常温结晶分盐零排放脱硫废水处理技术

脱硫废水经必要的预处理之后, 由喷嘴从上方喷入单独设置的喷雾干燥塔, 形成雾化液滴, 与引自预热器前的高温烟气在干燥塔内相遇, 雾化液滴汽化并结晶析出盐尘, 一起从干燥塔出口进入预热器后、除尘器前的烟道内。

由于设置了独立的干燥塔, 脱硫废水的雾化蒸发过程在干燥塔内完成, 因此主烟道的腐蚀和结垢风险可以排除。但由于使用预热器前高温烟气, 因此旁路蒸发对锅炉的效率有一定的影响。与烟道直喷相比, 旁路蒸发的接受程度更高一些。

2.3 耦合烟气蒸发工艺

耦合烟气蒸发工艺旨在结合烟道直喷利用低温烟气余热和旁路蒸发安全性较高的优势, 利用低温烟气旁路蒸发进行脱硫废水的浓缩, 利用高温烟气旁路蒸发进行浓缩液的结晶。图3是典型的烟气浓缩与结晶耦合脱硫废水处理工艺。

图3 烟气浓缩与结晶藕合脱硫废水处理工艺

该工艺由2个旁路烟气蒸发工艺耦合而成, 并分别设置了独立的浓缩塔和干燥塔。浓缩塔的热源烟气是低温烟气, 引自除尘器和脱硫引风机之后。脱硫废水首先进入浓缩塔, 在低温烟气的加热下蒸发浓缩, 汽化后随烟气送回主烟道一并进入脱硫塔。浓缩塔底部的浓缩液则被进一步送入干燥塔完成结晶固化。干燥塔的引送风模式和运行模式与2.2节介绍的旁路蒸发一致, 雾化结晶形成的盐尘也被除尘器截留。

耦合烟气蒸发工艺有效避免了主烟道的腐蚀与堵塞风险, 对锅炉效率的影响也更低。但使用了2个烟气蒸发塔, 工艺比较复杂, 投资成本相对较高, 浓缩塔烟气增压所需要的额外能耗也不可忽视。

2.4 烟气蒸发对锅炉效率的影响

脱硫废水的含盐量与海水相当, 汽化潜热约为2.30 kJ/g, 因此从绝对能耗看, 每蒸发1 m3脱硫废水约相当于消耗100 kg标煤, 以发电煤耗300 g/ (kW·h) 换算, 则约相当于333 kWh的电量。

在烟气蒸发工艺中, 以低温烟气作为热源的直喷或旁路工艺可以认为是余热利用, 对锅炉效率基本没有影响。而以高温烟气作为热源的旁路蒸发对锅炉效率会产生一定影响。以1台1 GW机组为例, 假设脱硫废水排量为10 m3/h, 从热值看全水量高温烟气蒸发约需要每小时消耗燃煤1 000 kg, 即煤耗损失为1 g/ (kW·h) 。如果再假设高温烟气为300℃, 而100℃以下即为无法利用的废热, 则对煤耗的实际影响会稍低, 约为0.7 g/ (kW·h)。

烟气蒸发工艺对锅炉效率的实际影响需要根据具体工艺和水量来进行具体估算。需要说明的是, 烟气蒸发脱硫废水处理工艺具有较高绝对能耗的原因在于该工艺无法回收冷凝潜热。与之形成对照的是, 蒸发结晶工艺可以高效回收冷凝潜热, 因此绝对能耗几乎低1个数量级。

2.5 烟气蒸发对粉煤灰利用的影响

烟气蒸发处理脱硫废水过程中, 雾化结晶后的盐尘进入烟道并被除尘器捕捉, 从而进入粉煤灰。脱硫废水中含有大量的氯离子, 而氯离子可能对粉煤灰的利用产生潜在影响。仍然以1台1 GW机组为例, 假设脱硫废水排量为10 m3/h, 脱硫废水中的氯离子的质量浓度假设为10 g/L, 则氯离子的总量为100 kg/h。而以发电煤耗300 g/ (kW·h) 计算, 该机组的燃煤用量为300 t/h, 粉煤灰的产量按20%计算, 即60 t/h。因此, 如果脱硫废水中的盐全部进入粉煤灰, 则粉煤灰中氯离子的含量净增加约0.17%。

虽然GB/T 1596-2017并没有限定粉煤灰中氯离子的含量, 但国标GB 50010-2010要求混凝土中氯离子的质量分数不高于0.05%～0.30%[20,21]。如果烟气蒸发脱硫废水处理工艺被大量工业应用, 在粉煤灰的相应标准中限定氯离子含量将是大概率事件。

3 蒸发结晶工艺

蒸发结晶工艺采用传统水处理的思路来处理脱硫废水。经过多年的实践与发展, 蒸发结晶工艺的具体路线也经历了一些演变, 特别是软化方法和膜浓缩的进步, 有效降低了蒸发结晶脱硫废水处理工艺的投资和运行成本。

3.1 蒸发结晶整体工艺的演变

自从河源电厂2009年建成我国第1套脱硫废水零排放系统以来, 蒸发结晶脱硫废水零排放处理工艺经历了不断的演变与进步。图4是3条典型蒸发结晶工艺路线。

图4 蒸发结晶脱硫废水处理工艺路线

延伸阅读：

国电汉川脱硫废水蒸发结晶项目工艺解析

石灰石—石膏湿法脱硫废水的处理及利用研究