烟道旁路蒸发处理脱硫废水的技术经济比较

文_李少杰 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司

火电厂废水零排放成为近年来火电厂环保工作的重点，由于脱硫废水水质复杂、处理难度大，成为全厂水梯级利用的末端，是主要的环保隐患。近年来，各种针对脱硫废水零排放的工艺烟气余热蒸发、膜浓缩及蒸发结晶等相继出现并实现了工程应用，为脱硫废水的有效处理提供了技术支撑。其中，旁路烟道蒸发工艺由于系统简单、投资成本低、对主烟道系统影响小等优点受到了大量关注，也在多家电厂得到了应用。

某2×1000MW 超超临界燃煤发电机组新建工程拟设计16m3/h 的脱硫废水零排放系统，以满足环保要求。本文就对低温烟气旁路浓缩+热风蒸发工艺和烟道旁路旋转雾化蒸发工艺进行技术经济比较，为电厂合理选择适合的脱硫废水零排放方案作参考。

经常规“三联箱”处理后的脱硫废水中总溶解固体约40000mg/L，其中氯根约15000mg/L。

1 旁路烟道蒸发处理工艺

1.1 低温烟气旁路浓缩+热风蒸发工艺

该工艺系统利用脱硫塔前高温烟气余热实现废水的浓缩减量，浓缩倍数可以达到10 倍甚至更高；抽取空预器风道出口热二次风进入干燥床对浓缩后的废水进行蒸发，利用高温热二次风实现浆液的彻底干燥，干燥粉尘气力输送、均匀掺混进入烟道，由除尘器收集。该系统干燥塔及浓缩塔需要分别单独配置增压风机，克服系统阻力。该工艺系统暂时按照150℃回风温度进行设计，实际运行可根据主烟道烟温适当降低，灵活调节。浓缩塔系统所取烟气为引风机后低温烟气，属于废热利用不影响发电煤耗。但在机组低负荷运行工况下，废水处理系统也要降低出力运行。

低温烟气旁路浓缩+热风蒸发工艺需要分别经热二次风及引风机后烟道抽取热量进行蒸馏及干燥，其中引风机后烟气提供能量占绝大部分比例，此部分热量为锅炉废热，抽取此部分能量对机组的经济性影响较小，同时还可降低吸收塔入口烟温，进一步减少了脱硫工艺水量，但是对脱硫工艺水平衡有一定影响，需要脱硫设计进一步核算。经热二次风抽取的热量，THA（热耗保证工况）工况下抽取的热二次风量相对于空预器风道出口热二次风总量的比例约0.64%，占比较小，但由于进入空预器的冷二次风量增加，相应一次风侧换热量降低，一次风温会相应降低，对制粉系统干燥出力会有一定的影响，另一方面由于该部分能量为锅炉输入热量，因此降低了机组运行的经济性，但影响甚微。

此方案处理后的含尘气体最后由电除尘吸附脱除，含尘气体进入烟道后，会对烟气的酸露点产生一定的影响，本方案由于回烟道水量较小，仅为1t/h，因此对后续系统影响较低。

1.2 烟道旁路旋转雾化蒸发工艺

喷雾干燥塔系统是此工艺的核心装置，主要包括喷雾干燥塔、旋转雾化器、气体分布器等。从每台机组脱硝出口烟道引接热烟气，汇总后进入喷雾干燥塔系统；干燥后的混合烟气返回到空预器后的主烟道内。灰渣被收集至蒸发干燥塔底部可输送至灰库进一步处理。

喷雾干燥塔采用Q345 钢，塔体尺寸根据废水处理量、烟气温度等进行设计。以最大废水处理量为16m3/h、进出口烟气温度分别为360℃和120℃计算。此外，为了避免极端工况下废水没有及时蒸发而接触干燥塔内壁，干燥塔直径设计时考虑一定的余量。经过计算，该项目蒸发干燥塔的内径设计为10.8 m，直筒段高10 ～13.1m，锥体段高约9.4m，塔顶设置检修房，并设置检修起吊装置。

旋转雾化器的工作原理是将调质后的脱硫废水送至高速旋转的雾化盘，在离心力的作用下，在雾化盘边缘破裂分散为液滴。雾化器能保证液体流量变化不大的情况下雾滴的粒径分布不发生显著改变，使浆液雾滴在接近饱和温度时瞬间干化，不会有水分凝结在干燥塔壁上引起腐蚀。旋转雾化器的过流部件采用哈氏合金材质。旋转雾化器的转速可以通过变速箱控制在10000 ～14000r/min，根据处理水量和烟气温度、烟气量等参数可以调整雾化器转速，确保废水液滴能被及时蒸发。气体分布器能均匀烟气流场分布，促进喷雾干燥塔内雾化液滴与高温烟气之间的有效混合，有利于气液间的传热和废水液滴的蒸发，从而提高系统运行的安全性、稳定性。

2 技术经济比较

2.1 技术比较

2 种方案的技术性能比较如表1 所示。通过比较：方案一需设置预处理加药，对锅炉烟道系统运行影响小。但干燥器的废水喷嘴有结垢、堵塞的风险，抽取热二次风将一定程度降低锅炉热效率，导致送风机等辅机参数增大以及发电煤耗增加。方案二系统简单，不需要预处理，对锅炉烟道系统运行影响小；抽取高温烟气将一定程度降低锅炉热效率，导致发电煤耗增加。

2.2 经济比较

2 种方案的经济性能比较如表2 所示。低温烟气旁路浓缩+热风蒸发工艺主要利用低温烟气余热，故影响煤耗较低；烟道旁路旋转雾化蒸发工艺系统简单基建费用低、电耗较低、无加药费用、备件费用低；经比较，烟道旁路旋转雾化蒸发工艺投资费用和运行费用等经济性均优于低温烟气旁路浓缩+热风蒸发工艺。

表2 2种方案经济对比

3 结论及建议

3.1 结论

根据技术经济比较结果，烟道旁路旋转雾化蒸发工艺具有系统简单、对主烟道系统运行影响小等优点，系统运行对锅炉效率和发电煤耗有一定影响，经综合测算投资和运行成本均较低。故本项目推荐采用烟道旁路旋转雾化蒸发工艺作为脱硫废水零排放的工艺。

3.2 建议

不同技术方案的运行费用高低不同的原因是所耗烟气热量折算为煤耗的费用以及电费、加药费等所决定，不同项目应根据项目实际进行测算来选择更合适方案，不应盲目参考。

各项目在废水水质、水量以及空预器入口前烟气的温度等参数上均有所区别，选择技术方案是应根据废水水量和空预器入口前烟气温度等参数通过调节入口挡板开度来控制引接的烟气量，使干燥塔出口烟气温度与除尘器入口前主烟道内烟气温度基本一致，尽可能减少空预器入口前烟气用量，降低对锅炉运行效率和发电煤耗的影响。