旁路煙道蒸發技術應用于的脫硫廢水零排放系統研究
2018-08-21 08:34:21
作者：水處理事業部 王勇 郭鋒
摘要: 旁路煙道蒸發系統設在SCR脫硝裝置后、空氣預熱器前，在原煙道引出少量高溫煙氣至旁路煙道系統;旁路煙道入口通過電動調節擋板以調節高溫煙氣的流量、流速;煙道內設置霧化噴嘴，將廢水高效霧化，霧化后液滴與引入的高溫煙氣充分接觸進行傳質、傳熱，實現液滴的快速蒸發;旁路煙道系統出口連接在空氣預熱器后、電除塵器前的煙道上，蒸發后的結晶物隨煙氣在除塵系統得到捕獲，水蒸氣隨煙氣進入大氣，最終實現了脫硫廢水零排放，且高溫煙道旁路蒸發技術蒸發效果好，安全可靠，具有更大的推廣價值，將來可從降低煤耗、電耗、縮小設備體積、簡化工藝流程等方向做出進一步的完善。
關鍵詞: 脫硫廢水; 旁路煙道蒸發；蒸發效果; 零排放
為了實現煙氣SO2的超低排放，國內大多數燃煤電廠采用了石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝，該工藝具有脫硫效率高和運行成本低的優點，但同時也產生了超標的廢水。2017年環保部頒發的《火電廠污染防治可行技術指南》中指出實現廢水近零排放的關鍵是脫硫廢水零排放，零排放技術包括旁路煙道蒸發技術。脫硫廢水往往呈弱酸性，其懸浮物和可溶性鹽含量極高，重金屬含量超標，尤其氯離子濃度可高達20000-40000mg/L，具有很大的處理難度。水資源和水環境問題已成為制約電力、煤炭等企業發展的瓶頸。尋求處理效果更好、工藝穩定性更強、運行費用更低的廢水處理工藝，實現“廢水零排放”的目標，已經成為、電力、煤炭等企業發展的自身需求和外在要求。
1、脫硫廢水處理的必要性
目前，火力發電廠依然擔負著中國70%以上的電力供應，燃煤機組的SO2排放量很大，國家要求電廠進行強制脫硫主要是為了降低酸雨對環境的破壞。
石灰石-石膏濕法脫硫的廢水含有大量固體懸浮物、過飽和亞硫酸鹽、硫酸鹽、氯化物以及微量重金屬，其中很多物質為國家環保標準中要求嚴格控制的第一類污染物。
根據2017年環保部《火電廠污染防治可行技術指南》，有關于火電廠廢水近零排放的相關技術要求如下所列：
1）實現火電廠廢水近零排放的關鍵是實現脫硫廢水零排放
2）零排放技術主要包括煙氣余熱蒸發干燥和高鹽廢水蒸發結晶
3）采用反滲透、電滲析等膜濃縮預處理工藝減量
2、脫硫廢水處理工藝
2.1傳統脫硫廢水處理工藝
脫硫廢水的傳統處理工藝主要以化學處理為主，其處理系統可分為廢水處理系統和污泥處理系統。廢水處理系統又可分為中和、沉降、絮凝、濃縮澄清等工序。
2.1傳統脫硫廢水處理工藝路線
該工序工藝采用絮凝沉淀系統，主要通過化學沉淀去除重金屬、硬度以及懸浮物等污染物，還會產生不少高含鹽廢水，對自然界還會造成不小的水環境污染。
2.2旁路煙道蒸發系統處理工藝
旁路煙道是指與空預器并聯的煙道旁路，在空預器入口處引入部分高溫煙氣(煙溫在330～350℃)進入旁路煙道中安裝的霧化噴嘴，將脫硫廢水霧化噴射于煙道內，利用高溫煙氣充分接觸進行傳質、傳熱，將水分完全蒸發，旁路煙道系統出口連接在空氣預熱器后、電除塵器前的煙道上，蒸發后的結晶物隨煙氣在除塵系統得到捕獲，水蒸氣隨煙氣排放。
該技術以空預器之前的高溫煙氣為廢水蒸發熱源，溫度高達 300℃以上，可以確保廢水完全蒸發的效果，但會在一定程度上會降低空預器出口一次風和二次風的溫度，降低鍋爐效率，增大機組煤耗。為了緩解煤耗的增加和噴嘴結垢等問題，常規的高溫煙道旁路蒸發技術往往在蒸發前設置濃縮減量系統，用于減少廢水蒸發量并回收利用部分凈水，主要采用常規過濾、超濾系統和RO反滲透系統回收利用部分廢水，產生的濃水再進入旁路煙道蒸發處理（如圖2.2所示）。
2.2.1高溫煙道旁路蒸發技術的優點主要包括：
（1）蒸發效果好。以高溫煙氣為蒸發熱源，煙氣溫度高達300℃以上，可確保廢水蒸發效果，可靠性高。
（2）煤耗增加量較低。采用濃縮減量工藝對廢水減量，進入旁路煙道廢水量可最多縮減90％，降低其蒸發的熱量需求，減少高溫煙氣的溫降，降低由高溫煙氣消耗引起的煤耗增加量。
2.2.2該技術的缺點主要有：
（1）增大煤耗。以空預器之前的高溫煙氣為熱源，會降低鍋爐爐膛進風溫度，導致爐效下降，在一定程度上增大機組煤耗。以300MW機組為例，若廢水處理能力1-2t/h，煤耗約增加0.3-0.6g/kwh。
（2）需預處理和濃縮，成本高。為了降低煤耗的增加值，該工藝前期需要對廢水進行多級預處理和濃縮減量，降低其相變的熱量消耗，增加了系統的工藝復雜性，也增大投資和運行成本。
（3）降低灰的品質。由于廢水中的離子物質最終進入灰中，會使灰分中氯離子含量增多，降低灰的品質。但可以在煙道旁路干燥塔底設置灰斗，通過控制煙氣溫度，將90%以上的結晶鹽提前收集起來，使后續細灰品質影響大大減小。
2.2旁路煙道蒸發系統處理工藝路線
3、結語
（1）基于旁路煙道蒸發的脫硫廢水零排放技術利用高溫煙氣實現脫硫廢水的高效蒸發，無需額外熱源，運行能耗低；且旁路煙道可充分利用煙道間空隙，占地面積小，改造費用低，完全可以解決現有石灰石-石膏濕法脫硫廢水零排放問題。
（2）旁路煙道蒸發的脫硫廢水零排放技術操作簡單，運行費用低，且相對獨立于電廠現有系統，方便檢修維護，不影響電廠的日常運作。
（3）該技術實現了燃煤電廠真正意義上的脫硫廢水零排放，對空氣預熱器、粉煤灰品質等影響較小，是一種低耗高效的脫硫廢水零排放技術，具有廣泛的推廣應用價值。若此技術工藝在將來的工程化實施和產業化推廣、應用過程中還將扶持一批具有創新能力和核心競爭力的廢水零排放企業，提高企業競爭力，縮小與國際先進水平的差距，促進我國在環保技術裝備等方面的國際化進程。
參考文獻：
[1] 馬雙忱，于偉靜，賈紹廣等．燃煤電廠脫硫廢水處理技術研究與應用進展［J］．化工進展，2016，35(1):255-262.
[2] 楊躍傘，苑志華，張凈瑞等. 燃煤電廠脫硫廢水零排放技術研究進展[J]. 水處理技術，2017，43（6）：29-33.
[3] 劉海洋，江澄宇，谷小兵等． 燃煤電廠濕法脫硫廢水零排放處理技術進展［J］．環境工程，2016，34(4):33－36.
[4] 劉秋生. 煙氣脫硫廢水“零排放”技術應用［J］．熱力發電，2014，43( 12) : 114 － 117.
[5] 王森，張廣文，蔡井剛． 燃煤電廠濕法煙氣脫硫廢水“零排放”蒸發濃縮工藝應用綜述［J］．陜西電力，2014,42(8):94－98.