脱硫废水低温烟气浓缩减量技术研究

万忠诚

（盛发环保科技（厦门）有限公司，福建 厦门 361000）

低温热法浓缩减量技术经过前期调研和对烟气蒸发能力理论研究计算，确定基本工艺路线为：利用电厂除尘器后的全烟气量所携带的低温余热来浓缩减量脱硫废水，对原烟道内、外进行简易改造。改造费用较低：只需在烟道内进行喷射装置布置，增加浓缩废水收集装置。经过数值模拟研究，确定以最优的喷淋方式进行喷淋，能确保喷出的废水与烟气最佳混合效果。搭建模拟烟道实验台，探究脱硫废水烟道内低温烟气蒸发量与烟气工况的关系，为工程试验研究和工业化提供依据。

1 低温热法浓缩减量技术介绍

低温热法浓缩减量技术，利用电除尘器后脱硫塔前100℃左右烟气，对脱硫废水进行浓缩减量。来自石膏旋流器的溢出水首先进入三联箱进行简单预处理，去除大部分悬浮物，部分钙、镁离子及重金属离子，三联箱出水进入缓冲箱沉淀澄清，产生的污泥通过污泥泵打到板框压滤机，滤饼外运。浓水则进入pH调节池，进行调质。经调质后的浓水由浓水输送泵送入“高效节能废水蒸发结晶器”蒸发干燥，实现脱硫废水的零排放，见图1。

图1 低温热法浓缩减量技术工艺图

2 低温烟气余热浓缩能力理论研究

以某电厂330MW机组为例，计算除尘器后烟气余热浓缩能力即烟气蒸发能力，该机组的部分数据如表1所示。

对于燃煤电厂工况而言，烟气含湿量达到饱和时其温度约为50℃，远远低于常压下水的沸点，因此除尘器后的蒸发过程为烟气终温低于液体沸点的蒸发，属于自然蒸发过程。自然蒸发过程热量平衡等式如下：

表1 BMCR工况下空预器后烟气参数

对应温度下饱和湿烟气携带水蒸气的能力推算，出口烟气所能携带水蒸气量与出口烟气温度关系如下：

式中：MDFG为原始干烟气相对分子质量。

经计算，除尘器后的烟气余热的蒸发能力上限为56.601t/h，此时烟气温度由原始烟气温度125℃降至烟气饱和含湿温度48.097℃。

通过以上计算，确定入口烟温与蒸发量的关系，入口烟温为95℃时，烟气最大蒸发量为37t/h，说明低温烟气具有蒸发能力，验证了低温烟气浓缩脱硫废水的可行性。

3 数值模拟计算及结果分析

3.1 研究对象

以某电厂330MW机组为例，利用FLUENT软件对脱硫塔前入口烟道进行低温蒸发浓缩的方案进行CFD模拟，考虑到原有烟道布置方式不匹配喷淋方式，容易造成喷淋脱硫废水直接喷到烟道壁上，对原有烟道进行改造，对改造后烟道烟气流速进行流场模拟及喷枪性能模拟。

3.2 数学模型和边界条件

在流体流动过程中遵循的定律有质量守恒定律、能量守恒定律、动量守恒定律和组分守恒定律。考虑到烟气在蒸发器中的流动为湍流，模拟时采用工程中使用最广泛的k-ε三维湍流模型。脱硫废水喷枪采用Fluent提供的DPM离散相模型。当颗粒相体积分数小于10%时，利用Fluent离散相模型进行求解可得到较为准确的结果。

3.3 数值模拟结果

1）烟道速度模拟结果

对改造后烟道速度模拟结果如图2。

图2 改造后烟道速度模拟结果示意图

分析图2，改造后烟气流线流畅，通过模拟计算可得，对于原烟道脱硫塔入口Cv=11.6%<15%，符合脱硫塔入口均匀度要求。

2）蒸发效果模拟结果

脱硫废水喷嘴均匀分布在顶部截面上，脱硫废水由烟道顶部喷入，对喷枪雾化粒径分别为1000μm、2000μm、3000μm、4000μm 的工况进行模拟，模拟结果如图3。

图3 雾化粒径蒸发效果示意图

分析图3可知，浓缩液滴最后掉落区域距喷嘴的水平距离随着雾化粒径的增大而增大，雾化粒径为1000μm时，浓缩液滴最终掉落在距喷嘴水平距离3m左右的位置、雾化粒径为4000μm时，缩液滴最终掉落在距喷嘴水平距离0.5m左右的位置。当喷枪雾化粒径在1000～4000μm时，浓缩液会最终被收集到循环水箱中，当喷枪雾化粒径小于1000μm，大量废水会被烟气卷吸入脱硫塔。

4 实验方案和实验结果

4.1 低温烟气浓缩实验方案

本全烟气低温余热浓缩实验台主要由鼓风机、加热管、模拟烟道、烟温测量装置、喷淋装置、冲洗装置、冲洗水泵、喷淋水泵、循环水箱组成。每次实验在浓缩罐中加入一定水量（30L）的模拟废水，经喷淋泵送至烟道内喷淋装置中，利用转子流量计控制进水流量。鉴于实验室条件，利用热空气模拟电厂烟气，利用变频器控制鼓风机鼓空气流量，空气经过加热管，空气被加热到指定温度，热空气进入模拟烟道，与模拟废水进行接触换热，未蒸发的废水经模拟烟道下部的集水口进入浓缩罐，再次通过喷淋泵进入烟道内蒸发，蒸发后的水蒸气被模拟烟气携带出去。

低温烟气浓缩实验台模拟不同烟气量下，入口烟温为95℃，喷水量为17L/min。计算低温烟气的蒸发能力。

4.2 低温烟气浓缩实验结果

实验模拟在不同工况下，在相同喷水量，相同烟温下，随着烟气量的增大，蒸发能力变大，蒸发能力在8.1～9mL/m3。

烟气量的不同，水帘被烟气吹散的程度也不同，烟气量越大，导致“水帘”中部分水以小水珠的形式与烟气接触，粒径越小蒸发效果越好，会增大蒸发量。烟气量的不同，水帘被烟气吹散的程度也不同，烟气量越大，导致“水帘”中部分水以小水珠的形式与烟气接触，粒径越小蒸发效果越好，会增大蒸发量。

计算可得，在实际工况下，95℃的烟温，标况100万m3/h，实际烟气量为1347794.25m3/h，能够蒸发脱硫废水量为：10.92t。