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燃煤电厂脱硫废水处理工艺研究尹白云

发表时间：2021/8/10 来源：《中国电力企业管理》2021年4月作者：尹白云

[导读] 我国对于燃煤电厂脱硫废水零排放技术的研究仍处于初级阶段。在现有技术中，采用旁路系统对脱硫废水进行干燥和蒸发是较好的选择，很容易在我国进行推广。降低废水处理成本、提高处理效率、高效利用矿物盐是我国环保领域的重要课题。

中国能源建设集团山西电力建设有限公司尹白云山西省太原市 030000

摘要：我国对于燃煤电厂脱硫废水零排放技术的研究仍处于初级阶段。在现有技术中，采用旁路系统对脱硫废水进行干燥和蒸发是较好的选择，很容易在我国进行推广。降低废水处理成本、提高处理效率、高效利用矿物盐是我国环保领域的重要课题。
关键词：燃煤电厂；脱硫废水；处理工艺
        1脱硫废水来源及特点
        在湿法烟气脱硫工艺运行中，吸收剂在循环使用过程中盐分(如Cl－、F－和SO2－4等)和悬浮物等杂质不断积累，为防止设备结垢、腐蚀，维持系统稳定运行和保证脱硫副产物—石膏的品质，当杂质浓度达到一定值时需排出部分浆液，从而产生脱硫废水。脱硫废水的产量受机组容量、煤质、石灰石品质、脱硫工艺水质、排放周期等因素的影响，是电厂废水中污染物含量最多、最末端的难处理废水。此外，脱硫废水一般具有以下特点:①弱酸性，其pH值变化范围约在4.0～6.0;②悬浮物含量高(ss＞10000mg/L，甚至可高达50000mg/L)，浊度大，沉降性能差;③高含盐量，高硬度，含有大量Ca2+(1500mg/L～5000mg/L)、Mg2+(3000mg/L～6000mg/L)、Cl－(15000mg/L～30000mg/L)、SO2－4(4000mg/L)、F－等离子存在，易结垢且具腐蚀性;④多种痕量重金属及其它污染物残留，包括汞(Hg)、铅(Pb)、镍(As)、铬(Cd)等一类污染物及Cu、Zn、氟化物、硫化物等二类污染物。⑤成分复杂，水质及水量波动性大。
        2燃煤电厂脱硫废水主要处理难点
        2.1废水成分复杂
        燃煤电厂在生产过程中，经过煤的充分燃烧后水会吸收大量烟气，并在其他发电设备运行的影响之下，造成脱硫废水的成分在不同阶段都处于动态变化的状态。使用传统的物理法和化学法，会使得脱硫废水的水质更加不稳定，处理过后仍然含有大量有害物质例如重金属离子，依然不满足国家对于排放废水的标准。
        2.2脱硫废水含盐量过高
        生产过程产生的脱硫废水中含有多种高浓度的无机盐离子例如钙离子和钠离子，除此之外还有各种高含盐量的结晶盐。基于盐物质难以被净化的特点，使得这一类脱硫废水的处理难度也比较高。并且在废水处理过程中，其内部成分也一直处于动态变化的不稳定状态，其状态的变化和不稳定程度主要受到电厂的发电情况的影响。
        2.3脱硫废水悬浮物含量过高
        脱硫废水中的悬浮固体含量一般较高。由于煤种的不同，脱硫工艺条件等因素的影响，废水中悬浮物的浓度一般会达到6000～15000mg/L，需要一定的时间才能澄清。为了处理悬浮物，必须确保同时处理在中和池和反应池中产生的新固态产物，因此在设备运行期间，必须确保沉淀絮凝箱满足一定要求。
        3燃煤电厂废水常规处理工艺
        3.1废水常规处理工艺
        为减少二氧化硫对环境的污染，燃煤电厂使用脱硫技术对产生的烟气进行处理。在循环操作过程中，脱硫装置浆液中的水不断富集重金属元素、氯离子和一些细微颗粒，这些物质对脱硫装置会产生腐蚀，既影响脱硫效率又影响石膏质量。为避免此现象，需要使用专业的处理装置对具有腐蚀性的废水进行中和、沉淀、絮凝和脱水，使其达到工业废水的排放标准并集中排放至废水调节池，使电厂完成零排放的目标。
        3.2脱硫废水来源
        “石灰石-石膏湿法脱硫”是我国燃煤电厂普遍使用的烟气脱硫技术，过程较为简单，能有效脱除废水中的二氧化硫并降低废水中颗粒物的浓度。但会产生含有硫酸盐和亚硫酸盐等污染物的废水，仍然会对环境造成破坏。
        3.3脱硫废水主要特点
        燃煤电厂的脱硫废水水质在不同处理阶段会不断变化。煤种类、石灰石纯度、脱硫氧化风量等因素都会对水质产生影响。脱硫废水含盐量较高，通常在10000～45000mg/L之间；脱硫废水中悬浮物含量也会受燃煤种类和脱硫运行工况等因素影响，悬浮物浓度一般为6000～15000mg/L，且需要时间澄清。

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        3.4脱硫废水处理难点
        脱硫废水水质、水量受燃煤、脱硫系统补水及脱硫运行工况影响大，水质波动范围很大；悬浮物浓度高，细颗粒物比例大，易造成膜过滤装置污堵；硅、镁等浓度高，硫酸钙过饱和度高，结垢倾向强，膜系统结垢清洗恢复难；有机物浓度高时，显著影响膜系统运行性能，造成膜污堵。
        4脱硫废水零排放技术
        4.1蒸发结晶技术
        蒸发结晶技术是指利用蒸发结晶设备对脱硫废水进行深度处理继而实现高纯度结晶盐和回收水的一种技术。当前，最为主流的蒸发结晶工艺[15-16]包括多效蒸发技术（MED）与蒸汽机械再压缩技术（MVR）。
        4.1.1多效蒸发技术
        多效蒸发技术（MED）是将多个蒸发器装置进行串联使用，每一个蒸发器视为一效，前一效为后一效提供加热蒸汽，后一效作为前一效的冷凝器，以此类推。一般来说，多效蒸发的效数在3~5范围内，这一过程蒸汽热能得到多次循环利用，热能利用效率高、操作弹性大，不足之处在于该工艺占地面积大、蒸汽消耗量大。广东河源电厂采用四效立管强制循环蒸发结晶技术，实现了脱硫废水的零排放；山东某电厂采用三效蒸发结晶法对脱硫废水进行深度处理。
        4.1.2蒸汽机械再压缩技术
        蒸汽机械再压缩技术（MVR）是利用机械压缩机对二次蒸汽进行压缩，使其温度和压力可以满足作为蒸发器热源的条件，从而再次对废水进行蒸发产生新的二次蒸汽，以此循环蒸发。蒸汽机械再压缩技术与多效蒸发技术相比，其系统换热效率高、占地面积小，并且在运行成本和能耗方面占据优势。如国电汉川电厂与佛山三水恒益电厂就采用MVR技术来实现脱硫废水的零排放。
        4.2烟气余热干化技术
        烟气余热干化技术是将废水通过喷嘴雾化方式进入烟道，受高温烟气快速蒸发汽化，其中各种固态小颗粒会通过烟气静电除尘系统进入干灰中，既而完成脱硫废水零排放处理。常见喷嘴雾化器包括双流体雾化器与旋转雾化器。目前，烟气余热干化技术主要包括主烟道烟气干化技术和旁路烟道烟气干化技术。
        4.2.1主烟道烟气干化技术
        主烟道烟气干化技术是指将脱硫废水经喷嘴雾化，直接喷入空气预热器和烟气除尘器之间的烟道内，在烟气余热作用下迅速干燥蒸发，废水中的悬浮物和一些可溶性固体结晶形成细小固体颗粒，随烟气进入除尘器中，实现脱硫废水的零排放。该技术设备操作简单，占地面积小，无须添加化学药剂，运行成本低，能够提高烟气湿度和电除尘器对烟气的除尘效率，但在处理过程受烟气温度、烟道长度等限制。目前主烟道烟气干化技术在国外有着广泛的应用，但在国内应用率不高，仅在内蒙古上都电厂、焦作万方电厂和宁夏灵武电厂等开展了工程应用。
        4.2.2旁路烟道烟气干化技术
        旁路烟道烟气干化技术与主烟道烟气干化技术的基本原理相同，将脱硫废水经雾化喷射装置雾化之后喷入新建的旁路烟道和蒸发器中，再从空气预热器引入高温烟气，直接接触雾化废水进行热交换将废水蒸发。蒸发后的水蒸气进入烟气，悬浮物和可溶物的细小固体颗粒被除尘器去除，既而实现脱硫废水零排放处理。该技术自动化程度高，设备简单，烟气热量利用率高，且旁路烟道系统相对独立于主系统，对主系统影响较小，维修便利，与主烟道烟气干化技术相比可有效避免烟道腐蚀、结垢与积灰风险。
        结束语
        在燃煤电厂生产过程中，水资源的使用量和排放量都很大，一个装机容量为2*60MW的火力发电厂，日耗水量高达60000m3，每小时排水量更是多达100～200m3。石灰石-石膏湿法烟气脱硫处理技术产生的废水中含有多种污染物，从保护自然生态环境和经济可持续性的角度看，废水中的无机盐、重金属和悬浮固体的含量没有达到可排放废水标准。因此降低燃煤电厂用水量、提高水资源的利用率，最终实现废水零排放对环境保护和资源合理利用具有十分重要的意义。
参考文献
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