如何選擇合適的燃煤電廠脫硫廢水零排放技術

發表時間：2020-07-23 12:31:52 閱讀次

我國燃煤電廠主流的煙氣脫硫技術是采用石灰石-石膏法濕法脫硫。為了維持脫硫塔內的氯離子濃度低于20 000 mg/L，需外排脫硫廢水。外排的脫硫廢水不僅包括脫硫過程產生的廢水，還包括鍋爐沖洗水、機組冷卻水等，導致產生的廢水水質最為惡劣。

目前由于環保政策的嚴格要求，尤其是從2015年4月14日發布的《水污染防治行動計劃》（即“水十條”），提出禁止燃煤電廠脫硫廢水外排；截至2018-06-06，修編的《發電廠廢水治理設計規范》規定了電廠廢水處理設施的設計規范，新增多條廢水的設計要求，逐步推動廢水零排放的實現。

針對廢水零排放的要求，許多專家學者通過分析國內外研究現狀以及實際電廠案例運行結果，提出了幾種脫硫廢水零排放的技術路線，但技術的優劣仍需實踐檢驗。

為了更科學有效選擇脫硫廢水處理技術，筆者對目前燃煤電廠脫硫廢水處理技術進行匯總分析，根據實際案例詳細分析各處理技術的優缺點，為燃煤電廠對脫硫廢水零排放技術的選擇提供參考。

01 脫硫廢水技術路線選擇的總原則

可靠和經濟性原則；一廠一策原則；協同性原則；無害化原則

02 脫硫廢水預處理技術

常見的脫硫廢水的預處理技術是化學沉淀法，如電廠普遍采用的三聯箱技術、雙堿法、石灰-煙道氣法等。

三聯箱處理技術作為脫硫廢水的預處理技術，雖去除了廢水中大量的鈣鎂易結垢離子，但未能去除其中高濃度的Cl-，需與其他處理技術相結合；同時其耗藥量較大，三聯箱處理技術在電廠不同負荷、脫硫廢水水質水量多變的情況下達不到預期的處理效果。

雙堿法可利用電廠原有的處理設施，運行靈活性較高，但由于該技術要在較高的pH下運行，因此堿性藥劑和純堿（軟化劑）投加量很大，污泥產生量高，系統占地面積較大。

03 濃縮減量技術

目前濃縮減量技術主要分為膜法濃縮和熱法濃縮。膜法濃縮包括正滲透（FO）、反滲透（RO）、電滲析（ED）、納濾（NF）、膜蒸餾（MD）等；熱法濃縮主要是依靠蒸汽實現廢水的蒸發，包括機械蒸汽再壓縮（MVR）、多效蒸發（MED）、蒸汽動力壓縮式（TVR）、多級閃蒸、降膜蒸發等，也可依靠電廠煙氣余熱進行廢水的蒸發濃縮減量，該技術無需引入大量蒸汽能源，節約成本，同時又能達到預期目標，實現了電廠的廢熱再利用。

膜法濃縮中的反滲透（RO）應用范圍廣，但易發生膜污染與結垢堵塞問題；正滲透（FO）屬自發過程，能耗低，無需額外壓力，設備簡單，其膜表面不易形成濾餅層，膜污染可逆，但需選取合適的汲取液，汲取液的再生需額外能量，同時，正滲透膜存在嚴重的內部濃差極化現象。電滲析（ED）技術具有優異的處理效果、較低的運行能耗等優點。

綜上，膜濃縮主要存在以下4個問題：① 成本。投資成本和運行費用高，包括能耗成本、清洗成本、膜元件更換成本、設備維修、維護成本等。② 易結垢和堵塞。系統可靠性差。③ 前處理要求高。膜組件對進水要求較高，需去除廢水中懸浮物等雜質，增加了廢水前處理成本。④ 占地面積大。需提供專一的場地以搭建膜組件等設備。

熱法濃縮中的蒸汽濃縮是利用蒸汽進行廢水蒸發，常見技術包括機械蒸汽再壓縮技術(MVR)、多效強制循環蒸發(MED)。MVR系統較成熟，占地面積較小，運行平穩，自動化程度高。但在鹽水濃縮過程中，MVR系統運行仍存在鹽漿排放過程中堵塞、風機葉輪易損壞等問題。流程上MVR技術比MED技術短，設備少，占地面積小，蒸汽的消耗量較低，但在一次性投資成本上，MVR高于MED。利用蒸汽蒸發濃縮脫硫廢水，采用MVR或MED技術，投資成本均偏高。

利用低溫煙氣余熱進行廢水的濃縮減量，使電廠的低溫煙氣余熱得到有效利用，無需引入其他蒸汽等能源；可去除預處理單元，電廠也可自行收納產生的濃鹽水；附加處理設施可利用電廠現有的設備進行改造，改造費用不高，大幅減少了投資成本；由于濃縮塔可單獨隔離與拆卸，方便運行維護。該技術將成為廢水濃縮減量的新趨勢。

04 蒸發結晶技術

將濃縮后少量較高濃度的脫硫廢水進行蒸發結晶，較為成熟的MVR蒸發結晶技術和多效蒸發結晶技術已得到普遍應用。目前利用電廠煙氣余熱進行蒸發結晶的技術，如旁路煙道蒸發、煙道噴霧蒸發等日漸成熟。

旁路煙道蒸發技術對電廠原有系統影響較小，河南焦作萬方2×350 MW機組引入旁路煙道蒸發結晶器系統，脫硫廢水的體積流量減少4.3%，工藝補充水體積流量減少14.6%。國內旁路煙道研究大多以數值模擬為主，缺少與實際擬合度較高的動力學模型；氣液兩相流霧化噴頭孔徑小，處理復雜的未經預處理的廢水時，易堵塞；同時霧化器密封件材料的耐溫性有待提高；酸性脫硫廢水在蒸發過程中易腐蝕蒸發器，需選擇合理的脫硫廢水前處理工藝或對蒸發結晶器內部涂防腐材料。

除了利用旁路蒸發結晶器蒸發，還可采用蒸發塔蒸發。雖然蒸發塔能較好實現廢水的蒸發結晶，但應用過程中存在許多技術風險：結垢風險、維護困難、可利用率差、關鍵設備進口、占地面積大。

煙道噴霧蒸發工藝簡單、占地面積小、無需加藥，減少了投資運行維護費用，對除塵器無明顯影響，不影響粉煤灰品質。但煙道蒸發受負荷的影響較大，處理量不足；噴嘴易堵塞；同時，空預器后煙溫偏低。

05 廢水零排放產物去向

脫硫廢水零排放產物去向是零排放技術選擇的關鍵。目前廢水蒸發產生的結晶鹽及高濃度含鹽水主要有4種處理途徑：① 轉移入灰渣、液態排渣或粉煤灰中；② 產生的結晶鹽可分為雜鹽和純鹽，雜鹽的利用價值較低，純鹽可被部分行業利用，如在廢水除硬過程中產生的Mg(OH)2可回收利用；③ 產生的高鹽水可電解制氯，產生的次氯酸鹽可用于循環水消毒；④ 高濃度鹽水進行水泥固化制備建筑材料（如制磚、低品級建材），或直接拋棄。

06 脫硫廢水鹽分制備凈水劑

脫硫廢水鹽分制備凈水劑解決了脫硫廢水高濃度氯離子難處理問題，使得廢水能夠二次利用，制得的凈水劑可進行自用或外銷，產生一定的經濟效益；該工藝產生的復合型凈水劑，結合了聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁、聚合氯化鐵等凈水劑的優勢，能夠對廢水中的多種污染成分進行有效處理；此工藝不對電廠系統進行改造，對整體電廠系統無影響。