蒸发工艺在脱硫废水零排放技术中的应用

刘伟杰

摘  要：火力发电行业中，为脱除脱硫系统排放废水中存在的各种物质，各类环保企业开始加大对脱硫废水零排放技术的研究，以此控制废水中污染物质的排放，并改善自然水体水质。而在废水零排放技术中，蒸发工艺作为一种具有良好应用效果的处理工艺，实现了废水零排放。对此，本文主要针对蒸发工艺在脱硫废水零排放技术中的应用相关问题展开研究，并探讨相关工艺技术具体应用。

关键词：蒸发工艺;脱硫废水;零排放技术;应用策略

前言：

现阶段，从我国火力发电厂烟气脱硫系统看，脱硫废水水质较为复杂，具有含固率高、腐蚀性高、含盐量高以及处理难度大等特点。由于脱硫废水水质特殊，废水处理难度较大，废水零排放技术壁垒则更高，但随着蒸发工艺的运用，极大地推动了脱硫废水零排放技术的应用和发展。

1 工艺概述

蒸发工艺作为一种具有浓缩减量，提取固体溶质以及制取纯净溶剂等功能的技术手段，当下已经被广泛应用于化工、食品和海水淡化等行业中，并取得了良好应用效果。该工艺手段应用中涉及到的溶剂汽化过程会吸收大量汽化热，这就导致蒸发操作会产生大量能耗。当下化工行业中以多效蒸发工艺为主，能够改善传热条件，提高对加热蒸汽利用率，降低单元蒸发能耗。

同时为有效降低蒸发过程潜热消耗量，开始采用机械蒸汽再压缩技术蒸发器，该技术将二次蒸汽经机械驱动压缩机进行绝热压缩后将其输送至蒸发器中，绝热压缩使二次蒸汽温度升高，从而与蒸发器中被加热液体产生足够温差，能够使压缩后的二次蒸汽重新作为热源。该方式只需补充一定量压缩功，便可获得大量的二次升级热能，该装置通常借助电能作为压缩机驱动能源。

在技术具体应用中，考虑到脱硫废水水质、能耗以及系统运行可靠性等方面因素。采用的蒸发浓缩工艺脱硫废水排零排放系统技术路线如下：第一，预处理系统，采用石灰与碳酸钠两级澄清软化技术，并结合过滤技术进行预处理，对废水进行彻底软化，并脱除固体悬浮物;第二，蒸发浓缩系统主要采用机械蒸汽再压缩技术;第三，结晶部分需要结合实际情况，采用强制循环结晶器，或者是借助蒸发塘、拌灰等方式降低工艺运行成本，以此提高经济效益;第四，固体废弃物处理。将经过预处理的污泥送至垃圾场进行填埋，而剩余结晶盐可作为工业盐进行再次利用。

分析蒸发过程中的能耗情况可知，多效（MED）因为后一级加热器运用的热源是前一效蒸发产出的二次蒸汽，因此，首效生蒸汽是该系统主要消耗。相比之下，机械蒸汽再压缩（MVR）工艺的热源，一般来自压缩机，又升温增压后得到的二次蒸汽，因此，分析可知，系统在实际运行过程中，只有第一次启动时会耗费少量生蒸汽，待进入正式运行后，并无蒸汽消耗，所以压缩机的电耗为主要的能耗。

2 脱硫废水零排放蒸发工艺技术路线

分析我国火力发电场现有脱硫废水零排放技术，主要涉及到三个环节，即废水预处理软化环节、水量浓缩环节、固化结晶环节。

首先，废水预处理软化环节中，采用的软化方式主要就是利用了石灰-碳酸钠、氢氧化鈉-碳酸钠进行软化，其中石灰-碳酸钠软化法具有药剂成本低优势，能够有效去除SO₄²⁻、Ca²+、Mg²+ 成分等，是目前较为普遍的方法。事实上，废水预处理软化过程中，需要采用投放化学药剂方式，清除废水中包含的Ca、Mg等离子，从而有效避免后续系统中引发污堵、结垢等现象。

其次，水量浓缩环节，目的在于减少废水量，从而降低后续蒸发固化环节中，设备运行成本，减少系统投资。在具体实践中，主要采用热法浓缩方法、膜浓缩方法。在热浓缩工艺基础上进一步细分，可以分为机械蒸汽再压缩工艺、多效蒸发工艺。而在膜浓缩技术应用洪，涉及到了反渗透、正渗透、电渗析几类膜浓缩技术。

最后，进入固化洁净处理环节，该阶段的主要作用原理就是借助蒸发软化浓缩后的废水，并将回收废水中产生的气化水分。待剩余盐分固化成结晶盐后，进行外排，达到脱硫废水零排放的目标。但现阶段蒸发结晶和烟道蒸发工艺应用路径选择中依旧存在一些分歧[1]。

3 脱硫废水零排放技术中的蒸发工艺分析

3.1脱硫废水蒸发结晶工艺

分析脱硫废水蒸发结晶工艺技术可知，在具体应用中需要使用到热法结晶技术处理可溶性盐，进一步细分，可以分为机械蒸汽再压缩、多效闪蒸法两种方式。预处理软化后的脱硫废水，经浓缩可减少废水总量，而后使其进入蒸发结晶环节，此时，废水中原有的盐分便会结晶，而后通过混盐、工业纯盐形式进行析出。在整个蒸发过程中，会产生一定的蒸馏水，但能够实现二次利用。此外，在这一过程中，为保证能够实现结晶盐资源的再利用，可以将纳滤分盐系统安置在蒸发环节，在系统的作用下，将氯化钠从废水中分离出来，在整个系统正常运行过程中，不会产生蒸汽消耗，大部分消耗来源于压缩机电耗[2]。

3.2烟道蒸发工艺

3.2.1主烟道余热蒸发

在主烟道蒸发过程中，充分发挥了气液两相流喷嘴雾化作用，将废水进行预处理后，而后将其喷洒于烟道内。在低温烟气的作用下，此时的烟道内部废水会在喷入时会被快速蒸发，然后会形成溶解性盐份，并固化形成结晶盐。国外对该项技术研究和应用较早，我国对该项技术研究应用尚处于起步阶段，无论是工业运行条件，还是存在的诸多因素，并未实施深入研究，从当前多数电厂实际应用实践情况看，结晶盐堆积、烟道堵塞等问题时常发生，严重影响了技术应用。

烟道蒸发工艺中对精度控制具有较高要求，蒸发后烟温应当大于该条件下的酸露点，主要目的就是防止出现除尘器电气板腐蚀情况。此外，为了保证水分蒸发足够，需要在不碰壁前提下，应当深入研究雾化液滴和烟气体间的规律，比如运动、传质、传热等情况。可从当前实际情况看，我国针对此部分的研究，还停留于软件模拟分析层面，并不具备高足够的实践经验，与此同时，由于受烟道结构影响，使得该蒸发工艺存在较大限制，若是雾化液体为60μm时，不到1秒的时间，液滴便可完全蒸发;但如果烟气流速15m/s，若达到液滴完全蒸干的情况，则对应的烟道至少要达到十几米的长度。但实际情况是，电厂多应用低温技术，所以导致烟道长度缩短，进而制约了主烟道蒸发工艺发展，造成通过引导蒸发后形成的固体盐被除尘器收集后会进入到灰粉中。此类成分通常被用于材料的配制，比如水泥、混凝土等。但按照粉煤灰配比得到的粉煤灰硅酸盐水泥，其中的CI-含量会超过规定的氯离子控制要求，超过了行业标准，进而对水泥使用产生影响，造成粉煤灰利用困难。

3.2.2旁路烟道蒸发

在脱硫废水零排放蒸发工艺中，为保证整个机组运行安全，防止出现烟道堵塞情况，建议后期运用旁路烟道蒸发技术进行液滴蒸发处理。而旁路烟道蒸发工艺技术原理，主要就是利用高效雾化喷嘴，在蒸发塔内完成外置蒸发雾化处理，主要作用对象就是预处理或浓缩后的高浓度含盐废水，完成蒸发雾化处理后，需要适量的抽取空预器中的高温烟气，温度约350℃，主要目的就是作为热源，促使其能够和废水雾化液滴充分接触，此时，作用产生的水蒸气、结晶盐会顺着烟气一同进入到空预器、低温省煤器之间的烟道内。然后利用除尘器捕捉结晶盐，结晶盐进入粉煤灰进得到清理。在此基础上，水蒸气顺着烟气进入到脱硫塔，最终实现脱硫废水零排放。需要明确的是，在应用旁烟道蒸发工艺过程中，主要就是利用引空预器前端烟道内高温烟气，实现对脱硫废水的蒸发，进而直接影响到原有锅炉设计热平衡，从而使得锅炉运行效率减弱，使得煤炭热量耗氧量升高，会增加脱硫废水零排放成本。

3.3低温余热闪蒸

3.3.1技术原理

低温余热闪蒸工艺技术原理主要为：（1）低温余热闪蒸技术，主要就是依托水溶液沸点与压力正相关的关系，当水溶液沸点降低时，其压力也降低，利用这一能够促使脱硫废水进行阶梯多效的蒸发浓缩。在实践操作中，需要应用到除尘器出口低尘低温烟气热量，产生低温蒸汽，并作为蒸发系统外部热源，可提高废热利用率。另一方面，应当建立多效蒸发系统负压，这里使用的是真空泵，在此基础上，依照压力不同，实现对应沸点蒸发温度的闪蒸，能够实现外部热源热量梯级利用。（2）分析加热器高效防垢的作用原理可知，其中涉及到了催化磁化技术、结晶防垢技术、流速强制循环技术，最终才实现高效防垢。采用强制循环技术，能够有效降低换热器管壁结垢现象发生，在废水催化磁化处理技术作用下，可以很大程度上消除深层结垢诱发条件，而利用结清防垢技术，能够降低加热器结垢情况的发生。

3.3.2工艺流程

低温余热闪蒸发技术，主要是应用于石灰石-石膏湿法脱硫废水零排放工艺流中。该流程涉及6个组成系统，即废水储存及输送系统、烟道换热器系统、多效闪蒸蒸发系统、冷却系统、浓液处理系统和排空系统。

脱硫废水蒸发中，需要将烟道换热器加装于除尘器出口于引风机入口烟道处，借助出口132℃烟气热量，利用真空泵加热换热器内除盐水，使其成为低于100℃低温蒸汽，然后将其送至蒸发系统中作为热源进行浓缩蒸发，经冷凝处理后聚集于冷凝罐。然后利用水泵使其回到烟道换热器中，以此实现低温余热获取。经水力旋流器处理的脱硫废水送至废水来料箱，并泵送至多效蒸发系统中进行加热浓缩处理，利用尾气真空泵使其与加热器中蒸汽实现换热，被加热后的废水再次进入分离器进行汽、液分離操作，分离器中液相往循环环泵强制循环进入蒸发系统作为蒸发浓缩物料。分离器中气相作后续一效为蒸发系统热源。经过反复蒸发浓缩形成结晶，末效蒸发产生的蒸汽利用循环冷却水在尾气冷凝器内冷凝成凝结水，并将其存储与尾气冷凝罐中[2]。

结论：目前，我国火力发电厂针对烟气脱硫系统中排出的高污染废水，为降低其对外部环境影响，并保证系统内部离子平衡性，对废水零排放工艺技术运用愈加重视。而采用废水零排放处理脱硫工艺，既可保证脱硫系统运行稳定性，又可实现废水零排放。蒸发工艺作为一种较为有效的废水排放技术手段，能够起到浓缩溶液、获取固体溶质以及制造获取纯净溶剂等效果。将其应用于脱硫废水零排放中，能够有效清除污水中废水中多种元素以及污垢等物质，利于降低排出废水污染程度，具有极大的应用前景。

参考文献

[1]周正，曹扬，丁卫华，等.浓缩蒸发工艺在660MW机组脱硫废水零排放中的应用[J].水处理技术，2020，46（11）：117-119+124.

[2]林炜.烟道蒸发脱硫废水零排放的优化应用研究[J].安全与环境工程，2020，27（05）：55-61.

[3]陈陈，冯蜜佳，俞旷.探析蒸发结晶工艺在火电厂脱硫废水零排放中的应用[J].化工设计通讯，2018，44（11）：202.