為了保護(hù)水資源和水環(huán)境、節(jié)約用水，國(guó)家相繼頒布了水污染防治行動(dòng)計(jì)劃、“十三五”水資源消耗總量和強(qiáng)度雙控行動(dòng)方案、全民節(jié)水行動(dòng)計(jì)劃。火電廠作為用水、排水大戶(hù)，其用水占工業(yè)用水量的30%～40%，從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和保護(hù)水環(huán)境出發(fā)，節(jié)約發(fā)電用水，提高水的重復(fù)利用率，實(shí)現(xiàn)火電廠廢水零排放意義重大。
隨著國(guó)家對(duì)火電廠污水排放的限制，越來(lái)越多的火電廠通過(guò)水務(wù)管理與水的梯級(jí)利用，將其他生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水作為脫硫工藝用水，故脫硫廢水相當(dāng)于是火電廠的全廠末端廢水，其處理方式?jīng)Q定全廠廢水是否最終能夠?qū)崿F(xiàn)零排放。
一、火電廠廢水分析
脫硫廢水含有大量的溶解性離子和懸浮物，是典型的高含鹽、高固含物的廢水。脫硫廢水的處理是火電廠廢水零排放的難點(diǎn)。
傳統(tǒng)脫硫廢水處理方法包括灰場(chǎng)處置、煤場(chǎng)噴灑、灰渣閉式循環(huán)系統(tǒng)及三聯(lián)箱法等?；覉?chǎng)處置、煤場(chǎng)噴灑、灰渣閉式循環(huán)系統(tǒng)所需水量較少，且會(huì)造成系統(tǒng)設(shè)備的腐蝕，對(duì)電廠的安全運(yùn)行造成隱患;三聯(lián)箱法經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單中和、絮凝和沉淀澄清后，雖可有效去除懸浮固體、重金屬離子和F-等污染物，但該工藝難以有效去除Na+、Cl-、SO42-、Ca2+和Mg2+等離子，出水含鹽量仍很高，回用困難。
二、脫硫廢水末端固化處理工藝介紹
針對(duì)脫硫廢水水質(zhì)特點(diǎn)和傳統(tǒng)處理工藝的不足，脫硫廢水末端零排放處理技術(shù)按照工藝流程，通常由廢水預(yù)處理、濃縮減量和固化處理三部分組成。
廢水預(yù)處理為可選工藝，主要目的為去除脫硫廢水中的Ca2+、Mg2+等離子，對(duì)末端脫硫廢水進(jìn)行軟化，以滿(mǎn)足后續(xù)工藝對(duì)水質(zhì)的要求。濃縮減量主要目的為降低后續(xù)固化處理的投資和運(yùn)行費(fèi)用，同樣為可選工藝，主要有反滲透、正滲透、電滲析、余熱閃蒸技術(shù)等。固化處理為必選工藝，主要工藝有蒸發(fā)結(jié)晶法和煙道蒸發(fā)法兩種。
2.1蒸發(fā)結(jié)晶法
將預(yù)處理或者濃縮減量后的濃水通過(guò)蒸發(fā)結(jié)晶裝置達(dá)到清水回收利用和濃水結(jié)晶的過(guò)程，通過(guò)對(duì)廢水進(jìn)行蒸發(fā)、結(jié)晶、干燥包裝，無(wú)需向地面水域排放廢水。其工藝主要分多效蒸發(fā)結(jié)晶和機(jī)械蒸汽再壓縮，兩種工藝均產(chǎn)生結(jié)晶鹽且較難回用。
2.2煙道蒸發(fā)法
在煙道內(nèi)對(duì)廢水進(jìn)行蒸發(fā)處理的一種方法，其工藝主要分直噴煙道余熱蒸發(fā)和旁路煙氣蒸發(fā)。
2.2.1直噴煙道余熱蒸發(fā)
直接將脫硫廢水噴入煙道內(nèi)，通過(guò)在鍋爐尾部空氣預(yù)熱器與除塵器之間的煙道內(nèi)設(shè)置噴嘴，將預(yù)處理濃縮后的廢水霧化。霧化液滴在高溫?zé)煔庾饔孟驴焖僬舭l(fā)，隨煙氣排出而廢水中的雜質(zhì)則進(jìn)入除塵系統(tǒng)隨粉煤灰一起外排，從而達(dá)到零排放的目的。煙道噴霧蒸發(fā)工藝處理的廢水量小，容易造成煙道腐蝕結(jié)垢和堵塞，噴頭的布置對(duì)蒸發(fā)固化效果影響很大，對(duì)爐后煙道安裝位置要求高，低低溫電除塵技術(shù)的普及，使得直噴煙道余熱蒸發(fā)可利用的有效煙道長(zhǎng)度減小，狹窄的空間限制了蒸發(fā)的水量。
2.2.2旁路煙氣蒸發(fā)
從空預(yù)器上游抽取的少量煙氣通過(guò)噴霧干燥塔，脫硫廢水通過(guò)水泵打入噴霧干燥塔與鍋爐熱煙氣混合。通過(guò)擋板門(mén)來(lái)控制噴霧干燥塔需要的煙氣流量，使其在噴霧干燥塔內(nèi)部形成設(shè)定的特殊流場(chǎng)，經(jīng)過(guò)噴嘴的細(xì)小液體顆粒與熱煙氣混合，由于接觸比表面積大，廢水充分得到蒸發(fā)，熱煙氣溫度降低并控制在高于酸露點(diǎn)或者空預(yù)期出口溫度以上，來(lái)保證在煙氣進(jìn)入除塵器之前沒(méi)有冷凝或者為蒸發(fā)的液體夾帶發(fā)生。含有可溶性以及懸浮物固體顆粒的脫硫廢水在高溫?zé)煔庀逻M(jìn)行蒸發(fā)。廢水中的重金屬離子和其他一些離子會(huì)結(jié)晶析出，蒸發(fā)后的固體夾帶物收集到下游的電除塵器，混入全廠飛灰，一起集中處理。旁路煙氣蒸發(fā)工藝流程見(jiàn)圖1。
三、末端固化處理工藝比較
蒸發(fā)結(jié)晶法需要嚴(yán)格的預(yù)處理和適當(dāng)?shù)臐饪s減量技術(shù)配套使用，能耗較高、設(shè)備投入和處理費(fèi)用高，占地較大、運(yùn)維工作量大。煙道蒸發(fā)法工藝簡(jiǎn)單、無(wú)需預(yù)處理，投資費(fèi)用低、占地規(guī)模小，運(yùn)維工作量小、運(yùn)行成本低。
根據(jù)上述對(duì)比分析，煙道蒸發(fā)法優(yōu)于蒸發(fā)結(jié)晶法。旁路煙氣蒸發(fā)工藝跟直噴煙道余熱蒸發(fā)工藝相比，更具有不影響主機(jī)、可在線檢修的優(yōu)點(diǎn)，更為推崇。
旁路煙氣蒸發(fā)工藝，最大的特點(diǎn)是系統(tǒng)適應(yīng)能力強(qiáng)，可以接受負(fù)荷和廢水的經(jīng)常波動(dòng)，脫硫廢水無(wú)需預(yù)處理，直接利用煙氣余熱進(jìn)行蒸發(fā)，不需要添加藥劑。通常抽取的熱煙氣量占總煙氣量的3%-5%，對(duì)鍋爐的影響有限，無(wú)需設(shè)置濃縮減量裝置。整體工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性高、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，是實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放的首選工藝。
四、工程案例
廣東某電廠對(duì)#1、#2兩臺(tái)660MW超超臨界機(jī)組的廢水處理進(jìn)行了升級(jí)改造，將化學(xué)酸堿再生高鹽廢水、精處理再生高鹽廢水和脫硫廢水收集后一并處理，通過(guò)旁路煙氣蒸發(fā)工藝，實(shí)現(xiàn)了末端廢水零排放。
4.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)
每臺(tái)機(jī)組配置一套廢水噴霧干燥系統(tǒng)(WSD)，每套系統(tǒng)包括旁路煙氣系統(tǒng)(包括煙道及出入口擋板等設(shè)備)、噴霧干燥塔系統(tǒng)、廢水儲(chǔ)存和輸送系統(tǒng)(包括噴霧廢水箱、攪拌器、噴霧水泵等設(shè)備)。
每套系統(tǒng)處理的末端廢水量為10m3/h，水質(zhì)成分估算如下，無(wú)需設(shè)置廢水預(yù)處理裝置。
廢水蒸發(fā)所需熱煙氣接自空預(yù)器入口，BMCR工況下煙氣溫度為378℃，所需煙氣量不超過(guò)總煙氣量的5%。由于抽取煙氣量占比較小，對(duì)鍋爐影響有限，無(wú)需設(shè)置廢水減量裝置。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地情況，每臺(tái)機(jī)組分別設(shè)置一套噴霧干燥塔，布置在該機(jī)組脫硝鋼架旁、靠近空預(yù)器一側(cè)的空地上，共兩套。每臺(tái)噴霧干燥塔附近設(shè)置有一臺(tái)噴霧水箱，兩臺(tái)噴霧水泵(一用一備)，以及配套的電控設(shè)備間。
4.2核心設(shè)備
噴霧干燥塔系統(tǒng)是旁路煙氣蒸發(fā)技術(shù)核心設(shè)備，由承包商提供全套設(shè)計(jì)和供貨，包括入口氣體分布器、旋轉(zhuǎn)霧化器、噴霧干燥塔本體組成。
4.2.1氣體分布器
在噴霧干燥塔熱煙氣進(jìn)口設(shè)置氣體分布器。煙氣經(jīng)過(guò)氣體分布器后，煙氣流被分布成繞霧化盤(pán)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及繞霧化盤(pán)邊緣的向下流動(dòng)，向下壓向霧滴并形成傘狀云形態(tài)，達(dá)到煙氣與霧滴的充分混合。合理的氣體分布器設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行和噴霧干燥塔出口煙氣溫度符合設(shè)計(jì)要求提供了保障。
4.2.2旋轉(zhuǎn)霧化器
旋轉(zhuǎn)霧化器是噴霧干燥塔系統(tǒng)最核心的部分，采用進(jìn)口產(chǎn)品。每臺(tái)干燥塔配置一套，由霧化器、霧化盤(pán)、就地控制柜、變頻控制器、震動(dòng)檢測(cè)裝置等組成。
旋轉(zhuǎn)霧化器需能夠保證在鍋爐負(fù)荷發(fā)生變化致使廢水處理量改變時(shí)，霧化霧滴的粒徑分布不發(fā)生顯著改變。末端廢水被送至高速旋轉(zhuǎn)的霧化盤(pán)時(shí)，由于離心力的作用，從霧化盤(pán)的多個(gè)噴嘴噴出，在每分鐘12000-14000轉(zhuǎn)的高速旋轉(zhuǎn)中成為微小液滴(80%以上液滴顆粒直徑不大于40μm)噴射出去。
連續(xù)穩(wěn)定的霧化性能是保證廢水干燥蒸發(fā)的基礎(chǔ)。旋轉(zhuǎn)霧化器能夠保證在液體流量發(fā)生一定變化時(shí)，最終的蒸發(fā)效果仍然能夠得到保證，確保沒(méi)有水分凝積在噴霧干燥塔壁上。
4.2.3噴霧干燥塔
為了保證液體完全蒸發(fā)以及減少死角結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，噴霧干燥塔設(shè)計(jì)成圓形塔，本項(xiàng)目塔本體直徑9m，總高17.7米。由于煙氣溫度高于酸露點(diǎn)，采用Q345材質(zhì)制作，內(nèi)部不需做防腐處理，外部做保溫處理。
為檢修維護(hù)方便，從塔底到塔頂設(shè)置有螺旋扶梯。噴霧干燥塔頂部設(shè)置有霧化器維護(hù)封閉空間及檢修起吊裝置。
4.3運(yùn)行控制
末端廢水零排放處理系統(tǒng)采用DCS遠(yuǎn)程控制站方式，每臺(tái)機(jī)組各設(shè)置一遠(yuǎn)程控制站，DCS在現(xiàn)用的西門(mén)子T3000現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)上進(jìn)行擴(kuò)充，預(yù)留并備用光纖接口，信號(hào)接入集中控制室輔網(wǎng)控制。在集中控制室內(nèi)可完成末端廢水零排放處理系統(tǒng)的啟、停，運(yùn)行監(jiān)視，以及保護(hù)切除和緊急事故處理操作。
控制系統(tǒng)主要包括：數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)(DAS)、模擬量控制系統(tǒng)(MCS)和順序控制系統(tǒng)(SCS)。噴霧干燥塔入口煙氣調(diào)節(jié)擋板門(mén)、出口煙氣溫度、末端廢水至旋轉(zhuǎn)霧化器流量、噴霧水箱液位等在運(yùn)行過(guò)程中均可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。
五、結(jié)語(yǔ)
傳統(tǒng)的脫硫廢水處理技術(shù)已無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)前需求，通過(guò)分析對(duì)比，并經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐應(yīng)用，旁路煙氣蒸發(fā)技術(shù)無(wú)需預(yù)處理、抽取熱煙氣量5%以?xún)?nèi)無(wú)需設(shè)置濃縮減量裝置，為實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放的首選工藝。（ >
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