脱硫废水零排放技术

目前工业窑炉常用的烟气脱硫方法有湿法、半干法和干法，其中石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术因其技术成熟、脱硫效率高、煤种适用性强而被广泛应用，特别是在燃煤电厂。但在实际运行过程中，烟气中的氯化物、颗粒物、重金属等污染物会在浆液中不断富集，容易导致设备和管道腐蚀、脱硫效率降低、脱硫系统物料平衡破坏等问题。因此，必须定期排放一定量的脱硫废水。这部分废水悬浮物高、含盐量高、重金属种类多，处理难度很大。

2015年4月，国家发布水污染行动计划(水十条)，对火电厂工业废水排放提出了新的要求，强制火电厂进行全厂废水零排放改造。2017年发布的《火电厂污染防治可行性技术指南》也指出，实现废水近零排放的关键是实现脱硫废水零排放。目前，深能和合电力(河源)有限公司、佛山三水恒益热电厂有限公司、浙江浙能长兴发电有限公司、山西大唐国际临汾热电有限公司已完成脱硫废水零排放工程实施，均以多效蒸发、机械蒸汽再压缩蒸发、膜处理技术、烟道蒸发为主要处理工艺。但是，上述示范工程存在运行周期短、经济性差、系统稳定性差等问题。

在深入分析脱硫废水水质特征的基础上，提出了低温余热闪蒸脱硫废水技术，并在300MW机组处理15m3/h脱硫废水工程中得到验证。目前，该系统运行稳定，纯化水重复利用率高，取得了良好的效果。

1.废水的特点及处理现状

以山西某电厂烟气湿法脱硫水力旋流器出口废水为例。废水水质数据(设计值)见表1。从表1可以看出，该厂脱硫废水悬浮物含量较高(主要成分为石膏、灰渣等。);钙离子、镁离子、硫酸根离子质量浓度高，容易结垢；pH值低、酸度大、氯离子浓度高，容易造成设备和管道的腐蚀；还有一些重金属如汞、镉、铬；水质参数波动大，成分复杂。

目前脱硫废水主要采用“中和-絮凝-沉淀”三联箱处理。中水回用的主要方式有干灰调湿、灰场喷淋或灰渣冷却。脱硫废水代替除灰除渣系统中的调湿水，具有成本低、结构简单、操作简单等优点。但是，除灰除渣系统的用水量远远小于脱硫废水的产生量，脱硫废水无法得到充分利用。此外，由于传统预处理后的废水仍含有大量氯离子，且pH值较低，容易对除灰除渣系统的管道造成腐蚀和堵塞。

2.低温余热闪蒸脱硫废水零排放系统

2.1低温多效蒸发技术的原理

脱硫废水零排放技术的原理有两个突出的方面，如下。

(1)低温余热闪蒸利用原理。根据水溶液沸点随压力降低而降低的原理，本文实现了脱硫废水的级联多效蒸发浓缩。一方面利用除尘器出口低尘低温烟气的热量，通过真空泵建立烟道换热器系统负压，使换热器内产生100℃以下的低温沸腾蒸汽作为多效蒸发系统的外热源，实现烟气余热的高效利用。另一方面，通过真空泵建立多效蒸发系统的负压，根据脱硫废水在不同压力下的沸点蒸发温度，在分离器负压的作用下，将脱硫废水闪蒸成蒸汽，实现外部热源热量从效I到效III的梯级利用。

(2)加热器高效防垢原理。采用了控制流速强制循环技术、催化磁化和结晶防垢技术。控制强制循环流量，提高传质流量，降低管壁结垢风险。通过废水的磁化处理，在成核条件附近无序热运动的结垢无机盐离子获得能量，被迫调整其碰撞方向，形成均匀的成核条件，从而生成大量小直径球形微晶胶体悬浮液，破坏了硬垢的形成条件。在特定的位置使用特殊的材料，会产生特定的电解电流，会催化水，吸收离子，增加瞬时过饱和度，产生大量的可逆微晶，大大降低废水的饱和度，消除产生硬垢的条件。基于晶种防垢原理，通过控制原废水本身的石膏晶体浓度，使废水中的钙离子、镁离子、硫酸根离子等二价盐离子在浓缩过程中优先凝聚在固体石膏晶核上，从而降低加热器的结垢风险。

2.2工艺流程

低温余热闪蒸技术应用于石灰石-石膏湿法脱硫废水零排放的工艺流程如图1所示。整个工艺主要由六个系统组成，包括废水储运系统、烟道换热器系统、多效闪蒸系统、冷却系统、浓缩液处理系统和排空系统。

从除尘器出口到引风机入口的烟道中安装有烟道换热器。换热器中的介质(除盐水)在I效真空泵的作用下被加热成100℃以下的低温蒸汽，蒸汽(热源)被送入I效蒸发系统蒸发浓缩废水。蒸汽冷凝后被收集在I效冷凝罐中，然后由增湿泵再次送入烟道换热器。这部分是蒸发系统的低温余热获取环节。

水力旋流器出口的脱硫废水送至废水进箱，由泵送至多效蒸发系统加热浓缩。在尾气真空泵的作用下，I效分离器中的废水在I效加热器的管程中均匀流动，并与I效加热器壳程中的蒸汽进行热交换。加热后的废水进入I效分离器完成汽液分离，I效强制循环泵用于强制循环蒸发浓缩物料。经过I效蒸发系统的反复循环，初步浓缩后的料液在液位压差的作用下通过平衡管进入II效分离器，I效分离器产生的二次蒸汽作为

以此类推，废水不断浓缩结晶，纯净水不断蒸发浓缩。三效分离器出口的二次蒸汽被尾气冷凝器中的循环冷却水冷凝成冷凝水，收集在尾气冷凝罐中。当三效蒸发系统的浆液浓度大于1300kg/m3时，打开排放阀，利用三效强制循环泵的出口压头将浓缩浆液送至浓缩缓冲罐储存。此时，各效液位因排放而下降，在废水进水泵和物料连通管的作用下，废水可以自行补充各效分离器和加热器中的物料，各效物料的补充速度由电动进料阀控制，从而达到控制各效液位的目的。

浓浆由浓浆泵送至固液分离装置。晶体和饱和母液分离后，固体送入石膏仓，饱和母液送回废水进箱，废水再进入多效蒸发系统浓缩结晶。

上述低温余热闪蒸技术不同于膜浓缩，无需预处理，系统更简单、更可靠、更易操作。系统的热源来自除尘器出口的烟气余热，系统运行成本较低；整个多效蒸发系统采用外加热强制蒸发工艺，大大降低了系统管道和设备结垢的可能性。

2.3工程示范技术参数

根据山西某300MW机组烟气条件和脱硫废水水质参数，采用烟气低温余热闪蒸脱硫废水零排放技术，并投资建设了处理能力为15m3/h的脱硫废水零排放示范工程。本项目主要工艺设备技术参数见表2。

3.应用示范结果分析

3.1技术和经济分析

根据整个系统试运行期间的数据统计，废水零排放系统的直接运行费用主要包括电力消耗、脱盐水消耗和工艺水消耗。功耗换算成37.67(kW & # 8226；H)/m3，电价为0.50元(/kW & # 8226；h)预计合同18.83元/m3。软化水消耗量为0.1t/h，软化水成本为15.00元/t，折合0.10元/m3。工艺用水量约为2.1m3/h，工艺水费用为3.50元/t，折合0.49元/m3。因此，如果不考虑人员成本和设备折旧成本，该脱硫废水零排放系统的总直接运行成本约为19.42元/m3。深和合电力(河源)有限公司采用“预处理+蒸发结晶+盐分离”技术，零排放实际运行成本为70~80元/m3，该技术运行成本为19.42元/m3，远低于上述电厂技术。

3.2试运行结果分析

3.2.1加工能力分析

脱硫废水深度处理工程于2019年6月26日开工，试运行168h。由于#2机组未安装烟气换热器，系统处理能力设计值按50%计算。记录如表3所示。

从表3可以看出，项目在168h试运行期间，累计废水处理量为681t，冷凝水回收量为632t，平均水回收率为92.8%。由于机组负荷不同，除尘器出口烟气量和温度低于设计值。因此，在负荷换算的锅炉连续蒸发量(BMCR)较大的情况下，平均脱硫废水处理能力为7.55t/h，平均凝结水回收能力为7.01t/h，满足设计处理能力。

3.2.2出水水质分析

在试运行期间，从进污水罐(FS)中取样原污水，并从凝结水泵(NS)出口取样凝结水。测试数据结果见表4。

脱硫废水处理前后，不同检测指标的去除率见图2。从图中可以看出，除氨氮外，脱硫废水中其他指标的去除率均高于96%(余氯除外)。说明该技术对低沸点物质(氨氮)的去除能力较差。氨氮主要来源于烟气脱硝过程中逸出的过量氨，被湿法脱硫系统吸收后进入脱硫废水。

GB/T19923—2005《城市再生水回用工业用水水质》中锅炉补给水水质标准见表5。除氨氮外，对比表4中测得的凝结水主要指标基本满足锅炉补给水水质标准，但需进一步去除氨氮才能作为锅炉补给水使用。此外，冷凝水中氯离子、钙离子、镁离子和硫酸根离子的浓度远小于原脱硫废水，因此冷凝水可直接用作脱硫工艺的补充水。

防垢分析

从脱硫废水的水质参数可以看出，废水中含有较多的钙离子、镁离子、硫酸根离子等二价离子，水质硬度较高，使系统容易结垢。采用外加热强制循环蒸发，强制循环泵的动力使废水高流速(通常大于1m/s)循环，提高了各效加热器的换热效率，降低了系统管道结垢的风险。

整个系统连续运行40天后，关闭系统，检查系统的结垢情况。发现I效和II效系统的管道没有结垢，III效分离器部分有轻微结垢。用高压水冲洗后，水垢脱落。拿出秤来分析一下。水垢主要是盐，易溶于水。

3.3长期结果分析

截至目前，系统稳定运行近9个月，系统处理稳定，凝结水水质指标稳定，上次停工检查未发现设备结垢。

日常冷凝液主要检测电导率、pH值、浊度、硅、铁离子、硫酸根、氯离子等水质指标。2020年3月部分日常实验室数据见表6。

4.结论

根据该技术方案，利用除尘器出口低温热源和负压闪蒸原理，通过废水输送系统、烟气换热系统、多效蒸发系统、浓浆压滤结晶系统、排空系统等六大系统构建烟气低温余热闪蒸脱硫废水零排放工艺，完成15m3/h脱硫废水零排放工业示范。运行结果表明，系统运行稳定，处理能力达到设计要求，运行费用低。每立方米处理脱硫废水的直接成本仅为19.42元左右。

无需预处理，利用废水中的石膏作为晶种，结合末端压滤结晶技术，实现脱硫废水中盐的浓缩和自结晶分离。

多效蒸发单元采用外加热强制循环蒸发方式，可保证浓缩过程中脱硫废水的循环流动，降低系统结垢风险。

多效蒸发系统冷凝水提取率高，高达92.8%以上。经进一步处理后，冷凝水可用作锅炉补充水或直接用作脱硫工艺的补充水。(来源:山西普利环境工程有限公司、华电郑州机械设计研究院有限公司)

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