脱硫废水零排放技术在晋能孝义煤电有限公司的应用

马守财，高运生

（晋能孝义煤电有限公司，山西孝义 032300）

0 引言

2016年初，晋能孝义煤电有限公司（以下简称“孝义煤电”）进行脱硫工程项目招标，其中脱硫废水处理系统采用传统“三联箱”处理工艺。此后，根据国家下发的《水污染防治行动计划》《火电厂污染防治技术政策》《火电厂污染防治可行技术指南》等文件，以及孝义市环保部门针对现有的工业企业废水治理设施全面提标改造等相关文件，孝义煤电对原有脱硫废水处理系统进行改造，使脱硫废水处理系统全部采用新的脱硫废水零排放工艺。

1 项目概况及改进依据

孝义煤电项目本期建设2×350 MW超临界循环流化床、间接空冷机组，采用单炉膛、半露天布置、一次再热、直流锅炉，循环流化床燃烧方式，同步建设脱硫、SNCR脱硝、电袋除尘等环保设施。工程脱硫系统采用炉内喷钙+炉外石灰石—石膏湿法脱硫工艺。

原脱硫总承包工程脱硫废水处理系统采用传统“三联箱”处理工艺，现根据国家、省、市水污染治理最新指导方针和政策文件以及电厂降低废水处理运行费用的需求，拟将本工程脱硫废水处理系统改为烟气余热喷雾蒸发干燥废水零排放工艺，实现脱硫废水系统零排放。改进主要依据：《水污染防治行动计划》（国务院国发〔2015〕17号），《火电厂污染防治可行技术指南》（HJ 2301—2017），《火力发电厂废水治理设计技术规程》（DL/T 5196—2004），《火电厂烟气脱硫工程技术规范/石灰石—石膏法》（HJ/T 179—2005），山西省科技厅、山西省环保厅、山西省发改委、山西省经信委、山西省住建厅、山西省农业厅2017年8月10日联合下发的晋科社发〔2017〕91号关于印发《山西省水污染防治技术指导目录》的通知，《2018年孝义市环保攻坚行动计划》等相关规范及文件。

2 原脱硫废水处理工艺及存在的问题

2.1 原脱硫废水处理工艺

孝义煤电原脱硫废水处理系统采用传统“三联箱”处理工艺。脱硫废水经“三联箱”处理后，除了部分清水回用到脱硫系统作为工艺水外，大部分脱硫废水主要应用在对水质要求不高的灰渣加湿搅拌、灰场喷洒等地方。泥浆则经脱水处理后运至灰场堆置。

2.2 存在的主要问题

一是脱硫废水处理出水水质虽然达到《火电厂石灰石—石膏湿法脱硫废水水质控制指标》（DL/T 997—2006）要求，但系统出水仍具有含盐量高、氯离子浓度大的特点，大大限制了回用场合。二是利用途径及利用效率受限：在干灰调湿、灰场喷洒等终端用户对水量要求较少时，尤其是灰渣综合利用情况良好的情况下和灰场地下水要求较高时，脱硫废水无法利用，且脱硫废水中氯离子含量较高，对除渣设备腐蚀严重，减少除渣设备的使用寿命；用于煤场喷洒时，需对煤场进行防渗处理，且脱硫废水内的氯离子会随燃烧再次进入脱硫系统，在电厂整个大循环内形成闭式循环，氯离子会越积越多，不能长久利用。三是污泥脱水处理后一般堆置于灰场，后续处理更加复杂，代价更大。

3 改造工艺的选择

现有的脱硫废水零排放技术主要有蒸发池工艺、膜浓缩结晶工艺、传统烟道蒸发和旋转喷雾干燥工艺等，下面将分析比较各项工艺的优缺点。

3.1 蒸发池工艺

蒸发池工艺是通过自然蒸发减少废水体积的一种方法，其处理效率取决于废水量而非污染浓度，适用于处理高浓度、总量少的含盐废水，具有处理成本低的特点，适用于土地价格低的半干旱或干旱地区。为加快蒸发速率，减少蒸发池面积，蒸发选址除需考虑气象因素的影响外，还可引入加速蒸发措施，包括辅助风加速蒸发、湿浮动鳍、耐盐植物以及喷雾蒸发等。具体内容如图1所示。

图1 蒸发池废水蒸发示意图

3.2 浓缩结晶工艺

浓缩结晶工艺是利用膜法或者热法对废水进行处理产生净水和浓水，之后利用结晶器进一步处理产生蒸馏水和盐，其工艺路线如图2所示。

图2 浓缩结晶工艺路线图

无论浓缩工艺采用膜法或是热法，均需对浊度、结垢性物质、化学需氧量去除，尤其是结垢性物质，脱硫废水已过饱和，在浓缩阶段很容易结垢，影响设备的运行和使用寿命。浓缩结晶工艺在建设、运行过程中也存在如下问题：投资及运行、维护费用高；工艺流程长，运行维护复杂，工作量大；污泥产量大，处理难；结晶盐回用既无法有效保证，还需要单独进行固废处理。

3.3 传统烟道蒸发工艺

传统烟道蒸发工艺是利用气液两相流喷嘴将脱硫废水雾化并喷入除尘器前的烟道中，利用烟气余热将废水完全蒸发，使废水中的污染物先转化为结晶物或盐类，再随飞灰一起被除尘器捕集。具体工艺如图3所示。

图3 传统烟道蒸发工艺流程图

此技术具有无液体排放、不会造成二次污染、建设运行费用低、占用空间少、不需额外能量输入以及不产生多余固体等优点。但该技术应用时也存在一些问题：处理能力较低，不能满足全流量废水零排放要求；设计不当的条件下，烟道结垢严重，很难清洗，可能造成烟道部分堵塞；喷头的布置对蒸发固化效果影响很大，对炉后烟道安装位置要求高，在低温改造后布置困难；需考虑烟气和烟尘的性质变化对除尘的影响；空预器后烟温偏低，而且加装低温电除尘以后会使可利用的烟道长度缩短，蒸发不彻底，导致积灰和腐蚀，增大机组正常安全运行的风险。

3.4 旋转喷雾干燥工艺

旋转喷雾干燥工艺是将脱硫废水经过高速旋转雾化盘雾化后，利用锅炉省煤器后空气预热器前的热烟气作为热源，在喷雾干燥塔内（烟气旁路烟道）将废水蒸发；水汽进入烟气中，废水中的盐类干燥后被后续除尘器收集下来进入灰中。这种工艺充分利用了锅炉热烟气的热量，不需额外的蒸汽源，是一种低能耗的技术。其工艺流程如图4所示。

图4 旋转喷雾干燥法处理系统工艺流程图

该工艺的特点是：投资与运行费用低，流程短，检修、维护简单；雾化粒径小，停留时间长，蒸发迅速，系统可靠性强；设有热烟气分布器，提高了热烟气与液滴的混合均匀度，增强了传质传热效果；旋流雾化器离心力强度大，不易堵塞，可用于处理含固量高的废水；由于设立单独的蒸发塔，检修、运行独立，不受机组运行的影响；抽取空预器前温度较高的烟气，可根据处理量的不同抽取不同量的热烟气，保证脱硫废水能够完全蒸干，蒸发不受锅炉负荷影响，不会对后续设备造成影响；重金属和杂盐可转入灰中，由主机除尘器收集，在飞灰的再利用过程中得以固化。

综上所述，浓缩蒸发结晶技术成本太高，蒸发池的应用受地域的强烈限制，而烟道蒸发技术在未来一段时间将是比较好的一个技术，其中旋转喷雾蒸发干燥脱硫废水零排放技术属于旁路烟道蒸发的类型。因此，旋转喷雾蒸发干燥法是目前比较适宜的脱硫废水零排放技术。

4 工程应用

2020年1月，经过广泛调研、多方论证并通过招投标选定采用旁路烟道烟气余热旋转喷雾干燥工艺的脱硫废水零排放系统，以满足电厂废水“零排放”的环保要求。

4.1 系统介绍

从锅炉省煤器和空预器之间的烟道引接一路烟道至脱硫废水零排放系统干燥塔内，蒸发后的混合烟气由干燥塔出口送回锅炉除尘器前烟道。按照1炉1个干燥塔烟气旁路蒸发处理工艺设计，1个干燥塔处理水量为5 m3/h。处理车间按无人值守等级自动化程度设计，机组脱硫废水零排放处理系统的投运与主机同步投运。

脱硫废水零排放系统内设置1套旋转雾化系统，包括旋转雾化器、雾化器控制系统、雾化器辅助系统。2套雾化系统备用1台旋转雾化器，旋转雾化器采用进口设备。与主烟道连接处均需设置密封良好的挡板门，用于脱硫废水零排放系统与主机的隔断。烟气挡板门应易于操作，在最大压差的作用下应具有100%的严密性，并应设置操作及维护平台。

4.2 系统投运

2020年7月，工程开始施工，经设备安装、单体调试、整套启动，至2021年7月20日、8月18日2套脱硫废水零排放装置随1号、2号主机一次性通过168 h试运行。废水处理系统各项指标达到设计要求。经初步测算，该工艺初期投资虽然比传统“三联箱”要高，但从长远运行维护来看，新工艺投资高出部分在运行维护3～4 a的时间里便可节省出来。另外，如果是新建机组可以节省改造费用，并满足环保对脱硫废水处理的进一步要求，实现真正意义上的零排放。

经测算，该旋转喷雾干燥法处理系统在锅炉空预器前抽出的烟气量约5万m2，占锅炉总烟气量的5%左右，对主机运行参数以及锅炉效率影响不大；析出的混盐随着烟气进入除尘器被均匀收集进入灰斗灰中，不会影响粉煤灰综合利用；蒸发的水分对烟气含湿率增大约0.5%，灰比电阻略增大，对除尘器电区除灰有利；由于烟气温度150℃左右，远高于水蒸气和酸露点，所以对袋区影响不大。如果以后环保对析出的混盐有更高的要求，可在干燥塔下部加装分选设备，把混盐分离出来再行处理。

5 结束语

采用旋转喷雾干燥工艺的脱硫废水零排放系统，技术上可行，系统简单，后期运行、维护成本较低，满足脱硫废水处理零排放的环保要求。孝义煤电应用此系统后，效果良好，值得推广应用。