【摘要】為響應(yīng)國家水污染防治政策，徹底解決火電廠廢水排放對環(huán)境的污染，論文重點針對火電廠的脫硫廢水零排放處理系統(tǒng)改造工藝進行分析比較，主要分析了高溫旁路煙道固化技術(shù)與主煙道低溫干燥技術(shù)的優(yōu)缺點，從2種工藝的適用范圍、技術(shù)成熟度、運行可靠性、投資造價、運行費用等指標(biāo)進行詳細(xì)論述和對比，選擇合適的技術(shù)方案及設(shè)計參數(shù)，分析了廢水零排放工藝對電廠相關(guān)系統(tǒng)的影響等。

1 末端廢水處理現(xiàn)狀

電廠末端廢水主要是經(jīng)達標(biāo)處理后的高氯高鹽脫硫廢水，現(xiàn)有傳統(tǒng)物理沉降工藝可以降低脫硫廢水中的重金屬、懸浮物，但處理后的廢水仍具有很高的含鹽量和致垢性離子，腐蝕性較強，直接外排仍具有較大的危害性。而現(xiàn)階段，電廠并未建設(shè)末端高鹽廢水處理系統(tǒng)，鹽廢水通過雨水井或灰場外排，環(huán)保風(fēng)險較高。脫硫系統(tǒng)將主要以鍋爐補給水系統(tǒng)和循環(huán)水排污水處理系統(tǒng)所產(chǎn)生的RO濃水以及少量精處理再生廢水等作為補水，通過適當(dāng)控制脫硫系統(tǒng)排放廢水氯離子含量，脫硫廢水水量可基本穩(wěn)定。

2 末端廢水水質(zhì)、水量及總體改造思路

2.1 水質(zhì)

電廠脫硫廢水主要水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

2.2 水量

對全廠用、排水進行平衡試驗，根據(jù)水平衡測試的結(jié)果，其脫硫廢水量約為6m³/h，夏季滿負(fù)荷工況條件下，水量將增大至8m³/h。

2.3 總體改造思路

根據(jù)最終固化處置工藝的不同，可分為旁路煙氣蒸發(fā)工藝和蒸發(fā)結(jié)晶工藝。

采用旁路煙氣蒸發(fā)工藝，根據(jù)旁路煙氣蒸發(fā)中試驗結(jié)果，在保證一次風(fēng)溫和空預(yù)器出口煙氣溫度滿足系統(tǒng)運行要求的條件下，單臺350MW機組旁路煙氣蒸發(fā)系統(tǒng)最大處理脫硫廢水量為4m3/h。由于電廠現(xiàn)安裝2臺350MW凝汽式汽輪發(fā)電機組，滿負(fù)荷條件下2臺機組的旁路煙氣蒸發(fā)系統(tǒng)的最大處理量為8m³/h，滿足水量處理要求。因而可不對廢水集中減量，直接進入高溫旁煙氣干燥裝置進行固化處置。

常規(guī)固化處理工藝主要為蒸發(fā)結(jié)晶工藝，但該工藝一般需要對廢水進行軟化澄清處理，除去末端高鹽廢水的硬度、硅等結(jié)垢性成分。其整體工藝路線一般包括預(yù)處理、濃縮和蒸發(fā)固化3個階段。

重點對固化處置工藝段進行技術(shù)經(jīng)濟分析，確定最終的處理工藝路線。

3 固化處置技術(shù)方案

3.1 高溫旁路煙氣固化

高溫旁路煙氣固化技術(shù)是利用電廠尾部高溫?zé)煔庥酂?，將脫硫高氯高鹽廢水噴入高溫旁路固化塔內(nèi)干燥，實現(xiàn)低能耗低成本的脫硫廢水零排放工藝。

該技術(shù)主要特點如下：①相對直接煙道噴霧蒸發(fā)，高溫旁路煙氣固化能大大減少噴霧對除塵器安全運行的影響。②利用煙氣余熱進行蒸發(fā)干燥，能夠經(jīng)濟高效地處理脫硫廢水，大大降低電廠廢水零排放系統(tǒng)的投資建設(shè)費用和運行費用。③廢水蒸發(fā)成水蒸氣，進入除塵器的煙氣濕度相應(yīng)增加，煙氣比電阻增加有利于提升除塵器除塵效率。

高溫旁路煙道蒸發(fā)固化流程如圖1所示。

高溫旁路煙氣固化方案核心為煙氣固化干燥塔。固干燥塔從鍋爐尾部脫硝裝置出口煙道接引出300~350℃高溫?zé)煔?，與脫硫高氯高鹽廢水在干燥塔內(nèi)混合迅速傳熱，水迅速蒸發(fā)為水蒸氣，廢水中的鹽形成結(jié)晶物與煙氣混合進入主煙道，在除塵器里面收集下來，該技術(shù)的研究具有重大工程價值。

3.2 主煙道低溫干燥固化

主煙道低溫干燥固化技術(shù)是利用除塵器前的低溫?zé)煔庥酂?，將脫硫高氯高鹽廢水噴入主煙道，利用主煙道的有效長度，實現(xiàn)廢水在低溫?zé)煔庵姓舭l(fā)，廢水中的鹽分、懸浮物、雜質(zhì)固化后隨煙氣進入主廠除塵器內(nèi)，利用現(xiàn)有除塵器收集輸送至灰?guī)臁?/p>

主煙道低溫干燥固化系統(tǒng)流程如圖2所示。

主煙道低溫干燥固化特點包括：①主煙道必須有足夠的有效長度，否則在進入靜電除塵器前液滴不能完全蒸發(fā)。②霧化顆粒越小，液滴的比表面積越大，蒸發(fā)速率也就越快，完全蒸發(fā)所需時間越少；需綜合考慮蒸發(fā)效果和運行成本。③煙氣入口溫度越高，顆粒蒸發(fā)速度越快；煙氣初始溫度越低，未完全蒸發(fā)液滴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大；需在該系統(tǒng)中設(shè)置低溫保護措施，保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。④由于有少量霧化顆粒較大，需要考慮主煙道區(qū)域的防腐蝕問題。

目前有華能上都、華電土右電廠等少數(shù)電廠采用該工藝處理脫硫廢水。華能上都電廠4號機組采用脫硫廢水煙道蒸發(fā)系統(tǒng)，在試運行期間達到了預(yù)期的蒸發(fā)效果。國內(nèi)已有的少數(shù)工程案例投運時間均較短，工藝穩(wěn)定性尚未經(jīng)過驗證，且出現(xiàn)了噴射系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定、煙道積灰結(jié)垢等問題。因此，煙道噴霧蒸發(fā)工藝仍需對關(guān)鍵運行參數(shù)和設(shè)備進行優(yōu)化及改造，以提高系統(tǒng)運行的安全穩(wěn)定性，如：①對煙道結(jié)構(gòu)改造，優(yōu)化煙氣流場，避免煙道內(nèi)煙氣擾動形成渦流，使煙氣流動趨于穩(wěn)定，避免廢霧滴碰壁、觸底，進而造成煙道內(nèi)的結(jié)垢。②增加霧化系統(tǒng)穩(wěn)定裝置，保證廢水霧化效果。

3.3 工藝方案比較

對煙道噴霧干燥和旁路煙氣蒸發(fā)技術(shù)進行比較，結(jié)果如表2所示。

3.4 推薦方案

根據(jù)不同機組容量參數(shù)對旁路煙氣蒸發(fā)處理量進行分析，結(jié)果如表3所示。

從表3可知，單臺350MW等級鍋爐高溫旁路煙氣固化系統(tǒng)最大處理量為4m³/h，電廠裝機容量為2×350MW，總出力為8m³/h。通過優(yōu)化后，全廠廢水水量控制為8m³/h，因此，推薦過濾-高溫旁路煙氣固化工藝作為電廠全廠末端廢水零排放改造方案。

3.5 高溫旁路煙氣固化技術(shù)對電廠相關(guān)系統(tǒng)的影響

3.5.1 對粉煤灰品質(zhì)的影響

對脫硫廢水蒸發(fā)處理后得到的灰樣主要成分、灰樣粒徑進行估算，結(jié)果分別如表4、表5所示。

由表4可以看出，脫硫廢水蒸發(fā)后錐斗灰樣和煙道灰樣的電導(dǎo)率、Ca²⁺、Mg²⁺和Cl^-含量都大幅提高。這是由于脫硫廢水里含有大量的可溶性鹽，在蒸發(fā)過程中析出得到的結(jié)果。

由表5可以看出，灰樣里平均粒徑相對于原始灰樣來說稍有增大，但是原始灰樣和所得固體產(chǎn)物灰樣的最大粒徑都不超過200μm，能很好地通過氣力輸送到灰?guī)烊?，對氣力輸灰沒有影響。

3.5.2 對鍋爐效率的影響

在進行脫硫廢水煙氣蒸發(fā)的情況下，抽取部分高溫?zé)煔獗厝粫﹀仩t效率和電廠效率帶來一定的影響，抽取部分高溫?zé)煔饪赡軙挂淮物L(fēng)和二次風(fēng)的溫度受到影響，通過對工藝流程的模擬，將計算結(jié)果與原始模擬流程計算結(jié)果進行對比計算來得到對鍋爐效率和電廠效率的影響。在流程模擬中，模塊HHEAT是模擬計算將二次風(fēng)溫加熱到原始狀態(tài)風(fēng)溫所需要的熱量，模塊HHEAT1是模擬計算將排煙溫度加熱到原始狀態(tài)排煙溫度所需要的熱量。在計算過程中還作了以下假設(shè)：

①脫硫廢水噴入量為對應(yīng)負(fù)荷下的最大噴水量。

②脫硫廢水蒸發(fā)器出口煙溫分別為130℃和150℃。

計算結(jié)果如表6所示。

3.5.3 對煤耗的影響

按旁路煙氣蒸發(fā)脫硫廢水水量1m³/h，對系統(tǒng)煤耗的影響進行分析，如表7所示，在計算中假設(shè)鍋爐效率為95%。從表7可以看出，當(dāng)系統(tǒng)運行負(fù)荷為300MW，煙氣溫度為350℃時，隨著蒸發(fā)器出口溫度的增加，增加煤耗量從0.0489g/kW·h增加到0.0544g/kW·h。

結(jié)合實際，蒸發(fā)水量為8m³/h，按出口煙溫130℃計算，增加的煤耗約為0.43g/kW·h。

4 結(jié)語

燃煤電廠末端廢水水質(zhì)情況十分復(fù)雜，處理難度較大，目前采用的高溫旁路煙氣固化技術(shù)投資較低，運行成本適合。目前在運行過程中有一定的問題存在，但已經(jīng)有很多工程運行且運行效果良好。

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