脱硫废水零排放处理-余热闪蒸自结晶技术

近年来，我国废水排放标准的要求日益严格，尤其是2015年国务院颁布的《水污染防治行动计划》“水十条”，更是将水环境保护上升到了国家战略层面。火电作为用水、排水大户，用水占工业总量的20%，从经济运行和保护环境出发，节约发电用水，提高循环水的重复利用率，实现火电厂废水“零排放”意义重大。

  脱硫废水主要是火电厂锅炉烟气湿法脱硫(石灰石/石膏法)过程中吸收塔的排放水，它与电厂其它系统所产生的废水差异较大，是火电厂水系统内水质*复杂、污染*严重的水体。脱硫废水含有高浓度的悬浮物、高氯根、高含盐量、高浓度重金属，对环境污染性极强，因此脱硫废水零排放势在必行。

  1.脱硫废水水质特点

  脱硫废水中的污染物成分及含量与煤种、脱硫工艺与运行方式、进入烟尘量、石灰石品质、石膏脱水效果、氨逃逸率等多种因素有关，它的主要特征是：

  (1)呈现弱酸性，PH值为4-6.5;

  (2)悬浮物高，一般在6000-15000mg/L之间，但颗粒细小，主要成分为粉尘和脱硫产物(硫酸钙和亚硫酸钙);

  (3)含有可溶性的氯化物和氟化物、硝酸盐等，溶解性固体总量(TDS)在25000-60000mg/L之间，其中Cl-含量一般在5000-20000mg/L之间;

  (4)含有Hg、Pb、Ni、As、Cd、Cr等重金属离子，是电厂的一种处理难度较大的废水。

  2.脱硫废水处理现状

  目前电厂脱硫废水处理一般采用酸碱中和三联箱处理法，利用氢氧化钠调节pH到中性，絮凝去除悬浮物。此工艺主要处理了脱硫废水中的固体颗粒物，但对于水中的溶解性离子没有处理，排水中仍然含有大量的Cl-、SO42-、Ca2+、Mg2+，需要进行二次处理才能实现零排放及回收利用。

  市场通用零排放技术多采用“预处理单元+减量浓缩单元+固化单元”工艺，各单元设计彼此相辅相成，其目的在于满足各自系统的工艺边界条件要求，同时实现整套零排放系统的稳定可靠运行。

  预处理单元主要去除水体中的硬度离子和重金属，以符合后续减量浓缩单元设计要求，目前主要采用二级软化沉淀法，同时根据水质等不同，辅以重金属去除剂和过滤等装置。减量浓缩单元设计则根据后续固化单元水量，确定减量浓缩单元出力要求，主要包括膜浓缩和热蒸发两种处理工艺。从整体经济性和成熟度考虑，目前市场上多采用膜法对废水进行浓缩减量，经膜浓缩后废水含盐量可达8-12%。

  “固化单元”是脱硫废水“零排放”系统中的关键，根据处理程度的不同，主要分为结晶盐资源化利用、非资源化利用两种。结晶盐资源化利用处理方法，大多是针对2016年后批准的新建项目提出更高的环保要求，该处理方法需要将废水软化到一定程度甚至全软化，才能进行后续的膜法或热法分盐及浓缩干化处理工艺，软化药剂费用高，老旧电厂难以承受这种经济负担。

  非资源化利用处理方法，则适合大多数老旧电厂的环保改造。结晶盐非资源化利用处理方法，目前常用的主要有两种：主烟道雾化喷洒干燥法和高温烟气旁路加热蒸发干燥法。

  这两种方法虽都能达到废水零排放要求，但采用主烟道雾化喷洒干燥法，水蒸气*终随着烟气进入烟道外排，无法对冷凝液进行回收利用，且该工艺需要在除尘器前布置喷枪或者抽取除尘器前的烟气进行加热，这会使得喷嘴处的湿度增大，烟气中的灰分容易在喷枪处、旋转喷雾处粘结，导致喷嘴堵塞、烟气冲刷磨损、雾化效率下降，致使废水难以干燥。

  而采用高温烟气旁路加热蒸发干燥法抽取热烟气直接对废水进行加热干燥，则需要抽取300℃以上温度的烟气，这会影响空气预热器对进入锅炉的空气的预热效果，导致入炉膛空气温度降低，从而影响锅炉热效率。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。

  3.余热闪蒸自结晶技术

  鉴于目前脱硫废水零排放处理工艺中存在的问题，针对脱硫废水的水质特点，有学者提出了“余热利用闪蒸自结晶脱硫废水零排放技术”。该技术采用负压多效闪蒸工艺，以废水中石膏固体颗粒作为晶种进行废水中污染物的自结晶，利用脱硫入口烟气余热为多效蒸发提供热源，降低系统能耗。无预处理，不需加药，排出固体物为石膏和结晶盐混合物，无其他杂物，能达到90%的水回收利用率。

  “余热利用闪蒸自结晶脱硫废水零排放技术”工艺流程如图1所示。

  图1 余热闪蒸自结晶技术工艺流程图

  废水箱中的脱硫废水经废水给料泵直接送至三效闪蒸系统，无需经过预处理。该工艺在每台机组脱硫吸收塔入口烟道位置安装一台烟道换热器，其工作介质为工艺水，在烟道换热器中利用烟气余热加热，在一效真空泵产生的负压工况下，生成负压蒸汽，给脱硫废水处理装置提供热源，蒸汽冷凝成水进入循环冷凝水罐，再通过加湿水泵送到烟道换热器，蒸发冷凝进入循环冷凝水罐，换热器内的水介质循环使用，通过工艺水定期对循环冷凝水罐进行少量补充。

  三效闪蒸系统在真空泵作用下保持负压工况，废水给料泵来废水进入一效分离器，一效分离废水通过循环管用一效强制循环泵送到一效加热器管程，来自烟道换热器蒸汽进入一效加热器壳程，废水被加热后再回到一效分离器，在一效分离器中产生蒸汽进入二效加热器壳程，一效分离器中的废水继续循环进入一效加热器与蒸汽换热，由于一效分离器废水中水分蒸发，浆液浓度增加。

  废水在一效分离器中经一效蒸发器均匀地在加热管内壁从下向上流动，并利用一效强制循泵进行强制循环蒸发浓缩。在蒸发器上端设有专门的汽液两相共存的沸腾区，物料在沸腾区内汽液混合物的静压使下层液体的沸点升高，并使溶液在加热管中螺旋流动时只受热而不产生汽化，沸腾物料进入一效分离室完成汽、液分离，物料在一效系统内经多次自然式循环后，完成初步浓缩的料液在压差的作用下进入二效分离器。

  进入二效的物料运用与一效内相同的原理，利用一效分离器产生的二次蒸汽作为后部的蒸发器的热源，并利用循泵进行强制循环蒸发浓缩。完成浓缩的料液在压差的作用下进入三效分离器，进入三效的物料运用与一、二效内相同的原理，利用二效分离器产生的三次蒸汽作为后部的蒸发器的热源，并利用循泵进行强制循环蒸发浓缩。当三效内浓缩物料达到设计浓度时，料液被送至增稠器进行结晶。第三效蒸发器产生的蒸汽经冷凝收集后可送至脱硫系统作为工艺水使用或其他用水。

  与其他工艺相比，余热闪蒸自结晶技术具有无需进行预处理，利用锅炉尾部余热烟气加热脱硫废水，不需要消耗其他热源，系统的水回收率高(可达到90%以上)，以脱硫废水中的石膏固体颗粒作为结晶晶种，不需要对脱硫废水进行预处理，无二次废弃固体物产生等特点，目前已在灵州电厂、大南湖电厂和大港电厂得到了成功应用。

  4.结语

  余热闪蒸自结晶技术为近年新提出的脱硫废水零排放处理技术，虽已实现工业化应用，但因应用时间较短，尚未实现规模化应用。然而随着脱硫废水零排放处理的呼声越来越高，余热闪蒸自结晶技术的应用研究也将更为普遍和深入。