煙氣噴霧蒸發(fā)在火電廠(chǎng)脫硫廢水零中的應用

　　我國的電力來(lái)源中火電占絕對優(yōu)勢，煤燃燒過(guò)程中，燃煤中硫化物會(huì )隨著(zhù)煤的燃燒形成含硫煙氣，直接排放將造成大氣污染，因此火電廠(chǎng)的煙氣脫硫工藝是控制火電廠(chǎng)大氣污染源的必須措施。煙氣脫硫工藝(FGD)中以濕法脫硫工藝效果最好，總脫硫效率高達95%以上，該工藝應用比例最大。但是FGD工藝在脫硫過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生高含鹽廢水，具有含重金屬離子、高濁度、高硬度、高氯離子、高硫酸根、呈酸性等特點(diǎn)，常規處理方式是通過(guò)三聯(lián)箱去除脫硫廢水中的重金屬離子，以實(shí)現DL/T997-2006達標排放。然而隨著(zhù)環(huán)保要求的不斷提高，常規處理方法已經(jīng)不能滿(mǎn)足要求，使得脫硫廢水的零排放成為了火電廠(chǎng)污染防治的關(guān)注焦點(diǎn)。

　　對于已建成的火電廠(chǎng)，脫硫廢水零排放基本是在原有的三聯(lián)箱工藝基礎上實(shí)施的，各類(lèi)零排放工藝均作了有益的嘗試。主要包括雙堿軟化、去濁預處理工藝，反滲透等濃縮減量工藝和蒸發(fā)結晶工藝等。但是現有的零排放工藝存在工藝流程長(cháng)、投資大、運行維護成本高和操作復雜等問(wèn)題，還沒(méi)有一種方案占主導地位。

　　煙氣蒸發(fā)技術(shù)處理脫硫廢水，是通過(guò)霧化噴嘴將預處理后的脫硫廢水噴入煙道或旁路煙道內，霧化后的脫硫廢水液滴經(jīng)過(guò)與熱煙氣的傳質(zhì)與傳熱作用迅速蒸發(fā)，廢水中的污染物結晶析出后隨煙氣中的煙塵一起被后續除塵器捕集。該工藝可達到以廢治廢的目的，被推薦為實(shí)現脫硫廢水零排放的可行性技術(shù)。結合湖北中部某火電廠(chǎng)煙道噴霧蒸發(fā)處理脫硫廢水的工程實(shí)踐，研究煙氣噴霧蒸發(fā)處理脫硫廢水的工藝路線(xiàn)、技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)及處理效果。

　　1、煙氣噴霧蒸發(fā)技術(shù)

　　煙氣噴霧蒸發(fā)技術(shù)處理脫硫廢水包含2種：1種是經(jīng)預處理、反滲透膜法減量，回用部分淡水，再將系統濃縮水霧化導入煙氣系統;另1種是僅經(jīng)簡(jiǎn)單預處理后不再經(jīng)過(guò)膜濃縮減量直接霧化導入煙氣系統。按脫硫廢水導入煙氣的位置可分為2類(lèi)，第1類(lèi)如圖1所示，是在火電廠(chǎng)空氣預熱器后、電除塵器前的煙道內噴入經(jīng)過(guò)霧化后的脫硫廢水，在低溫煙氣余熱的加熱作用下，水分被完全蒸發(fā)成汽相水蒸汽，而鹽分隨著(zhù)水分蒸發(fā)結晶成固體顆粒，被除塵器捕捉進(jìn)入粉煤灰;第2類(lèi)如圖2所示，在空氣預熱器入口之前引出旁路高溫煙氣，脫硫廢水與高溫煙氣在噴淋塔中進(jìn)行熱交換而蒸發(fā)，從而達到脫硫廢水零排放的目的。

　　高溫旁路法對主煙道內煙氣特性的影響小，但投資相對較大，由于抽取了大量鍋爐排出高溫煙氣，因此存在降低鍋爐效率的風(fēng)險。當高溫旁路出口煙氣溫度低于電除塵進(jìn)口溫度時(shí)，還需要通過(guò)加熱方式提高溫度，以平衡煙氣溫度。

　　煙氣噴霧蒸發(fā)技術(shù)需要在一定時(shí)間內蒸發(fā)定量的脫硫廢水，而且不能對煙道結構及后續工藝產(chǎn)生負面影響。因此脫硫廢水形成的微小霧滴噴入到煙氣流后，需在盡量短的時(shí)間內完全蒸發(fā)汽化，否則未完全蒸發(fā)的霧滴會(huì )對煙道和電除塵器產(chǎn)生腐蝕。本技術(shù)的關(guān)鍵是控制一定時(shí)間內液滴群的蒸發(fā)質(zhì)量和霧化液滴在煙氣內的完全蒸發(fā)時(shí)間，以及減少?lài)婌F蒸發(fā)后對后續電除塵等工藝的影響。如果主煙道尺寸和煙氣質(zhì)量焓滿(mǎn)足脫硫廢水完全蒸干的要求，則采用主煙道蒸發(fā)方法，如果不能滿(mǎn)足要求，則宜考慮采用高溫旁路蒸發(fā)法。

　　2、實(shí)施方法

　　采用火電廠(chǎng)3#機組(330MW亞臨界自然循環(huán)鍋爐)產(chǎn)生的脫硫廢水進(jìn)行煙氣蒸發(fā)零排放工程應用研究。機組產(chǎn)生脫硫廢水量最大為5t/h，日常量為3t/h左右。3#機組鍋爐煙氣從2臺空氣預熱器流出進(jìn)入4個(gè)煙道，最后再進(jìn)入2臺電除塵器，空氣預熱器出口至電除塵器進(jìn)口單個(gè)煙道總長(cháng)度44.5m。利用UG10.0軟件對單個(gè)煙道進(jìn)行建模，其立體模型如圖3所示。

　　3#機組脫硫廢水經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單預處理去除廢水中的濁度，用水泵將廢水送到空氣預熱器和除塵器之間煙道中的介質(zhì)霧化噴嘴進(jìn)行霧化蒸發(fā)。根據電廠(chǎng)目前使用的燃煤數據進(jìn)行燃燒計算，確定煙氣特性參數，進(jìn)行熱平衡計算，確定噴霧后煙氣溫降，分析脫硫廢水噴霧蒸發(fā)對粉煤灰利用的影響。

　　煙氣中含有空氣、粉煤灰、二氧化硫、NOx等物質(zhì)，可通過(guò)式(1)計算煙氣在不同負荷時(shí)煙氣的質(zhì)量焓，以判定在不影響后續除塵工藝情況下，噴霧蒸發(fā)處理能否完全蒸干最大量的脫硫廢水。

　　式中，hg和hg0為計算和理論煙氣質(zhì)量焓，ha0為理論空氣質(zhì)量焓，hfly為粉煤灰的質(zhì)量焓;α為不同機組負荷的過(guò)量空氣系數，100%、75%和50%負荷時(shí)分別取1.38、1.42和1.68。隨鍋爐負荷的增加，煙氣質(zhì)量焓和粉煤灰質(zhì)量焓都會(huì )上升，hg也會(huì )增加。

　　由于采用空氣預熱器后煙氣進(jìn)行蒸發(fā)，煙氣溫度130℃左右，霧滴在煙道的停留時(shí)間短，且最大噴霧量大，因此要求霧化噴嘴在大流量時(shí)具有良好的霧化性能，且能夠形成粒徑均勻的霧滴，以保證蒸發(fā)效果。介質(zhì)霧化是利用高速?lài)娚浣橘|(zhì)(一般為壓縮空氣)的沖擊作用來(lái)霧化液體，又稱(chēng)作雙流體霧化。該種霧化方式在霧化流量較大時(shí)，具有平均霧化粒徑小的優(yōu)點(diǎn)，可將霧化液滴直徑控制在優(yōu)化的60μm左右，符合本項目的實(shí)際情況，針對本項目情況采用專(zhuān)用介質(zhì)霧化噴嘴進(jìn)行噴霧。此外，電廠(chǎng)有富余的壓縮空氣供應能力，無(wú)需新增壓縮空氣供應系統。

　　為保證脫硫廢水霧化質(zhì)量，充分利用高溫煙氣熱量、減少煙道內壁積灰可能，在單煙道下彎頭上部均勻布置了多個(gè)霧化噴嘴，噴嘴采用專(zhuān)用防堵塞、耐磨型錐形噴嘴，以保證噴霧的均勻性和蒸發(fā)效果。設置煙道內窺監測系統，對可能積灰的位置進(jìn)行窺視、監測。使用煙道吹灰裝置，利用蒸汽對可能積灰位置進(jìn)行吹掃，防止積灰。

　　脫硫廢水煙道蒸發(fā)工藝單煙道流程如圖4所示。

　　預處理后的脫硫廢水，經(jīng)過(guò)緩沖罐均化水質(zhì)后由脫硫廢水噴霧給水泵送至廢水分配器，廢水分配器起到均布3個(gè)霧化噴嘴水量的作用。廠(chǎng)區壓縮空氣經(jīng)過(guò)空氣凈化器去除油分等雜質(zhì)后進(jìn)入壓縮空氣分配器，由壓縮空氣分配器均布進(jìn)入霧化噴嘴的壓縮空氣量。經(jīng)過(guò)均布的脫硫廢水和壓縮空氣進(jìn)入霧化噴嘴可使得3個(gè)霧化噴嘴保持一致工藝參數，從而保證霧化噴嘴噴霧的均一性。工程3#機組4個(gè)煙道上總共布置12個(gè)專(zhuān)用噴嘴，整個(gè)工藝流程短、設備少。

　　3、運行結果與討論

　　在不同機組負荷條件下進(jìn)行燃燒計算及鍋爐熱平衡計算，在不同負荷時(shí)噴入不同量的脫硫廢水、煙氣參數，如表1所示。

　　廢水噴嘴至電除塵器進(jìn)口煙道長(cháng)度為34.5m，不同負荷下，煙道中煙氣停留時(shí)間均大于2s。表2為在機組不同負荷情況下，噴入不同量的脫硫廢水的完全蒸發(fā)時(shí)間t2、電除塵器入口煙氣溫度θg2、煙氣溫降Δθg以及煙氣質(zhì)量流量的變化ΔqV。

　　由表2可知，完全蒸發(fā)時(shí)間遠小于煙氣在煙道中的停留時(shí)間，可保證脫硫廢水噴入后在進(jìn)入電除塵器前完全蒸發(fā)，因此直接采用主煙道噴霧蒸發(fā)工藝是可行的。負荷增加時(shí)，煙氣質(zhì)量焓增加，煙氣可蒸干更多的廢水。電除塵入口煙氣溫度都在110℃以上，均高于酸的露點(diǎn)，酸不會(huì )結露，不會(huì )對電除塵器及煙道產(chǎn)生腐蝕。脫硫廢水經(jīng)過(guò)煙道噴霧蒸發(fā)后，煙氣平均溫度降低，降低程度降隨廢水噴入量的增加而增加。煙道內實(shí)際狀態(tài)下，100%、75%、50%負荷時(shí)煙氣體積流量分別減少了1.46%、1.47%、1.41%，減少量較小。

　　連續運行2個(gè)月時(shí)間后檢查的煙道內部情況，發(fā)現易積灰的彎頭部分和煙道水平段均未出現明顯積灰現象。

　　根據脫硫廢水Cl-平衡計算可知(Cl-的質(zhì)量濃度按20g/L計)，廢水干燥后的產(chǎn)物全部進(jìn)入粉煤灰，蒸發(fā)析出的固體總量占煙氣中粉煤灰總量小于0.6%，粉煤灰中Cl-的含量大約增加0.15%左右。按照GB175-2007要求，粉煤灰硅酸鹽水泥中Cl-的質(zhì)量分數要求不大于0.06%。根據此標準的要求，粉煤灰硅酸鹽水泥混入粉煤灰的質(zhì)量分數應>20%且≤40%，脫硫廢水Cl-全部進(jìn)入粉煤灰并混入硅酸鹽水泥中，水泥中Cl-的質(zhì)量分數在0.03%～0.06%，滿(mǎn)足GB175-2007要求。

　　由于脫硫廢水的噴入，煙氣濕度由7.15%增加至7.63%，煙氣相對濕度增加0.5%左右，降低了粉煤灰的比電阻，可以防止和減弱高比電阻粉塵的反電暈，從而可以提高電除塵器的除塵效率。同時(shí)，在脫硫塔的噴淋冷卻作用下，水分凝結進(jìn)入脫硫塔的漿液循環(huán)系統被重復利用，可以減少濕法脫硫工藝用水量。

　　4、效益分析

　　工程總投資400萬(wàn)元，遠少于雙堿軟化、過(guò)濾+膜濃縮+蒸發(fā)結晶的傳統工藝投資。工程中僅需對脫硫廢水進(jìn)行簡(jiǎn)單預處理，不需投加藥劑，僅有電氣系統、壓縮空氣系統的運行電耗，運行費用小于10元/t，遠低于傳統的工藝，且運行過(guò)程中無(wú)需專(zhuān)業(yè)操作人員及相關(guān)費用，實(shí)現無(wú)人值守，相比其他零排放工藝具有明顯的經(jīng)濟效益優(yōu)勢。

　　與傳統脫硫廢水零排放工藝相比，煙氣噴霧蒸發(fā)技術(shù)特點(diǎn)有：投資成本低;進(jìn)水水質(zhì)要求低，僅配套簡(jiǎn)單的預處理單元去除濁度;系統操作簡(jiǎn)單，運行中不需要添加藥劑，運行費用少;改造工期短、工程量小、可嵌入原發(fā)電系統，無(wú)需專(zhuān)門(mén)用地等。但是煙氣噴霧蒸發(fā)工藝不產(chǎn)生回用水，其他零排放工藝的產(chǎn)水可回用電廠(chǎng)生產(chǎn)。

　　5、結論

　　控制霧化液滴直徑、合理優(yōu)化布置霧化噴嘴、保證各個(gè)霧化噴嘴噴霧的均一性、準確計算噴入脫硫廢水后煙氣及粉煤灰特性變化是工程成功實(shí)施的關(guān)鍵點(diǎn)。

　　在不同機組負荷情況下，在空氣預熱器與電除塵器之間的煙道中噴入脫硫廢水，可以完全蒸發(fā)，實(shí)現脫硫廢水零排放。噴入脫硫廢水后的粉煤灰中Cl含量?jì)H增加了0.15%，不會(huì )對后續工藝產(chǎn)生負面影響。煙氣相對濕度增加0.5%左右，可以提高電除塵器的除塵效率。

　　煙氣噴霧蒸發(fā)進(jìn)行脫硫廢水零排放技術(shù)，具有工藝流程短、操作簡(jiǎn)單、占地面積小和成本優(yōu)勢明顯等特點(diǎn)。(來(lái)源：湖北華電襄陽(yáng)發(fā)電有限公司，武漢天和技術(shù)股份有限公司，武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院)