利用火电厂废热对脱硫废水蒸发工业性中试零排放试验研究

王可辉，蒋芬，徐志清，赵军，王飞，顾小红

(中国国电北京朗新明环保科技有限公司南京分公司，江苏南京210019)

利用火电厂废热对脱硫废水蒸发工业性中试零排放试验研究

王可辉，蒋芬，徐志清，赵军，王飞，顾小红

(中国国电北京朗新明环保科技有限公司南京分公司，江苏南京210019)

现行常规的火电厂脱硫废水处理系统，存在设备故障率高、较难除净重金属离子和无法除去氯离子等诸多缺点。试验利用电厂废热对脱硫废水进行常温蒸发，从试验前、后水质测试结果可知，试验减量浓缩效果显著，该技术的热交换过程温升小，蒸发过程全部发生在蒸发单元的气相和液相的界面，基本消除了结垢风险，对系统进水水质要求低，可根据电厂脱硫废水的实际情况仅需简单调整pH值即可进行蒸发处理，节省了大量的药剂费用。由于属于常温常压范围，大大降低了高含盐量条件下的设备腐蚀风险，减少了设备制造成本，使脱硫废水零排放技术的大规模推广成为可能。

脱硫废水;常温蒸发;零排放

0 引言

石灰石－石膏湿法烟气脱硫因其技术成熟，适应性强成为我国当前火电厂烟气脱硫的主流工艺。湿法脱硫工艺脱硫时，脱硫吸收塔内浆液反复循环利用，导致浆液中可溶盐不断浓缩。为维持脱硫系统内氯离子平衡和脱硫性能，浆液需要不断补充、更新，含有大量重金属离子的废水需要排放处理，这部分排放的废水来自烟气脱硫系统，故称为“脱硫废水”［1］。废水中含有的杂质主要包括悬浮物、过饱和的亚硫酸盐、硫酸盐以及重金属［2］，其中很多是国家标准GB8978－1996中严格要求控制的第一类污染物［3］，采用普通方法处理这部分废水很难达标排放。针对脱硫废水处理提出新型的处理方法显得尤为重要，尤其是经济发达地区对环保要求更高，往往要求高含盐废水零排放。

现有火电厂废水零排放工艺主要有多效蒸发技术、机械蒸汽再压缩蒸发(MVR)等技术［4］，投资和运行维护成本高，一般工业企业难以承受。另一方面能耗高、结垢风险大、运行维护困难，进一步增加了企业的生产运行成本和运行人员的劳动强度。严重制约了零排放技术的推广和应用。因此，开发投资省、能耗低、维护量少的火电厂废水零排放集成技术已经成为必然趋势。

为解决废水零排放项目中存在的技术瓶颈，南京朗新明与国电江苏某电厂合作，对所研发的高含盐废水低温强化自然蒸发结晶处理技术开展工业性中试，以验证该技术在电厂高含盐废水、脱硫废水零排放处理方面的可行性和适应性。

1 工艺原理与说明

高含盐废水低温强化自然蒸发结晶技术是利用常温常压下不饱和湿空气的水汽容纳裕量进行自然蒸发的一种新型蒸发结晶技术。该技术利用工业企业余热废热(如循环冷却水、汽轮机乏汽等)作为热源，通过独特的系统设计，实现常温常压下的自然蒸发。系统工艺流程如图1所示。

图1 强化自然蒸发结晶系统工艺流程

国电江苏某电厂靠近长江边上，水资源丰富，汽轮机后的乏气经过凝汽器中的冷却水冷却，冷却水升温形成温排水，温排水通过虹吸井直排长江，不重复利用，温排水属于低品热源，随季节变化温度大约在20～40℃之间，根据热力学第二定律，温排水温度不可能低于当地的环境水温度［5］，此部分低品热源虽然温度不高，但是要能把此部分热源利用起来将为电厂节约大量的能源。

本试验热源取自虹吸井中温排水，温排水经过热水泵提升到列管式换热器对脱硫废水进行换热，换热完废水经过出水管再次回到虹吸井，不影响虹吸井的正常运行，经过换热器换热的脱硫废水经蒸发池进行降温蒸发，如此循环往复，在常温常压下进行自然蒸发浓缩结晶，试验工艺流程如图2。

图2 中试装置工艺流程

强化自然蒸发装置中试运行参数见表1。

表1 中试装置运行参数

2 试验材料与方法

2.1 试验分析仪器

试验分析仪器主要有DR5000紫外分光光度计、T－70自动滴定仪、PEoptima8000等离子体发射光谱仪、AC120S电子天平、LC－223电热恒温烘箱。

2.2 脱硫废水水质

国电江苏某电厂脱硫采用石灰石－石膏湿法脱硫工艺，在烟气吸收塔浆液排放至石膏脱水系统制作石膏过程中，利用脱硫废水提取系统将石膏旋流站上清液经过废水旋流站的二级旋流，提取出需要处理的脱硫废水，此部分脱硫废水未经过任何处理直接排到电厂的工业水池，废水主要特征:呈弱酸性、悬浮物高、颗粒物细小等(水质分析见表2)。

表2 电厂脱硫废水水质分析mg/L

2.3 试验过程

低温强化自然蒸发装置蒸发单元由三部分组成:余热利用单元、蒸发单元、盐分离单元。试验数据通过PLC控制柜实时显示并记录，过程如下:

(1)利用热水泵将虹吸井中的废热水提升到列管式换热器中，换热完废水经过出水管返回到虹吸井中，不影响虹吸井的正常运行。

(2)工业水池中的脱硫废水经过潜水提升泵打到原水箱中，通过重力溢流至蒸发池中，经过强制循环渣浆泵，将蒸发池中的脱硫废水送到换热器中，经过换热后再送回蒸发池中，如此循环往复。

(3)随着水分的不断蒸发，系统中的脱硫废水含盐量不断增大，这部分浓水在晶体分离箱中不断浓缩，当达到过饱和状态时晶体从浓水中析出，上清液返回至蒸发池中继续蒸发。

(4)PLC控制柜实时显示并记录进出水量、液位变化情况，在不考虑其它因素影响的情况下，通过电磁流量计上总的来水和PLC控制柜上的数据记录综合算出每小时蒸发水量。

3 结果与讨论

3.1 浓水水质分析

原水运行一段时间后，蒸发池中脱硫废水浓度不断增加，脱硫废水浓缩水的水质检测见表3。

表3 蒸发池中浓水水质mg/L

结合表2和表3中的数据可知，TDS的浓缩倍数大约为8倍，考虑到在晶体分离箱中硫酸钙的沉淀析出，浓水中的硫酸根和钙离子会有部分减少，浓水中的Cl－浓度不断增大，由于Cl－腐蚀性较大，蒸发浓缩设备必须是防腐性材料，否则运行一段时间设备就会出现故障。

3.2 蒸发水量

本试验目前在秋冬季最差的环境下进行，电厂地处长江边上，冬季温度低，环境湿度大，选取某天的蒸发水量如图3所示，由试验结果可知稳定运行状态下废水蒸发量1t/h左右，基本达到设计时的蒸发水量。

图3 稳定运行时的蒸发水量

4 结论与建议

(1)通过开展工业性试验可知，低温强化自然蒸发装置很好的利用了电厂的余热废热资源，能耗低。正常运行能耗主要是水泵和风机的运转，无需新鲜蒸汽，可为电厂节约大量的能源。

(2)该技术的热交换过程温升小，蒸发过程全部发生在蒸发单元的气相和液相的界面，基本消除了结垢的风险，因此对系统进水水质要求低，可根据电厂脱硫废水的实际情况仅需简单调整pH值即可以进行蒸发处理，不需要严格的软化预处理，节省了大量的药剂费用。

(3)低温强化自然蒸发结晶技术蒸发过程在20～40℃条件下发生，属于常温常压范围，大大降低了高含盐量条件下的设备腐蚀风险，减少了设备制造成本，使废水零排放技术的大规模推广成为可能。

(4)运行维护方便。系统结垢、腐蚀风险降低，且没有高温高压设备、复杂的污泥脱水设备和加药设备，因此低温强化自然蒸发结晶处理系统运行维护简单，可实现无人值守设计。

(5)目前经蒸发单元蒸发出去的水量大约有1t/h，后期可以考虑在蒸发池顶部增加一套冷凝水回收装置，将蒸发出去的水汽冷凝回收再利用。

［1］陈泽峰，冯铁玲.电厂脱硫废水［J］.工业水处理，2006(3):86－88.

［2］高原，陈智胜.新型脱硫废水零排放处理方案［J］华电技术，2008，30(4):73－75.

［3］应春花，刘柏辉，戴豪波，等.脱硫废水排放的项目及标准探讨［J］.热力发电，2005(9):69－71.

［4］王丹，蒋道利.蒸发结晶技术在高含盐废水零排放领域的应用［J］中国井矿盐，2014，45(10):7－10.

［5］王枫.电厂循环水余热利用方案研究［D］.北京:华北电力大学，2009.

［6］国家环保总局.水和废水监测分析方法(第4版)［M］.北京:国环科学出版社，2002

Pilot study on the use of thermal power plant waste heat to evaporate industrial desulfurization wastewater zero－emission experimental

Existing conventional thermal power plant desulfurization wastewater treatment system has high equipment failure rate，it is difficult to remove heavy metal ions and chloride ions can not be removed and many other shortcomings.In this study，the use of waste heat from power plants over the desulfurization wastewater evaporation at room temperature.Comparative experiment shows that water quality tests before and after，experimental reduction concentrated significant effect，temperature rise of the heat exchange process technology，evaporation process occurred in all the vapor and liquid evaporation unit interface，basically eliminating the risk of fouling，low water quality requirements for the system，Just a simple adjustment of the pH value can be based on the actual situation of the power plant desulfurization wastewater evaporation process can be carried out，save a lot of pharmaceutical costs，because they belong to the range of temperature and pressure，greatly reduces the risk of equipment corrosion under conditions of high salinity.It can reduced equipment manufacturing costs and made wastewater zero emissions technology large－scale promotion possible.

desulfurization wastewater;normal temperature of evaporation;zero emissions

X703.1

B

1674－8069(2016)02－015－03

2015-10-21;

2016-01-06

王可辉(1987-)，男，江苏盐城人，硕士研究生，助理工程师，研究方向为火电厂新型水处理技术研发。E－mail:wangkehui2008.ok@163.com