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)國務(wù)院2015年印發(fā)的《水污染防治行動計(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)境影響評價(jià)文件審批的通知》環(huán)辦[2015]112號要求，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)化水資源的串級使用要求，提高水循環(huán)利用率，最大限度減少廢水外排量。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題。

　　1 目前國內(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)過中和、沉降、絮凝和澄清等過程對廢水進(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，而且對脫硫廢水含有的高濃度氯離子無法處理，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-的富集問題。蒸汽濃縮蒸發(fā)技術(shù)是利用蒸發(fā)對廢水進(jìn)行蒸發(fā)濃縮產(chǎn)生蒸餾水和濃縮水，濃縮通過結(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題的出現(xiàn)，其主要工藝流程如圖3所示。

　　通過新建干燥塔進(jìn)行廢水干燥處理，安裝、檢修時(shí)對主系統(tǒng)無影響。新建干燥塔設(shè)計(jì)煙氣流速低、停留時(shí)間長，且與主系統(tǒng)隔離開，不會影響鍋爐主系統(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)無需再設(shè)置風(fēng)機(jī)旁路干燥。因此，通過干燥塔利用中溫?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。

　　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)速度由蒸汽通過周圍氣膜的擴(kuò)散速度所控制。主要的推動力是周圍熱風(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)速度開始減慢，干燥進(jìn)入減速階段。此時(shí)顆粒溫度開始上升，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)測溫點(diǎn)，干燥塔入口與出口設(shè)置有溫度、壓力測點(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)物通過煙氣取樣器取樣后進(jìn)行測試分析。

　　3.1煙溫對脫硫廢水干燥的影響

　　脫硫廢水經(jīng)過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廢水干燥特性的影響分析。實(shí)驗(yàn)過程中標(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大，則難以在短時(shí)間內(nèi)干燥完全，對后續(xù)除塵設(shè)備造成影響。

　　3.2高鹽廢水干燥后煙氣對電除塵器的影響

　　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，不會對原煙氣溫度造成影響，而且由于噴水量比較小，混合后對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)行沒有受到任何影響。進(jìn)一步驗(yàn)證了中溫干燥脫硫廢水對后續(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，不會對脫硫水平衡產(chǎn)生不利影響。

　　結(jié)語:

　　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，而且不會對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。