn)入II效分離器，I效分離器產(chǎn)生的二次蒸汽作為

以此類(lèi)推，廢水不斷濃縮結(jié)晶，純凈水不斷蒸發(fā)濃縮。三效分離器出口的二次蒸汽被尾氣冷凝器中的循環(huán)冷卻水冷凝成冷凝水，收集在尾氣冷凝罐中。當(dāng)三效蒸發(fā)系統(tǒng)的漿液濃度大于1300kg/m3時(shí)，打開(kāi)排放閥，利用三效強(qiáng)制循環(huán)泵的出口壓頭將濃縮漿液送至濃縮緩沖罐儲(chǔ)存。此時(shí)，各效液位因排放而下降，在廢水進(jìn)水泵和物料連通管的作用下，廢水可以自行補(bǔ)充各效分離器和加熱器中的物料，各效物料的補(bǔ)充速度由電動(dòng)進(jìn)料閥控制，從而達(dá)到控制各效液位的目的。

濃漿由濃漿泵送至固液分離裝置。晶體和飽和母液分離后，固體送入石膏倉(cāng)，飽和母液送回廢水進(jìn)箱，廢水再進(jìn)入多效蒸發(fā)系統(tǒng)濃縮結(jié)晶。

上述低溫余熱閃蒸技術(shù)不同于膜濃縮，無(wú)需預(yù)處理，系統(tǒng)更簡(jiǎn)單、更可靠、更易操作。系統(tǒng)的熱源來(lái)自除塵器出口的煙氣余熱，系統(tǒng)運(yùn)行成本較低；整個(gè)多效蒸發(fā)系統(tǒng)采用外加熱強(qiáng)制蒸發(fā)工藝，大大降低了系統(tǒng)管道和設(shè)備結(jié)垢的可能性。

2.3工程示范技術(shù)參數(shù)

根據(jù)山西某300MW機(jī)組煙氣條件和脫硫廢水水質(zhì)參數(shù)，采用煙氣低溫余熱閃蒸脫硫廢水零排放技術(shù)，并投資建設(shè)了處理能力為15m3/h的脫硫廢水零排放示范工程。本項(xiàng)目主要工藝設(shè)備技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

3.應(yīng)用示范結(jié)果分析

3.1技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析

根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)試運(yùn)行期間的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，廢水零排放系統(tǒng)的直接運(yùn)行費(fèi)用主要包括電力消耗、脫鹽水消耗和工藝水消耗。功耗換算成37.67(kW & # 8226；H)/m3，電價(jià)為0.50元(/kW & # 8226；h)預(yù)計(jì)合同18.83元/m3。軟化水消耗量為0.1t/h，軟化水成本為15.00元/t，折合0.10元/m3。工藝用水量約為2.1m3/h，工藝水費(fèi)用為3.50元/t，折合0.49元/m3。因此，如果不考慮人員成本和設(shè)備折舊成本，該脫硫廢水零排放系統(tǒng)的總直接運(yùn)行成本約為19.42元/m3。深和合電力(河源)有限公司采用“預(yù)處理+蒸發(fā)結(jié)晶+鹽分離”技術(shù)，零排放實(shí)際運(yùn)行成本為70~80元/m3，該技術(shù)運(yùn)行成本為19.42元/m3，遠(yuǎn)低于上述電廠技術(shù)。

3.2試運(yùn)行結(jié)果分析

3.2.1加工能力分析

脫硫廢水深度處理工程于2019年6月26日開(kāi)工，試運(yùn)行168h。由于#2機(jī)組未安裝煙氣換熱器，系統(tǒng)處理能力設(shè)計(jì)值按50%計(jì)算。記錄如表3所示。

從表3可以看出，項(xiàng)目在168h試運(yùn)行期間，累計(jì)廢水處理量為681t，冷凝水回收量為632t，平均水回收率為92.8%。由于機(jī)組負(fù)荷不同，除塵器出口煙氣量和溫度低于設(shè)計(jì)值。因此，在負(fù)荷換算的鍋爐連續(xù)蒸發(fā)量(BMCR)較大的情況下，平均脫硫廢水處理能力為7.55t/h，平均凝結(jié)水回收能力為7.01t/h，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)處理能力。

3.2.2出水水質(zhì)分析

在試運(yùn)行期間，從進(jìn)污水罐(FS)中取樣原污水，并從凝結(jié)水泵(NS)出口取樣凝結(jié)水。測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果見(jiàn)表4。

脫硫廢水處理前后，不同檢測(cè)指標(biāo)的去除率見(jiàn)圖2。從圖中可以看出，除氨氮外，脫硫廢水中其他指標(biāo)的去除率均高于96%(余氯除外)。說(shuō)明該技術(shù)對(duì)低沸點(diǎn)物質(zhì)(氨氮)的去除能力較差。氨氮主要來(lái)源于煙氣脫硝過(guò)程中逸出的過(guò)量氨，被濕法脫硫系統(tǒng)吸收后進(jìn)入脫硫廢水。

GB/T19923—2005《城市再生水回用工業(yè)用水水質(zhì)》中鍋爐補(bǔ)給水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表5。除氨氮外，對(duì)比表4中測(cè)得的凝結(jié)水主要指標(biāo)基本滿(mǎn)足鍋爐補(bǔ)給水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但需進(jìn)一步去除氨氮才能作為鍋爐補(bǔ)給水使用。此外，冷凝水中氯離子、鈣離子、鎂離子和硫酸根離子的濃度遠(yuǎn)小于原脫硫廢水，因此冷凝水可直接用作脫硫工藝的補(bǔ)充水。

防垢分析

從脫硫廢水的水質(zhì)參數(shù)可以看出，廢水中含有較多的鈣離子、鎂離子、硫酸根離子等二價(jià)離子，水質(zhì)硬度較高，使系統(tǒng)容易結(jié)垢。采用外加熱強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)，強(qiáng)制循環(huán)泵的動(dòng)力使廢水高流速(通常大于1m/s)循環(huán)，提高了各效加熱器的換熱效率，降低了系統(tǒng)管道結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)。

整個(gè)系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行40天后，關(guān)閉系統(tǒng)，檢查系統(tǒng)的結(jié)垢情況。發(fā)現(xiàn)I效和II效系統(tǒng)的管道沒(méi)有結(jié)垢，III效分離器部分有輕微結(jié)垢。用高壓水沖洗后，水垢脫落。拿出秤來(lái)分析一下。水垢主要是鹽，易溶于水。

3.3長(zhǎng)期結(jié)果分析

截至目前，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行近9個(gè)月，系統(tǒng)處理穩(wěn)定，凝結(jié)水水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定，上次停工檢查未發(fā)現(xiàn)設(shè)備結(jié)垢。

日常冷凝液主要檢測(cè)電導(dǎo)率、pH值、濁度、硅、鐵離子、硫酸根、氯離子等水質(zhì)指標(biāo)。2020年3月部分日常實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)見(jiàn)表6。

4.結(jié)論

根據(jù)該技術(shù)方案，利用除塵器出口低溫?zé)嵩春拓?fù)壓閃蒸原理，通過(guò)廢水輸送系統(tǒng)、煙氣換熱系統(tǒng)、多效蒸發(fā)系統(tǒng)、濃漿壓濾結(jié)晶系統(tǒng)、排空系統(tǒng)等六大系統(tǒng)構(gòu)建煙氣低溫余熱閃蒸脫硫廢水零排放工藝，完成15m3/h脫硫廢水零排放工業(yè)示范。運(yùn)行結(jié)果表明，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，處理能力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，運(yùn)行費(fèi)用低。每立方米處理脫硫廢水的直接成本僅為19.42元左右。

無(wú)需預(yù)處理，利用廢水中的石膏作為晶種，結(jié)合末端壓濾結(jié)晶技術(shù)，實(shí)現(xiàn)脫硫廢水中鹽的濃縮和自結(jié)晶分離。

多效蒸發(fā)單元采用外加熱強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)方式，可保證濃縮過(guò)程中脫硫廢水的循環(huán)流動(dòng)，降低系統(tǒng)結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)。

多效蒸發(fā)系統(tǒng)冷凝水提取率高，高達(dá)92.8%以上。經(jīng)進(jìn)一步處理后，冷凝水可用作鍋爐補(bǔ)充水或直接用作脫硫工藝的補(bǔ)充水。(來(lái)源:山西普利環(huán)境工程有限公司、華電鄭州機(jī)械設(shè)計(jì)研究院有限公司)

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