燃煤电厂零排放脱硫废水处理现状及发展

燃煤电厂零排放脱硫废水处理现状及发展
发布时间：2021-12-30T08:44:33.442Z 来源：《科学与技术》2021年第22期作者：彭足仁高然
[导读] 综述了现有燃煤电厂脱硫废水零排放处理技术，将现有工艺路线分为资源化利用技术和非资源化利用技术两类。

彭足仁1、高然1
1深圳能源资源综合开发有限公司，广东深圳
摘要：综述了现有燃煤电厂脱硫废水零排放处理技术，将现有工艺路线分为资源化利用技术和非资源化利用技术两类。

总结不同的脱硫废水零排放技术的适用范围，对零排放技术发展趋势进行展望，并指出未来的三种主流工艺路线：“预处理+膜法/热法浓缩+烟气余热喷雾蒸发”的非资源化技术路线，以及“预处理+多效蒸发”、“预处理+膜法/热法浓缩单元+机械蒸汽压缩蒸发”的资源化技术路线。

关键词：脱硫废水；零排放；资源化利用。

Abstract: From the perspective of whether desulfurization wastewater can be utilized as the resource, this paper has been summarized and compared to different zero discharge technologies of desulfurization wastewater, whose the development trend has been prospected as well. The development trend of zero emission technology has been prospected. It is pointed out that there are three main technological routes: "Pretreatment + Membrane / Evaporation Concentration + Flue Gas Spray Evaporation", "Pretreatment + Multi-effect Evaporation" and "Pretreatment + Membrane / Evaporation Concentration + Mechanical Vapor Re-compression ".
Key words: desulfurization wastewater; zero discharge ; resource utilization.
1前言
在我国燃煤电厂中，为达标排放，脱硫废水处理工艺普遍采用“中和-混凝-沉淀”三联箱工艺，原理为化学沉淀法，以降低废水中的悬浮物、钙镁硬度、重金属离子，出水水质要求满足《火电厂石灰石-石膏湿法脱硫废水水质控制指标》（DL/T997-2006）[1]。

脱硫废水具有间断排放、水质波动大，悬浮物含量高，pH值为4~6，重金属超标，钙镁硬度离子含量高，含盐量高，腐蚀性强（氯离子Cl-浓度
7000~30000mg/L）的特点[2]。

由于脱硫废水水质差，通过冲灰用水、干灰伴湿、湿式除渣、灰场和煤场喷洒等方式回用无法全部消纳。

废水排入环境后会造成二次环境污染，如厂区洒水造成路面扬尘留渍，绿化洒水将引起土壤盐碱化、导致植物死亡[3]。

随着环保政策的日益严格，脱硫废水治理成为燃煤电厂必须直面的严峻压力。

2015年4月，国务院发布《水污染防治行动计划》指出，将加快研发重点行业废水深度处理、工业高盐废水脱盐等技术。

2017年1月，环保部发布的《火电厂污染防治技术政策》，鼓励火电厂实现废水的循环使用不外排，脱硫废水处理后回用。

2017年6月，环保部发布的《燃煤电厂污染防治最佳可行技术指南》为脱硫废水处理技术的应用与设计提供了技术依据。

燃煤电厂废水“零排放”处理已成为新建电厂环保验收的硬性要求，关成为既有电厂争优创先的技改方向。

2 工程设计原则
由于前端煤质品种、脱硫运行方式、石灰石品质、工艺水水质等因素的影响，我国燃煤电厂脱硫废水不仅水质复杂，且呈现南北差异大的特点，甚至同一地区不同电厂、同一电厂不同时期也大不相同的特点，因此，在设计脱硫废水零排放技术路线时应一厂一策，结合全厂水平衡，综合考虑全厂废水点及回用水点，以一水多用、梯级利用为原则，并预留余量。

3 工程技术现状
3.1技术工艺及分类
随着环保要求提高，为避免偷排、扬洒而污染大气、土壤和水环境等环保问题，蒸发塘和自然机械喷雾蒸发处理脱硫废水的工艺技术已被淘汰，需要实现真正的脱硫废水“零排放”。

燃煤电厂脱硫废水“零排放”是指不向环境中排出任何废液、废渣，各工序排出的废水可循环使用，“零排放”的原理是将液相脱硫废水转化为固相盐以及气相水[4]。

因此，零排放的关键取决于蒸发装置，目前火电厂脱硫废水零排放处理工艺路线可以根据蒸发产生的盐和水是否可以再利用，分为资源化和非资源化的两大类技术路线，资源化技术的蒸发单元须采用多效蒸发结晶工艺或机械蒸汽再压缩蒸发结晶工艺，非资源化技术的蒸发单元可以采用多效蒸发结晶工艺、机械蒸汽再压缩蒸发结晶工艺或烟气余热蒸发工艺。

其中，利用多效或机械蒸汽再压缩蒸发结晶工艺是采用换热器间接换热，控制蒸发结晶生成高纯度结晶盐，副产盐可作为化工原料实现资源化利用，蒸发冷凝水可回用于电厂循环水或工业水系统。

烟气余热蒸发工艺是将脱硫废水雾化喷入烟气中直接换热，产生杂盐，与烟气中的粉尘混合，通过电除尘装置捕捉，掺入粉煤灰中，蒸汽随烟气通过的脱硫吸收塔凝结成水，部分水蒸气从烟囱排出。

目前脱硫废水零排放工程应用案例的技术工艺主要包括预处理单元、浓缩单元、蒸发单元，一般由多种传统的工艺装置排列组合形成不同的技术路线，总结脱硫废水零排放技术路线见下图：
图中，正渗透技术在脱硫废水零排放工业化应用受阻，因存在透膜通量较低、汲取液再生工艺较为复杂等问题；电渗析技术具有一定的发展潜力，但因其能耗高、处理能力较低而受限，目前处于工程试验阶段。

3.2资源化零排放处理技术
经调研分析，资源化零排放处理技术具有特点如下：
1、必须采用预处理工艺。

设置预处理单元去除钙镁硬度和重金属离子，一是保证氯化钠结晶盐的纯度，达到下游氯碱和玻璃行业使用要求；二是降低后端系统结垢风险，延长清洗周期，降低运维费用。

2、蒸发单元必须采用蒸汽余热蒸发结晶工艺。

蒸发结晶工艺通常采用多效蒸发和MVR机械压缩蒸发工艺。

多效蒸发工艺采用电厂的辅助生蒸汽作为蒸发热源，连续消耗一次蒸汽，梯级利用二次蒸汽，特点是生蒸汽耗量大；MVR机械压缩蒸发工艺先采用一次蒸汽加热废水产生二次蒸汽，利用压缩风机对二次蒸汽加压升温，二次蒸汽作为蒸发主要热源，特点是消耗极少量一次蒸汽，电耗增大，综合成本大幅降低。

两种蒸发结晶工艺均通过可以控制运行参数，使得产品盐中氯化钠纯度达92%以上，满足资源化利用的要求，可出售产品盐至氯碱、玻璃、印染等行业，不存在杂盐处置困难的问题。

3.2非资源化零排放处理技术
经调研分析，非资源化零排放处理技术具有特点如下：
1、可以不设置预处理单元、浓缩单元。

优点是节约投资成本，缩短系统流程，但存在以下问题：（1）系统结垢、堵塞等问题严重，须增大清洗频率和系统故障率；（2）由于反渗透膜对进水中Ca2+、Mg2+的浓度要求降至10mg/l以下，其后端无法采用膜法浓缩技术；（3）如不设置膜浓缩单元，将使得蒸发装置设计处理能力增大4-5倍，蒸发系统的投资及运行费用较高。

2、后端蒸发单元可以采用蒸汽余热蒸发结晶工艺或者烟气余热喷雾蒸发工艺。

（1）采用蒸发结晶工艺其蒸发冷凝水可以作为回用水，提升副产结晶盐纯度到92%以上，即可通过外售实现资源化利用。

（2）采用烟气余热喷雾蒸发工艺，受雾化喷头通量的限制，蒸发水量有限。

此外，雾化方式可分为旋转式喷嘴和双流体喷嘴，旋转式喷嘴的喷雾粒径大于100μm，双流体喷嘴的喷雾粒径小于100μm，蒸发效率较高，但由于结构原因更易堵塞。

因此，旋转雾化蒸发器前端可不设置预处理单元；双流体雾化蒸发器前端须设置预处理单元，浓缩单元通常采用反渗透膜浓缩工艺，可浓缩2-4倍。

3.2烟气余热喷雾蒸发和机械压缩蒸发工艺对比
经调研分析，对比蒸发单元的烟气余热喷雾蒸发和MVR机械压缩蒸发工艺特点，具体如下：
1、对于废水量为中、小型的电厂，烟气余热喷雾蒸发工艺优点是具有经济性优势，系统简单。

缺点是掺灰降低粉煤灰的纯度，降低干灰销售的经济效益；破坏脱硫系统水平衡，提高烟气中的水蒸气含量，易使电厂出现“白色烟羽”现象，面临较大的环保舆论压力。

2、而MVR机械压缩蒸发工艺的优点是废物资源化利用，实现真正的零排放；缺点是需要产品盐干燥、包装设备，增加投资成本。

3、对比运行成本，烟气余热喷雾蒸发连续使用热源烟气，MVR机械压缩蒸发工艺的蒸汽使用量很小，但运行设备较多，综合比较，两种运行成本工艺相差不大，而且脱硫废水零排放处理的约60%的运行成本是预处理的加药成本。

4 适用条件分析及未来趋势展望
4.1不同技术的适用范围
1、多效蒸发结晶技术适用于存在富余蒸汽的燃煤发电厂或不发电的动力厂。

2、MVR机械蒸汽压缩蒸发结晶技术适用于富余蒸汽少，粉煤灰需资源化外售的电厂。

3、烟气余热喷雾蒸发技术适用于干灰品质差、粉煤灰无法资源化利用，以及对烟囱“消白”无环保要求的燃煤电厂。

4、通过提高结晶盐纯度，实现资源化利用，消除杂盐问题。

4.2脱硫废水零排放未来趋势展望
1、废水零排放技术设置预处理单元是必要的。

根据烟气余热喷雾蒸发的喷嘴或蒸发结晶换热器的内部结构原理，脱硫废水零排放技术前端应设置预处理单元除硬，可以降低结垢风险、清洗费用和零排放系统的故障率。

2、研发经济的除钙硬方法是降低脱硫废水零排放运行费用的关键因素。

研发新型的经济高效的除硬技术，特别是除钙方法是一直以来都是脱硫废水零排放处理研究的热点方向。

3、研究准确、可靠的在线检测仪表是提升脱硫废水零排放运行自动化程度的关键点。

脱硫废水易结垢，造成监测仪表测量不准确，特别是钙硬、镁硬监测仪表探头故障率高、难清洗，仪表的可靠度低一定程度上限制了零排放系统的自动化。

4、不断降低处理成本、提升资源化率是脱硫废水零排放技术的改进目标。

针对不同电厂的不同脱硫废水水质和浓缩减量目标，零排放工艺仍为一厂一策，但主流的工艺路线可分为三种：非资源化——“预处理+膜法/热法浓缩+烟气余热喷雾蒸发”，资源化——“预处理+多效
蒸发”、 “预处理+膜法/热法浓缩单元+机械蒸汽压缩蒸发” ；其中，资源化技术真正实现零排放，发展潜力巨大。

参考文献
1．Shuangchen M , Jin C , Gongda C , et al. Research on desulfurization wastewater evaporation: Present and future perspectives[J]. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 2016, 58(May):1143-1151.
2．佘晓利, 潘卫国, 郭士义,等. 燃煤电厂湿法烟气脱硫废水零排放技术进展[J]. 应用化工, 2018.
3．赵保华, 高然, 温佳琪,等. 常温喷雾蒸发处理含盐水蒸发特性研究[J]. 华电技术, 2018, 040(005):1-7. 4．马双忱, 于伟静, 贾绍广,等. 燃煤电厂脱硫废水处理技术研究与应用进展[J]. 化工进展, 2016, 35(01).。