脫硫廢水污泥脫水方式的比較研究

國內燃煤鍋爐常規的脫硫廢水的處理工藝已不能勝任環(huán)境保護日益苛刻的要求。本文介紹了一種全新的脫硫廢水零排放處理技術(shù)。

該技術(shù)根據燃煤鍋爐整體煙氣流程規劃，利用廢水預處理裝置對脫硫廢水進(jìn)行初步固液分離，廢水被導入至空預器后、除塵器前之間的煙道內，經(jīng)雙流體霧化器高度霧化后，在高溫煙氣余熱的加熱作用下，水分被完全蒸發(fā)成氣相水蒸氣，而鹽分隨著(zhù)水分蒸發(fā)結晶成固體顆粒，被除塵器捕捉進(jìn)入干灰，達到廢水零排放;脫硫廢水的加入提高了煙氣濕度，可顯著(zhù)提高除塵器效率，并降低脫硫吸收塔工藝水消耗量。通過(guò)工業(yè)運行和試驗檢測表明，該技術(shù)可滿(mǎn)足燃煤鍋爐日常排放脫硫廢水的處理。

石灰石一石膏濕法脫硫工藝是我國燃煤鍋爐廣泛采用的煙氣脫硫方法。燃煤鍋爐原煙氣中99%以上的氯離子和重金屬污染物被除塵器捕捉，但仍有少部分的污染物會(huì )逃逸過(guò)除塵器，隨煙氣進(jìn)入脫硫吸收塔。

脫硫漿液在循環(huán)使用過(guò)程中，會(huì )不斷富集由煙氣帶來(lái)的上述污染物。氯離子濃度的升高將引起脫硫效率的下降，并加速脫硫設備的腐蝕。因此，脫硫系統需定期排放一定量的廢水，即脫硫廢水。脫硫廢水因復雜的物質(zhì)組成，其具有極高污染性，直接排放將對環(huán)境造成及其嚴重且不可逆轉的危害。

目前，國內大部分燃煤鍋爐用戶(hù)廣泛采用的脫硫廢水處理工藝為化學(xué)加藥法。采用堿化、絮凝、沉淀、中和的方法對脫硫廢水進(jìn)行處理，經(jīng)澄清后的廢水上清液被作為“達標”排放的水，對外排出(圖1)。實(shí)際上，這些“達標”水中含有較大濃度的氯離子和部分重金屬離子。

隨著(zhù)我國環(huán)保工作力度的不斷加強，作為用水大戶(hù)和排污大戶(hù)的燃煤電廠(chǎng)，是我國“節能減排”的重點(diǎn)領(lǐng)域，越來(lái)越受到相關(guān)部門(mén)的關(guān)注，叫：保部門(mén)已要求新建燃煤機組達到廢水零排放，同時(shí)對老舊機組進(jìn)行技術(shù)改造，逐步減排廢水，最終實(shí)現廢水零排放。

因此，國內先后出現了包括蒸發(fā)結晶法、深度萃取法等不同工藝的脫硫廢水零排放解決方案，但均因為設備造價(jià)高昂，且運行成本極高而未能推廣使。

本文介紹了一種全新、高效、經(jīng)濟的脫硫廢水零排放一體化處理工藝及裝置，并已經(jīng)成功實(shí)現工業(yè)運行。

l脫硫廢水零排放一體化處理工藝

脫硫廢水零排放一體化處理工藝是根據燃煤鍋爐整體煙氣流程規劃開(kāi)發(fā)的全新脫硫廢水零排放處理方法。脫硫廢水零排放一體化處理工藝及裝置利用廢水預處理裝置對脫硫廢水進(jìn)行初步固液分離，廢水被導入至空預器后、除塵器前之問(wèn)的煙道內，經(jīng)雙流體霧化器高度霧化后，在高溫煙氣余熱的加熱作用下，水分被完全蒸發(fā)成氣相水蒸氣，而鹽分隨著(zhù)水分蒸發(fā)結晶成固體顆粒，被除塵器捕捉進(jìn)入干灰，達到“消滅”廢水的目的。

脫硫廢水的加入提高了煙氣濕度，可顯著(zhù)提高除塵器效率，并降低脫硫吸收塔工藝水消耗量，最大程度的節水節能，實(shí)現脫硫廢水零排放。(圖2)

2工藝系統的理論及技術(shù)介紹

2.1理論計算

脫硫廢水零排放一體化處理工藝及裝置利用煙氣余熱蒸發(fā)的關(guān)鍵在于有足夠的煙氣熱量，并在盡量短的時(shí)間內將所有的廢水霧滴完全蒸發(fā)。采用能量守恒計算出完全蒸發(fā)廢水水滴所需要的煙氣量，然后通過(guò)計算流體力學(xué)詳細計算，保證廢水在進(jìn)入除塵器前即被完全蒸發(fā)變成水蒸氣，避免對煙道和除塵器造成損傷。

2.2霧滴運動(dòng)學(xué)分析

通過(guò)使用CFD軟件F1uent對廢水霧化噴入煙道后，煙氣與廢水霧滴之間的運動(dòng)、傳質(zhì)進(jìn)行數值模擬，確保霧化后的廢水霧滴經(jīng)煙氣拖拽，和煙氣整體流動(dòng)保持一致性，煙道內的整個(gè)行程中不會(huì )碰壁或觸底，同時(shí)在進(jìn)入除塵器之前被完全蒸發(fā)成為氣態(tài)，避免腐蝕煙道或損傷除塵器。(圖3、圖4)

圖3煙道和除塵器內部速度矢量圖

圖4霧化后脫硫廢水煙道內運動(dòng)軌跡

2.3污染物的遷移路徑

脫硫廢水中主要污染物為重金屬鹽及以cacl2形式存在的Cl+鹽。在脫硫廢水液滴蒸發(fā)的過(guò)程中，幾乎所有的Cl。鹽和重金屬鹽結晶生成固態(tài)的顆粒被除塵器捕捉進(jìn)入干灰，不會(huì )造成污染物的循環(huán)累積。該部分污染物會(huì )增加干灰中污染物含量，但增加比例極低，不會(huì )對干灰和石膏的綜合利用造成不利影響。

2.4對煙氣參數的影響

脫硫廢水蒸發(fā)過(guò)程中，水份由液態(tài)轉換為氣態(tài)所需要的能量來(lái)源于煙氣，勢必導致煙氣溫度的降低。經(jīng)過(guò)精確的計算機模擬計算，脫硫廢水零排放一體化處理裝置將機組負荷、機組煙氣流量和排煙溫度等參數進(jìn)行綜合分析，從而獨立控制各個(gè)廢水噴霧單元運行參數，最大限度利用煙氣余熱蒸發(fā)廢水，同時(shí)設置專(zhuān)用保護模塊，在機組負荷低、煙氣流量小和排煙溫度低時(shí)，各噴霧單元減少直至停止噴霧，確保裝置運行不對機組運行造成任何不利影響。(圖5)

圖7主機負荷對比圖

3.2試驗數據分析

圖8-10為脫硫廢水零排放一體化處理工藝運行和非運行時(shí)系統EsP主要參數對比。從圖中可以看出，系統運行和非運行時(shí)，取自除塵器內不同電場(chǎng)的電流、電壓值曲線(xiàn)吻合度高，表明系統運行對ESP正常運行沒(méi)有影響。(表l為ESP主要參數說(shuō)明)

表1ESP主要參數說(shuō)明圖

圖8除塵器電場(chǎng)電流電壓對比圖1

圖9除塵器電場(chǎng)電流電壓對比圖2

圖10除塵器電場(chǎng)電流電壓對比圖3

圖11-13為脫硫廢水零排放一體化處理裝置運行和非運行時(shí)FGD脫硫效率、石膏液Ph值以及電除塵出口凈煙氣粉塵濃度的對比。從圖中可以看出，在同等條件下，系統運行和非運行時(shí)對上述三項指標幾乎沒(méi)有影響。在2011年12月19日17：50以后的波動(dòng)是由于FGD停止運行所致。

圖11脫硫效率對比

圖12Ph值對比

圖13凈煙氣粉塵濃度對比

圖14脫硫廢水零排放一體化處理裝置運行和非運行時(shí)GGH入口溫度對比。在裝置投運期間，由于蒸發(fā)吸熱，GGH入口溫度稍低(約2)，但仍在140左右。

在2011年12月19日17：50以后FGD停止運行時(shí)由于旁路打開(kāi)，GGH入口溫度降低;但在FGD恢復運行后，GGH入口溫度迅速恢復至正常水平，脫硫廢水處理系統運行對GGH正常運行沒(méi)有產(chǎn)生負面影響。

圖14GGH入口溫度對比

4試驗檢測

2013年5月至9月，國內某電力科學(xué)研究院持續采集了與脫硫廢水零排放一體化處理工藝及裝置運行的所有相關(guān)數據，全面評估脫硫廢水零排放一體化處理工藝對于脫硫系統氯離子和其他污染物的脫出效率以及對環(huán)境的影響，并形成了性能考核試驗報告，報告結論指出：

(1)投運脫硫廢水處理系統后，脫硫廢水中人部分CI’、Cr、As遷移到了干灰中;

(2)脫硫廢水處理系統的投運，極大的提高了除塵效率(除塵效率由原來(lái)的99.35%提高到現在的99.64%)：

(3)脫硫廢水處理系統的投運，有利于提高脫硫效率，緩解了脫硫系統中與石膏漿液接觸設備的腐蝕，延長(cháng)了脫硫設備的使用壽命，提高了脫硫系統運行可靠性;

(4)系統的投運解決了脫硫廢水難以處理的難題。

5結論

通過(guò)現場(chǎng)的實(shí)際運行情況和試驗檢測結果表明，脫硫廢水零排放一體化處理工藝可以滿(mǎn)足燃煤鍋爐所排放脫硫廢水的處理，保證水份全部蒸發(fā)，cl一和其他重金屬污染物被固化捕捉，且不對除塵器、GGH等后續設備和脫硫效率等造成不利影響，同時(shí)顯著(zhù)提高除塵效率。

脫硫廢水零排放一體化處理工藝較現有廢水處理工藝在控制污染物排放、節約運行成本和智能化程度上擁有顯而易見(jiàn)的優(yōu)勢，且還適用于燃煤鍋爐其他難以處理的廢水，可實(shí)現廢水對環(huán)境零排放要求，避免造成環(huán)境污染，同時(shí)提升燃煤鍋爐用水的效率，真正實(shí)現“少取、減排、增效”的目的，體現了“清潔生產(chǎn)”、“循環(huán)經(jīng)濟”的發(fā)展戰略，促進(jìn)自身可持續發(fā)展，符合國家節能減排的政策方針。