循环流化床锅炉烟气脱硫废水“零排放”技术分析及实践

锅炉烟气在进行湿法脱硫过程中，为了防止吸收塔内浆液中可溶解的氯离子和细小的灰尘颗粒浓度富集过高，需要定期地从系统中排放出一定量的废水，这就是脱硫废水的主要来源。近年来，随着我国水资源短缺、水资源质量不断下降、水环境持续恶化，国家出台了一系列的环境保护和水资源保护政策。2017年1月生态环境部发布的《火电厂污染防治技术政策》中明确指出“鼓励采用蒸发干燥或蒸发结晶等处理工艺，实现脱硫废水不外排”，并且在《水污染防治行动计划》中提出实行废水零排放将势在必行，未来火电厂将面临着更加严峻的废水治理压力。

一、技术现状

脱硫废水具有盐分高、弱酸性、易腐蚀、悬浮物含量高、硬度高、易结垢、成分复杂等特点，目前已成为电力行业中工业废水治理的一大技术难题。传统处理方式采用三联箱处理工艺，具体流程为：中和沉降絮凝浓缩澄清污泥处理。该工艺虽然可以去除废水中的绝大多数悬浮物和重金属，以及部分钙镁离子，但是对可溶性盐的去除效果较差，处理后废水中的cr含量仍旧非高，不能直接外排；同时，传统工艺需要投加大量氨氮去除剂、强碱等药剂，处理成本高，易对周边环境造成二次污染。因此传统方法存在较大技术局限性。传统方法没有从根本上解决废水的去向问题，随着环保政策的日渐收紧，急需寻求新工艺，实现废水真正意义上的“零排放”。脱硫废水“零排放”是指：脱硫废水经过处理后，分离出其中的盐类和有害物质，以固体形式被捕集下来；回收废水中的水资源进行循环重复利用，从而达到无任何废水排出的效果。目前国内燃煤电厂各类脱硫废水零排技术均有所应用，但实际工程应用中存在系统复杂、设备稳定性差，投资及运行成本高等一系列问题，因此需探索出一条更加经济、可靠且能够稳定运行的技术工艺路线，将会有广阔的应用前景。

1. 改进措施

   本文对传统脱硫废水处理工艺进行技术改进，采用“预处理十浓缩减量十结晶固化”的技术路线来实现脱硫废水零排放。预处理主要是去除废水中的悬浮物和重金属，软化废水，减少后续工艺的处理压力，目前预处理技术已较为成熟、普遍，通常采用三联箱工艺和一体化工艺；浓缩减量的目的是大量回收废水中的水资源，同时减少下一级结晶固化阶段的废水处理量，常用的方法有膜法浓缩法、热法浓缩法和烟气浓缩法三种；结晶固化的目的是将废水中的可溶性盐类分离去除，以固体的形态被捕集下来，同时回收利用少量水资源，最终实现废水零排放，主要方法分为旁路烟道蒸发法、直接烟道蒸发法和热法蒸发法三种。本文从静态投资成本、工艺原理、运行特点及运行费用等方面，对各工艺技术方法进行了对比分析，对比结果见表1和表2。

根据以上对比分析，可明显看出从技术性和经济性综合效益出发，“烟气浓缩直接烟道蒸发”法为脱硫废水零排放技术的最优技术方案。烟气浓缩烟道蒸发法工艺流程如图1所示。

废水“烟气浓缩-烟道蒸发”法主要分三部分：烟气浓缩环节、过滤分离环节、烟道蒸发环节，作为热源的原烟气引自引风机出口与湿法脱硫塔之间的上游烟道，引出一部分脱硫原烟气，引出的烟气量根据废水蒸发量决定，引出的烟气经增压风机增压后进入蒸发塔与塔内循环喷淋的废水进行换热，形成饱和湿烟气，废水中的水分在高温烟气作用下蒸发随烟气排出，将废水量浓缩到原有的10％到20％左右，换热后的饱和湿烟气又重新回到湿法脱硫塔内，烟气内回收的水资源进入脱硫塔作脱硫补充水；蒸发塔内浓缩后的废水经过滤分离，去除大颗粒悬浮物后取出水箱暂存，再经加压后通过双流体喷枪雾化喷入烟道蒸发结晶，从而实现废水不外排的目的。

1. 工程实施效果

   本文在某220t／h高温高压循环流化床锅炉上实施了基于“烟气浓缩烟道蒸发”法的脱硫废水零排放工艺系统及处理设施的工程实践，设计处理废水量为3.5t／h，建设了烟气系统、蒸发塔系统、浆液排出系统、出水箱系统、喷射系统五大设备系统，脱硫废水零排放系统设施如图2所示。

根据运行效果发现，到喷雾蒸发的效果好坏对整个废水零排工艺的稳定运行有着很大的影响，喷射流量、雾化角度、烟气流速、烟气温度、雾化粒径、喷射速度这六个因素均会影响废水液滴的蒸发时间，废水液滴停留时间随流量的变化如图3所示，废水液滴停留时间随喷射角度的变化如图4所示，废水液滴停留时间随烟气流速的变化如图5所示，废水液滴停留时间随烟气温度的变化如图6所示，废水液滴停留时间随液滴粒径的变化如图7所示，废水液滴停留时间随喷射速度的变化如图8所示。从以上六幅曲线图可看出废水喷射量、液滴雾化粒径的增加会导致蒸发时间的增长;随着烟气流速、烟气温度的增加，蒸发时间逐渐缩短，但随着烟气流速的增加，停留时间缩短的幅度是逐渐变小的，而烟气温度与液滴停留时间之间基本呈线性关系;当雾化角由30°变化至120°时，蒸发时间略有下降，但超过120°后随着喷射角度继续增大，液滴停留时间却呈现上升趋势;当喷射速度大于10m/s时，随着喷射速度增加，蒸发时间明显下降。

根据以上分析结果，在工程应用中，喷嘴的选择需要注意结合现场实际工况，喷射流量应与实际烟气流量和烟气温度相互匹配，同时可选取雾化粒径较小、喷射角度在120°左右、喷射速度大于10m／s的喷嘴，更有利于废水液滴的蒸发。为分析废水零排放系统投入后对尾部烟道烟气排放的影响，本文采集了一段时间的DCS废水喷射量、烟气温度、粉尘浓度等数据，进行对比分析，喷射流量与电除尘器入口温度关系如图9所示，喷射流量与电除尘器出口烟尘浓度关系如图10所示。

从图9和图10中可以看出，废水经蒸发浓缩后，电袋除尘器前烟道内喷射量仅剩不到0．5t/h，废水量浓缩至原来的七分之一；喷射废水后，该烟道内烟温还有130℃左右，CEMS净烟气粉尘折算浓度约为0.2mg／m3，说明废水的喷射对烟气温度及粉尘排放浓度影响均很小。

1. 结论

   脱硫废水零排放技术的开发为脱硫废水的高效处理回用提供了一条行之有效的途径，本文采用“烟气浓缩-烟道蒸发”法，利用脱硫原烟气的余热对废水进行浓缩蒸发，浓缩后的浓废水再喷入干式除尘器前的干燥塔内蒸发结晶，而废水中的盐及颗粒物则通过干式除尘器去除，随飞灰一起外排。此处理方法无须额外的热源，运行成本亦较低，同时没有单独的废盐产生，且对烟气温度及污染物的排放几乎没有影响。该成果解决了脱硫废水无法纳管外排的问题，实现废水零排放，同时能够回收利用废水中的水资源，对节能降耗、改善地区环境都起到良好的作用，且投资成本及运行成本远低于常规废水零排工艺，具有较为广阔的应用前景。

文献信息

王爱晨,王琦,沈冰,等. 循环流化床锅炉烟气脱硫废水“零排放”技术分析及实践[C]//浙江省电力学会.浙江省电力学会2022年度优秀论文集.中国电力出版社,2023:6.DOI:10.26914/c.cnkihy.2023.040352.