關(guān)于煙氣余熱用于脫硫廢水處理的探討

　　摘要:行業(yè)內(nèi)目前脫硫廢水處理工藝主要有三聯(lián)箱處理排放，蒸發(fā)結(jié)晶固化等技術(shù)，但利用鍋爐煙氣余熱進(jìn)行脫硫廢水的蒸發(fā)干燥處理，具有回收水分減少濕法脫硫塔蒸發(fā)水量，降低脫硫廢水處理成本等優(yōu)點(diǎn)。

　　根據(jù)國(guó)務(wù)院2015年印發(fā)的《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，以及環(huán)境保護(hù)部辦公廳2015年12月22日印發(fā)《關(guān)于規(guī)范火電等七個(gè)行業(yè)建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)文件審批的通知》環(huán)辦[2015]112號(hào)要求，火電廠需“根據(jù)“清污分流、雨污分流”原則提出廠區(qū)排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，明確污水分類收集和處理方案，按照“一水多用”的原則強(qiáng)化水資源的串級(jí)使用要求，提高水循環(huán)利用率，最大限度減少?gòu)U水外排量。因此，含氯高鹽廢水的處理回用以及零排放，成為電廠亟需解決的問(wèn)題。

　　1 目前國(guó)內(nèi)外脫硫廢水處理工藝路線

　　1.1 傳統(tǒng)三聯(lián)箱工藝

　　目前，火電廠采用最多的脫硫廢水處理方法是傳統(tǒng)的“三聯(lián)箱”工藝，該工藝經(jīng)過(guò)中和、沉降、絮凝和澄清等過(guò)程對(duì)廢水進(jìn)行處理，不但該工藝比較復(fù)雜、投資大且需要消耗多種藥劑，而且對(duì)脫硫廢水含有的高濃度氯離子無(wú)法處理，導(dǎo)致處理后的脫硫廢水仍然不能回收利用也不能直接排放,其基本工藝流程如圖1所示。

　　1.2蒸發(fā)結(jié)晶

　　通過(guò)蒸發(fā)結(jié)晶可實(shí)現(xiàn)氯化物的結(jié)晶析出與蒸發(fā)水分的循環(huán)利用，解決脫硫廢水中Cl-的富集問(wèn)題。蒸汽濃縮蒸發(fā)技術(shù)是利用蒸發(fā)對(duì)廢水進(jìn)行蒸發(fā)濃縮產(chǎn)生蒸餾水和濃縮水，濃縮通過(guò)結(jié)晶器或是噴霧干燥進(jìn)一步的蒸發(fā)，產(chǎn)生蒸餾水和固體廢棄物，固體廢棄物進(jìn)行回收或是填埋處理。為了防止蒸發(fā)器結(jié)垢，需要對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)處理，去除廢水中的鈣鎂離子，其基本工藝流程如圖2所示

　　國(guó)內(nèi)河源電廠采用了此技術(shù)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)出力為22m3/h，包括脫硫廢水18m3/h 和其他廢水4m3/h，采用“預(yù)處理+深度處理”的方式，其中預(yù)處理分為混凝沉淀系統(tǒng)、水質(zhì)軟化系統(tǒng)和污泥處理系統(tǒng);深度處理則采用4效立管強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶工藝，預(yù)處理出水依次進(jìn)入1～4效蒸發(fā)結(jié)晶罐進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶。此脫硫廢水處理系統(tǒng)的總投資在(7000～7500)萬(wàn)元，運(yùn)行成本高昂。

　　1.3煙氣余熱噴霧干燥處理工藝

　　利用鍋爐煙氣余熱進(jìn)行脫硫廢水的蒸發(fā)干燥處理，不但能夠回收水分減少濕法脫硫塔蒸發(fā)水量，而且可利用煙氣余熱降低運(yùn)行成本。在本工藝中，部分脫硫廢水引入到電除塵器前的煙道內(nèi)，利用煙氣余熱對(duì)廢水進(jìn)行干燥。但脫硫廢水噴入受限煙道內(nèi)蒸發(fā)容易引起煙道干燥段的腐蝕、結(jié)垢與堵塞，由此帶來(lái)的鍋爐安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)與經(jīng)濟(jì)損失限制了此工藝的推廣應(yīng)用，故采用煙氣旁路干燥塔干燥脫硫廢水的工藝可以有效解決該問(wèn)題的出現(xiàn)，其主要工藝流程如圖3所示。

　　通過(guò)新建干燥塔進(jìn)行廢水干燥處理，安裝、檢修時(shí)對(duì)主系統(tǒng)無(wú)影響。新建干燥塔設(shè)計(jì)煙氣流速低、停留時(shí)間長(zhǎng)，且與主系統(tǒng)隔離開(kāi)，不會(huì)影響鍋爐主系統(tǒng)的運(yùn)行。從省煤器后抽取一部分中溫?zé)煔庥糜诟稍?，抽取高溫?zé)煔鉄崛萘看?，抽取的煙氣量少，有利于?shí)現(xiàn)脫硫廢水迅速干燥與減少系統(tǒng)占地面積及投資。另外，由于空預(yù)器阻力大于干燥塔的阻力，所以干燥系統(tǒng)無(wú)需再設(shè)置風(fēng)機(jī)旁路干燥。因此，通過(guò)干燥塔利用中溫?zé)煔飧稍锩摿驈U水工藝具有更好的系統(tǒng)可靠性與實(shí)際可行性，而且在投資、運(yùn)行費(fèi)用方面更具優(yōu)勢(shì)。

　　2.煙氣余熱噴霧干燥原理特點(diǎn)

　　噴霧干燥是指將溶液、乳濁液、懸濁液或漿料在熱風(fēng)中噴霧成細(xì)小的液滴，在其下落過(guò)程中，水分被蒸發(fā)而成為粉末狀或顆粒狀的產(chǎn)物。本實(shí)驗(yàn)采用的噴霧干燥塔是在干燥塔底部導(dǎo)入熱風(fēng)，同時(shí)通過(guò)雙流體霧化噴嘴把脫硫廢水從塔底噴入干燥塔，霧化后的液滴群的表面積很大，與高溫?zé)犸L(fēng)接觸后水分迅速蒸發(fā)，在極短的時(shí)間內(nèi)便成為干燥產(chǎn)物，隨熱煙氣從干燥塔頂排出。

　　物料干燥過(guò)程分等速階段和減速階段兩個(gè)部分進(jìn)行。在等速干燥階段，水分蒸發(fā)是在液滴表面發(fā)生的，蒸發(fā)速度由蒸汽通過(guò)周圍氣膜的擴(kuò)散速度所控制。主要的推動(dòng)力是周圍熱風(fēng)和液滴的溫度，溫度差越大，蒸發(fā)速度越快，水分通過(guò)顆粒的擴(kuò)散速度大于蒸發(fā)速度。當(dāng)擴(kuò)散速度降低而不能維持顆粒表面的飽和時(shí)，蒸發(fā)速度開(kāi)始減慢，干燥進(jìn)入減速階段。此時(shí)顆粒溫度開(kāi)始上升，干燥結(jié)束時(shí)，物料的溫度近于周圍空氣的溫度。

　　3.煙氣余熱噴霧干燥工藝試驗(yàn)應(yīng)用

　　孟津電廠委托相關(guān)單位利用傳熱傳質(zhì)計(jì)算，進(jìn)行了理論分析，設(shè)計(jì)出了實(shí)驗(yàn)工況。以此為基礎(chǔ)，搭建了中試試驗(yàn)系統(tǒng)，如圖所示。

　　實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中干燥塔直徑400mm，主干燥段11m，入口設(shè)計(jì)煙溫250-350℃;采用雙流體霧化噴嘴進(jìn)行廢水霧化，雙流體噴嘴空氣霧化壓力0.4-0.6MPa，噴水量30-100L/h;干燥塔煙氣量1000-1500m3/h;加灰量5-20g/Nm3。煙氣中SO2濃度200ppm。左右主干燥段設(shè)計(jì)有11個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，干燥塔入口與出口設(shè)置有溫度、壓力測(cè)點(diǎn)。干燥固相產(chǎn)物與氣相產(chǎn)物分別從干燥塔入口與出口取樣進(jìn)行分析。固相產(chǎn)物采用煙氣分析儀進(jìn)行取樣，氣相產(chǎn)物通過(guò)煙氣取樣器取樣后進(jìn)行測(cè)試分析。

　　3.1煙溫對(duì)脫硫廢水干燥的影響

　　脫硫廢水經(jīng)過(guò)干燥塔后迅速能否干燥完全是試驗(yàn)的重點(diǎn)。因此，在中試實(shí)驗(yàn)臺(tái)上首先進(jìn)行了不同入口煙溫、不同噴水量(控制出口煙氣溫度最低80℃)、噴嘴不同空氣霧化壓力對(duì)廢水干燥特性的影響分析。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中標(biāo)況煙氣流量650-800m3/h。

　　在脫硫廢水流量低于理論設(shè)計(jì)干燥流量下，不同入口煙氣溫度、煙氣流量下經(jīng)過(guò)3-5秒，脫硫廢水均能獲得很好的干燥;脫硫廢水流量一定，則噴嘴空氣霧化壓力越高，霧化液滴粒徑越小，在塔內(nèi)分布越均勻，因此干燥速度越快，干燥塔內(nèi)溫度分布也越均勻。如果脫硫廢水流量過(guò)大，則難以在短時(shí)間內(nèi)干燥完全，對(duì)后續(xù)除塵設(shè)備造成影響。

　　3.2高鹽廢水干燥后煙氣對(duì)電除塵器的影響

　　脫硫廢水干燥后產(chǎn)物的比電阻如表4所示。由下表可知，在110℃以下脫硫廢水干燥后的產(chǎn)物比電阻比粉煤灰的比電阻要高，120℃后脫硫廢水干燥后的產(chǎn)物比電阻比粉煤灰的比電阻要低，根據(jù)比電阻變化，建議干燥后溫度控制在110-120℃為宜;另外，即使干燥后煙氣溫度不在這個(gè)范圍內(nèi)，由于廢水干燥過(guò)程中與粉煤灰進(jìn)行的顆粒團(tuán)聚等作用，也同樣能實(shí)現(xiàn)廢水干燥產(chǎn)物的高效收集。

　　中溫干燥過(guò)程中，由于抽取的煙氣量比較小，而且控制干燥后煙氣溫度與進(jìn)入靜電除塵器的主煙氣溫度基本一致，因此干燥后的煙氣與主煙氣混合后，不會(huì)對(duì)原煙氣溫度造成影響，而且由于噴水量比較小，混合后對(duì)主煙氣濕度影響很小，煙氣遠(yuǎn)達(dá)不到飽和狀態(tài)，因此水蒸氣不會(huì)冷凝析出造成腐蝕;連續(xù)一個(gè)月的中試試驗(yàn)也證明，控制出口溫度與噴水量在理論設(shè)計(jì)條件下，除塵器的運(yùn)行沒(méi)有受到任何影響。進(jìn)一步驗(yàn)證了中溫干燥脫硫廢水對(duì)后續(xù)除塵的不利影響可以忽略。

　　另外，脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水量，約占煙氣蒸發(fā)帶走水量的3-10%之間，通過(guò)煙氣干燥脫硫廢水，實(shí)現(xiàn)了水資源的回收利用，降低了煙氣蒸發(fā)水量，而且由于廢水量占煙氣蒸發(fā)水量的比例不大，不會(huì)對(duì)脫硫水平衡產(chǎn)生不利影響。

　　結(jié)語(yǔ):

　　綜上所述，煙氣余熱噴霧干燥技術(shù)用于脫硫廢水干燥，能夠有效降低脫硫廢水處理投資與運(yùn)行成本，保證系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，而且不會(huì)對(duì)靜電除塵器的性能產(chǎn)生不利影響，因此本技術(shù)用于脫硫廢水干燥是完全可行。研究結(jié)論為利用中溫?zé)煔膺M(jìn)行脫硫廢水低成本干燥處理、實(shí)現(xiàn)廢水資源化利用提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)參考。