火力发电厂脱硫废水零排放改造探讨

摘要：石灰石-石膏湿法脱硫是火力发电厂主流的脱硫工艺，然而，环保排放标准越来越严格，确保脱硫系统长期稳定运行的要求越来越高，因此，火电厂对脱硫废水进行终端处理改造刻不容缓。文章主要讲述了脱硫废水终端处理的两种方法，即蒸发法和烟道处理法，并结合天津某火电厂改造实例，对多种改造方案进行了比较。

关键词：脱硫废水;蒸发法;烟道处理法

中图分类号：X773 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）11-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.11.012

Discussion on zero discharge reform of desulfuration wastewater from fossil-fuel power station

Zhang Yanjun

（Tianjin Datang International Panshan Power Generation Co.，Ltd.，Tianjin 301907，China）

Abstract：Limestone gypsum wet desulfurization is the mainstream desulfurization process in thermal power plants. However， the environmental emission standards are more and more strict， and the requirements to ensure the long-term stable operation of the desulfurization system are higher and higher. Therefore， it is urgent to transform the terminal treatment of desulfurization wastewater in thermal power plants. This paper mainly describes two methods of terminal treatment of desulfurization wastewater， namely evaporation method and flue treatment method. Combined with the transformation example of a thermal power plant in Tianjin， several transformation schemes are compared.

Key words：Desulfurization wastewater;Evaporation process;Flue gas treatment process

1 脱硫废水系统现况及改造背景

天津某火电厂脱硫系统采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术，使用单机双塔方案（每套脱硫装置包括一个预洗塔和一个吸收塔，两塔串联），两台机组脱硫系统工艺水共用一个工艺水箱，补水由循环水系统生产水泵、工业废水处理站提供。两机组同用一套脱硫废水处理系统，3个联排的澄清池采用中和、絮凝、沉淀处理工艺。处理后的脱硫废水进入灰渣系统，澄清池污泥经污泥输送泵打入离心脱水机进行脱水处理，脱水后的污泥用车外运处理。

由于脱硫废水处理系统设计处理能力低，影响脱硫系统稳定运行，脱硫废水排至除渣系统，增加了除渣系统的运行压力，有必要对脱硫废水系统进行升级改造，缓解脱硫系统和除渣系统运行压力。

2 脱硫废水终端处理技术路线

各电厂锅炉燃烧煤种、脱硫系统补充水水质和废水排放周期等不相同，造成脫硫废水的水质和水量不相同。大部分电厂的脱硫废水只经过过滤、絮凝、沉淀等方法的简单处理，废水中悬浮物和钙硬度有所降低，但钙、镁硬度仍然维持在很高水平。此外，废水中氯离子、硫酸根离子等离子浓度也较高，回用后不利于脱硫系统健康稳定运行，且易造成下游用水系统结垢腐蚀。因此，需充分考虑水量和水质特征，选取合理的脱硫废水终端处理手段。

2.1 蒸发法

蒸发法的基本原理是通过自然蒸发或人为加热的方式将脱硫废水中的水分逐渐蒸发成水蒸气，水蒸气可以直接挥发或重新凝结回收，废水中的溶解性固体则被截留在残液中，随着蒸发的持续，浓缩倍数不断提高，最终以晶体形式析出。蒸发法根据加热形式的不同可以分为蒸发塘、多效蒸发结晶和机械蒸汽再压缩技术等。

2.1.1 蒸发塘技术

蒸发塘技术是依靠太阳能在自然状况下蒸发塘内的脱硫废水，使其浓缩达到饱和后结晶析出盐类。该技术适用于西北干旱少雨的地区，具有成本低、运营维护简单、使用寿命长和抗冲击负荷好等优点。但该技术也明显有废水中所含挥发组分直接进入空气易造成空气污染;必须做好防渗透和防溢流处理措施;占地面积大以及淡水无法回收利用等缺点。

2.1.2 多效蒸发结晶（MED）技术

多效蒸发结晶技术是在脱硫废水的处理过程中，脱硫废水进入低温（一般为70℃以下）多效浓缩结晶装置，经过3至6效蒸发冷凝的浓缩结晶过程，分离为淡化水和浓缩晶浆废液;无机盐和部分有机物可结晶分离出来，焚烧处理为无机盐废渣;不能结晶的有机物浓缩废液可采用滚筒蒸发器，形成固态废渣，焚烧处理;淡化水可返回生产系统替代软化水加以利用。

2.1.3 机械蒸汽再压缩技术（MVR）

机械蒸汽再压缩技术是在处理脱硫废水时，利用蒸发系统自身产生的二次蒸汽及其能量，经蒸汽压缩机压缩做功，提升二次蒸汽的压力和温度，升温后的蒸汽可重新作为蒸发热源蒸汽，不断重复，保持蒸发过程连续。排出系统的蒸馏水和浓液经换热器将其能量传递给进液，能量得到充分回收，减少对外界能源的需求。

2.2 烟道处理法

烟道处理法是在烟道内对废水进行喷雾蒸发处理的一种方法，分为烟道蒸发法和旁路烟道干燥法。

2.2.1 烟道蒸发法

烟道蒸发法的基本原理是采用喷射方式将脱硫废水雾化后喷入空气预热器后至电除尘器前的烟道内，利用高温烟气将小液滴形式的废水完全蒸发，废水中的污染物转化为结晶物或盐类等固体，随烟气中的飞灰一起被电除尘器收集，从而除去污染物并实现脱硫废水的零排放。

2.2.2 旁路烟道干燥法

旁路烟道干燥法是在烟道尾部增设旁路烟道，并在旁路烟道中安装高效雾化喷嘴，利用引出的一部分高温烟气干燥蒸发废水的新技术。优点是可以有效消除烟道蒸发法的烟道腐蚀堵灰、除尘器堵塞等安全风险，且整套装置完全独立，易于维护。缺点增加投资成本和占地规模。

3 脱硫废水终端处理改造方案介绍

某电厂原有脱硫废水处理系统采用离心脱水机配合中和、絮凝、沉淀药剂对脱硫废水进行处理，出水水质较好，为终端处理奠定了基础条件。结合现状，主要有烟道蒸发技术（旁路抽气辅助）、旁路浓缩罐烟道干燥、机械蒸汽再压缩、旁路高温烟道蒸发四种改造方案，对四种方案进行简单对比。

3.1 烟道蒸发方案（旁路抽气辅助）

首先新建脱硫废水软化系统，采用软化技术对脱硫废水进行处理，通过加入NaOH去除脱硫废水中大量的Mg2+，加入Na2CO3去除Ca2+，降低脱硫废水含盐量。软化后的脱硫废水主要去向为渣水系统及烟道。

烟道蒸发雾化系统安装在空预器与除尘器之间的烟道上，喷枪插入位置选择在烟道上升端的底部，即空预器后5m处。配备2台空气压缩机（1运1备）、4组喷嘴和4组蒸汽或超声波吹灰器。为保证烟道的蒸发温度，采用旁路法從空预器前烟道抽烟气补充到空预器后的烟道内，抽气量约为总烟气量的3%～5%。

该方案的技术难题和应对措施如下：

3.1.1 烟道积灰问题

产生原因：喷入的废水虽然已雾化，但仍加大了烟气的湿度，使飞灰和大颗粒物质凝聚在一起，使得更多的大颗粒物体无法被烟气裹挟进入电除尘，从而沉积在烟道的底部;脱硫废水中含有的大量可溶性盐在蒸发过程中析出，与灰结合形成较大颗粒，会在烟道里形成沉积;喷嘴位置和方向选择不当，使废水雾滴喷到烟道内部支撑杆或烟道内壁上，造成水膜积聚。

应对措施：在竖直烟道底部设置灰斗，定期排灰;在水平烟道上容易积灰的位置设置蒸汽或声波吹灰器;通过数值模拟并结合烟道内部结构图纸，合理选择喷嘴位置和布置方式，避免雾滴直接喷到支撑杆或烟道内壁上。

3.1.2 喷嘴堵塞问题

产生原因：脱硫废水悬浮物含量较高，长期运行会造成喷嘴和管道堵塞;含盐量较高，盐分受热析出容易造成喷枪内部和喷嘴周围堵塞。

应对措施：对脱硫废水进行预处理（沉淀絮凝），降低悬浮物含量到200mg/L以下;定期对喷枪和管道进行水冲洗;针对每一根喷枪，适当增加压缩空气的用量，并合理选择废水喷水量;采用其他先进技术避免盐分析出在喷枪和喷嘴周围的积聚。

3.1.3 雾滴蒸发不完全问题

产生原因：烟道长度不够;雾化液滴粒径过大;废水喷入量较大;因负荷影响，烟温不够高。

应对措施：通过数值模拟并结合烟道图纸，合理选择喷嘴位置，确保有足够长的烟道使雾滴蒸发完全;选择合适的喷嘴，确保喷出的雾滴的粒径尽可能小;实时监控烟温情况，通过自动控制系统控制废水的喷水量，当烟温低于115℃时，自动停止投运。

3.2 旁路浓缩罐烟道干燥方案

设置废水处理浓缩塔，利用电除尘器与脱硫塔之间的高温烟气的热量蒸发从脱硫石膏旋流器出来的脱硫废水，从而达到以废治废及脱硫废水减量的目的。

该方案的技术难题和应对措施如下：

3.2.1 系统腐蚀问题

产生原因：脱硫废水被蒸发浓缩后，pH值可降到1～2左右，腐蚀性较强。脱硫废水浓缩液会对浓缩塔、管路、仪表和水泵等造成腐蚀。

应对措施：所有与脱硫废水接触的部件均做好防腐处理，防腐处理的效果影响到系统运行的稳定性和可靠性。

3.2.2 系统堵塞问题

产生原因：脱硫废水未经预处理，废水中悬浮物和含盐量较高。这容易造成浓缩塔上部除雾器部分的堵塞，浓缩池到压滤机的管道也容易被堵塞。

应对措施：定期对除雾器和浓缩液排出管道进行冲洗。

3.2.3 系统可靠性问题

产生原因：本技术目前国内外只有一套1.5m3/h处理能力的中试装置，将装置放大到5m3/h处理能力时，则存在潜在的更严重的腐蚀和堵塞的问题。

3.2.4 固废处理问题

产生原因：目前，根据生态环境部文件，该装置压滤得到的滤饼虽不属于危废，可以堆放到灰场。但是，这种废弃物的成分复杂，重金属含量高，将来存在被列为危废的可能。

3.2.5 场地布置问题

产生原因：据估算，每个浓缩塔及配套设备的占地面积约40～50m2，则4个浓缩塔的占地面积则比较大。据现场勘查，#3机组的浓缩塔可建在#3机组西侧的空地处，#4机组的浓缩塔可建设在#3、#4厂房中间的空地处。由于场地限制，该设备的布置难度较大。

3.3 机械蒸汽再压缩方案（MVR）

方案设计采用石灰-烟道气净化+两级MVR蒸发结晶+母液循环利用的技术路线。

针对脱硫废水Mg2+含量较高的特点，首先在一级反应池中添加石灰、碳酸钠和一定量的絮凝剂对脱硫废水进行软化，去除废水中的Mg2+;此时的废水中的Ca2+含量仍然较高，在二级反应池中通入一定量的烟道气，烟道气可以取自脱硫塔出口的净烟气，利用烟道烟气中的CO2去除废水中的Ca2+;然后将废水引入过滤装置中进行过滤处理，软化和过滤产生的污泥集中处理。经过过滤处理的废水依次通过两级MVR蒸发结晶装置，通过后的浓缩母液继续返回到一级反应池的入口进行循环。两级MVR蒸发结晶装置产生的混盐和冷凝水集中处理。

主要存在以下几个技术难题：（1）运行费用问题：该方案需要严格的预处理工序，因脱硫废水硬度和悬浮物高，预处理成本较高，这使得该方案的整体运行费用偏高; （2）系统可靠性问题：该方案工艺比较复杂，而且脱硫废水品质较差，这使得系统的可靠性和稳定性存在较大风险; （3）占地面积问题：该方案的设备占地面积在1000m2以上，这对整体布局比较紧凑的电厂提出较大挑战。

3.4 旁路高温烟道蒸发

此方案与烟道蒸发方案原理相同，是基于喷雾干燥（SDA）技术的应用方案，即将液体按要求雾化喷入干燥塔在热气体干燥下成为粉末的技术。可将脱硫废水经过雾化成平均粒径10～60μm的细雾滴喷入旁路烟道内，利用空预器前的锅炉热烟气作为热源，在旁路烟道内将废水蒸发，水分进入烟气中，废水中的盐类干燥后被收集下来，达到脱硫废水终端处理的目的。

3.5 四种改造方案简单比较分析

烟道蒸发方案涉及的烟道蒸发技术要求烟道温度高于120℃，并在低于115℃时停止喷雾，对脱硫废水水质有一定的要求，即氯離子浓度不超过23 000mg/L，钙离子浓度不超过30 000mg/L;对喷嘴性能、烟道流场有较高要求，易于发生烟道积灰。

4 结语

火电厂脱硫废水零排放改造方案技术路线成熟，可根据脱硫系统实际情况进行选取，改造后可实现脱硫废水全部处理，有利于保持脱硫系统浆液品质稳定，保证脱硫系统脱除效率，烟气二氧化硫稳定达标排放，降低企业环保风险，对保护周边生态环境起到积极作用。

参考文献

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收稿日期：2020-09-11

作者简介：张彦军（1987-），男，汉族，学士，工程师，研究方向为电厂环保技术管理工作。