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电厂脱硫废水零排放技术对比分析

发表时间：2021/5/17 来源：《基层建设》2021年第2期作者：毛威东

[导读] 摘要：目前，大多数的燃煤电厂均采用石灰石-石膏湿法脱硫技术，该技术虽然具有脱硫效率高、系统运行稳定可靠等优点，但该技术产生了大量的脱硫废水。

        江苏大唐国际吕四港发电有限责任公司江苏省启东市 226200
        摘要：目前，大多数的燃煤电厂均采用石灰石-石膏湿法脱硫技术，该技术虽然具有脱硫效率高、系统运行稳定可靠等优点，但该技术产生了大量的脱硫废水。脱硫废水一般呈现弱酸性，其中含有大量悬浮物、重金属离子及可溶性盐分等，其中Cl-的浓度可达10000-20000mg/L，已成为废水处理的难题。国务院在2015年4月发布了《水污染防治行动计划》，该行动计划中对于工业废水的处理部分提出了更为严格的要求。环保部在2017年1月发布了《火电厂污染防治技术政策》，该政策中明确规定了火电厂对于水污染的防治应遵循分类处理、一水多用的原则，并且鼓励火电厂实现废水的循环使用不外排。因此，探索更为有效的零排放技术势在必行。
        关键词：脱硫废水；零排放；预处理
        引言
        灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺具有脱硫效率高、脱硫剂丰富、负荷范围广的优点，占我国火电发电厂烟气脱硫工艺总量90%以上。但其产生的脱硫废水呈酸性且具有高悬浮物、高盐量、高COD、高腐蚀性、高危害等特点，其复杂的水质特点使其当选为燃煤电厂湿法脱硫系统终端水质最恶劣的废水。解决脱硫废水“零排放”的问题即实现全厂废水的“零排放”。随着我国环保要求和节能意识不断提高，优化火电发电厂废水处理工艺、提高水资源利用率、实现废水资源“零排放”和循环再利用是大势所趋。
        1脱硫废水的特征及产生情况
        1.1脱硫废水零排放
        脱硫废水零排放技术在国内外已有众多应用案例，威立雅HPD、GE、阿奎特等国际废水零排放技术领先的公司已在国外开展多项废水零排放业务，在国外已有12个以上的应用案例，分别位于意大利、美国、丹麦和日本等。国内脱硫废水零排放是近年来发展起来的新方向，各大发电集团都积极部署废水零排放项目，主要有长兴电厂、河源电厂、三水恒益电厂、汉川电厂、通辽总厂等燃煤电厂脱硫废水零排放示范项目。通过总结已有案例，脱硫废水零排放的处理方式可分为膜法浓缩，烟气余热浓缩，多效蒸发和MVR晶种法蒸发四大类。电解铝厂具有烟气量小、烟气温度低的特点，不具备烟气余热浓缩蒸发的条件；与燃煤电厂不同，电解铝厂没有蒸汽，不适合采用多效蒸发方式；电解铝厂的脱硫废水硬度高，F-含量高，如采用膜法浓缩，需要增加软化和除氟工艺，工艺流程长，成本高。
        1.2废水产生情况
        对国内燃煤电厂的燃煤机组脱硫废水产生量情况进行调研。如果同等机组的废水量大于正常水平，则可通过对石膏品质的控制（如使用消泡剂调节浆液品质），优化机组运行方式（如将水泵的冷却水收集后冷却，再利用滤布冲洗水循环梯级利用），调整脱硫系统运行工艺参数（如减少除雾器冲洗频率）等措施从源头减少废水量[7]。2017年，我国不容许设置排放口的燃煤电厂高达39%，根据近年来国内外电厂脱硫废水处理工程的投资水平，脱硫废水“零排放”处理投资费用占整个脱硫工程比例过高。国内有关方面正积极寻找可靠、低成本、高性能的脱硫废水“零排放”处理工艺。
        2“零排放”形势下的脱硫废水处理技术
        2.1电渗析技术
        电渗析的原理是在外加直流电场利用两溶液电势差和膜的选择透过性将离子从水中进行分离的物化过程。因此，电场强度和膜的选择是电渗析技术的关键，一般可将溶液浓缩至含盐量15%～25%，已被广泛应用于纯水制备、锅炉给水处理、海水提盐、工业废水循环利用等方面。该技术具有常压运行所需能耗低、耗药少、对环境污染低、操作较为简单、适应性较强、耐腐蚀等特点，但存在水耗大、难以除去难解物质、易造成设备结垢、需要多种设备而造成所需场地大的缺点。对于脱硫废水脱盐的处理，电渗析浓缩方法因常压运行、耐腐蚀等优势受到了研究者的关注。

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        2.2热法浓缩技术
        目前废水浓缩蒸发减量技术主要有多效强制循环蒸发系统（MED）、立管降（升）膜机械蒸汽压缩蒸发系统（立管MVC、MVR）、卧式喷淋机械蒸汽压缩蒸发系统（卧式MVC）等。蒸发系统通过加热废水，水分在高温下大量汽化，使其浓缩减量、结晶析出，蒸发后经冷凝的水回收利用。在脱硫废水处理方面，热法浓缩具有以下2点显著优势：（1）热法浓缩对于进水水质要求低。一方面，这意味着热法浓缩可以较好的适应脱硫废水水质变化大，成分复杂的特点，有利于系统的稳定运行；另一方面，较好的水质适应性使得浓缩模块的前置预处理模块加药量减少。（2）可以实现淡水的高效回收利用。一方面，热法浓缩工艺可以最高回收90%的淡水；另外，热法浓缩的淡水水质明显高于膜法，回收的淡水可以直接送至化水车间超滤水箱加以利用。
        2.3结晶技术
        结晶器即是运用结晶技术的必备设备，操作结晶器可比照操作普通蒸发器。处理废水的核心部位是循环结晶系统，结晶器内包含闪蒸罐，管壳式换热器中间由循环管相连。系统中的循环泵将废水运输到换热器以实现热交换，继而实现循环结晶。进入结晶器的废水与系统中原有的浓盐浆融合，再经由加热器加热，出现显著升温的表现，废水再次进入闪蒸罐，出现闪蒸，进而使废水中的盐物质结晶。从换热器中流出的盐浆会从闪蒸罐中间位置切线进入罐内，形成涡流，最终产生较大的闪蒸面。蒸汽聚集于罐内，此时除雾分离设备发挥作用，使其进入到压缩机中，蒸汽经过压缩机压缩温度升高，之后再进入换热器壳程中冷凝，促使盐浆蒸发，冷凝液均流入冷凝罐中。简言之，含有较高盐分的废水进入闪蒸罐前就会不断出现，经过加热后，水分蒸发，浓盐物质逐渐饱和并析出，进而达到净化的效果，实现零排放。
        2.4主烟道蒸发法
        主烟道蒸发法在电厂原有系统上无需加设大型设备，相比于蒸发结晶技术，投资成本较低，且占地面积较小；同时，该技术利用空气预热后的低温热烟气作为脱硫废水的蒸汽源，不会影响机组煤耗。但该技术在实际应用中也存在着很大问题，因脱硫废水呈弱酸性且其中含有大量氯离子，蒸发效果不佳时会引起下游烟道积灰、堵塞和腐蚀等问题，甚至还会影响后续除尘器等设备的运行稳定性；同时，喷嘴也易发生结垢现象；该技术对于预处理要求较高，增设相应设备也会增加工艺流程的复杂性；另外，大部分机组在空气预热器和电除尘之间增设了低低温省煤器（MGGH），导致安装空间受限。
        2.5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。
        结束语
        脱硫废水零排放技术的核心在于末端废水零排放技术，根据脱硫废水水量及水质的不同，选择适宜的软化预处理和浓缩减量技术，可减轻末端高盐废水处理负荷。目前，我国脱硫废水零排放工程依然处于探索阶段，很多技术因其独有的优势需要对其进行更深一步的研究。因此，如何将各技术的优势最大化以及根据不同的脱硫废水排放情况进行工艺组合，实现高效经济的废水零排放及结晶盐的综合利用，将是脱硫废水零排放需要关注的问题。
        参考文献
        [1]邓佳佳.燃煤电厂烟气脱硫吸收塔内过程优化及脱硫废水的零排放处理[D].重庆大学，2015.
        [2]王鑫.燃煤电厂湿法烟气脱硫废水零排放处理技术研究[D].武汉科技大学，2015.
        [3]刘宁.燃煤电厂脱硫废水零排放技术[J].能源与节能，2015（12）：89-91.