高溫?zé)煔飧苫夹g(shù)在燃煤電廠脫硫廢水零排放中的應(yīng)用

鄭俊杰

(浙江天地環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆贾?311121)

0 引 言

近年來，隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，燃煤電廠大規(guī)模實施煙氣超低排放改造。濕法脫硫過程中會產(chǎn)生脫硫廢水，而脫硫廢水成分復(fù)雜、水質(zhì)變化大、危害大難以處理，成為下一步燃煤電廠污染治理的重點。隨著淡水資源的持續(xù)短缺，國家環(huán)保政策對燃煤機組污染物排放限制日趨嚴(yán)格，實現(xiàn)脫硫廢水零排放逐漸成為產(chǎn)業(yè)要求和共識。然而燃煤電廠脫硫廢水具有鹽分高、氯離子高、腐蝕性高等特點，比較難以處理。研究燃煤電廠脫硫廢水零排放可避免廢水排放造成的環(huán)境污染，也是火電行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路，對火電行業(yè)的發(fā)展具有重要意義，本文研究了高溫?zé)煔飧苫夹g(shù)在燃煤電廠脫硫廢水零排放中的應(yīng)用。

1 高溫?zé)煔飧苫夹g(shù)原理

高溫?zé)煔飧苫夹g(shù)是一種將廢水用離心霧化器霧化成霧滴，噴入干燥塔，利用空氣預(yù)熱器前熱煙氣作為熱源，在干燥塔內(nèi)將廢水蒸發(fā)，水分進(jìn)入煙氣中，廢水中的鹽類干燥后在塔底引出，達(dá)到脫硫廢水零排放的目的。工藝路線圖如圖1所示。

圖1 高溫?zé)煔飧苫夹g(shù)工藝流程圖

高溫?zé)煔飧苫夹g(shù)利用煙氣的熱量將廢水蒸干，對廢水的成分要求較低，可直接處理高鹽、高硬度的脫硫廢水。通過對煙氣分布、脫硫廢水流量、霧滴尺寸和干燥塔出口溫度等的精準(zhǔn)控制，實現(xiàn)霧滴在到達(dá)干燥塔內(nèi)壁前已充分干燥，避免干燥塔出現(xiàn)結(jié)垢和腐蝕的問題。

整個系統(tǒng)由干燥塔(包含塔體、熱風(fēng)分配器)、離心霧化器、廢水輸送系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)以及塔底輸灰裝置等組成，核心設(shè)備是離心霧化器和熱風(fēng)分配器。

離心霧化器通過高速旋轉(zhuǎn)將廢水霧化成粒徑數(shù)十微米的霧滴，廢水經(jīng)霧化后，其表面積瞬間增大，與熱空氣的接觸面積增大，霧滴內(nèi)部水分向外遷移的路徑大大縮短，提高了傳熱效率。并且離心霧化器能夠保證在液體流量不發(fā)生很大變化時，霧化霧滴的粒徑分布不發(fā)生顯著改變，連續(xù)穩(wěn)定的噴霧性能是干燥過程能保持穩(wěn)定的基礎(chǔ)。

熱風(fēng)分配器可以使熱煙氣旋轉(zhuǎn)起來，使熱煙氣與廢水霧滴混合均勻，提高傳熱傳質(zhì)速率。熱風(fēng)分配器由煙氣入口蝸殼、錐殼、導(dǎo)向分布板及導(dǎo)向葉片等組成。熱風(fēng)分配器內(nèi)緣為圓形，離心霧化器安裝在其中心。煙氣入口蝸殼截面尺寸較大，橫截面積呈漸縮變化，使得錐形環(huán)隙進(jìn)風(fēng)均勻。錐形環(huán)隙內(nèi)外側(cè)設(shè)置有許多導(dǎo)向葉片，用以控制熱風(fēng)的方向，使霧滴與熱風(fēng)的混合達(dá)到工藝要求，保證干燥塔處于良好的操作狀態(tài)。

為確保干燥塔干燥效果，通過CFD模擬仿真霧滴的煙氣干燥過程，核實干燥塔的尺寸，讓干燥塔的尺寸以及關(guān)鍵部件選型更加合理。煙氣影響下的噴霧液滴軌跡模擬以及噴霧影響下的煙氣軌跡模擬如圖2和圖3所示。

圖2 煙氣影響下的噴霧液滴軌跡模擬

圖3 噴霧影響下的煙氣軌跡模擬

2 示范工程介紹

該技術(shù)已成功應(yīng)用于浙能長興電廠，長興電廠#3機組于2018年安裝了一套高溫?zé)煔飧苫b置。熱煙氣從空預(yù)器前的主煙道兩側(cè)引出，兩股煙道匯合后進(jìn)入干燥塔。脫硫廢水加堿液調(diào)成弱堿性后由廢水輸送泵送入離心霧化器，經(jīng)離心霧化器霧化、噴射而出的脫硫廢水霧滴與熱煙氣充分接觸，霧滴中的水分迅速揮發(fā)。霧滴中的鹽類被干燥析出，部分混入原煙氣的粉塵中，部分落入干燥塔底部，落入干燥塔底部的粉塵通過倉泵輸送至電廠灰?guī)?，處理后的煙氣引回至單?cè)電除塵入口煙道。干燥塔進(jìn)出口煙道均有擋板門，如需設(shè)備檢修，關(guān)閉擋板門即可，不影響機組運行。整套裝置占地面積約60 m2，干燥塔通過鋼支架架空布置，不影響檢修通道。整套裝置已穩(wěn)定運行數(shù)年，運行情況良好，對電除塵以及脫硫設(shè)備也沒有明顯影響，主要參數(shù)見表1。

表1 浙能長興電廠#3機組高溫?zé)煔飧苫到y(tǒng)主要參數(shù)

該套裝置在實際運行過程中可處理機組最低穩(wěn)燃負(fù)荷至滿負(fù)荷工況下脫硫吸收塔產(chǎn)生的全部脫硫廢水，如圖4所示。

圖4 浙能長興電廠#3機組高溫?zé)煔飧苫到y(tǒng)廢水處理量

3 潛在影響

(1)脫硫廢水氯離子濃度較高，廢水蒸發(fā)后析出的鹽分若進(jìn)入電廠現(xiàn)有的灰渣處理系統(tǒng)，灰中氯離子濃度將提高。長興電廠按平均煤成分中灰比例22%計，330 MW機組一臺每小時燃煤量135 t，折合產(chǎn)灰量約為29.7 t/h。脫硫廢水氯離子濃度按15 000 mg/L計，3.0 t/h廢水共生成0.045 t氯含量。如全部進(jìn)入電廠粉煤灰系統(tǒng)，則粉煤灰中氯離子含量增加約為1.5‰。

(2)對鍋爐效率的影響

該技術(shù)以空預(yù)器前高溫?zé)煔庹舭l(fā)脫硫廢水，會增加鍋爐一定的煤耗。根據(jù)國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院發(fā)布的《浙江浙能長興發(fā)電有限公司脫硫廢水噴霧干燥處理裝置對鍋爐熱效率的影響評估報告》，在處理3.4 t/h脫硫廢水時，需要抽取空預(yù)器入口3.6%的煙氣量，導(dǎo)致降低0.44%的鍋爐效率，增加煤耗約1.39 g/kWh。

4 結(jié)束語

高溫?zé)煔飧苫夹g(shù)原理簡單，系統(tǒng)可靠，維護便利，設(shè)備占地面積小，對廢水的成分要求較低，可直接處理高鹽、高硬度的脫硫廢水。浙能長興電廠高溫?zé)煔飧苫到y(tǒng)的成功運行表明高溫?zé)煔飧苫夹g(shù)也是一種在燃煤電廠脫硫廢水零排中可供借鑒的選擇。