火电厂脱硫废水旁路烟气蒸发技术

火电厂脱硫废水旁路烟气蒸发技术

为了保护水资源和水环境、节约用水，国家相继颁布了水污染防治行动计划、“十三五”水资源消耗总量和强度双控行动方案、全民节水行动计划。火电厂作为用水、排水大户，其用水占工业用水量的30%～40%，从经济运行和保护水环境出发，节约发电用水，提高水的重复利用率，实现火电厂废水零排放意义重大。

随着国家对火电厂污水排放的限制，越来越多的火电厂通过水务管理与水的梯级利用，将其他生产过程中产生的废水作为脱硫工艺用水，故脱硫废水相当于是火电厂的全厂末端废水，其处理方式决定全厂废水是否最终能够实现零排放。

一、火电厂废水分析

脱硫废水含有大量的溶解性离子和悬浮物，是典型的高含盐、高固含物的废水。脱硫废水的处理是火电厂废水零排放的难点。

传统脱硫废水处理方法包括灰场处置、煤场喷洒、灰渣闭式循环系统及三联箱法等。灰场处置、煤场喷洒、灰渣闭式循环系统所需水量较少，且会造成系统设备的腐蚀，对电厂的安全运行造成隐患;三联箱法经过简单中和、絮凝和沉淀澄清后，虽可有效去除悬浮固体、重金属离子和F-等污染物，但该工艺难以有效去除Na+、Cl-、SO42-、Ca2+和Mg2+等离子，出水含盐量仍很高，回用困难。

二、脱硫废水末端固化处理工艺介绍

针对脱硫废水水质特点和传统处理工艺的不足，脱硫废水末端零排放处理技术按照工艺流程，通常由废水预处理、浓缩减量和固化处理三部分组成。

废水预处理为可选工艺，主要目的为去除脱硫废水中的Ca2+、Mg2+等离子，对末端脱硫废水进行软化，以满足后续工艺对水质的要求。浓缩减量主要目的为降低后续固化处理的投资和运行费用，同样为可选工艺，主要有反渗透、正渗透、电渗析、余热闪蒸技术等。固化处理为必选工艺，主要工艺有蒸发结晶法和烟道蒸发法两种。

2.1蒸发结晶法

将预处理或者浓缩减量后的浓水通过蒸发结晶装置达到清水回收利用和浓水结晶的过程，通过对废水进行蒸发、结晶、干燥包装，无需向地面水域排放废水。其工艺主要分多效蒸发结晶和机械蒸汽再压缩，两种工艺均产生结晶盐且较难回用。

2.2烟道蒸发法

在烟道内对废水进行蒸发处理的一种方法，其工艺主要分直喷烟道余热蒸发和旁路烟气蒸发。

2.2.1直喷烟道余热蒸发

直接将脱硫废水喷入烟道内，通过在锅炉尾部空气预热器与除尘器之间的烟道内设置喷嘴，将预处理浓缩后的废水雾化。雾化液滴在高温烟气作用下快速蒸发，随烟气排出而废水中的杂质则进入除尘系统随粉煤灰一起外排，从而达到零排放的目的。烟道喷雾蒸发工艺处理的废水量小，容易造成烟道腐蚀结垢和堵塞，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，低低温电除尘技术的普及，使得直喷烟道余热蒸发可利用的有效烟道长度减小，狭窄的空间限制了蒸发的水量。

2.2.2旁路烟气蒸发

从空预器上游抽取的少量烟气通过喷雾干燥塔，脱硫废水通过水泵打入喷雾干燥塔与锅炉热烟气混合。通过挡板门来控制喷雾干燥塔需要的烟气流量，使其在喷雾干燥塔内部形成设定的特殊流场，经过喷嘴的细小液体颗粒与热烟气混合，由于接触比表面积大，废水充分得到蒸发，热烟气温度降低并控制在高于酸露点或者空预期出口温度以上，来保证在烟气进入除尘器之前没有冷凝或者为蒸发的液体夹带发生。含有可溶性以及悬浮物固体颗粒的脱硫

废水在高温烟气下进行蒸发。废水中的重金属离子和其他一些离子会结晶析出，蒸发后的固体夹带物收集到下游的电除尘器，混入全厂飞灰，一起集中处理。旁路烟气蒸发工艺流程见图1。

三、末端固化处理工艺比较

蒸发结晶法需要严格的预处理和适当的浓缩减量技术配套使用，能耗较高、设备投入和处理费用高，占地较大、运维工作量大。烟道蒸发法工艺简单、无需预处理，投资费用低、占地规模小，运维工作量小、运行成本低。

根据上述对比分析，烟道蒸发法优于蒸发结晶法。旁路烟气蒸发工艺跟直喷烟道余热蒸发工艺相比，更具有不影响主机、可在线检修的优点，更为推崇。

旁路烟气蒸发工艺，最大的特点是系统适应能力强，可以接受负荷和废水的经常波动，脱硫废水无需预处理，直接利用烟气余热进行蒸发，不需要添加药剂。通常抽取的热烟气量占总烟气量的3%-5%，对锅炉的影响有限，无需设置浓缩减量装置。整体工艺系统简单、运行稳定性和可靠性高、运行维护费用低，是实现脱硫废水零排放的首选工艺。

四、工程案例

广东某电厂对#1、#2两台660MW超超临界机组的废水处理进行了升级改造，将化学酸碱再生高盐废水、精处理再生高盐废水和脱硫废水收集后一并处理，通过旁路烟气蒸发工艺，实现了末端废水零排放。

4.1系统设计

每台机组配置一套废水喷雾干燥系统(WSD)，每套系统包括旁路烟气系统(包括烟道及出入口挡板等设备)、喷雾干燥塔系统、废水储存和输送系统(包括喷雾废水箱、搅拌器、喷雾水泵等设备)。

每套系统处理的末端废水量为10m3/h，水质成分估算如下，无需设置废水预处理装置。

废水蒸发所需热烟气接自空预器入口，BMCR工况下烟气温度为378℃，所需烟气量不超过总烟气量的5%。由于抽取烟气量占比较小，对锅炉影响有限，无需设置废水减量装置。

根据现场场地情况，每台机组分别设置一套喷雾干燥塔，布置在该机组脱硝钢架旁、靠近空预器一侧的空地上，共两套。每台喷雾干燥塔附近设置有一台喷雾水箱，两台喷雾水泵(一用一备)，以及配套的电控设备间。

4.2核心设备

喷雾干燥塔系统是旁路烟气蒸发技术核心设备，由承包商提供全套设计和供货，包括入口气体分布器、旋转雾化器、喷雾干燥塔本体组成。

4.2.1气体分布器

在喷雾干燥塔热烟气进口设置气体分布器。烟气经过气体分布器后，烟气流被分布成绕雾化盘的旋转运动及绕雾化盘边缘的向下流动，向下压向雾滴并形成伞状云形态，达到烟气与雾滴的充分混合。合理的气体分布器设计，为实现系统的长时间稳定运行和喷雾干燥塔出口烟气温度符合设计要求提供了保障。

4.2.2旋转雾化器

旋转雾化器是喷雾干燥塔系统最核心的部分，采用进口产品。每台干燥塔配置一套，由雾化器、雾化盘、就地控制柜、变频控制器、震动检测装置等组成。

旋转雾化器需能够保证在锅炉负荷发生变化致使废水处理量改变时，雾化雾滴的粒径分布不发生显著改变。末端废水被送至高速旋转的雾化盘时，由于离心力的作用，从雾化盘的多个喷嘴喷出，在每分钟12000-14000转的高速旋转中成为微小液滴(80%以上液滴颗粒直径不大于40μm)喷射出去。

连续稳定的雾化性能是保证废水干燥蒸发的基础。旋转雾化器能够保证在液体流量发生一定变化时，最终的蒸发效果仍然能够得到保证，确保没有水分凝积在喷雾干燥塔壁上。

4.2.3喷雾干燥塔

为了保证液体完全蒸发以及减少死角结垢风险，喷雾干燥塔设计成圆形塔，本项目塔本体直径9m，总高17.7米。由于烟气温度高于酸露点，采用Q345材质制作，内部不需做防腐处理，外部做保温处理。

为检修维护方便，从塔底到塔顶设置有螺旋扶梯。喷雾干燥塔顶部设置有雾化器维护封闭空间及检修起吊装置。

4.3运行控制

末端废水零排放处理系统采用DCS远程控制站方式，每台机组各设置一远程控制站，DCS在现用的西门子T3000现场总线控制系统上进行扩充，预留并备用光纤接口，信号接入集中控制室辅网控制。在集中控制室内可完成末端废水零排放处理系统的启、停，运行监视，以及保护切除和紧急事故处理操作。

控制系统主要包括：数据采集与处理系统(DAS)、模拟量控制系统(MCS)和顺序控制系统(SCS)。喷雾干燥塔入口烟气调节挡板门、出口烟气温度、末端废水至旋转雾化器流量、喷雾水箱液位等在运行过程中均可实现自动调节。