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发表时间：2020/8/28   来源：《科学与技术》2020年9期   作者：闫爱娟

[导读] 火力发电一直是我国电厂发电的主要方式

         摘要：火力发电一直是我国电厂发电的主要方式，对于保障国民经济发展具有重要意义。火力发电动力来源是煤炭资源，但是在煤炭燃烧脱硫过程中会产生包含大量污染性因子的废水，严重破坏了环境。分析废水零排放技术有利于从本质上解决燃煤电厂废水排放问题，对电厂未来发展具有深远影响。
         关键词：燃煤电厂；脱硫废水；零排放；处理技术
引言
         在江陵电厂一期工程原水平衡设计中，脱硫废水主要通过灰库干灰加湿用水、煤场喷洒和暖通除尘进行复用。但是，因目前干灰已经全部综合利用，使大部分脱硫废水无法复用。因此，于2018年11月份新增一路脱硫废水至#1、#2捞渣机，作为捞渣机工业用水。因脱硫废水具有腐蚀性，长期运行将对捞渣机的安全稳定运行带来隐患，拟对脱硫废水通过烟道蒸发的方式实现深度处理。
1脱硫系统现状
         江陵电厂两台机组采用石灰石－石膏湿法脱硫工艺系统，应采用高效脱硫技术。每台机组设置一座吸收塔。吸收塔采用喷淋塔，喷淋塔塔内有5层喷雾层，石灰石浆液喷嘴为轴流型/旋流型，材质为碳化硅。单层喷淋层覆盖率不低于200%，喷淋层喷嘴采用进口单头喷嘴。采用三级除雾器，吸收塔内壁防腐采用玻璃鳞片材料，保证通过低低温静电除尘器和脱硫系统的协同作用后，吸收塔出口粉尘浓度须保证小于5mg/Nm3（包括石膏后的总浓度，6%含氧，干烟气，标态）。脱硫系统水平衡试验结果如下：
脱硫系统水平衡试验结果

2脱硫废水零排放处理工艺选择
2.1预处理技术
         (1）蒸发结晶技术。将碳酸钠、絮凝剂、有机硫等化学试剂添加到脱硫废水中，可以去除废水中的重金属、悬浮物等已经固结的污染物质。之后，使用机械蒸汽或者多效蒸发器将其固结成晶，此时产生的冷凝水可以回收利用，另行处理结晶盐。目前，我国部分燃煤电厂已经实现了对该技术的应用，预处理废水量为22/h，能够实现零排放的目标。
         (2）膜浓缩-蒸发结晶技术。在单纯使用蒸发结晶技术的基础上，融合应用正渗透、反渗透等技术进行处理，处理后可以直接回收利用淡水部分，其余部分再使用机械蒸汽或者多效蒸发器处理，并在回收利用冷凝水后另行处理结晶盐。相较于上述工艺，该技术融合了下文所述的浓缩工艺，技术更加成熟，在实现零排放目标的同时还可减少投资费用，具有广阔应用前景。
2.2多功能结晶蒸发
         在废水进行上述固液分离的预处理后，再对留下的液体做多功效结晶处理。多功效蒸发处理一般分为四个步骤：热力输入系统、热力回收系统、结晶处理、其他的附属设备。预处理后的混合液还具有较高的温度，将这些处理好的混合液放入到多功能蒸发单元之中，渐热完成后，将混合液倒入高温桶中。随后，利用盐浆器向盐旋转逆流器中输送，这个时候，结晶出来的大颗粒盐晶体进行逆流旋转，再进入离心机，通过离心机的离心力进行对盐晶体的分离，再将分离出来的晶体放到高温干燥床上进行干燥。最后将干燥好的盐晶体输送到指定位置处理。
2.3通过外力作用，机械蒸汽再压缩
         机械蒸汽再压缩技术是基本工作流程是：首先是把脱硫废水实行上述的预处理，完成准备工作后，使用MVR立式降膜蒸发技术，蒸发后会形成FC晶体，最后使用离心机进行离心处理，使其脱水。机械再压缩技术也是我国近些年才从国外引进的新技术。国内采用的基本都是卧式喷淋平管膜蒸发器，但是这种蒸发器使用在脱硫废水处理上，效果并不太好。原因有以下几点：(1)如果想让卧式水平管形成效果良好的水膜，那就必须采用拥有大阻力的喷淋装置，还有给此装置进行均匀配水，现在的水平想实现均匀配水难度较高，还有就是水中含有无机盐，很容易在喷淋装置上产生水垢，使设备效果降低。(2)在卧式蒸发器的时候要确保水流速度特别低，这样才能够促使加热管外面水膜的形成。水的流速大小将会影响到水垢在水平管上形成的快慢，如果想要用卧式处理方式，那就需要聘请经验丰富的专业技术人员。在国际上废水处理技术领先的公司都是采用的立式降膜蒸发器，其对废水的处理有着很大优势，而且技术相对成熟，但是产品的价格相对较高，处理废水的成本大大增加，所以国内有此设备的公司很少。
2.4正渗透技术
         正渗透技术具有高效处理废水高含盐量的效果。采用半透膜，借助两侧的渗透压力差，含有较高盐物质的水会自动且具有选择的以高盐水为核心向外扩散，并流入提取液侧。提取液由氨、二氧化碳等组成，将其溶解于水中能够促使其生成大量驱动力（35kPa），进而使水分子扩散出半透膜，废水含盐量纵使达到150000mg/L也具有同等效果。将提取液稀释再进行蒸发分解能够获得其溶质，进而实现循环利用，提取其溶质所需能量相比于蒸发潜热更低。分解之后氨、二氧化碳经由冷凝处理予以回收再次重复上述工序。回收氨、二氧化碳后所剩余的水物质较为纯净。正渗透技术的应用优势在于其耗能低，操作简单，安全可靠，反渗透技术与正渗透技术运行原理相似。
2.5烟道蒸发技术
         (1）直喷烟道蒸发技术。运用该技术后废水会直接进入烟道内，需要在预热器与除尘器间安装喷嘴，废水经由该喷嘴作用直接雾化。雾化的液体会在高温作用下迅速蒸发，并随着烟气排出，此时废水中的污染物质会随着粉煤灰排出，进而实现废水零污染排放。该技术处理的废水量较低，容易出现烟道系统腐蚀、堵塞等问题，且喷嘴位置对蒸发效果具有较高影响，对烟道安装具体位置要求较高，加之运用了低温电除尘技术，烟道可用余热进一步减少，导致废水蒸发量也有所降低。
         (2）旁路烟道蒸发技术。运用该技术的原理与运用上述烟道蒸发技术的原理相同，区别在于需要把高温度的烟气从旁路引出，而非从主路引出。具体而言，在该蒸发设备内，脱硫废水经过预处理后进入系统进而被雾化，雾化的水汽被烟气蒸发，此时，废水中的盐性因子也会不断析出，附着在烟道蒸汽中的粉尘上，再经由旁路被输送到除尘器中，最后进入脱硫系统中冷凝，并补充脱硫工艺运行用水，进而达到零排放。根据所选择的蒸发器类型，具体包括双流体喷嘴式、旋转喷雾式两种。该技术对操作、安全均较为简单，相比于第一种烟道蒸发技术对设备的破坏性小，在实现零排放的同时能够有效避免烟道腐蚀、堵塞等问题。
2.6离子交换法
         脱硫过程中使用离子交换法也是一种有效可靠的方法。它的基本原理是：经过检验脱硫废水中残留的离子，针对性地向脱硫废水中加入能够与之结合的离子物质，加入的离子与废水中离子相结合，从而降低废水中的重金属含量，降低水质的硬度。在使用离子交换法的过程中，拥有很高的可靠性和稳定性，通过这种方法可以将水质的硬度减小到10ppm以下，如果测得水的硬度还高于标准硬度，就需要二次过滤，只有离子交换后检测合格的脱硫废水才可以将其排放。这种方法适用于有害物质较少而且能够通过离子交换将重金属有效分离出来的脱硫废水，如果脱硫废水的物质繁杂且不易清除，可以先用此种方法进行预处理，然后通过上述两种方法进行二次处理。离子交换法的最大优点是可靠稳定，而且使用成本低。
         在零排放处理中，脱硫废水因为难以回用，处理的工艺路线主要是进行蒸发。虽然有将最终的浓水采用极膜电解制硫酸、氢氧化钠或电解制次氯酸钠，但电解过程中结垢现象的低成本解决是一项技术难题，资源化利用后仍剩余大量废水，电解产物的品质有待提高，产物无法在电厂全部消耗掉。从全厂盐量平衡角度看，电解产物如在厂内全部用掉则相当于盐一直在厂内循环富积，是无法长期运行的，因此电解方案尚待进一步改进、提高电解产物品质，使产物作为产品向市场销售才为可行方案。
         经过统计测算，江陵电厂2019年上半年机组运行小时数为3638h，共产生脱硫废水19560t，平均产生量为5.4m3/h，最终末端废水旁路烟气蒸发设计水量为6.0m3/h，每台炉3.0m3/h。综合各种技术的特点、可行性、能耗、投资、运行成本和技术成熟度，江陵电厂脱硫废水零排放处理拟定如下方案：
         方案一：直接旁路烟道气蒸发结晶
         方案二：预处理+ DTRO+ MVR蒸发结晶
3脱硫废水零排放技术方案比较
3.1直接旁路烟道气蒸发结晶
         根据电厂实际情况，并针对脱硫废水总水量6.0m3/h等条件，采用空气预热器前高温烟气旁路烟道气蒸发结晶工艺路线，具体采用双流体旁路烟道气蒸发结晶器工艺。流程示意图如下：










         取SCR脱硝反应器出口的热烟气（温度：330~390℃）经过旁路烟道气蒸发结晶器顶部的烟气分配器均匀的进入旁路烟道气蒸发结晶器内，脱硫废水三联箱系统后清水箱内的脱硫废水通过末端废水供给泵输送至旁路烟道气蒸发结晶器内并雾化成细小液滴，通过一定气液比保证雾化粒径。液体与热烟气接触，雾滴中的灰分盐分干燥结晶析出，部分干燥产物落入旁路烟道气蒸发结晶器底端，其余随烟气进入后续电除尘器和燃煤烟尘共同被捕集去除。水蒸气则进入脱硫系统在喷淋冷却作用下凝结成水，间接补充脱硫系统用水。
         其中，旁路烟道气蒸发结晶器烟气进出口设烟气电动闸板门可与原系统隔离，设备检修或故障可与锅炉系统隔离，不影响锅炉系统正常运行。进口设烟气调节门，在线烟气流量计，在线温度传感器，可根据机组负荷、进口烟温、雾化水量、出口烟温自动调节高温烟气引入量。充分保障固化系统的高度自动化和稳定高效运行。
         鉴于电厂脱硫废水排放特点，目前已配置2台机组集中的脱硫废水常规处理系统，拟在#1和#2机组设置2套烟气处理系统。实现脱硫废水的零排放。
3.2预处理+ MVR蒸发结晶
3.2.1工艺流程

3.2.2预处理单元
         脱硫废水排放后，经原有废水处理设备，进入该工艺流程。预处理的固液分离使用澄清池+过滤器工艺。过滤后清水用盐酸调pH至中性或弱酸性，进入到后续环节。产生污泥，最终进板框压滤机进行脱水处理，泥饼外运，滤液回流至调节池。
3.2.3 DTRO浓缩单元
         预处理后废水经过提升水泵送入DTRO膜缩减量单元，工艺系统设计淡水回收率为40%，将5.4m3/h废水浓缩约2.5倍，得到约3.3m3/h浓水，进入蒸发结晶系统。
3.2.4蒸发单元
         3.3m3/h浓水进入蒸发结晶系统，结晶系统采用机械压缩强制循环结晶器系统，并配置结晶盐干燥打包包装系统。蒸发得到的产品水为高品质的水，可回用至锅炉补给水除盐处理系统。
         进水中主要含有氯化钠和硫酸钠两种无机盐，蒸发结晶如不分盐，得到的将是杂盐，也可根据硫酸钠、氯化钠等高盐水中的无机盐在不同温度下的溶解度差异，把浓缩液先在高温区结晶出硫酸钠，母液再进行蒸发得到氯化钠。
         氯化钠纯度可以相当于日晒工业盐二级品质标准，理论上可以作为印染、盐加工等化工企业的生产原料，但由于其中杂质成份复杂，实际能够被化工企业接收比较困难；硫酸钠在工业中的可利用价值本身就不大，消耗量很小，即使分盐后硫酸钠纯度达95%左右，由于盐中成份复杂，综合利用的难度更大。
3.3方案比较

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