【技术汇】蒸发塔技术用于脱硫废水的处理

摘要：脱硫废水水质复杂、含有重金属，处理难度很大，为此开发了一种新型的脱硫废水处理技术—蒸发塔技术，可以实现脱硫废水的零排放。在实验室搭建了小型蒸发塔实验台，对脱硫废水的蒸发特性、热量衡算进行了研究。研究表明:导流板角度一定的情况下，脱硫废水主蒸发区在塔体中心位置，随着脱硫废水处理量的增加，主蒸发区域向塔壁和塔体下部偏移;导流板角度减小，高温区下移;雾矩受给液量和雾化器转速的双重影响，给液量越大，雾矩越大，转速越大，雾矩越小;塔径一定的条件下，适当调节进风量和导流板角度可增加脱硫废水的处理量;模拟计算表明，蒸发系统抽取热烟气量较少，不会对电厂热系统产生明显影响。

关键词：脱硫废水;零排放;蒸发塔;蒸发特性;热量衡算

2015年4月16日，国务院发布了体污染行动计划》(《水十条》)，国家将强化对各类水污染的治理力度，脱硫废水因成分复杂、含有重金属引起业界关注。在此背景下，某些地区要求电厂关闭废水外排口，实现脱硫废水的零排放。

目前，国内脱硫废水零排放技术主要有3种，分别是蒸发池、蒸发结晶及烟道蒸发。蒸发池是通过自然蒸发减少废水体积的一种方法，在美国约有10余个电厂应用此技术进行脱硫废水的处理。蒸发池的处理效率取决于废水水量而非污染物浓度，因此，该方法适用于处理高浓度、总量少的含盐废水。此外，蒸发池处理废水成本低，适用于土地价格低的半干旱或干旱地区使用。但是此技术需要做防渗处理，且当废水处理量大时，所需土地面积增加，处理成本增加。为提高蒸发池的蒸发速率，减少蒸发池的占地面积，可考虑采用机械雾化蒸发。机械雾化蒸发技术利用高速旋转的扇叶或是高压喷嘴将废水雾化成细小液滴，通过液滴与空气的强烈对流进行蒸发。在上世纪90年代，此技术己经应用于矿井高含盐水及电厂高含盐水的处理。但该技术存在液滴的风吹损失，造成周边环境的盐污染。

蒸发结晶技术主要包括3个步骤，即预处理+膜/热力浓缩+结晶:预处理主要是去除脱硫废水中的硬度离子;浓缩主要是将脱硫废水减量化，产生可用水和浓水;浓水经过结晶器形成盐分然后回收利用或者填埋。蒸发结晶技术是一项成熟的技术，在国内外都有部分应用，但经济上存在着投资和运行费用高等问题，限制了此技术的广泛应用。

烟道蒸发技术是利用气液两相流喷嘴将脱硫废水雾化并喷入空预器与除尘器之间的烟道中，利用烟气余热将废水完全蒸发，使废水中的污染物转化为结晶物或盐类，随飞灰一起被除尘器捕集。对于脱硫废水烟道蒸发的特性，张子敬等研究发现脱硫废水的蒸发呈现前期快速蒸发和后期缓慢蒸发的特点;康梅强等研究了烟道结构、烟气温度和喷雾粒径等参数对蒸发特性的影响;张志荣等Dal研究了不

同烟气速度等对蒸发特性的影响;冉景煌等[研究了不同物性液滴如酸碱液滴的蒸发特性。此外，对于烟道蒸发技术的可行研究，DENG等和JIANG等研究表明脱硫废水烟道蒸发不会对除尘器产生负面影响;刘勇等研究表明脱硫废水烟道蒸发对除尘器出口PM2.5浓度影响不大。此外，脱硫废水烟道蒸发降低了烟道温度，减少了脱硫系统的水耗量。但烟道蒸发技术受限于两方面:处理废水量少，且受锅炉负荷影响大;不适用于除尘器前安装烟冷器的电厂。

本研究涉及一种蒸发塔技术，可用于脱硫废水的处理。蒸发塔工艺系统如图1所示。脱硫废水由料液泵输送到蒸发塔顶部的雾化器雾化为雾滴;干燥过程所需的气体从空预器前抽取，经过气体分布器后以一定角度进入蒸发塔顶部，气量可根据需要调整;经雾化器雾化的液滴和来自气体分布器的热烟气在喷雾蒸发塔内相互接触、混合，进行传热与传质，即进行干燥;干燥的产品与烟气一起进入电除尘器，随粉尘一起被捕集。

图1蒸发塔工艺系统图

该技术具有以下几点优势:

1)实现脱硫废水零排放，缓解电厂废水处理的压力;

2)不受锅炉负荷的影响，脱硫废水的处理量取决于塔型设计、引入烟气量及烟气温度;

3)易于在现有设备上进行改造，改造费用低;

4)操作简单，运行费用低，且相对独立于电厂现有系统，方便检修维护。

但该技术仍然存在需要探究的问题:

1)系统的蒸发特性，其关系到塔型的设计;

2}脱硫废水处理量与抽取烟气量的关系，其关系到系统的经济性;

3)系统对后续设备及飞灰综合利用的影响，其关系到技术的应用前景。

本研究搭建了小型蒸发塔，主要探究脱硫废水的蒸发特性及对脱硫废水的处理量与烟气抽取量的关系，并进行理论推导。对于蒸发塔技术下脱硫废水蒸发特性的研究，有助于验证技术的可靠性及塔径塔高的设计;脱硫废水处理量与烟气抽取量的推导，有利于探究技术的经济性，二者都为蒸发塔技术的工业化应用做出重要的铺垫。

1实验系统及装置

实验系统如图2所示，脱硫废水经料液泵输送蒸发塔顶部的旋流雾化器雾化为液滴，空气经加热管加热到一定温度通过气体分布器呈一定角度进入蒸发塔，二者在喷雾干燥室内相互接触混合，进行传热与传质的干燥过程，干燥形成的颗粒物被旋风分离器捕集，废气排空。

图2实验系统图