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根據(jù)排污許可證相關(guān)要求，火電廠各類工業(yè)生產(chǎn)廢水均應(yīng)實(shí)現(xiàn)回用、不外排。其中，脫硫廢水水量及水質(zhì)受燃煤煤質(zhì)影響較大，呈現(xiàn)較大的波動(dòng)性，具有含鹽量高、COD高、硬度高以及懸浮物高等特點(diǎn)。當(dāng)前，火電廠已實(shí)現(xiàn)廢水零排放的工程案例不在少數(shù)，采用的工藝路線也多種多樣。根據(jù)研究資料，脫硫廢水零排放的主要工程模式為濃縮階段采用預(yù)處理軟化+膜濃縮工藝，或者低溫?zé)煔庹舭l(fā)濃縮工藝，末端固化階段以旁路煙道蒸發(fā)工藝為主。預(yù)處理軟化+膜濃縮工藝系統(tǒng)冗長，需經(jīng)過多次濃縮、軟化，投資成本高、占地面積大、運(yùn)行成本高，軟化產(chǎn)生的污泥量大，處置費(fèi)用高。低溫?zé)煔庹舭l(fā)濃縮工藝受機(jī)組排煙溫度、煙氣流場、煙道布置等因素影響較大，限制了濃縮效率及末端固化水量，運(yùn)行效果欠佳。旁路煙道蒸發(fā)工藝具有較好的獨(dú)立性，運(yùn)行故障可隔離檢修，缺點(diǎn)是受布置空間限制，若無法在鍋爐區(qū)域就近布置，則造成熱源外引煙道過長。有工程案例表明，旁路煙道蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)口煙道因外引風(fēng)量小、吸力大，造成煙道漏風(fēng)高，設(shè)計(jì)煙氣溫度偏離嚴(yán)重。

為探索更為高效、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的脫硫廢水處理工藝方案，華東地區(qū)某熱電廠采用強(qiáng)制循環(huán)濃縮高溫霧化的工藝路線，脫硫廢水不需進(jìn)行軟化處理，通過與熱源間接接觸換熱，加熱后的脫硫廢水在濃縮塔內(nèi)噴淋，底部強(qiáng)制通入空氣，利用干燥空氣與加熱的廢水直接接觸，帶走熱量及水分，實(shí)現(xiàn)廢水濃縮。濃縮液直接輸送至空預(yù)器前煙道直噴霧化，最終實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放。

1、項(xiàng)目概況

該熱電廠為實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的脫硫廢水零排放，以一臺(tái)330MW燃煤機(jī)組為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)脫硫廢水量為8.5m3/h。為提升濃縮階段效果，采用低品質(zhì)蒸汽作為熱源，設(shè)計(jì)濃縮倍率不低于5倍，將脫硫廢水從8.5m3/h濃縮至1.7m3/h。為突破主煙道蒸發(fā)霧化工藝消納水量不高的局限，末端廢水直接輸送至空預(yù)器前煙道霧化蒸發(fā)，設(shè)計(jì)將末端廢水2m3/h完全消納。工藝流程如圖1所示。設(shè)計(jì)水質(zhì)如表1所示。

2、強(qiáng)制循環(huán)濃縮系統(tǒng)

脫硫廢水不進(jìn)行預(yù)處理軟化，由廢水泵輸送至蒸發(fā)塔。由廢水循環(huán)泵抽取塔底部高鹽廢水，輸送至頂部噴淋蒸發(fā)段。通過噴淋霧化噴嘴進(jìn)行霧化噴淋，霧化后的高鹽廢水落入濃縮塔底部，循環(huán)進(jìn)行。強(qiáng)制循環(huán)過程中不斷通過換熱器對(duì)廢水進(jìn)行間接加熱，為滿足廢水蒸發(fā)效率，控制蒸汽量，將廢水加熱至70~80℃。離心風(fēng)機(jī)抽取環(huán)境中空氣通入蒸發(fā)塔，與加熱后的廢水逆向直接接觸，干燥的空氣加熱后轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡蜐窨諝猓?jīng)過除霧器去除氣體中的大顆粒霧滴后，攜帶濕度及熱量進(jìn)入脫硫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的濃縮減量，濃縮液進(jìn)入下一階段。廢水的濃縮倍率可通過控制離心風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)量、循環(huán)泵循環(huán)流量及蒸汽量等實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

強(qiáng)制循環(huán)濃縮系統(tǒng)主要設(shè)備清單如下。

①高鹽廢水輸送系統(tǒng)：高鹽廢水給料泵2臺(tái)，Q=60m3/h，H=200kPa，過流材質(zhì)為碳化硅陶瓷。

②蒸發(fā)塔系統(tǒng)：蒸發(fā)塔1套，處理量不小于8.5m3/h，整體預(yù)制，鈦合金復(fù)合板（C276）材質(zhì)（厚度不低于2mm）；溶液區(qū)C276厚度3mm；送風(fēng)機(jī)2臺(tái)，Q=33250m3/h，P=6kPa；高鹽廢水循環(huán)泵4臺(tái)，2用2備，Q=320m3/h，H=300kPa，過流材質(zhì)為碳化硅陶瓷；高鹽廢水加熱器2臺(tái)，2507或鈦合金材質(zhì)，防腐蝕、防結(jié)垢；霧化噴淋系統(tǒng)1套，C276不銹鋼或碳化硅材質(zhì)；高效除霧器1套，屋脊式。

③熱媒水加熱系統(tǒng)：熱媒水加熱器1臺(tái)，管殼式換熱器，換熱管材質(zhì)316L，壁厚根據(jù)壓力設(shè)計(jì)，外殼材質(zhì)20R；熱媒水循環(huán)泵2臺(tái)，Q=450m3/h，H=250kPa，變頻。

2.1 換熱系統(tǒng)

為保證廢水換熱效果，避免輔助蒸汽將廢水過度加熱產(chǎn)生結(jié)垢，換熱流程為輔助蒸汽-熱媒水-廢水，均為間接換熱。設(shè)熱媒水加熱器1臺(tái)，蒸汽側(cè)溫度為280~320℃，壓力為0.5~1.0MPa，熱媒水側(cè)為除鹽水，進(jìn)水溫度為96.7℃，出水溫度為108℃，流量為590m3/h。設(shè)廢水加熱換熱器2臺(tái)，廢水側(cè)進(jìn)水溫度為68℃，出水溫度為80℃，流量為300m3/h，采用管殼式換熱器，直通單管程形式，材質(zhì)為TA2，熱媒水側(cè)為除鹽水，進(jìn)水溫度為108℃，出水溫度為96.7℃，流量為295m3/h。

2.2 蒸發(fā)塔系統(tǒng)

設(shè)置廢水濃縮蒸發(fā)塔1座，整體采用C276材質(zhì)，尺寸為3.0m×2.5m×15.0m，塔內(nèi)設(shè)置2個(gè)噴淋層，噴嘴采用碳化硅螺旋型，設(shè)置1層屋脊式除霧器。設(shè)離心風(fēng)機(jī)2臺(tái)，1用1備，設(shè)計(jì)風(fēng)量為42000m3/h（20℃），揚(yáng)程6kPa，變頻控制。設(shè)廢水循環(huán)泵4臺(tái)，2用2備，設(shè)計(jì)流量為320m3/h，揚(yáng)程300kPa，變頻控制，葉輪、泵體、泵蓋均為陶瓷材質(zhì)。

2.3 輸送及沖洗系統(tǒng)

設(shè)廢水給料泵2臺(tái)，1用1備，設(shè)計(jì)流量為60m3/h，揚(yáng)程為300kPa，工頻控制，流通介質(zhì)為常溫脫硫廢水。設(shè)返料泵2臺(tái)，1用1備，設(shè)計(jì)流量為20m3/h，揚(yáng)程為300kPa，工頻控制，流通介質(zhì)為脫硫廢水濃縮液。設(shè)沖洗水泵1臺(tái)，設(shè)計(jì)流量為15m3/h，揚(yáng)程為300kPa，工頻控制。

3、高溫霧化系統(tǒng)

高溫霧化系統(tǒng)處理能力不低于2m3/h，空預(yù)器前端煙氣溫度為330~370℃，具有較高的煙氣熱量，能夠?qū)U水瞬間霧化蒸發(fā)。濃縮液懸浮物較高，需進(jìn)行除濁處理，利用原脫硫廢水三聯(lián)箱系統(tǒng)進(jìn)行除濁、澄清，控制懸浮物低于150mg/L，輸送至空預(yù)器前煙道霧化直噴，噴槍采用雙流體霧化工藝。高溫霧化系統(tǒng)主要設(shè)備清單見表3。

4、運(yùn)行效果及影響

4.1 強(qiáng)制循環(huán)濃縮系統(tǒng)

4.1.1 濃縮效果

廢水濃縮塔通過壓力控制漿液密度進(jìn)樣、排樣。不同漿液密度的脫硫廢水濃縮液取樣化驗(yàn)結(jié)果見圖2。

濃縮倍率是濃縮液中氯離子濃縮與原液中氯離子濃縮的比值。根據(jù)分析結(jié)果，濃縮倍率可控且上限較高，可達(dá)到7.72倍。為保證經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)，通?？刂茲饪s倍率為5倍。強(qiáng)制循環(huán)濃縮系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，制循環(huán)濃縮系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)：大氣壓101.35kPa，環(huán)境空氣溫度30℃，空氣相對(duì)濕度80%，脫硫廢水進(jìn)水量8.5m3/h，蒸發(fā)水量6.8m3/h，濃縮倍率為5倍，干空氣量23549m3/h，消耗蒸汽6.9m3/h，液氣比15.36L/m3，總換熱功率5.39MW。噸廢水消耗蒸汽量為1.0~1.1m3（200~260℃、0.45~0.65MPa）。

4.1.2 對(duì)脫硫系統(tǒng)水平衡的影響

與原系統(tǒng)相比，增加了32820m3/h（設(shè)計(jì)值）的68℃飽和濕空氣，經(jīng)吸收塔內(nèi)漿液洗滌，出口煙氣為50℃，仍為飽和濕空氣。查詢相關(guān)標(biāo)態(tài)下飽和濕空氣含水量資料可知，空氣為65℃時(shí)，含水量為207.56g/kg干空氣，空氣為50℃時(shí)，含水量為87.56g/kg干空氣。通過計(jì)算可知，約4m3/h水量在吸收塔噴淋降溫中析出，造成脫硫系統(tǒng)進(jìn)口水量增加。

4.1.3 對(duì)脫硫系統(tǒng)氯離子平衡的影響

脫硫廢水經(jīng)濃縮后，濃縮液中氯離子濃度高達(dá)40g/L，空氣強(qiáng)制冷卻后將熱量及水分?jǐn)y帶進(jìn)入脫硫系統(tǒng)，其中不可避免地?cái)y帶部分漿液霧滴。根據(jù)相關(guān)研究，低于10μm的霧滴容易逃避除霧器的攔截，霧滴進(jìn)入吸收塔后將造成脫硫系統(tǒng)氯離子含量升高。濃縮前后脫硫系統(tǒng)氯平衡計(jì)算如表4所示。濃縮塔出口濕空氣冷凝液中氯離子檢測值為800mg/L，通過脫硫系統(tǒng)氯離子平衡計(jì)算，濃縮后濕空氣攜帶進(jìn)入的氯離子造成脫硫廢水由8.64m3/h變至8.73m3/h，增加0.09m3/h。

4.2 高溫霧化系統(tǒng)

4.2.1 煙氣中的SO3

為考察濃縮液在空預(yù)器前端霧化對(duì)煙氣中SO3濃度的影響，調(diào)整三聯(lián)箱出口pH至8.5~9.0。通過控制冷凝（CCS）技術(shù)對(duì)煙氣中的SO3進(jìn)行采集，對(duì)比濃縮液在空預(yù)器前端霧化前后對(duì)煙氣中SO3濃度的影響。同時(shí)，分別對(duì)濃縮液中的硫酸根、飛灰中的全硫含量進(jìn)行分析，結(jié)果見表5。霧化前后硫元素總量分別為21.75、22.67kg/h，總量基本持平。霧化蒸發(fā)后濃縮液中的硫元素全部進(jìn)入飛灰，再由電除塵去除，對(duì)煙氣中的SO3濃度基本無影響。

4.2.2 空預(yù)器進(jìn)出煙氣溫度

不同霧化水量對(duì)空預(yù)器前后煙氣溫度的影響見圖3。空預(yù)器前端消納2m3/h廢水，引起空預(yù)器進(jìn)口煙氣溫度降低6.9℃，空預(yù)器出口煙氣溫度降低2.3℃；空預(yù)器前端消納1m3/h廢水，引起空預(yù)器進(jìn)口煙氣溫度降低3.28℃，空預(yù)器出口煙氣溫度降低1.2℃。

4.2.3 鍋爐爐效

空預(yù)器進(jìn)出口溫度變化，勢必引起空預(yù)器換熱效率的變化，導(dǎo)致鍋爐爐效的變化。在廢水霧化的同時(shí)，記錄機(jī)組燃煤量等相關(guān)DCS數(shù)據(jù)，測試深度處理裝置進(jìn)口煙氣量及煙溫、煙氣成分等相關(guān)參數(shù)，取樣化驗(yàn)入爐煤煤質(zhì)以及飛灰大渣含碳量，計(jì)算不同工況下鍋爐爐效，結(jié)果如表6所示。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在空預(yù)器前消納2m3/h廢水，鍋爐爐效降低0.11%；消納1m3/h廢水，鍋爐爐效降低0.05%。

5、運(yùn)行成本

該工程直接運(yùn)行費(fèi)用主要為系統(tǒng)電耗，間接費(fèi)用為高溫霧化蒸發(fā)后降低空預(yù)器入口煙氣溫度影響鍋爐爐效，從而增加發(fā)電煤耗。整體系統(tǒng)功率為231kW，按上網(wǎng)電價(jià)0.42元（/kW·h）計(jì)算，利用小時(shí)按4800h計(jì)，則運(yùn)行電耗費(fèi)用為46.6萬元。高溫霧化系統(tǒng)增加煤耗0.38g/（kW·h），標(biāo)煤價(jià)格按1100元/t計(jì)算，則增加間接運(yùn)行費(fèi)用66.2萬元。濃縮脫硫廢水8.5m3/h，消耗蒸汽6.9t/h，壓力為0.45~0.65MPa，此為低品質(zhì)熱源，故不計(jì)入運(yùn)行費(fèi)用。合計(jì)運(yùn)行費(fèi)用為112.8萬元/a，折合噸水運(yùn)行費(fèi)用為27.65元/m3。該工程與旁路煙氣干燥蒸發(fā)系統(tǒng)（66.68~70.48元/m3）、蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)（150~180元/m3）相比，具有明顯的運(yùn)行成本優(yōu)勢。

6、結(jié)論

①脫硫廢水零排放工程采用強(qiáng)制循環(huán)濃縮高溫霧化蒸發(fā)的工藝組合路線，濃縮段無需軟化預(yù)處理系統(tǒng)，以低品質(zhì)蒸汽為熱源，采用間接換熱的形式，能夠?qū)崿F(xiàn)高倍率濃縮，濃縮液直接輸送至空預(yù)器前端霧化消納，系統(tǒng)簡單、穩(wěn)定，處理量滿足設(shè)計(jì)要求。

②強(qiáng)制循環(huán)濃縮階段具有較好的濃縮效果，濃縮倍率最高達(dá)7.72倍，采用空氣為載體交換熱量，濕空氣攜帶部分鹽分進(jìn)入脫硫系統(tǒng)，增加了系統(tǒng)水平衡進(jìn)水量，造成脫硫廢水量增加，對(duì)脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生一定影響。

③高溫霧化蒸發(fā)單元系統(tǒng)操作簡單，霧化效果好，對(duì)煙氣系統(tǒng)的影響小，能夠有效解決主煙道霧化技術(shù)因機(jī)組負(fù)荷、煙道條件、霧化水量等造成的應(yīng)用受限問題。高溫霧化后降低空預(yù)器進(jìn)口煙氣溫度，對(duì)鍋爐效率產(chǎn)生一定影響，蒸發(fā)后的鹽類進(jìn)入飛灰，不會(huì)對(duì)煙氣成分產(chǎn)生影響。

④該工程噸水運(yùn)行費(fèi)用為27.65元/m3，相比于旁路煙道蒸發(fā)系統(tǒng)、蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)，運(yùn)行成本具有較大優(yōu)勢。