石灰石-石膏濕法煙氣脫硫因其技術(shù)成熟、適應(yīng)性強(qiáng)成為我國(guó)當(dāng)前燃煤電廠煙氣脫硫的主流工藝。目前，我國(guó)90%以上燃煤電廠采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)。在濕法煙氣脫硫工藝中，為使脫硫系統(tǒng)保持正常運(yùn)行，一般控制吸收塔中氯離子含量低于20000mg/L，因此需要定時(shí)排放一定量的脫硫廢水。脫硫廢水的排放不連續(xù)，且每次排放的水質(zhì)和水量都不恒定，不同的煤質(zhì)、石灰石成分、脫硫裝置運(yùn)行方式、補(bǔ)充水等都會(huì)影響脫硫廢水的水質(zhì)和水量。而且，脫硫廢水水質(zhì)較差，污染物種類繁多，主要含懸浮物、氯化物、氟化物、亞硫酸鹽、硫酸鹽以及微量重金屬等污染物，同時(shí)具有極高硬度、極低堿度和極高氯離子的特點(diǎn)。燃煤電廠脫硫廢水處置由達(dá)標(biāo)排放轉(zhuǎn)為綜合利用，實(shí)現(xiàn)脫硫廢水“零排放”，可避免廢水大量排放造成的環(huán)境污染，體現(xiàn)了“清潔生產(chǎn)”“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”的發(fā)展理念，符合國(guó)家節(jié)能減排的政策并有著重要的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效益。研究脫硫廢水零排放工藝，不向環(huán)境中排出任何廢液，是燃煤電廠實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路，也是未來脫硫廢水系統(tǒng)研究的重要方向。
煙道蒸發(fā)法在國(guó)內(nèi)外均有應(yīng)用案例，該法按其蒸發(fā)位置的不同，可分為煙道內(nèi)蒸發(fā)和煙道外蒸發(fā)。煙道內(nèi)蒸發(fā)技術(shù)通過雙流體霧化噴嘴直接將脫硫廢水噴入除塵器前的入口煙道進(jìn)行蒸發(fā)處理，該技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，投資運(yùn)行成本低，但存在煙道腐蝕、污染物沉積等風(fēng)險(xiǎn)。煙道外蒸發(fā)技術(shù)則是將脫硫廢水通過旋轉(zhuǎn)霧化器霧化成粒徑幾十微米的霧滴噴入噴霧干燥裝置內(nèi)，抽取部分空氣預(yù)熱器前熱煙氣作為熱源，在噴霧干燥裝置內(nèi)將廢水蒸發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放。與傳統(tǒng)蒸發(fā)結(jié)晶法相比，煙道外蒸發(fā)技術(shù)具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、投資費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。本文以某燃煤電廠廢水零排放項(xiàng)目為例，對(duì)該項(xiàng)目所采用的煙道外蒸發(fā)工藝系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用分析。
1、煙道外蒸發(fā)技術(shù)工藝流程
將脫硝反應(yīng)器出口的熱煙氣引出至干燥裝置，與經(jīng)過霧化噴嘴霧化后的脫硫廢水霧滴充分接觸，使脫硫廢水霧滴完全蒸發(fā)，降溫后的煙氣接回至空預(yù)器與電除塵間的煙道。廢水中污染物轉(zhuǎn)化為結(jié)晶鹽類，一部分掉落至干燥裝置底部，通過氣力輸送至燃煤電廠現(xiàn)有的灰渣處理系統(tǒng)；另一部分隨煙氣夾帶進(jìn)入電除塵器，與飛灰一起被去除。工藝流程如圖1所示。
2、煙道外蒸發(fā)技術(shù)工藝系統(tǒng)
煙道外蒸發(fā)工藝系統(tǒng)主要包括煙氣系統(tǒng)、噴霧干燥裝置系統(tǒng)、工藝水及廢水供應(yīng)系統(tǒng)等。
2.1 煙氣系統(tǒng)
煙氣系統(tǒng)主要包括煙氣進(jìn)出口擋板門和煙道等。煙氣自SCR反應(yīng)器與空預(yù)器之間的煙道引接，煙氣進(jìn)入噴霧干燥裝置，與被離心霧化器霧化后的脫硫廢水充分接觸，霧化液滴中的水被迅速蒸發(fā)，同時(shí)脫硫廢水中的鹽類被干燥，部分流入干燥裝置底部，部分隨煙氣接至電除塵器前煙道。為調(diào)節(jié)進(jìn)入本系統(tǒng)的煙氣量，在從SCR反應(yīng)器出口引入的煙道處配置進(jìn)口擋板，進(jìn)口擋板采用調(diào)節(jié)型執(zhí)行結(jié)構(gòu)，為電動(dòng)單軸雙百葉形式；出口擋板采用開關(guān)型執(zhí)行結(jié)構(gòu)，為電動(dòng)單軸雙百葉形式。系統(tǒng)煙道是噴霧裝置進(jìn)口和出口段的煙道，煙道根據(jù)可能出現(xiàn)的不利條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。干燥裝置進(jìn)口和出口煙道最小壁厚設(shè)計(jì)為不小于6mm，壁板采用Q355-B材質(zhì)，煙道內(nèi)煙氣流速不超過15m/s。煙道設(shè)計(jì)壓力為±5000Pa。煙道外部有充分加固和支撐，以滿足在各種工況下能安全穩(wěn)定的運(yùn)行要求。
2.2 噴霧干燥裝置
系統(tǒng)噴霧干燥裝置系統(tǒng)主要是干燥裝置、離心霧化器和熱風(fēng)分布器等。
噴霧干燥裝置是脫硫廢水霧化干燥的容器。高溫?zé)煔膺M(jìn)入噴霧干燥裝置，其在霧化后與脫硫廢水霧滴充分接觸，霧滴中的水分迅速蒸發(fā)，脫硫廢水中的鹽類被干燥，部分混合到原煙氣的粉塵中，部分流入干燥裝置的底部。干燥裝置底部的灰渣通過氣力輸送設(shè)備至燃煤電廠現(xiàn)有的灰渣處理系統(tǒng)。該裝置為工藝的核心設(shè)備，為確保不會(huì)產(chǎn)生諸如酸露點(diǎn)腐蝕的現(xiàn)象，在離心霧化器底部下方一定范圍內(nèi)的裝置內(nèi)側(cè)壁板處貼襯合金，干燥裝置壁板采用Q355-B材質(zhì)。干燥裝置采用上部為圓柱段、下部為圓錐段形式，干燥裝置設(shè)計(jì)壓力為±3000Pa。煙道設(shè)計(jì)過程中，增加傾斜向下的煙氣進(jìn)口，流場(chǎng)分布更優(yōu)。
離心霧化器是保證廢水被霧化成細(xì)小顆粒的設(shè)備。離心霧化器運(yùn)行可靠，霧化后的顆粒均勻，易維護(hù)、耐磨，同時(shí)其噴水量的調(diào)節(jié)范圍廣，其對(duì)不同煙氣溫度和不同煙氣流量的變化具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，可以快速響應(yīng)燃煤機(jī)組不同的工況。離心霧化器的基本原理是當(dāng)脫硫廢水由于離心力的作用被送至高速旋轉(zhuǎn)的霧化盤時(shí)，脫硫廢水延伸為薄膜或被拉成細(xì)絲（取決于離心霧化器軸轉(zhuǎn)速和脫硫廢水量），并以不斷增長(zhǎng)的速度率移動(dòng)到霧化盤的邊緣，霧化后的液滴徑一般為10～60μm。熱風(fēng)分布器采用對(duì)數(shù)螺線蝸殼，熱風(fēng)分布器能夠加強(qiáng)進(jìn)入干燥裝置的熱煙氣的旋流強(qiáng)度，可使霧化液體與熱煙氣有效混合，避免干燥裝置壁板上的水分凝結(jié)或迫使高溫?zé)煔庠诟稍镅b置內(nèi)做直線或螺旋線狀流動(dòng)。在噴霧工藝中，具有良好的霧化效果和氣液混合是非常重要的，這有利于系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，并使出口煙氣溫度接近所要求的溫度。煙氣溫度和液滴粒徑對(duì)霧化蒸發(fā)影響很大，煙溫越高、液滴粒徑越細(xì)，越有利于干燥�？紤]到能耗成本及靜電除塵器的安全運(yùn)行，進(jìn)口煙溫宜選擇327℃以上，霧化粒徑宜選擇60μm。
根據(jù)煙氣流入干燥裝置內(nèi)的軌跡，熱風(fēng)分布器可分為直流型和螺旋型。直流型熱風(fēng)分布器是指煙氣與干燥裝置沿軸線平行地做直線流動(dòng)，煙氣流動(dòng)速度均勻。直流型熱風(fēng)分布器一般為平面孔板和直導(dǎo)板結(jié)構(gòu)，氣流速度低，不太可能發(fā)生粘壁現(xiàn)象。然而，為了保證干燥時(shí)間足夠，干燥裝置需要具有一定的高度。螺旋型熱風(fēng)分布器形成的煙氣以螺旋狀流動(dòng)，干燥廢水時(shí)間較長(zhǎng)，干燥裝置高度較低。煙氣可從干燥裝置側(cè)面壁板切向引入，或者通過干燥裝置頂部的螺旋型熱風(fēng)分布器引入。蝸殼熱風(fēng)分布器是典型的螺旋型熱風(fēng)分布器，帶有圓形內(nèi)邊緣和安裝在干燥裝置中心的離心霧化器。煙氣進(jìn)口煙道截面積較大，使得錐形環(huán)形間隙的進(jìn)口煙氣均勻。錐形環(huán)形間隙內(nèi)側(cè)和外側(cè)均設(shè)置多個(gè)導(dǎo)風(fēng)板，以控制高溫?zé)煔獾牧飨�，使霧滴與高溫?zé)煔獾幕旌蠞M足工藝設(shè)計(jì)要求。為保證廢水霧滴良好的干燥效果，導(dǎo)風(fēng)板的角度一般在0°～35°范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
2.3 工藝水及廢水供給系統(tǒng)
工藝水系統(tǒng)主要目的是在噴霧干燥裝置系統(tǒng)不運(yùn)行時(shí)清洗管路，以防止管路內(nèi)殘留脫硫廢水和清洗離心霧化器等，該系統(tǒng)主要由水泵、管道及閥門組成。在廢水供給系統(tǒng)中，脫硫廢水經(jīng)三聯(lián)箱處理后，經(jīng)廢水輸送泵及管道輸送至離心霧化器。該系統(tǒng)主要由廢水輸送泵、管道及閥門等組成。
3、煙道外蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用評(píng)價(jià)
某燃煤電廠機(jī)組實(shí)施脫硫廢水零排放項(xiàng)目后，脫硫廢水得到了有效的解決。下面分析項(xiàng)目運(yùn)行、機(jī)組負(fù)荷對(duì)最大廢水處理量及能耗、氣態(tài)污染物和除塵器的影響。
根據(jù)機(jī)組滿負(fù)荷下某一天時(shí)間段內(nèi)的干燥裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)，干燥裝置進(jìn)口煙溫約為350℃，脫硫廢水噴入量為3～4t/h，引入煙氣量為30000～35000Nm3/h，干燥裝置出口煙氣溫度穩(wěn)定在130～140℃。
根據(jù)不同脫硫廢水量所需引入標(biāo)況煙氣量的計(jì)算結(jié)果，處理1t廢水所需的煙氣量為9000～11000Nm3/h，廢水處理量越大，所需的煙氣量較多。
根據(jù)本項(xiàng)目實(shí)際廢水處理量情況，從不同脫硫廢水量對(duì)應(yīng)所需引入的標(biāo)況煙氣量試驗(yàn)結(jié)果來看，實(shí)際所需的煙氣量與計(jì)算結(jié)果相比偏小。煙氣經(jīng)過旁路蒸干系統(tǒng)后，SO2濃度及NOx濃度均無明顯變化。
在機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行下，本項(xiàng)目工作人員對(duì)電除塵器進(jìn)、出口煙道的各測(cè)試斷面采樣測(cè)量。經(jīng)電除塵器兩側(cè)出口煙塵排放濃度測(cè)定，煙道蒸發(fā)系統(tǒng)投入使用后，單側(cè)電除塵效率下降約0.05%。
通過對(duì)電除塵系統(tǒng)某一時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行情況進(jìn)行測(cè)試，人們發(fā)現(xiàn)，灰渣中氯離子含量與脫硫廢水中的氯離子含量、煤灰分、機(jī)組負(fù)荷、脫硫廢水蒸干流量直接相關(guān)。在干燥裝置最大出力條件（機(jī)組負(fù)荷100%）下，脫硫廢水氯離子保持在7000～8000mg/L，燃用灰分約為20%的煤種時(shí)，灰分中的氯離子含量為0.15%～0.2%�！锻ㄓ霉杷猁}水泥》（GB175—2007）規(guī)定，水泥中氯離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)小于0.06%，粉煤灰的摻配比應(yīng)小于50%；《高強(qiáng)高性能混凝土用礦物外加劑》（GB/T18736—2017）規(guī)定，高強(qiáng)高性能混凝土摻配過程中，氯離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)小于0.02%；《海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（JGJ206—2010）規(guī)定，海砂混凝土中，氯離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.06%～0.30%。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)可知，灰?guī)斓幕抑新入x子含量仍符合《海砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（JGJ206—2010）對(duì)粉煤灰的要求。原來未噴入脫硫廢水前的灰渣中，氯離子含量保持在0.1%以下，可見灰渣可分類降級(jí)后再利用。
4、結(jié)語(yǔ)
隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，國(guó)內(nèi)各環(huán)保企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)對(duì)脫硫廢水零排放技術(shù)進(jìn)行了一定的研究。相比其他脫硫廢水處理技術(shù)，煙道外蒸發(fā)技術(shù)投資成本相對(duì)偏低，運(yùn)行維護(hù)量較小，也是目前關(guān)注度較高的一種脫硫廢水零排放技術(shù)，但是在不同廢水處理量和不同煙氣量等工況的情況下，干燥裝置等設(shè)備的適應(yīng)性及優(yōu)化仍需要進(jìn)一步的研究。本文主要對(duì)煙道外蒸發(fā)技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用研究，這對(duì)燃煤電廠脫硫廢水處理具有一定的指導(dǎo)意義。（來源：浙江天地環(huán)�？萍脊煞萦邢薰荆袊�(guó)能源建設(shè)集團(tuán)浙江省電力設(shè)計(jì)院有限公司）
