基于鍋爐煙氣余熱蒸發(fā)脫硫廢水零排放技術(shù)利用空氣預(yù)熱器后的鍋爐煙氣余熱對霧化后的脫硫廢水進行蒸發(fā)處理，水分完全蒸發(fā)，廢水中污染物結(jié)晶固化，固體顆粒隨煙氣中的飛灰一起被電除塵器收集，從而實現(xiàn)脫硫廢水的零排放。結(jié)合某電廠脫硫廢水零排放工程的理論計算分析、實際應(yīng)用和運行狀況，對該技術(shù)路線進行探討，并提出優(yōu)化和改進措施。
目前燃煤電廠應(yīng)用最為廣泛的脫硫廢水處理工藝是“三聯(lián)箱”工藝。該工藝采用物理化學(xué)方法，包括中和、絮凝、沉淀和澄清等4個主要步驟對脫硫廢水進行處理。但是，經(jīng)過“三聯(lián)箱”工藝處理后的脫硫廢水中的Cl-濃度并未減少，含有高濃度Cl-的出水由于具有強腐蝕性而無法進行回用或直接外排。
隨著國家環(huán)保節(jié)能政策的日趨嚴格，特別是“水十條”的發(fā)布與實施，國家將強化對各類水污染的治理力度，提出了最嚴格的源頭保護和生態(tài)修復(fù)制度，全面控制污染物排放，著力節(jié)約保護水資源，全力保障水生態(tài)安全。國家對環(huán)境污染的治理日益提速，對廢水的排放要求也越來越嚴苛。燃煤電廠的節(jié)水減排問題，日益受到大家的重視，尤其是濕法脫硫廢水因高含鹽量、成分復(fù)雜、高腐蝕性、回用困難等因素，導(dǎo)致一直難以實現(xiàn)零排放。
本文結(jié)合某電廠脫硫廢水零排放應(yīng)用工程，對基于鍋爐煙氣余熱蒸發(fā)脫硫廢水零排放技術(shù)進行探討，并提出優(yōu)化和改進措施，以真正實現(xiàn)脫硫廢水零排放。
1設(shè)計條件
某電廠通過采用鍋爐煙氣余熱蒸發(fā)脫硫廢水，從而實現(xiàn)脫硫廢水的零排放。
電廠現(xiàn)有3臺220t電站鍋爐和2臺64MW供熱鍋爐，發(fā)電總裝機容量102MW，年利用小時數(shù)5500h。脫硫改造工程采用石灰石-石膏濕法，有GGH。
經(jīng)脫硫系統(tǒng)物料平衡計算，脫硫廢水參數(shù)見表1，鍋爐煙氣參數(shù)見表2。
表1脫硫廢水參數(shù)
表2鍋爐煙氣參數(shù)
2煙氣余熱蒸發(fā)技術(shù)的理論計算分析
將脫硫廢水霧化噴射入空氣預(yù)熱器之后的煙道內(nèi)，利用煙道煙氣的余熱進行蒸發(fā)，會對煙氣的粉塵含量、溫度等特性產(chǎn)生影響。通過理論計算對設(shè)計條件下的煙氣余熱蒸發(fā)脫硫廢水零排放處理系統(tǒng)進行影響分析。
2.1對飛灰的影響
根據(jù)某電廠的設(shè)計水質(zhì)條件，廢水中含有可溶性固體50000mg/L，脫硫廢水的產(chǎn)生量為2.8m3/h。經(jīng)過計算，結(jié)晶物的產(chǎn)生量為140kg/h。
電廠除塵器前煙道的煙氣量為294713Nm3/h（單臺機組），粉塵濃度為40g/Nm3，由此可計算得出產(chǎn)生的灰量為11788.52kg/h（單臺機組）。在除塵效率為99%的情況下產(chǎn)生的灰量為11670.63kg/h（單臺機組），3臺機組的產(chǎn)生量為35011kg/h。
零排放系統(tǒng)產(chǎn)生的結(jié)晶鹽的質(zhì)量占灰質(zhì)量的百分比僅為0.4%，不會影響灰的品質(zhì)。
2.2對煙氣溫度的影響
根據(jù)某電廠的鍋爐煙氣參數(shù)，設(shè)計煙氣溫度140℃，煙氣量294713Nm3/h（單臺機組）。
經(jīng)過計算，2.8m3/h的脫硫廢水，噴射到3臺機組，煙氣溫度降低到131.6℃；噴射到2臺機組，煙氣溫度降低到127.45℃。均高于酸露點，不會導(dǎo)致電除塵器的腐蝕。
2.3CFD模擬
通過FLUENT模擬計算某電廠脫硫廢水煙道霧化蒸發(fā)的情況，對工程進行前期的預(yù)估，提供理論依據(jù)。
模擬把煙道煙氣溫度由設(shè)計的140℃降低為130℃，噴射蒸發(fā)量保持不變，不同霧滴粒徑下觀察廢水蒸發(fā)區(qū)域。
如圖1、圖2所示，廢水在霧化粒徑100μm時蒸發(fā)所需時間最長，基本在豎直煙道1/2處才能完全蒸發(fā)。
圖1霧滴100μm降至1μm的分布
圖2霧滴100μm降至0.1μm的分布
如圖3、圖4所示，廢水在霧化粒徑80μm時蒸發(fā)所需時間較長，基本在豎直煙道1/4處能完全蒸發(fā)。
如圖5、圖6所示，廢水在霧化粒徑60μm時蒸發(fā)所需時間較短，基本在轉(zhuǎn)角出口處就能完全蒸發(fā)。如圖7、圖8所示，廢水在霧化粒徑50μm時蒸發(fā)所需時間短，基本在轉(zhuǎn)角入口處就能完全蒸發(fā)。
通過CFD模擬，理論上認為霧化粒徑小于50μm的廢水在煙道轉(zhuǎn)角入口附近能夠完全蒸發(fā)；霧化粒徑大于50μm、小于100μm的廢水在豎直煙道1/2前能夠完全蒸發(fā)。
可以根據(jù)CFD模擬結(jié)果進行廢水霧化噴槍的選擇，通過控制廢水的霧化粒徑來實現(xiàn)煙氣余熱蒸發(fā)脫硫廢水零排放。
圖3霧滴80μm降至1μm的分布
圖4霧滴80μm降至0.1μm的分布
圖5霧滴60μm降至1μm的分布
圖6霧滴60μm降至0.1μm的分布
圖7霧滴50μm降至1μm的分布
圖8霧滴50μm降至0.1μm的分布
3煙氣余熱蒸發(fā)技術(shù)的工程應(yīng)用
3.1工藝流程
本工程將脫硫系統(tǒng)溢流水箱中的脫硫廢水泵入前置的廢水過濾器，經(jīng)過高效過濾裝置處理后，脫硫廢水中粒徑>10μm的顆粒被截留分離出來，處理出水的含固量降低到0.5%以下，進入廢水緩沖箱。高效廢水過濾裝置定期進行自動反沖洗，反洗液直接輸送至脫硫系統(tǒng)的脫水系統(tǒng)。廢水緩沖箱中的廢水通過廢水泵輸送到布置在除塵器入口煙道中的霧化噴射裝置。廢水在霧化噴射裝置中被充分霧化后直接噴入煙道，在煙氣的加熱作用下迅速蒸發(fā)變成水蒸氣。同時，廢水中的鹽分結(jié)晶成微小的固體顆粒隨煙氣進入電除塵器，并與煙氣中的飛灰一起被捕捉而從煙氣中分離出來。蒸發(fā)的水蒸氣隨除塵后的煙氣進入脫硫吸收塔，在噴淋水的冷卻作用下，水蒸氣凝結(jié)進入脫硫塔的漿液循環(huán)系統(tǒng)。
本工程的工藝流程如圖9所示。
圖9煙氣余熱蒸發(fā)系統(tǒng)
3.2系統(tǒng)設(shè)計
本工程脫硫廢水煙氣余熱蒸發(fā)系統(tǒng)由廢水管路系統(tǒng)、空氣管路系統(tǒng)、霧化噴射系統(tǒng)和邏輯控制系統(tǒng)組成。
（1）廢水管路系統(tǒng)。廢水管路系統(tǒng)的作用是將脫硫廢水持續(xù)的輸送給霧化噴射系統(tǒng)。主要由廢水泵、高效過濾器、孔板、測量儀表等組成。
（2）空氣管路系統(tǒng)?？諝夤苈废到y(tǒng)的作用是為霧化噴射系統(tǒng)提供壓縮空氣，以保證廢水的霧化效果。壓縮空氣由電廠壓縮空氣系統(tǒng)引入，主要由自力閥、減壓閥、壓力傳感器等組成。
（3）霧化噴射系統(tǒng)。霧化噴槍是霧化噴射系統(tǒng)和整套脫硫廢水零排放系統(tǒng)的核心。噴槍的霧化效果直接關(guān)系到電廠煙道和電除塵器的安全運行。本工程選擇氣流式霧化噴嘴的雙流體噴槍。
根據(jù)CFD理論模擬結(jié)果確定雙流體霧化噴槍的選型。本工程霧化噴槍的廢水噴射量3.8L/min，霧滴D32在55μm左右，Dv0.5在55μm左右，Dmax在90μm左右。
霧化噴槍的最大霧化粒徑在100μm以內(nèi)，滿足現(xiàn)場需求，并留有一定量的擴展空間。
霧化噴槍的布置是整套脫硫廢水零排放系統(tǒng)的關(guān)鍵。霧化噴槍布置過于靠前會導(dǎo)致不能完全蒸發(fā)，過于靠后會產(chǎn)生飛灰在轉(zhuǎn)角處堆積等問題。
本工程結(jié)合現(xiàn)場實際，將霧化噴槍布置在空氣預(yù)熱器之后煙道的水平段，在水平段煙道膨脹節(jié)前500mm。霧化噴槍采用上下布置，分別布置在煙道800mm、1600mm處，噴槍插入深度為800mm。采用此布置方式可以使煙氣與霧化廢水最大化接觸，保證脫硫廢水完全蒸發(fā)。
本工程霧化噴槍布置如圖10所示。
圖10霧化噴槍布置
3.3運行狀況
本工程2016年3月投入運行，部分實際運行數(shù)據(jù)如表3所示。
表3系統(tǒng)實際運行數(shù)據(jù)。
3.4工程分析
（1）對脫硫系統(tǒng)的影響。脫硫廢水霧化噴入煙道后會改變煙氣溫度、煙氣含濕量等特性，但是整體影響量不大。在設(shè)計標準狀態(tài)下，4只噴槍運行，噴射量約1m3/h的脫硫廢水，煙氣溫度下降約6℃，濕度略有上升。
（2）對除塵的影響。電除塵器的主要運行參數(shù)為電氣參數(shù)，包括一、二電場的一次電流、一次電壓、二次電流和二次電壓，布袋壓差。煙氣余熱蒸發(fā)脫硫廢水零排放系統(tǒng)運行后，電除塵器的一、二電場的電流電壓及布袋壓差無明顯變化。
（3）煙道內(nèi)腐蝕及積灰情況。在脫硫廢水霧化噴射裝置基本連續(xù)運行1個月后，觀察煙道內(nèi)和霧化噴槍的腐蝕和積灰情況如圖11所示。
圖11煙道內(nèi)和霧水噴槍腐蝕和積灰情況
觀察可見，煙道內(nèi)導(dǎo)流板和煙道側(cè)壁無腐蝕現(xiàn)象發(fā)生，基本無積灰情況。但是，霧化噴槍存在結(jié)垢現(xiàn)象。
（4）氯成分的變化。經(jīng)灰樣化驗，本工程煙氣余熱蒸發(fā)脫硫廢水零排放系統(tǒng)在運行前后，灰中的干基氯由0.14%上升為0.18%。
脫硫廢水的霧化蒸發(fā)對灰分沒有明顯的影響。脫硫吸收塔內(nèi)的氯離子濃度，經(jīng)化驗檢測，3月25日8950ppm，4月6日6650ppm，4月11日6300ppm，有明顯的下降趨勢。漿液中的氯離子濃度得到了有效的控制。
4小結(jié)
通過理論計算分析，并經(jīng)過工程實踐應(yīng)用，基于鍋爐煙氣余熱蒸發(fā)脫硫廢水零排放技術(shù)可以實現(xiàn)脫硫廢水的零排放，為濕法脫硫電廠的廢水零排放提供了有效途徑。脫硫廢水在煙道中蒸發(fā)后，廢水中的重金屬離子和其他一些離子會結(jié)晶析出，大部分被除塵器吸收，僅有小部分回到脫硫系統(tǒng)。廢水的持續(xù)霧化噴射，吸收塔漿液中的氯離子濃度下降明顯，說明氯離子得到了有效的排出。同時，灰分中污染物增加的比例極低，說明霧化蒸發(fā)對灰分沒有明顯的影響。并且，對環(huán)境不會造成二次污染。
通過分析、對比脫硫系統(tǒng)原煙氣溫度、濕度以及除塵器電場的電氣參數(shù)、布袋壓差、原煙氣粉塵濃度、凈煙氣粉塵濃度等在零排放系統(tǒng)運行前后的變化，結(jié)果表明，煙氣余熱蒸發(fā)脫硫廢水零排放系統(tǒng)對電廠脫硫系統(tǒng)和除塵器的運行沒有明顯影響。
此外，鍋爐煙氣余熱蒸發(fā)工藝還具有設(shè)備少、占地小、改造小、對原有煙道系統(tǒng)影響小、投資和運行成本低、降低脫硫吸收塔工藝水消耗量等優(yōu)點。
同時，通過本工程的實踐應(yīng)用和運行分析，對基于鍋爐煙氣余熱蒸發(fā)脫硫廢水零排放技術(shù)提出以下優(yōu)化或改進建議，以提高脫硫廢水零排放系統(tǒng)的可靠性。
（1）設(shè)置預(yù)處理軟化單元，對脫硫廢水進行軟化處理。軟化去除脫硫廢水中的鈣、鎂硬度，避免或減緩霧化噴槍的結(jié)垢、堵塞，以保證零排放系統(tǒng)的長期安全穩(wěn)定運行。
（2）霧化噴槍宜在煙道截面的偏上部進行設(shè)置?？紤]到煙道底部積灰以及霧滴本身因自重因素產(chǎn)生的下落趨勢，霧化噴槍的布置位置應(yīng)結(jié)合噴槍性能布置在煙道截面的偏上部。
（3）脫硫廢水的蒸發(fā)過程宜在直煙道段進行完全。場地條件允許的情況下，霧化噴槍應(yīng)設(shè)置在直煙道段，并且經(jīng)霧化的脫硫廢水應(yīng)在直煙道段蒸發(fā)完全，以避免脫硫廢水的粘壁，從而對煙道產(chǎn)生腐蝕等不利影響。
