燃煤电厂脱硫废水零排放处理方案的选择

文_张伟龙 国能达州发电有限公司

1 基本情况介绍

国能达州发电有限公司位于四川省第二大煤炭基地达州市，装机容量2×300MW，两台机组31#、32#分别于2007年12月和2008年6月顺利投产，其锅炉采用国产亚临界燃煤发电机组，其脱硫废水入口参数如下（表1），具备一定的代表性。

表1 脱硫废水入口参数

2 处理方案介绍

废水“零排放”是指企业不向地面水域排放(排出或渗出)任何形式的水，所有离开企业的水都是以湿气的形式或是固化在灰渣中。这意味着大多废水零排放将以蒸发作为最终工序，但是蒸发需要消耗大量的能源，因此对于处理量较大的脱硫废水一般先进行浓缩后再蒸发。

2.1 预处理+膜浓缩+蒸发结晶

废水通过投加石灰（苏打）、絮凝剂、重力沉降等预处理，去除废水中大部分的悬浮物、重金属及氟离子、硬度、二氧化硅等结垢物质，之后采用膜技术（反渗透、正渗透、电渗析等）对预处理后的废水进行浓缩减量化，淡水回用，浓水进入后续传统蒸发结晶系统，冷凝水回用，结晶盐另行处理。该技术成熟可靠，工艺中加入了膜浓缩减量单元，终端需蒸发的废水量大为减少，通常可减少60%～80%。该技术成熟可靠、但投资费用高、运行成本高。

2.2 预处理+蒸发结晶（MVR）

废水通过投加石灰（苏打）、有机硫、絮凝剂、重力沉降等预处理，去除废水中大部分的悬浮物、重金属及氟离子、硬度、二氧化硅等结垢物质，之后由机械压缩再由循环蒸发器(MVR)进行蒸发结晶，冷凝水回用，结晶盐另行处理。该技术成熟可靠、但投资费用高、运行成本高，目前在国内应用于广东河源电厂。

2.3 无预处理+低温多效闪蒸浓缩

热浓缩是利用除尘器与脱硫塔之间的烟气余热实现脱硫废水的浓缩减量，热浓缩的主要工艺有低温烟气多效闪蒸浓缩和低温烟气旁路塔浓缩。

2.3.1 闪蒸浓缩技术介绍

脱硫废水由进料泵送入一级循环泵出口，由一级循环泵进入一级加热器加热，废水加热至80～85℃后进入第一级分离器内的汽液二相入口交界面处，在相应的真空度下闪蒸，蒸汽随着抽取的真空被向上带走，经除雾器去除液滴后，流向二级加热器，作为二效浓缩系统的热源。其余物料在水量蒸发带走热量后，温度迅速降低，不再沸腾，向下落回分离器，并重新由循环泵泵入一级加热器。物料在第一级系统内经多次自然式循环后，完成初步浓缩的料液进入第二级分离器。

进入第二级内的物料运用第一效内相同的原理，在第二级系统内循环并完成蒸发浓缩，物料在第二级内达到设计蒸发能力后，在第三级内进一步浓缩，浓缩后的物料送入增稠器。物料在增稠器内进一步冷却闪蒸浓缩，达到所需浓度的浓液（混合固体）从底部流入浓水箱，送入干燥工序。

完成一级加热任务的蒸汽进入一级冷凝器冷却成除盐水，进入一级冷凝水罐，送回电厂除盐水系统。完成第二级加热及第三级任务的蒸汽和第三级分离器出来的蒸汽经二、三级冷凝器冷却后，进入二、三级冷凝水罐，作为回收水利用。

2.3.2 低温烟气旁路塔浓缩技术介绍

旁路塔浓缩是利用引风机后脱硫塔前的低温烟气（～130℃）作为热源，在浓缩塔中实现废水原水的浓缩减量。为克服浓缩塔装置的系统设备、烟道阻力，在浓缩塔上游原烟气侧设置1台100%容量的离心增压风机，在增压风机入口烟道及浓缩塔出口烟道设置与主体系统之间的隔离装置。

2.4 蒸发浓缩技术

目前蒸发工艺主要有MVR蒸发结晶和高温烟气旁路蒸发。

MVR蒸发结晶主要与膜浓缩搭配使用，这种工艺组合系统流程长，预处理复杂，运行、检修、维护的工作量大，运行成本高，目前已逐步退出脱硫废水零排放市场。

高温烟气旁路蒸发是从空预器前引出一小部分高温烟气（320℃以上）进入烟气旁路，废水的蒸发在旁路蒸发器中完成，废水中的盐类干燥后被收集下来，进入飞灰中或单独处理。旁路蒸发器由于引入的烟温高，在对烟气量、雾化装置、喷雾水量的精确控制下，可确保废水雾滴在旁路烟道内全部蒸发，并且保证蒸发塔出口烟温在130℃以上，避免因酸气结露对烟道、低温省煤器或布袋除尘器产生不良影响；而且旁路烟道运行相对独立，必要时可与主烟道隔离进行维护和检修。

3 最优方案选择

达州公司10t/h的脱硫废水不经过预处理系统，从废水收集箱取脱硫废水，经过多效闪蒸浓缩系统浓缩，浓缩率可达到90%，浓缩后的浓液1t/h送入喷雾干燥机，干燥后的粉尘送入电厂原有的除尘器前烟道，氯离子及重金属被除尘器捕捉，蒸发的水蒸汽进入脱硫塔被吸收。闪蒸浓缩过程中产生水蒸汽，经过凝结后进行回用，实现了脱硫废水处理零排放。

3.1 技术特点

①采用多效闪蒸技术，实现能源阶梯利用，提高了能源的利用率。利用低温省煤器出口凝结水热量加热脱硫废水，整个蒸发过程无外部蒸汽输入，实现低能源消耗。

②不需要对脱硫废水进行三联箱处理+预处理，直接以脱硫废水中的脱硫石膏为晶种，采用闪蒸技术实现离子结晶，脱除废水中的氯离子，蒸发出的洁净水回收再利用。

③脱硫废水零排放工程中，不添加药物，浓缩后的脱硫废水经过干燥进入烟道，盐分经过电除尘进入除尘器灰斗外排，从而除去污染物，系统无结晶盐的产生。

④脱硫废水处理系统回收水率可达到90%，水分利用100%。

⑤脱硫废水中的盐主要以硫酸盐、氯化盐和亚硫酸盐、碳酸盐及灰尘的形式存在，在此蒸发工艺中这些盐类由于采用专利技术，不会导致在蒸发的过程中结垢。

⑥运行成本小于15元/t废水，计算蒸发冷凝水回用，综合运行成本小于10元/t。

⑦干燥速度快、干燥设备占地面积小。从湿物料到干粉产品的整个过程仅在1～5s内完成,属瞬息干燥。

3.2 “闪蒸浓缩+浓液干燥”系统对主机系统的影响和相关改造

3.2.1 对锅炉的影响

浓液干燥需要从锅炉空预器前抽取约7750Nm3/h热烟气，将影响锅炉燃煤增加26.5Kg/h。

3.2.2 对电除尘的影响

由于脱硫废水浓液干燥后的粉尘，占总粉尘量比例一般不会超过0.06%，因此进入电除尘后，灰量对电除尘的影响很小。

3.2.3 对粉煤灰的影响

该工艺对粉煤灰中氯离子会有一定增加，但是对于普通用途的混凝土来说，氯含量远小于标准要求，不影响粉煤灰的综合利用。

3.2.4 对相关系统的改造

①脱硫废水闪蒸浓缩系统厂房利用电厂石膏脱水楼，石膏脱水楼建筑进行改造。脱硫废水缓冲箱尽量利旧，避免二次投资。

②浓液干燥采用烟道旁路抽取约7750Nm3/h烟气量进行干燥，再回至电除尘前烟道，该部分全部采用旁路系统，与原有烟气进行隔离，不影响主烟道运行，需要从脱硝后至空预器前烟道开孔引出一路烟气，开孔直径约250mm；

③浓液干燥后需要回至除尘前烟道，烟道开孔直径约250mm；

④需要利用脱硝钢架上部约3m×3m的场地作为干燥机设备场地。

⑤闪蒸浓缩过程中所需要的热量，取自两台锅炉的低低温省煤器或新增换热器，换热器采用闭式循环换热，除初次罐装水外，正常运行后，只需要少量补水（理论上不需要补水），因此，需要接一路除盐水，管径30～50mm。

⑥闪蒸浓缩系统后的水蒸气需要冷凝降温，需要约90T/h冷却水，冷却后的水回到原来的冷却水系统。

4 结语

通过对脱硫废水处理路线的分析和比较，“低温多效闪蒸浓缩+浓液干燥”处理方案能耗小，运行成本低，对发电机组各设备及副产物影响小，符合国家环保相关政策要求，为下一步类似机组改造提供了技术借鉴方案。