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摘要：在河南焦作某電廠(chǎng)2x350MW機組脫硫廢水煙氣余熱蒸發(fā)零排放工程的運行基礎上，進(jìn)行工藝的優(yōu)化與改進(jìn)，創(chuàng )造性地引入旁路煙道蒸發(fā)系統：

在SCR脫硝裝置后、空氣預熱器前引出少量高溫煙氣(煙溫在330-350℃)至旁路煙道系統；旁路煙道出、入口通過(guò)電動(dòng)隔離擋板實(shí)現與主體煙道的隔離；旁路煙道入口加設電動(dòng)調節擋板以調節煙氣的流量、流速；旁路煙道內設置高效雙流體霧化噴嘴，霧化液滴與引入的高溫煙氣進(jìn)行迅速傳質(zhì)、傳熱，實(shí)現液滴的高效蒸發(fā);旁路煙道出口連接在空氣預熱器后、除塵器前的煙道上，蒸發(fā)后的結晶物隨煙氣在除塵系統得到去除，水蒸氣在脫硫塔被冷凝后間接補充脫硫工藝用水，最終實(shí)現了脫硫廢水零排放，且對電廠(chǎng)原有系統影響較小。

0引言

已投運的脫硫廢水零排放工程(河源電廠(chǎng)、恒益電廠(chǎng)、長(cháng)興電廠(chǎng)、萬(wàn)方電廠(chǎng))的通用路線(xiàn)為：預處理單元、濃縮減量單元、固化單元。

預處理單元主要是去除脫硫廢水中固體懸浮物(SS)、重金屬離子、硬度離子(Ca2+、Mg2+)等，減弱后續系統的污堵、結垢傾向，是零排放的基礎。目前主要的預處理技術(shù)有石灰一碳酸鈉軟化、多孔陶瓷膜過(guò)濾、管式微濾等。

濃縮減量單元主要是通過(guò)濃縮，降低進(jìn)入固化單元的水量，以減小固化系統的投資、運行成本，濃縮減量單元是零排放的保障。其主要方法包括蒸發(fā)濃縮(MED,MVR)，膜法濃縮(MF/RO,OF/RO,UF/NF,UF/RO/ED、OF/RO/FO,UF/RO/MD)等。

固化單元主要有蒸發(fā)塘(自然蒸發(fā))、機械霧化蒸發(fā)、多效強制循環(huán)蒸發(fā)、降膜機械蒸汽壓縮蒸發(fā)、低溫蒸發(fā)、煙道噴霧蒸發(fā)等，固化單元是零排放的核心。

國內最早實(shí)現脫硫廢水零排放的技術(shù)是蒸發(fā)濃縮結晶技術(shù)，但投資、運行費用高，占地面積大等特點(diǎn)限制了其市場(chǎng)推廣。

河南焦作某電廠(chǎng)2x350MW機組前期采用脫硫廢水煙氣余熱蒸發(fā)零排放技術(shù)，該技術(shù)在投資運行成本、占地面積等方面具有較大優(yōu)勢。

但隨著(zhù)國家產(chǎn)業(yè)結構的調整，火電廠(chǎng)負荷率降低，空氣預熱器排煙溫度降至110℃以?xún)?，低溫影響液滴的蒸發(fā)效果及蒸發(fā)量；另一方面，低低溫(GGH)的強制普及，使得煙道蒸發(fā)可利用的有效煙道長(cháng)度減小，狹窄的空間限制了蒸發(fā)水量；煙道復雜結構形式及內部支撐杠增加了掛灰、結垢、腐蝕的風(fēng)險。

河南焦作萬(wàn)方電廠(chǎng)在脫硫廢水煙氣余熱蒸發(fā)零排放技術(shù)工程運行的基礎上，進(jìn)行工藝的優(yōu)化與改進(jìn)，引入旁路煙道蒸發(fā)系統，在實(shí)現脫硫廢水零排放的基礎上保障了電廠(chǎng)運維的安全性。

1基于旁路煙道蒸發(fā)的脫硫廢水零排放技術(shù)介紹

基于旁路煙道蒸發(fā)的脫硫廢水零排放技術(shù)主要包括二級沉淀預處理系統、雙膜法濃縮減量系統、旁路煙道蒸發(fā)系統(圖1)。其中二級沉淀預處理系統分別加入石灰乳、液堿、PAC和PAM，Na2CO3,PAC和PAM，分步進(jìn)行絮凝沉淀；石灰乳、液堿的混合加入方式以及二級分步沉淀方式可有效降低藥劑成本，高效去除懸浮固體顆粒和重金屬等，并充分軟化水質(zhì)，降低雙膜法濃縮減量系統膜結垢風(fēng)險。

圖1 脫硫廢水零排放技術(shù)系統

雙膜法濃縮減量系統包括多介質(zhì)過(guò)濾機、超濾膜組件、反滲透膜組件。多介質(zhì)過(guò)濾機和超濾膜組件可有效去除水中的固體微粒雜質(zhì)，降低廢水濁度，經(jīng)超濾系統處理后廢水SDI<3，達到反滲透膜進(jìn)水水質(zhì)要求。反滲透膜組為海水淡化膜，系統脫鹽率≥97%；產(chǎn)生的淡水回用至脫硫工藝水系統，只將濃水引入旁路煙道蒸發(fā)系統進(jìn)行蒸發(fā)，充分減小進(jìn)入旁路煙道的水量負荷，降低對鍋爐效率的影響。

旁路煙道入口位于SCR后、空氣預熱器前煙道，出口位于空氣預熱器后、除塵器前煙道。旁路煙道入、出口通過(guò)電動(dòng)隔離擋板實(shí)現與主體煙道的隔離，保障電廠(chǎng)的穩定運行。旁路煙道入口加設電動(dòng)調節擋板以調節煙氣的流量、流速，保障液滴的高效蒸發(fā)。

反滲透濃水經(jīng)廢水管道輸送至旁路煙道內的雙流體高效霧化噴頭，通過(guò)空壓機調節氣液比控制霧化液滴粒徑在100μm以?xún)?。霧化液滴與高溫煙氣(330-350℃)在旁路煙道內充分混合，在不斷的傳質(zhì)、傳熱過(guò)程中實(shí)現液滴的高效蒸發(fā)。霧化液滴中所含的鹽類(lèi)物質(zhì)在蒸發(fā)過(guò)程中持續析出，并附著(zhù)在煙氣中的粉塵顆粒上經(jīng)旁路煙道出口進(jìn)入除塵器，被除塵器捕集；蒸發(fā)后的水蒸氣隨煙氣進(jìn)入脫硫塔，在脫硫塔經(jīng)冷凝后間接補充脫硫工藝用水，最終實(shí)現脫硫廢水零排放。

2旁路煙道蒸發(fā)系統的運行效果

圖2為電廠(chǎng)單爐單側旁路煙道安裝示意圖。

由圖可以看出：該旁路煙道可充分利用電廠(chǎng)原有煙道間的空間，占地面積小，且易于在現有機組上改造。

圖2 旁路煙道現場(chǎng)安裝位置

該旁路煙道蒸發(fā)系統采用PLC控制(圖3)，實(shí)現運行參數、設備狀況在線(xiàn)遠程監控，遠程指導現場(chǎng)操作，提高系統維護檢修效率和發(fā)現缺陷的能力。

圖3 旁路煙道控制界面

圖4匯總了旁路煙道蒸發(fā)過(guò)程中各個(gè)參數的變化：旁路煙道的入口、中間、出口處分別設置溫度傳感器，以監測蒸發(fā)過(guò)程中煙氣的溫度變化，初步判斷蒸發(fā)效果。

圖4  旁路煙道蒸發(fā)過(guò)程中各參數的變化

從圖4a可以看出：旁路煙道入口處煙溫基本維持在330℃左右，濃水霧化液滴與高溫煙氣經(jīng)過(guò)迅速的傳質(zhì)傳熱過(guò)程，中間段溫度下降為270℃左右，旁路煙道出口煙溫基本維持在135℃左右，與空氣預熱器出口煙溫基本一致。

從圖4b可以看出：旁路煙道內霧化裝置的氣體壓力和液體壓力均在0.5MPa左右，在該氣液比條件下，霧化液滴的直徑在100μm以?xún)?，具有較大的比表面積，保障了液滴的高效蒸發(fā)。

從圖4c可以看出：蒸發(fā)0.9t/h的脫硫廢水濃水，需要引出的高溫煙氣量在9000m3/h左右。

在旁路煙道底部設置的測試桿根部出現部分浮灰，浮灰較干，未出現結垢現象；通過(guò)檢修口觀(guān)察旁路煙道內壁，未發(fā)現有積灰情況，說(shuō)明旁路煙道在上述參數條件下運行時(shí)，實(shí)現了脫硫廢水的高效蒸發(fā)。

3旁路煙道蒸發(fā)系統對電廠(chǎng)的影響

3.1旁路煙道蒸發(fā)對空氣預熱器的影響

旁路煙道蒸發(fā)系統利用脫硝裝置后、空氣預熱器前的高溫煙氣實(shí)現RO濃水的蒸發(fā)。該工藝抽取少量高溫煙氣后，使進(jìn)入空氣預熱器的高溫煙氣量有所減少。在空氣預熱器換熱效率不變的前提下，一次風(fēng)和二次風(fēng)通過(guò)空氣預熱器得到的熱量都將減少。為此，委托國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院對該工藝對空氣預熱器的影響進(jìn)行分析計算，結果如表1所示。

表1 旁路煙道蒸發(fā)對空氣預熱器的影響

由表1可知：

鍋爐BMCR工況下，按照設計蒸發(fā)1t/h脫硫廢水，抽取煙氣量占鍋爐總煙氣的比例為0.6189%，空氣預熱器出口一、二次風(fēng)溫較設計下降0.4173℃；蒸發(fā)3.5t/h脫硫廢水，其比例為2.1654%風(fēng)溫較設計下降1.5188℃。在這2種工況下，該旁路煙道蒸發(fā)工藝對空氣預熱器影響較小。

在第10天旁路煙道蒸發(fā)RO濃水時(shí)，通過(guò)電廠(chǎng)DCS系統記錄蒸發(fā)前后空氣預熱器的溫度變化如圖5所示。

圖5 噴霧前后空氣預熱器溫度變化

可以看出：旁路煙道噴霧后對空氣預熱器進(jìn)、出口煙溫幾乎無(wú)影響；噴霧后空氣預熱器一、二次風(fēng)溫略微降低，但波動(dòng)范圍基本在噴霧前的范圍內，對空氣預熱器的影響較小。

3.2旁路煙道蒸發(fā)對脫硫塔內離子濃度的影響

第10天開(kāi)始濃水旁路煙道蒸發(fā)。圖6為噴霧前后脫硫塔內Cl-,Mg2+的濃度變化。

圖6 噴霧前后脫硫塔內Cl-、Mg2+的濃度變化

可知：由于每天脫硫廢水排放量不同，在濃水旁路煙道噴霧前(第1~10天)，脫硫塔內ρ(Cl-)為15000-20000mg/L，ρ(Mg2+)為12000-16000mg/L；濃水旁路煙道蒸發(fā)后(第10天后)2種離子的波動(dòng)范圍與噴霧前無(wú)太大變化。

3.3旁路煙道蒸發(fā)對粉煤灰的影響

經(jīng)旁路煙道蒸發(fā)后，RO濃水中的鹽分隨煙氣中的粉塵一起被除塵器捕捉，最終進(jìn)入粉煤灰中。設定該2x350MW機組處理脫硫廢水水量為150t/d，原水ρ(Cl-)在17000mg/L左右，則每天Cl-的產(chǎn)生量為2550kg；每臺鍋爐產(chǎn)生粉煤灰為30.23t/h，2臺鍋爐日產(chǎn)生粉煤灰為1451.04t，粉煤灰按20%的比例作為原料摻做水泥，則Cl-在水泥中的占比為0.036%，低于GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》要求的0.06%。因此，旁路煙道蒸發(fā)不會(huì )影響粉煤灰的資源化。

綜上，該旁路煙道蒸發(fā)系統對空氣預熱器、脫硫塔內Cl-、Mg2+濃度以及粉煤灰的影響均較小。

4結論

（1）基于旁路煙道蒸發(fā)的脫硫廢水零排放技術(shù)具有可行性，該技術(shù)中預處理是基礎，膜減量是保障，旁路煙道蒸發(fā)是核心。應用該技術(shù)時(shí)應根據允許蒸發(fā)水量反推膜濃縮倍數，設計合理的預處理工藝參數。

（2）基于旁路煙道蒸發(fā)的脫硫廢水零排放技術(shù)適應于電廠(chǎng)新常態(tài)，利用高溫煙氣實(shí)現脫硫廢水的高效蒸發(fā)，無(wú)需額外熱源，運行能耗低；且旁路煙道可充分利用煙道間空隙，占地面積小，工程投資省。

（3）旁路煙道蒸發(fā)的脫硫廢水零排放技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)是：自動(dòng)化程度高、操作方便，提高了系統的運維水平；旁路煙道入、出口隔離門(mén)的設計可實(shí)現與電廠(chǎng)主體的隔離，不影響電廠(chǎng)的日常運作。

（4）該技術(shù)實(shí)現了燃煤電廠(chǎng)真正意義上的脫硫廢水零排放，對空氣預熱器、粉煤灰品質(zhì)等影響較小，是一種低耗高效的脫硫廢水零排放技術(shù)，具有廣泛的推廣應用價(jià)值。

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