電廠煙氣蒸發(fā)脫硫廢水處理工藝

大型燃煤發(fā)電機組普遍采用石灰石-石膏法脫硫工藝，該工藝技術成熟、脫硫效率高、適用煤種范圍廣、脫硫劑來源豐富且廉價，是目前世界上應用最廣泛的一種脫硫技術。石灰石-石膏脫硫系統(tǒng)在運行中由于工藝水循環(huán)會產(chǎn)生一定量的高濃廢水，該廢水具有水量水質波動大、可溶性離子（Cl-、SO42-）濃度高、重金屬離子種類較多等特點，采用普通方法很難使處理后的脫硫廢水達標排放。隨著國家相關水污染防治政策的陸續(xù)出臺，燃煤電廠對脫硫廢水零排放技術的需求日漸增多，脫硫廢水零排放技術也成為近些年行業(yè)內的研究熱點。

目前，國內燃煤電廠脫硫廢水零排放的技術主要有：預處理-傳統(tǒng)蒸發(fā)結晶、預處理-膜濃縮-傳統(tǒng)蒸發(fā)結晶、預處理-煙道噴霧干燥技術，下面主要討論噴霧干燥法煙氣蒸發(fā)脫硫廢水技術。

1、煙氣蒸發(fā)脫硫廢水工藝

煙氣蒸發(fā)脫硫廢水工藝根據(jù)蒸發(fā)位置的不同分為煙道內蒸發(fā)和煙道外蒸發(fā)，根據(jù)煙氣溫度的高低又分為高溫煙氣蒸發(fā)和低溫煙氣蒸發(fā)。煙道內蒸發(fā)工藝通常采用霧化噴嘴將電廠預處理后的脫硫廢水進行霧化，噴入電廠空預器與電除塵器之間的煙道內，利用煙道內120℃～140℃的煙氣將霧化后的廢水液滴蒸干（低溫煙氣蒸發(fā)），形成細小固體顆粒結晶隨煙氣灰塵進入除塵器被捕捉，進入除塵器灰斗隨灰外排，達到脫硫廢水零排放的目的。煙道外蒸發(fā)工藝通常抽取空預器前的高溫煙氣（300℃～350℃），與脫硫廢水一同送入干燥裝置進行傳熱蒸發(fā)，高溫煙氣在干燥裝置內將廢水液滴蒸干后被引出干燥裝置，送入空預器后的煙道中，形成的細小固體顆粒結晶一部分落在干燥裝置底部，大部分隨著煙氣進入除塵器，被除塵器捕集于灰斗內。煙道外蒸發(fā)工藝相比煙道內蒸發(fā)工藝而言，其煙氣溫度達到300℃以上，能夠將廢水完全蒸干且受負荷變動影響小；其蒸發(fā)過程在鍋爐煙道外進行，鍋爐煙道和煙氣系統(tǒng)設備基本不受液滴粒徑和霧化效果的影響。

2、旋轉噴霧干燥工藝

2.1 旋轉噴霧干燥工藝原理

日本三菱日立電力系統(tǒng)株式會社（簡稱MSPH）擁有一項煙氣蒸發(fā)脫硫廢水專利工藝，即旋轉噴霧干燥技術，此技術是利用空預器前的高溫煙氣在干燥塔內對脫硫廢水進行蒸發(fā)干燥，其工藝流程如圖1。

如圖1所示，從空預器前抽取的熱煙氣經(jīng)過分散進入干燥塔頂部，廢水溶液通過旋轉霧化器霧化成平均直徑10μm~120μm的精細漿霧滴與熱煙氣進行接觸，在氣液接觸過程中，水分被迅速蒸發(fā)，通過控制煙氣量與分布、液體流速、霧滴直徑等，使霧化后的霧滴到達干燥塔壁之前，霧滴已被蒸發(fā)干燥，干燥產(chǎn)物在蒸發(fā)塔底部高速渦流后，隨煙氣進入除塵器處理。進入干燥塔的脫硫廢水可以是未進行預處理（來自三聯(lián)箱前）的，也可以是預處理減量后的廢水。干燥塔外形見圖2。

噴霧干燥工藝技術的核心是旋轉霧化器，每個干燥塔配置一個旋轉霧化器，煙氣通過煙氣分布器后進入干燥塔，保證煙氣與霧滴充分混合，實現(xiàn)傳熱、傳質反應。通過控制霧化器的轉速，保證終產(chǎn)物干燥的前提下，避免“濕壁”現(xiàn)象的產(chǎn)生。由于噴霧干燥系統(tǒng)的工作溫度總是在露點溫度以上，所以塔體及煙道等與煙氣介質接觸的材料無需進行防腐處理，采用普通碳鋼即可。因脫硫廢水Cl含量高，與脫硫廢水接觸的霧化盤采用哈氏合金材質。

旋轉霧化器與煙氣分布器均位于干燥塔頂部，旋轉霧化器由變頻電機通過增速齒輪帶動，其轉速在10000rpm～15000rpm之間可調。利用旋轉霧化器的離心力，使料液在旋轉表面上伸展為薄膜，并以不斷增長的速度向霧化盤的邊緣運動，離開霧化盤邊緣時，實現(xiàn)溶液轉化成細小霧滴。旋轉霧化器與煙氣分布器外形見圖3和圖4。

2.2 旋轉噴霧干燥工藝的應用

2.2.1 旋轉噴霧干燥工藝的應用

山西臨汾熱電有限公司的2臺300MW燃煤發(fā)電機組，分別于2010年12月和2013年12月投入商業(yè)運行，汽輪機組采用一次再熱、雙缸雙排汽、直接空冷、抽汽凝汽式汽輪發(fā)電機組，配2×1060t/h國產(chǎn)亞臨界、四角切圓燃燒、一次中間再熱、固態(tài)排渣爐。2臺機組在建設時同步配有100％煙氣脫硝和脫硫裝置，脫硫工藝為石灰石-石膏濕法，原脫硫廢水采用了傳統(tǒng)的化學沉淀處理法（三聯(lián)箱沉淀），其工藝流程如圖5。

脫硫廢水經(jīng)處理后回用，其終端用戶主要是對水質要求不高的灰渣加濕攪拌、灰場噴灑等。隨著電廠灰渣綜合利用比例提高，脫硫廢水的去處困擾著電廠，原脫硫廢水處理系統(tǒng)達不到廢水零排放的要求。

臨汾熱電有限公司于2017年初開始，經(jīng)過對脫硫廢水零排放工藝的調研、論證后，選擇采用日本三菱日立電力的旋轉噴霧干燥工藝對脫硫廢水處理系統(tǒng)進行改造。改造工程于2017年4月開始，2017年7月24日投運。改造方案為：設置一個噴霧干燥塔安裝于1號機組鍋爐西側，從1號鍋爐空預器前引接煙氣，從三聯(lián)箱前引接廢水，旋轉噴霧干燥系統(tǒng)的設計蒸發(fā)廢水量為5m3/h，設計參數(shù)見下表1。

2.2.2 應用效果

臨汾熱電有限公司脫硫廢水零排放系統(tǒng)改造工程結束后，于2017年7月20日首次通煙氣運行，7月24日移交電廠運行，在此期間日本三菱日立電力進行了各項測試。8月5日―8月8日，建設方委托湖北歐凱檢測技術有限公司對改造工程進行了性能測試，測試數(shù)據(jù)見下表2。

3、旋轉噴霧干燥工藝的能耗與運行成本分析

3.1 旋轉噴霧干燥工藝的電耗

電廠原有脫硫廢水處理系統(tǒng)中的用電設備主要有各類箱罐攪拌器、廢水輸送泵、澄清池刮泥機、清水泵、污泥輸送泵、壓濾機高壓清洗泵、壓濾水泵、堿計量泵、加藥插桶泵等，電動機的額定容量總計89kW。旋轉噴霧干燥系統(tǒng)中的廢水來自常規(guī)系統(tǒng)三聯(lián)箱前，在干燥塔附近重新設置一套廢水存儲箱，通過新配置的廢水輸送泵將廢水送入干燥塔內。旋轉噴霧干燥系統(tǒng)的用電設備有旋轉霧化器、廢水輸送泵、廢水箱攪拌器及照明箱和檢修箱，電動機的額定容量總計80kW。所以，旋轉噴霧干燥工藝的電耗可忽略不計。

3.2 旋轉噴霧干燥法的熱耗與運行成本

根據(jù)旋轉噴霧干燥系統(tǒng)的設計值和實測值，分別估算蒸發(fā)廢水所用的煙氣熱量、對供電煤耗的影響和投運后處理每噸廢水的成本，詳見表3。

4、結語

旋轉噴霧干燥工藝與濃縮結晶工藝相比，其初投資低、占地面積小、處理每噸廢水的成本低、運行簡單靈活，且無副產(chǎn)品生成；旋轉噴霧干燥工藝與主煙道內蒸發(fā)工藝相比，其對電廠煙氣系統(tǒng)影響較小，廢水能夠蒸發(fā)徹底，旋轉霧化器不會堵塞。（來源：中國能源建設集團山西省電力勘測設計院有限公司）