燃煤电厂脱硫废水零排放技术探讨

文_张忠梅 神华国华（北京）电力研究院有限公司

1 现行排放政策及排放标准

我国对新建的大部分燃煤电厂，其水资源论证和环境影响评价批复中均有具体要求：电厂应做到废水集中处理，处理后的废水应回收利用，按照废水零排放进行设计，厂区不得设置废水排放口。

针对国家环保新政策，为满足燃煤电厂环评要求，火电厂必须加快落实深度节水和废水零排放技术的实施。电厂除脱硫废水外的其他废水经处理后基本能实现“一水多用，梯级利用”，可集中处理后进入脱硫系统回用，但高盐、高腐蚀、高结垢的脱硫废水难以回收利用，因此，最终产生的脱硫废水是全厂废水零排放的关键。

2 主要技术路线

目前国内脱硫废水零排放处理技术路线有很多，各技术从工艺路线上可划分为2个阶段，即浓缩减量阶段和固化处理阶段。《火电厂污染防治可行技术指南》指出零排放技术主要包括烟气余热蒸发干燥和高盐废水蒸发结晶。

蒸发结晶法是利用烟气、蒸汽或热水等热源蒸发废水，蒸发产生的水汽可凝结成水用于冷却塔补水、锅炉补给水等，废水中的溶解盐被蒸发结晶后进行综合利用或处置。工程应用实例表明：以机械蒸汽再压缩蒸发技术（MVR）和多效蒸馏（MED）技术为代表的零排放技术投资和运行成本极高，某电厂处理废水综合费用约为180元/m3（含药耗、能耗、设备折旧、人工费用等），而且存在结晶盐处置的问题。蒸发结晶工艺零排放技术的应用实例如表1所示。

表1 蒸发结晶工艺零排放技术的应用实例

烟道喷雾干燥是利用尾部烟气进行脱硫废水零排放处理技术，其原理主要是利用烟气与废水之间进行热交换，分为旁路烟道蒸发和尾部烟道直接喷雾蒸发。尾部烟道直接喷雾蒸发技术根据废水喷射的位置又可分为高温烟道喷雾蒸发和低温烟道喷雾蒸发。低温烟道喷雾蒸发工艺零排放技术应用实例如表2所示。

表2 低温烟道喷雾蒸发工艺零排放技术应用实例

尾部烟道直接喷雾蒸发工艺流程为脱硫废水经预处理装置后，充分雾化后进入尾部烟道蒸发，水分被完全蒸发为气态水蒸气，随烟气进入脱硫吸收塔100%冷凝回收，其中污染物盐分随着水分蒸发结晶成固体颗粒，被除尘器捕捉进入干灰，实现废水零排放。烟道直喷技术是利用烟气余热蒸发废水，无液体排放，不会造成二次污染。

旁路烟道蒸发工艺是从锅炉空预器入口烟道引出部分高温烟气进入旁路喷雾蒸发器，经预处理并浓缩后的废水喷入旁路喷雾蒸发装置，废水蒸发形成的水蒸气随烟气进入除尘器，溶解性盐结晶析出，在除尘器中被捕集，水蒸气进入脱硫系统循环利用。旁路烟道系统复杂，影响机组热效率，投资成本较高，其优点是运行调节灵活，负荷适应性强，对机组要求较小。

烟道喷雾蒸发技术，初投资低，不产生新的污染物，设备和系统简单，可靠性高，运行维护费用低无结晶盐处理问题。低温烟道喷雾蒸发技术从空预器后烟道喷入缺点是系统需在机组较高负荷（空预器出口烟温≥110℃）下投运，当机组负荷低时，系统不能投运。高温烟道直接喷雾蒸发是从空预器前烟道喷入，对机组效率影响较大。2种烟道直喷技术均存在积灰及喷嘴堵塞的风险，且对烟道结构有较高的要求。

国际上美国、日本、捷克等国家电厂均有运用预处理加锅炉尾部烟道蒸发固化处理废水的实例。从国内实施结果来看，采用尾部烟道喷雾蒸发工艺的投资与运行费用虽然比较低，但运行过程中的喷嘴堵塞、积灰等问题亟待深入研究。主流技术路线比较如表3所示。

表3 主流技术路线比较

3 烟道喷雾蒸发工艺核心设备及工艺研发

综合工程应用基本情况和主流技术路线技术经济比较，烟道喷雾蒸发技术投资小、运行费用少、占地面积少是成本较低的零排放技术。其关键技术研发包含以下方面：

建立尾部烟道数学模型，实现对尾部烟气蒸发运行工况的数值模拟，揭示烟道流场、烟温、雾化角、粒径尺寸对废水蒸发的影响规律，为烟道喷雾蒸发脱硫废水零排放技术奠定理论基础。

跟踪液滴颗粒的轨迹，建立单个液滴蒸发过程的数学模型，研究喷嘴喷出的液滴分布规律及其影响因素，提出液滴雾化后的最佳蒸发时间，确保喷雾装置结构设计满足在规定时间完全蒸发。

搭建脱硫废水烟气雾化蒸发测试平台和中试试验装置，通过动态试验，揭示烟气温度、烟气速速、雾化水量、雾化压力、雾化粒径、液气比等关键技术参数对液滴雾化效果、蒸发时间的影响规律。

针对脱硫废水零排放系统中的高盐高腐蚀高结垢水质特点，优化喷雾装置结构，提出最优的喷嘴结构参数和布置方式，具备防堵、防结垢以及防腐蚀功能。

研究烟道防腐蚀及防积灰技术。

研究喷雾蒸发技术对脱硫系统、除尘设备以及飞灰品质的影响，对超低排放的影响。

4 结语

蒸发结晶和烟道喷雾蒸发这2种技术路线，均能满足现有国家对废水排放的总体要求。烟道喷雾蒸发工艺由于系统简单、投资低、运行费用少，占地面积小等优点成为低成本的零排放技术。电厂应综合考虑水质、烟气、烟道条件，深入论证和科学设计，在全厂水平衡统筹管理下，实现全厂梯级用水，使水重复利用率达先进水平，成功实现废水零排放。