燃煤火力發(fā)電廠脫硫廢水處理技術(shù)的研究

孫少鵬,朱文中,蔣文,胡清,顏喜

（1.華電電力科學(xué)研究院，浙江　杭州310030；

2.杭州華電能源工程有限公司，浙江　杭州310030)

燃煤火力發(fā)電廠脫硫廢水處理技術(shù)的研究

孫少鵬1，2,朱文中1,2,蔣文1,2,胡清1,2,顏喜1,2

（1.華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030；

2.杭州華電能源工程有限公司，浙江杭州310030)

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)是我國燃煤發(fā)電廠應(yīng)用最廣泛的脫硫工藝，必須對石灰石-石膏濕法煙氣脫硫后產(chǎn)生的廢水進(jìn)行處理。文章闡述了國內(nèi)常采用的脫硫廢水處理技術(shù)和以及在此基礎(chǔ)上開發(fā)的深度處理技術(shù)，并進(jìn)行了技術(shù)對比分析，為燃煤發(fā)電廠的脫硫廢水處理工藝選型提供參考依據(jù)。

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫；廢水處理；常規(guī)處理工藝；深度處理技術(shù)

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)是我國燃煤發(fā)電廠應(yīng)用最廣泛的脫硫工藝［1-2］。該工藝在運(yùn)行過程中，漿液中的F-、Cl-和懸浮物濃度不斷升高［3］，必須定期排出廢水并補(bǔ)充新鮮水來控制吸收漿液中F-、Cl-的濃度，維持系統(tǒng)的物料平衡，保證脫硫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。由于脫硫系統(tǒng)排放的廢水具有懸浮物高、含鹽量高、硬度高、容易結(jié)垢、重金屬富集、化學(xué)需氧量（COD）高、腐蝕性強(qiáng)等特點［4］，不能將其直接排入電廠的廢水處理系統(tǒng)，必須設(shè)置獨立的脫硫廢水處理系統(tǒng)，以達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)甚至實現(xiàn)脫硫廢水的零排放。

目前脫硫廢水處理技術(shù)包括常規(guī)處理工藝，以及在此基礎(chǔ)上開發(fā)的深度處理技術(shù)。文章對現(xiàn)有的脫硫廢水處理技術(shù)進(jìn)行了分析和比較，為燃煤電廠的脫硫廢水處理工藝選型提供參考依據(jù)。

1　脫硫廢水常規(guī)處理工藝

國內(nèi)脫硫廢水的常規(guī)處理工藝主要采用物化法，以化學(xué)、機(jī)械方法分離重金屬和其它可沉淀的鹽類，該方法工藝成熟、流程簡單、成本低廉［5］。通常加入石灰乳將廢水的pH值調(diào)至6-7，通過生成CaF2沉淀去除F-。然后加入石灰乳、有機(jī)硫和絮凝劑等，將pH值升高至8-9，使剩余重金屬離子以氫氧化物和硫化物的形式沉淀。反應(yīng)過程中同時產(chǎn)生CaF2、CaSO3、CaSO4沉淀物以分離廢水中的氟化物、亞硫酸鹽、硫酸鹽等鹽類物質(zhì)。

整個脫硫廢水系統(tǒng)包括廢水氧化、加藥反應(yīng)、沉淀分離、污泥處理4個分系統(tǒng)［6-8］。

1.1廢水氧化

脫硫廢水通過廢水緩沖池，池內(nèi)通入壓縮空氣將亞硫酸鹽氧化成硫酸鹽，降低COD含量。廢水緩沖池配置攪拌器加快氧化速度并防止固體沉積。

1.2加藥反應(yīng)

脫硫廢水從廢水緩沖池用泵送入三聯(lián)箱。三聯(lián)箱由中和箱、反應(yīng)箱和絮凝箱連通構(gòu)成，分別完成廢水的pH調(diào)整、沉淀反應(yīng)和混凝澄清。

1.2.1中和箱

向中和箱中加入石灰乳，將廢水的pH值調(diào)整為8.5-9.2，為后續(xù)處理工藝環(huán)節(jié)創(chuàng)造適宜的反應(yīng)條件。同時，F(xiàn)e3+、Zn2+、Cu2+等金屬離子形成微溶的氫氧化物得以沉淀去除，并且廢水中的部分F-與Ca2+反應(yīng)生成難溶的CaF2。

1.2.2反應(yīng)箱

向反應(yīng)箱加入有機(jī)硫（TMT-15）沉淀Hg2+、Pb2+等重金屬離子。反應(yīng)箱設(shè)高速攪拌機(jī)，快速攪拌使有機(jī)硫迅速擴(kuò)散至整個反應(yīng)箱與重金屬離子反應(yīng)后析出。

1.2.3絮凝箱

向絮凝箱中加入聚合FeClSO4去除懸浮物和膠體等雜質(zhì)；同時加入絮凝劑聚丙烯酰胺，生成的活性絮體可以吸附水中析出的細(xì)小金屬氫氧化物，增加金屬氫氧化物去除的速率。

1.3沉淀分離

脫硫廢水經(jīng)絮凝箱后進(jìn)入澄清池。澄清池底部為錐形，采用中間進(jìn)水、周邊出水的形式。在澄清池中，沉淀物與水分離后沉積在錐形底部。上清液溢流至出水箱，由于廢水中pH大于9，超過了排放標(biāo)準(zhǔn)，因此在出水箱加入鹽酸中和。

1.4污泥處理

澄清池中產(chǎn)生的底部污泥一部分回流至中和箱以增強(qiáng)處理效果和充分地利用投加的化學(xué)藥劑，另一部分污泥利用高壓偏心螺桿給料泵輸送至板框壓濾機(jī)進(jìn)行脫水處理，泥餅外運(yùn)，濾液回送至廢水緩沖池循環(huán)處理。

經(jīng)過常規(guī)處理工藝處理的脫硫廢水，出水水質(zhì)可以達(dá)到《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質(zhì)控制指標(biāo)》（DL/T997-2006）的排放標(biāo)準(zhǔn)，但對排放標(biāo)準(zhǔn)中不做要求的可溶解性鹽則無法去除。

2　脫硫廢水深度處理技術(shù)

為了有效回收和利用脫硫廢水，在常規(guī)處理工藝的基礎(chǔ)上，國內(nèi)外的專家學(xué)者開發(fā)了脫硫廢水深度處理技術(shù)?，F(xiàn)階段脫硫廢水深度處理技術(shù)主要有3種，分別是：多效蒸發(fā)結(jié)晶工藝，鹽濃縮工藝，高溫?zé)煹勒舭l(fā)工藝。

2.1多效蒸發(fā)結(jié)晶工藝

多效蒸發(fā)濃縮結(jié)晶系統(tǒng)由串聯(lián)的5個預(yù)熱器和4個蒸發(fā)器組成。經(jīng)過常規(guī)處理后的脫硫廢水依次進(jìn)入一至五級預(yù)熱器，然后逐級進(jìn)入一至四效蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶，系統(tǒng)冷凝水收集后作為淡水回用，分離出的鹽經(jīng)振動干燥床干燥，由包裝機(jī)包裝后外運(yùn)。其中動力蒸汽被引入第一效，各效蒸發(fā)器產(chǎn)生的蒸汽依次送入下一效蒸發(fā)器和相應(yīng)的預(yù)熱器［9］。

該處理工藝要單獨建立一套廢水蒸干系統(tǒng)，處理過程要耗費一定量的蒸汽和廠用電，由于其屬于末端工藝，不會對電廠其它設(shè)備和系統(tǒng)造成影響，但建設(shè)和運(yùn)行成本較高。

2.2鹽濃縮工藝

鹽濃縮工藝是指通過蒸汽壓縮式降膜蒸發(fā)器，將來自常規(guī)處理系統(tǒng)的脫硫廢水處理成純凈的蒸餾水。其工藝流程如下：脫硫廢水經(jīng)過常規(guī)處理后被加熱至接近沸騰用于去除廢水中的空氣，然后泵送至鹽溶液濃縮器并被分配到鈦合金管內(nèi)壁形成液體薄膜，液膜沿著管道向下流動時不斷蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽通過除霧器到達(dá)蒸汽壓縮機(jī)。壓縮后的蒸汽被送至濃縮器，在管道外壁凝結(jié)并被蒸餾罐收集。未蒸發(fā)的液膜返回到鹽溶液濃縮池。濃縮池中底流被旋流器處理后返回到濃縮池，溢流轉(zhuǎn)移至成品罐中，冷卻后形成濃度為33%的鹽溶液產(chǎn)品［10］。

該工藝的廢水回收率高，除部分干燥蒸發(fā)損失外，廢水全部回收利用，無廢液排放。蒸發(fā)回收水水質(zhì)較好，回收的水內(nèi)溶解物濃度約4-5mg/L；產(chǎn)生的鹽溶液可用于高速公路建設(shè)相關(guān)的領(lǐng)域。系統(tǒng)設(shè)備每年僅需化學(xué)清洗1-2次，管理維護(hù)費用較低；系統(tǒng)設(shè)備采用露天布置。

2.3高溫?zé)煹勒舭l(fā)工藝

該工藝是將脫硫廢水經(jīng)水泵送至電除塵前的煙道，采用霧化噴嘴噴入電除塵前的高溫?zé)煹溃F化后的脫硫廢水立刻在煙道內(nèi)蒸發(fā)，廢水中的雜質(zhì)以固體物質(zhì)的形式和飛灰一起隨煙氣進(jìn)入除塵設(shè)備，經(jīng)過除塵器，顆粒物被捕捉下來隨灰一起外排［11］。高溫?zé)煹勒舭l(fā)工藝流程如圖1所示。

圖1　排至高溫?zé)煹勒舭l(fā)工藝流程圖

該方法在發(fā)達(dá)國家已有較多的應(yīng)用案例，國外的運(yùn)行結(jié)果表明，脫硫廢水噴入煙氣后，煙氣濕度增加0.5%左右，煙氣溫度降低5℃左右，但煙氣仍處于不飽和狀態(tài)，高于酸露點溫度，不會對煙道和電除塵器產(chǎn)生腐蝕。因此，不需要對脫硫廢水噴入點后煙道及電除塵器進(jìn)行改造。

該工藝系統(tǒng)僅包含霧化噴嘴、管道及壓縮空氣系統(tǒng)，因此該系統(tǒng)的初期投入及設(shè)備運(yùn)行費用較低；系統(tǒng)投運(yùn)后，由于煙氣濕度的增加和煙氣溫度的降低，可有效降低粉塵比電阻，提高除塵效率；還可以減少脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的減溫水補(bǔ)水量及運(yùn)行電耗。

3　脫硫廢水各工藝對比

脫硫廢水常規(guī)處理工藝是以化學(xué)、機(jī)械方法分離重金屬和其它可沉淀的鹽類。常規(guī)處理工藝成熟、流程簡單、維護(hù)方便且成本低廉、投資較低。處理后的廢水能達(dá)到《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質(zhì)控制指標(biāo)》（DL/T997-2006）的排放標(biāo)準(zhǔn)，比較適合目前的燃煤電廠脫硫廢水處理。但該工藝得到的處理水含有大量可溶性鹽，不能被高效利用。一般情況下，脫硫廢水經(jīng)過常規(guī)處理后主要用于煤場噴灑及灰場拌濕等，造成大量的水資源浪費，并加大了環(huán)境保護(hù)的壓力。

多效蒸發(fā)結(jié)晶工藝是將經(jīng)過常規(guī)處理后的脫硫廢水送入預(yù)熱器加熱，然后送入蒸發(fā)器蒸發(fā)結(jié)晶，最終得到冷凝水和結(jié)晶鹽。該工藝屬于末端工藝，不會對電廠其它設(shè)備和系統(tǒng)造成影響。但投資成本較高，且運(yùn)行過程中要消耗一定的蒸汽和廠用電。

鹽濃縮工藝是將經(jīng)過常規(guī)處理后的脫硫廢水通過蒸汽壓縮式降膜蒸發(fā)器處理成蒸餾水，并得到得到蒸餾水和33%鹽溶液。系統(tǒng)包括除氣罐、降膜蒸發(fā)器、蒸汽壓縮器以及鹽溶液回收系統(tǒng)，投資較高。鹽濃縮工藝能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的脫硫廢水零排放，得到的鹽溶液可以作為工業(yè)鹽使用，蒸發(fā)回收水水質(zhì)較好；但其設(shè)備復(fù)雜，運(yùn)行設(shè)備的管理、維護(hù)成本也較高。

高溫?zé)煹勒舭l(fā)工藝直接將脫硫廢水經(jīng)霧化噴嘴送入電除塵前煙道蒸發(fā)，可以實現(xiàn)脫硫廢水的零排放目標(biāo)，且有能提高后續(xù)電除塵和脫硫系統(tǒng)的效率。系統(tǒng)僅包含霧化噴嘴、管道及壓縮空氣系統(tǒng)。該工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)費用均較低。

表1　為各處理工藝的對比

4　結(jié)語

文章對目前的脫硫廢水常規(guī)處理工藝及深度處理技術(shù)進(jìn)行了分析研究，得出以下結(jié)論：

4.1脫硫廢水的常規(guī)處理方法工藝成熟、流程簡單、成本低廉，處理后的廢水能達(dá)到《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質(zhì)控制指標(biāo)》（DL/T997-2006）的排放標(biāo)準(zhǔn)，但沒有實現(xiàn)廢水的零排放，存在環(huán)保壓力。

4.2在脫硫廢水常規(guī)處理工藝的基礎(chǔ)上，多效蒸發(fā)結(jié)晶工藝和鹽濃縮工藝可以得到水質(zhì)較高的回收水和鹽產(chǎn)品，實現(xiàn)了廢水高效處理，達(dá)到零排放，但建設(shè)和運(yùn)營成本較高。

4.3高溫?zé)煹勒舭l(fā)工藝建設(shè)和運(yùn)營成本較低，但是脫硫廢水直接進(jìn)入高溫?zé)煹勒舭l(fā)，沒有進(jìn)行高效回收利用。

因此，根據(jù)各電廠的實際情況和國家對水污染排放的要求，合理選擇適宜的脫硫廢水處理工藝，從而對于整個電廠的廢水排放有著至關(guān)重要的意義。

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