关于燃煤电厂脱硫废水零排放技术的应用分析

关于燃煤电厂脱硫废水零排放技术的应用分析

郭欢欢

华电环保系统工程有限公司 江苏南京 210013

摘要：燃煤电厂的脱硫废水含盐量高、水质复杂，在日益严格的环保政策下，传统的脱硫废水处理技术难以满足处理要求，废水零排放已刻不容缓；对蒸发结晶法和烟气蒸发法等脱硫废水零排放处理技术在实际中的应用案例进行了分析比较。

关键词：脱硫废水；零排放技术；蒸发结晶法；烟气蒸发法

0 引言

脱硫废水作为燃煤电厂石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺产生的末端废水，成分复杂，悬浮物含量高、盐含量高（氯离子含量高，难处理）、硬度高（含有Ca²⁺、Mg²⁺）、含有重金属离子等杂质，PH值约为5~6，废水呈酸性。

脱硫废水的水质特征决定了该废水处理难度较大，必须经过严格的处理流程，才能达标排放，否则会对水环境和土壤环境造成非常严重的影响。

1 脱硫废水传统处理技术现状

目前大多数电厂采用传统的处理工艺----物理化学法处理脱硫废水，主要处理设施为三联箱，通过中和、沉淀、絮凝和澄清等工艺对脱硫废水进行处理。该工艺流程如图1^[1]所示。

图1 脱硫废水传统处理工艺流程

该工艺流程可以去除悬浮物、有机物、重金属离子等，操作相对简单，但不能有效去除废水中的氯离子，处理出水的氯离子含量仍然很高，存在较强的腐蚀性。

国内典型的物理化学处理法能够对脱硫废水进行达标性的排放，但是和国外先进的技术还存在着一定的差异性，在这一背景影响下，我国制定了相关的政策，鼓励火电厂实现废水的循环利用，因此在当前的时代背景下进行废水零排放处理是非常重要的。对于燃煤电厂来说，脱硫废水的零排放处理技术则成为全厂废水零排放的关键难点。

2 脱硫废水零排放技术比较分析

2.1 主要工艺路线

脱硫废水零排放的处理工艺，主要包括蒸发结晶法和烟气蒸发法这两类工艺路线。蒸发结晶法通过一系列工艺处理流程，将脱硫废水进行浓缩减量后回收盐分，而烟气蒸发法则是通过烟道烟气的热量将废水蒸发转化成固态物质。

2.1.1 蒸发结晶法

蒸发结晶法的工艺流程为预处理+浓缩减量+蒸发结晶，预处理的主要目的是软化水质，预处理技术包括化学加药软化处理以及膜过滤处理技术等。浓缩减量的主要目的是减少蒸发结晶处理的废水量。浓缩减量的处理技术有膜浓缩和热力浓缩法，包括正渗透、反渗透、电渗析、蒸馏法等。蒸发结晶的处理技术包括机械蒸汽再压缩技术（MVR）、低温多效蒸发技术（MEE）以及热力蒸汽再压缩技术（TVR）等^[2]。通常根据脱硫废水的污染物情况和水质处理要求，对不同的组合工艺路线进行技术经济比较后综合考虑确定。

2.1.2 烟气蒸发法

烟气蒸发法的工艺流程为预处理+烟气喷雾蒸发，预处理可利旧电厂原有的三联箱传统处理工艺，烟气喷雾蒸发技术包括直接烟道喷雾蒸发技术和旁路烟道喷雾蒸发技术。直接烟道喷雾蒸发技术是将脱硫废水通过双流体喷枪进行雾化处理后喷入空预器与除尘器之间的烟道，利用锅炉尾部的烟气余热使废水迅速蒸发。废水蒸发后产生的固态物质随烟气进入到除尘系统中被捕获收集。旁路烟道喷雾蒸发技术从空预器与脱硝装置之间的烟道引接旁路烟道，将高温烟气送至蒸发塔，同时将脱硫废水雾化后喷入蒸发塔，利用锅炉尾部的烟气余热使废水迅速蒸发。废水蒸发后产生的固态物质落入到灰斗或由仓泵输送到除尘系统进行收集。

2.2 主要处理工艺分析

2.2.1 预处理+膜浓缩+MVR蒸发结晶工艺

国 电汉川发电有限公司三期扩建工程2x1000MW超超临界火力发电机组脱硫废水零排放项目，是全国首个采用机械式蒸汽再压缩（MVR）蒸发结晶工艺来处理电厂脱硫废水的项目，于2016年12月20日成功通过168h调试运行验收^[3]。 该项目脱硫废水处理流程为：原水 纳滤系统 高压膜浓缩

蒸发结晶系统（MVR） 工业精制二级盐。

该系统设计处理能力为36m³/h，经过高压膜浓缩处理的浓水进入蒸发结晶系统，经过浓缩后的废水量为8m³/h，浓水中钠离子浓度为33000~40000mg/L，氯离子浓度为43000~64000mg/L。采用MVR强制循环蒸汽结晶系统处理后，蒸发产生的冷凝水进入冷凝水回收系统，结晶盐纯度为97.5%，达到了《工业盐》GB/T5462标准所规定的精制工业盐二级标准，实现了资源化利用。但该项目投资、运行成本较高，工程投资为8000万左右，运行成本100元/吨。

2.2.2 软化+ MED蒸发结晶工艺

深能源河源电厂一期工程为2台600 MW超临界燃煤机组，脱硫废水深度处理工程于2009年12月投入运行。采用常规预处理+软化+四效蒸发 MED+盐干燥打包技术。系统处理水量为22m³/h，包括脱硫废水18 m³/h，以及其他废水 4 m³/h

^[4]。四效蒸发结晶系统的动力蒸汽取自辅助蒸汽，对一效蒸发器进行加热，动力蒸汽冷凝后回用；废水经一效蒸发器蒸发浓缩，其形成的二次蒸汽作为二效蒸发器的热源；浓缩后的废水进入二效蒸发器进一步浓缩，其形成的二次蒸汽又作为三效蒸发器的热源；如此类推，浓缩废水进入四效蒸发器后最后一次浓缩并结晶，经脱水将结晶盐提出。四效蒸发器出来的蒸汽最后进入凝汽器冷凝成水，该水即为脱盐后的蒸馏水，水质很好，可回用于冷却塔。

河源电厂采用该工艺处理后产生的结晶盐为混盐，系统运行稳定可靠，但投资、运行成本高。系统投资达到7000万元以上，每吨废水的蒸汽能耗为0.28t/h，综合脱硫废水处理费用约180元/吨（含药耗、能耗、设备折旧与人工费用等）。

2.2.3 预处理+膜浓缩+ TVR蒸发结晶工艺

华东地区某大型火力发电厂建有4台1000MW燃煤机组，设计脱硫废水零排放系统处理能力为42m³/h，其中蒸发结晶系统设计出力2x8m³/h，该系统于2019年5月投运。主要工艺流程为废水调节池+两级高效澄清池+膜浓缩+热力蒸汽再压缩蒸发结晶系统（TVR）。结晶盐达到精制工业盐二级标准，蒸馏水满足锅炉补给水处理系统进水要求。

该工程总投资约9000万元，直接运行成本包括药剂费、电费、蒸气费及换膜成本等，运行成本约35.3元/吨^[5]。

2.2.4 旁路烟道蒸发工艺

某300MW燃煤机组脱硫废水采用喷雾干燥废水处理系统，设计最大处理水量为6m³/h，包括废水给料系统、烟气系统、喷雾干燥塔系统和除灰系统。该工艺的核心设备为喷雾干燥塔中的旋转雾化器，旋转雾化器的转速可以达到10000r/min以上，可根据处理水量和烟气温度、烟气量等调整转速，满足废水的蒸发需求。脱硫废水蒸发后的粉煤灰质量达到了《粉煤灰混凝土应用技术规范》的规定，不影响粉煤灰的综合利用。满负荷工况下，锅炉效率下降约0.54个百分点^[6]。

该工艺设备较少、运行操作简单，但系统运行对锅炉效率和煤耗有一定影响。 可考虑浓缩废水水量或提高出口烟温，降低不利影响。

2.2.5 直接烟道蒸发工艺

内蒙古某电厂采用直接烟道蒸发工艺，脱硫废水处理量为17m³/h，该项目投资金额5000万元，运行成本为9.67元/吨，占地面积300m²。该工艺运行费用低、不影响锅炉效率、占地面积小、建设周期短以及设备维护简单，但该工艺可能存在喷嘴堵塞、废水蒸发不完全造成的雾滴挂壁、烟道结垢腐蚀等问题^[7]。

3 结论

由以上分析可知，蒸发结晶法可处理水量较大的废水，生成的结晶盐可实现资源化利用。不同的工艺产生的结晶盐成分不同，有混盐和纯盐之分，目前国家没有对结晶混盐制定统一的标准，结晶混盐普遍存在处置困难的问题，而结晶纯盐可达到工业精制二级盐的标准。但该法投资及运行成本较高、占地面积较大。

烟气蒸发法适合处理水量较小的废水，工艺流程简单、投资及运行成本较低、占地面积较小，产生的粉煤灰可实现综合利用，但需考虑烟道蒸发对电厂热力系统的影响。

近年来，脱硫废水零排放技术得到了广泛地运用，有多种技术路线已经投产运行。燃煤电厂在进行脱硫废水零排放处理方案选型时，应经过充分的研究论证，根据实际情况进行技术路线比选分析，选择安全可靠的零排放处理工艺。

参考文献：

［1］刘海洋，江澄宇，谷小兵，等．燃煤电厂湿法脱硫废水零排放处理技术进展［J］．环境工程，2016（4）：33-36.

［2］王莹．蒸发浓缩技术现状及技术对比［J］．中国化工贸易，2017（3）:78.

［3］万勇刚，徐峰，田旭峰，等．国电汉川发电有限公司脱硫废水蒸发结晶项目工艺解析［J］．华电技术，2017，39（10）：74-76.

［4］崔丽．火力发电厂脱硫废水深度处理工艺的应用［J］．吉林电力，2018，46（5）：51-53+56.

［5］王仁雷，衡世权，王丰吉，等．百万机组脱硫废水零排放系统性能试验研究［J］．给水排水，2020，46（9）：78-81.

［6］王群奎，晋银佳，宋达，等．某300 MW燃煤机组脱硫废水旁路烟道蒸发系统设计［J］．华电技术，2020，42（3）：19-24.

［7］王焕伟，治卿，张文耀，等．燃煤电厂脱硫废水零排放现状分析［J］．环境保护科学，2020，46（3）：85-88.