火力发电厂末端高盐废水技术方案_刘进.pdf

科技与创新Science and Technology&Innovation1722023 年 第 03 期文章编号：2095-6835（2023）03-0172-04火力发电厂末端高盐废水技术方案刘 进1，崔德圣1，吴 溪1，霍玉涛2（1.华电水务工程有限公司，北京 100071；2.北京清新环境技术股份有限公司，北京 100089）摘要：为实现节能环保、减低能耗、系统优化、经济适用、节约投资，通过对以往末端脱硫废水工程方案的总结、归纳，及对目前高盐废水处理方案的研究，提出了几种高盐废水深度处理方案，没有任何外排水。关键词：高盐废水；低温烟气浓缩；低温多效蒸发；高温烟气旁路雾化干燥中图分类号：X773文献标志码：ADOI：10.15913/ki.kjycx.2023.03.0531火力发电厂末端高盐废水处理的意义火力发电厂主要污水有生活污水、变压器油罐区含油废水、煤场含煤废水、各种工业废水、循环水冷却塔排水、离子交换再生高盐废水、脱硫废水1。废水需经过物化和生化处理后进行排放或者回收利用，其中离子交换再生高盐废水和脱硫废水中盐的质量浓度约为30 00040 000 mg/L。目前，国内处置高盐废水的方式主要是初步处理后达标排放2。因此，电厂湿法脱硫废水及离子交换再生高盐废水是电厂实现零排放的最大难点和关键。现阶段各地区排放标准进一步收紧，如山东省地方标准 BD 37/3416.12018流域水污染物综合排放标准中规定南四湖东平湖流域中盐的质量浓度不大于 2 000mg/L，硫酸根的质量浓度不大于 650 mg/L；DB11/3072005北京市地方标准污水排放标准中规定可溶解性固体的质量浓度不大于 2 000mg/L 等。2脱硫废水水质和水量在确保脱硫系统能够满足脱硫效率和石膏品质的前提下，脱硫废水零排放工艺方案主要应对脱硫系统排放水质和水量的特点。采用石灰石-石膏法脱硫系统燃煤电厂脱硫废水为终端废水，水质特点为各种指标较高，包括悬浮物、溶解盐、氯根、硫酸根、硬度等。其实脱硫废水主要是钙离子、镁离子、硫酸根离子、氯离子、钠离子的溶解与结晶的平衡。3火力发电厂末端高盐废水浓缩系统选择目前全厂废水浓缩分 2 大主流工艺，即热法浓缩减量工艺和膜法浓缩减量工艺3。3.1热法浓缩减量工艺热法 浓缩 减量工 艺主要 有机 械蒸汽 再压 缩（MVR)、热压缩（TVR）和低温多效蒸馏法（MED）。热法浓缩后，高含盐浓水 TDS（溶解性固体质量浓度）最高可达 280 000 mg/L4。3.1.1机械蒸汽再压缩（MVR）MVR 是一种蒸汽再压缩利用技术，是利用高能效蒸汽压缩机压缩蒸发系统产生的蒸汽，蒸汽经过压缩后提高温度和焓值，高热焓的蒸汽作为热源再次进入蒸发系统，生蒸汽仅用于补充热损失和初期气动蒸汽。MVR 强制循环蒸发器分为卧式蒸发器（水平管）和立式降膜蒸发器，二者的比较如表 1 所示。表 1立式和卧式蒸发器对比表序号项目立式降膜蒸发器卧式蒸发器（水平管降膜）1工艺特点水走管程，换热器立式布置，处理液沿换热管柱面运动形成液膜进行换热；采用大流量循环，流速快，形成湍流，边界层薄，传热效率高；因流速快，冲刷作用大，不易结垢；可以与晶种法配套使用，更好地防止结垢；不可设置多效水走壳程，换热器卧式布置，处理液沿换热管周围面运动形成液膜进行换热；为形成均匀液膜，液体流速小，流体呈现层流状态，边界层较厚，传热效率低；挂膜不均匀，易产生结垢现象；不可以与晶种法配套使用；可设置多效2传热系数3 0004 000 W/（m2）1 5002 500 W/（m2）3结垢控制通过快流速及晶种法，可以有效控制结垢，延长清洗周期结垢倾向较大，可通过机械装置清理结垢物，清理效果不好，局限性较大，清洗周期比立式短4占地面积较小很大5安装要求垂直高度要求高水平占地要求高6运行维护量需定期清洗，水质稳定情况下运行较为简单需定期清洗，水质稳定情况下，运行较为简单7对水质适应性适应性不高适应性不高8分盐效果对水质稳定的介质分盐效果较好对水质稳定的介质分盐效果较好Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 03 期173表 1（续）序号项目立式降膜蒸发器卧式蒸发器（水平管降膜）9造价因传热系统造价比卧式低，电耗比卧式稍高因传热系统造价较高，电耗比立式稍低10适用领域废水和低黏度的料液的浓缩高黏度的物料，用于化工、医药、食品等行业3.1.2低温多效蒸馏法（MED）低温多效蒸馏法（MED）技术中高盐水的蒸发温度约 70，将其采用一系列的水平管降膜蒸发器串联起来并被分成若干组，用蒸汽通过多次的蒸发和冷凝，从而得到多倍于加热蒸汽量的蒸馏水。一般与蒸汽压缩喷射器（TVR）联合使用。低温多效蒸馏法技术特点如表 2 所示。表 2低温多效蒸馏法技术特点序号优点缺点1热力压缩机（TVC）压缩较高，可以做多效，将废液浓缩到 20%以上；运行较稳定，对水质的适应性较强；出水水质稳定，运行简单占地面积大，用在高盐废水中所需材质规格高、投资高；需要用蒸汽，适用于蒸汽资源较丰富的地方；不能自身分盐，需前段设置分盐装置；对COD（化学需氧量）适应性较宽泛，对进水硬度要求较高广东某电厂采用此工艺，运行成本较高、投资高、占地大。目前电厂高盐废水处理较少采用此技术。3.1.3低温烟气蒸发低温烟气蒸发浓缩处理技术是将除尘器后的低温锅炉烟气作为热源进入蒸发浓缩塔。脱硫废水经过预处理后的上清液至蒸发浓缩塔通过雾化喷嘴雾化后与烟气直接接触换热而被蒸发水份、盐份浓缩，饱和湿烟气经过蒸发浓缩器内的除雾器处理后进入主烟道。废水经过低温烟气蒸发处理后形成浓缩液，浓缩液进入高温烟气蒸发结晶单元进行末端处理5。在低温烟气蒸发浓缩单元，脱硫废水采用大流量循环蒸发方式，使废水浓缩 58 倍。低温烟气蒸发单元的处理系统流程图如图 1 所示。图 1废水低温烟气蒸发浓缩处理系统流程图目前，低温烟气蒸发浓缩处理技术在脱硫废水处理中已有应用。对于低温烟气蒸发浓缩工艺，可以将预处理后的脱硫废水直接送至低温烟气蒸发浓缩系统中进行蒸发浓缩。华电某电厂和国电某电厂脱硫废水低温烟气蒸发浓缩项目已投运近 1 年。某电厂脱硫废水和循环水排水浓缩处理采用低温烟气蒸发浓缩工艺（处理量为 120 m3/h），设置 6 套低温烟气蒸发浓缩装置，单台浓缩器抽烟气量约为 70 万 m3/h，处理水量为20 m3/h，浓缩后水量为 4 m3/h。对于低温烟气蒸发浓缩装置，单套系统占地面积约为 8 m15 m。由于低温烟气蒸发浓缩系统所抽取的低温烟气将废水蒸发后，烟气温度降低，会减少脱硫系统工艺水的蒸发量。脱硫废水经低温烟气蒸发浓缩后，水量约为（44+23）m3/h，满足末端废水采用主烟道烟气余热喷雾蒸发干燥方案的要求。3.2膜法浓缩减量工艺脱硫废水深度浓缩膜处理工艺主要有高压反渗透（DTRO/STRO）、正渗透（FO）和电渗析（ED）。浓缩主要在 DTRO/STRO 和 ED 间做比选6。3.2.1高压反渗透（DTRO/STRO）碟管式反渗透膜（DTRO）组件采用开放式流道，开放式反渗透膜（STRO）组件结合了开放式通道和卷式膜组件 2 方面设计的优势，很大程度上减少了其他反渗透膜组件中常见的污染和结垢问题。STRO 组件主要由膜元件、压力容器及 2 个终端法兰组成。膜元件的主要部件是膜片、产水格网和进水格网。每 2 片膜片与产水隔网通过粘结形成膜袋，每张膜袋通过进水格网与附近的膜袋分开，多片的膜袋和进水格网依次螺旋卷制形成膜元件。STRO 膜面积约为 DTRO 的 3 倍，价格为 DTRO的 1.52 倍。因脱硫废水氯离子及含盐量较高，经计算，设计回收率约为 48%较合理。经 STRO 膜浓缩后，末端废水量约为 22 m3/h，满足主烟道烟气余热喷雾蒸发干燥方案的要求。3.2.2电渗析（ED）电渗析技术是世界上某些地区生产淡水的主要方法。经计算，某公司脱硫废水经电渗析设备浓缩后，末端废水量约为 12 m3/h，满足主烟道烟气余热喷雾蒸发干燥方案的要求。3.3浓缩工艺选择无论是热法浓缩还是膜法浓缩，都可以达到废水浓缩的目的。热法浓缩：优点在于产水水质好、可将盐的质量浓度浓缩至 280 000 mg/L、可分盐；缺点是占地大、造价高、对净空要求高、对水质适应性较差、业绩较少。膜法浓缩：优点在于适应性强、占地少、造价低、科技与创新Science and Technology&Innovation1742023 年 第 03 期运行简单、业绩多；缺点是工艺长、产水水质因膜而异、需定期更换膜。高压反渗透工艺、电渗析工艺和低温烟气蒸发浓缩工艺对比如表 3 所示7。表 3浓缩阶段工艺对比表序号项目高压反渗透（DTRO/STRO）高压反渗透（ED）低温烟气蒸发1工艺特点属高压反渗透；浓缩浓水 TDS 可达 100 000 mg/L；高压设备，高压运行；化工和垃圾渗滤液应用较多；需设置备用量；对脱硫系统水平衡无影响以电子迁移量计算出力；浓缩浓水TDS 可达 200 000 mg/L；常压设备；制盐和化工行业应用业绩多，历史悠久可不备用；对脱硫系统水平衡无影响原水可不经过软化处理；浓缩浓水 TDS可达 250 000 mg/L；设备本身消纳废水能力具有一定的可调性，无需设置备用；对脱硫系统水平衡有较大影响，降低了脱硫系统工艺水的用量，在全厂深度优化用水阶段影响较大2出水水质脱盐率约 98%脱盐率约 80%无产水从上述对比可以看出，3 种技术路线都可以满足要求。低温烟气蒸发工艺运行抽取低温烟气量较大，使进入脱硫塔烟气温度下降，导致脱硫系统蒸发水量和脱硫工艺水用量下降，对脱硫系统现有水平衡有较大的影响，需要论证低温烟气蒸发浓缩工艺处理脱硫废水的可行性。对于 ED 工艺，系统独立运行，对其他系统不产生影响，不过在电力行业高盐废水浓缩处理中的应用案例较少。对于 STRO 工艺，系统独立运行，对其他系统不产生影响，在电力行业已有运行业绩，但浓水水量大，末端废水采用主烟道烟气余热喷雾蒸发干燥方案处理时，对烟道的影响比另外 2 种方案大。4最终末端浓缩高盐水处理4.1旁路烟气喷雾蒸发干燥方案设置独立喷雾干燥装置，干燥烟气温度为 350 左右，高温烟气引自空预器前，废水由输送泵引至喷雾干燥塔，应用雾化喷枪将其喷射至高温烟气中。为了提高雾化效果，配以压缩空气雾化，控制喷入液体及热风的配比，将热风温度降至 120 左右，将增湿后的热风注入除尘器前主烟道，由除尘器捕集灰分及干燥的盐类。废水蒸发的水随烟气进入脱硫系统冷凝成新鲜水，补充进入脱硫系统。旁路烟气喷雾蒸发方案工艺流程图如图 2 所示8。图 2旁路烟气喷雾蒸发方案工艺流程图旁路烟气喷雾蒸发方案技术优点如下：从空预器入口前烟道引入高温烟气为 350，利于废水液滴的快速蒸发，有利于系统在机组低负荷工况下的稳定运行，不影响低温省煤器的布置；设置的旁路烟道作为蒸发器主体，其运行与主机系统相对独立，便于施工和维护；利用少于总烟气 3%的高温烟气作为干燥热源，无需其他外部热源；无污泥排放，飞灰及盐类全部被除尘器捕集；占地面积小、系统相对简单、设备少、运行维护费用低。目前，高温烟气进行高盐废水的雾化蒸发处理技术工程实施案例较多，如焦作万方电厂、浙能长兴电厂等国内十几个电厂。废水蒸发量与高温气量直接相关，由于高温烟气量的限制小于总烟气量的 5%，导致废水蒸发量有限。另外，由于采用空预器入口高温烟气作为废水蒸发的热源，将会减少进入空预器的高温烟气量，降低锅炉效率。有机组空预器设计阶段，均预留有 5%的设计余量，旁路烟道工艺在空气预热器前段抽取一定量的烟气蒸发废水，抽取的烟气被降温、增湿后引回空气预热器出口后与原烟气混合进入除尘器，旁路烟道与空气预热器为并联形式，所以旁路烟道工艺理论上对原烟风系统影响较小。4.2强制循环结晶工艺现阶段结晶段较为合适的工艺为 MVR 和 TVR工艺9。来自浓缩段的浓水经过预热器后进入结晶器进料罐，换热器中通入冷凝液进行加热。加热蒸汽连续进入换热器壳程，将潜热释放给循环的浓盐浆。蒸汽