1、火電廠(chǎng)脫硫廢水零排放處理工藝概述
火電廠(chǎng)濕法脫硫廢水成分復雜，水質(zhì)變化較大，雜質(zhì)來(lái)自煙氣、工藝水和脫硫用的石灰石，主要包括懸浮物、過(guò)飽和亞硫酸鹽、硫酸鹽、氯化物以及重金屬，其中很多是國家環(huán)保標準中要求控制的第一類(lèi)污染物。由于水質(zhì)的特殊性，脫硫廢水零排放處理難度較大。目前，國內部分電廠(chǎng)脫硫廢水零排放主要采用傳統蒸發(fā)結晶和煙道蒸發(fā)2種工藝。蒸發(fā)結晶工藝大致可分為預處理蒸發(fā)結晶和濃縮蒸發(fā)結晶，根據濃縮工藝又可分為電滲析分鹽濃縮、正滲透膜濃縮、反滲透分鹽濃縮等；煙道蒸發(fā)工藝分為三聯(lián)箱預處理后直接煙道蒸發(fā)和旁路煙道蒸發(fā)等，最終達到脫硫廢水零排放的要求。其中濃縮蒸發(fā)結晶工藝的建設投資和運行成本均高于煙道蒸發(fā)工藝，因此近年來(lái)煙道蒸發(fā)工藝成為電廠(chǎng)脫硫廢水深度處理的發(fā)展方向和趨勢。但在實(shí)際運行過(guò)程中，由于噴嘴形式及霧化效果問(wèn)題，存在噴嘴堵塞、煙道結垢、煙氣排放溫度過(guò)低等問(wèn)題。旁路煙道旋轉噴霧干燥法是煙道蒸發(fā)工藝中的新型技術(shù)，解決了傳統煙道蒸發(fā)工藝中存在的噴嘴堵塞、煙道結垢等問(wèn)題。
2、旋轉噴霧干燥法介紹
2.1 技術(shù)原理
噴霧干燥工藝是將溶液、乳濁液、懸浮液或漿料在熱風(fēng)中噴霧成細小的液滴，在液滴下落過(guò)程中，水分被蒸發(fā)，廢水中的鹽類(lèi)形成粉末狀或顆粒狀干燥產(chǎn)物的過(guò)程。噴霧干燥工藝技術(shù)的核心是旋轉霧化器（見(jiàn)圖1）。每座噴霧干燥塔配置1臺旋轉霧化器，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(cháng)的速度向霧化盤(pán)的邊緣運動(dòng)，離開(kāi)霧化盤(pán)邊緣時(shí)，溶液經(jīng)旋轉霧化器霧化為直徑為10~60μm的精細漿霧滴，與經(jīng)過(guò)分散的熱煙氣接觸后，水分被迅速蒸發(fā)，通過(guò)對煙氣分布、廢水流量、霧滴尺寸和空預器出口煙氣溫度等參數的監測與調整，使廢水霧滴在到達噴霧干燥塔內壁前已充分干燥，避免“濕壁”現象產(chǎn)生。干燥產(chǎn)物在干燥塔底部高速渦流，隨煙氣進(jìn)入除塵器處理，保證噴霧干燥塔不發(fā)生結垢和腐蝕問(wèn)題。
2.2 特點(diǎn)
（1）煙氣和液滴以160~200m/s的相對速率脫離旋轉霧化器，在霧化過(guò)程中每升被霧化的漿液形成200m2的表面積，液體霧化效果好且均勻。
（2）由于噴霧干燥系統的工作溫度一直處在露點(diǎn)溫度以上，因此塔體及煙道等與煙氣介質(zhì)接觸的材料無(wú)需進(jìn)行防腐處理，采用普通碳鋼即可；而與脫硫廢水接觸的霧化盤(pán)則需采用哈氏合金材質(zhì)。
3、應用實(shí)例分析
3.1 機組概況
山西臨汾熱電有限公司建設規模為2×300MW燃煤發(fā)電機組，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，配置石灰石—石膏濕法煙氣脫硫系統和SCR脫硝裝置。脫硫廢水處理系統采用傳統的三聯(lián)箱系統，即通過(guò)投加石灰（碳酸鈉）、有機硫、絮凝劑等處理后進(jìn)行干灰拌濕或灰場(chǎng)噴灑。
3.2 脫硫廢水零排放處理工藝改造
在對各種脫硫廢水零排放處理工藝進(jìn)行比較后，山西臨汾熱電有限公司在國內首次采用了脫硫廢水不經(jīng)預處理直接噴入旁路煙道旋轉噴霧干燥技術(shù)，將原三聯(lián)箱系統旁入，增加了煙氣系統、噴霧干燥系統及廢水輸送系統。改造后的脫硫廢水處理工藝流程如圖2所示。
（1）在原空氣預熱器前端加裝旁路煙道，將3%~5%的煙氣量引出。在每路煙道進(jìn)、出口設置擋板門(mén)，其中總進(jìn)口煙道設置調節型擋板門(mén)，可以根據噴霧干燥系統出口煙道溫度調節進(jìn)入系統的煙氣量，其他煙道均采用開(kāi)關(guān)型擋板門(mén)。
（2）煙氣進(jìn)入噴霧干燥塔后，經(jīng)煙氣分布器被分布成繞霧化盤(pán)旋轉流動(dòng)及繞霧化盤(pán)邊緣向下流動(dòng)的煙氣流，與經(jīng)過(guò)旋轉霧化器霧化的細小廢水液滴充分接觸，使液滴中的水分迅速揮發(fā)，廢水中的鹽類(lèi)被干燥析出，混入原煙氣的粉塵中，由除塵器收集處理。
（3）在噴霧干燥塔附近或脫硫區重新布置1套脫硫廢水收集箱，用于噴霧干燥塔提供廢水，廢水流量可根據煙氣量和機組負荷隨時(shí)調整。
3.3 運行效果
3.3.1 改造后運行及煙道結垢情況
山西臨汾熱電有限公司1號鍋爐脫硫廢水旁路煙道噴霧干燥系統設計處理廢水能力為5t/h，采用BOT方式，機組100%負荷工況下，抽取3%~5%的煙氣量，30000~50000m3/h的熱煙氣，煙溫為330~350℃時(shí)，噴霧干燥塔處理廢水量4~5t/h。機組運行半年后處理廢水量超過(guò)10000t。停運檢查發(fā)現，旁路煙道及噴霧干燥塔內僅有細微、干燥、松散的積灰，不存在結垢堵塞情況（見(jiàn)圖3—圖6），運行情況良好。
3.3.2 投運廢水對風(fēng)煙系統煙溫及煤耗影響
表1為不同工況下投運廢水和不投廢水煙溫和煤量記錄數據。由表2數據分析可知，當空預器進(jìn)、出口煙溫一致時(shí)，投運廢水比不投廢水一、二次風(fēng)溫度降低6.1~8.1℃；在空預器出口煙溫一致工況下，如果提高一、二次風(fēng)出口溫度3~5℃，空預器入口煙溫投運廢水比不投廢水工況平均高約12℃。經(jīng)計算，投運脫硫廢水使鍋爐熱效率降低0.2%~0.3%，煤耗升高0.6~0.9g/kWh，但不影響主機及風(fēng)煙系統正常運行調整。
3.3.3 對粉煤灰的影響
GB175—2007《通用硅酸鹽水泥》中要求，粉煤灰硅酸鹽水泥中粉煤灰的占比應控制在40%以下，氯離子質(zhì)量分數應小于0.06%。表2為各系統煙塵中氯離子質(zhì)量分數監測數據。其中脫硫廢水氯離子質(zhì)量分數平均值為16557×10-6，電廠(chǎng)粉煤灰原灰氯離子質(zhì)量分數為1391×10-6，即0.139%。按照最大值40%作為粉煤灰硅酸鹽水泥的組分，則成品粉煤灰硅酸鹽水泥中氯離子質(zhì)量分數為0.0548%，滿(mǎn)足普通水泥中氯離子質(zhì)量分數小于0.06%的要求。
3.4 經(jīng)濟效益
不同脫硫廢水零排放處理工藝系統投資和運行成本見(jiàn)表3。從表3可以看出，與濃縮蒸發(fā)系統比較，煙氣（旁路）蒸干系統在系統投資和運行成本方面有明顯優(yōu)勢，而旁路煙道旋轉噴霧干燥系統由于減少了脫硫廢水三聯(lián)箱預處理環(huán)節，其運行成本較煙氣（旁路）蒸干系統降低了50%，經(jīng)濟效益更為顯著(zhù)。
此外，旋轉噴霧干燥系統流程短，工藝設備少，廢水不需要經(jīng)任何預處理，直接在脫硫系統中提供一路廢水管路至旋轉噴霧干燥塔即可。易損件較少，僅旋轉霧化器按要求運行8000h后，需檢修密封圈、墊圈是否有損壞。按照目前山西臨汾熱電有限公司項目運行工況，旋轉噴霧干燥系統處理脫硫廢水電耗約為10kWh/t，即3.6元/t。
4、結語(yǔ)
采用煙道旋轉噴霧干燥法處理電廠(chǎng)脫硫廢水，可利用鍋爐熱煙氣的熱量，不需額外蒸汽源，工藝流程簡(jiǎn)單，操作方便，對鍋爐原系統影響小，不存在噴嘴堵塞和煙道結垢問(wèn)題，且運行費用相對較低，是目前產(chǎn)生脫硫廢水量較少的燃煤電廠(chǎng)進(jìn)行脫硫廢水零排放處理的理想選擇。（來(lái)源：山西漳澤電力股份有限公司電力技術(shù)研究中心，山西漳澤電力股份有限公司，北京北科歐遠科技有限公司）
