一、摘要

现行常规的火电厂脱硫废水处理设备故障率高，无法去除氯离子等诸多缺点。采用膜法浓缩结晶等工艺投资、运行费用昂贵。采用旁路烟道旋转喷雾干燥技术，利用电厂现成热源（热二次风）对脱硫废水进行高温蒸发，废水内的水变为水蒸气返回脱硫系统并减少脱硫工艺水耗量，废水内的杂质最终进入灰中，随同粉煤灰一并综合利用；整个系统不需任何预处理，节省了大量的药剂费用，且无污泥及其他废水产生；采用热二次风作为热源，在机组低负荷时也可满足旁路烟道蒸发额定水量，避免常规的采用高温烟气作为热源时低负荷旁路烟道蒸发系统不能正常运行的弊端；投资、运行费用低廉，该技术的应用是火力发电厂脱硫废水零排放技术的又一创新。

二、研究背景与意义

2015 年 4 月 16 日，国务院发布《水污染行动计划》，国家将强化对各类水污染的治理力度，提出了严格的源头保护和生态修复制度，全面控制污染物排放，着力节约保护水资源，全力保障水生态安全。自此，火电厂在资源约束与排放限制方面的压力陡然上升，加快落实深度节水和“废污水零排放”技术已成为必然选择。

2005 年后建设的电厂，根据环评的要求，在进行初建时大都按照电厂废水“零排放”要求进行设计，厂区不得设置废水排放口，电厂内部应做到废水集中处理，处理后的废水应回收利用，正常工况下，禁止废水外排。

2006 年颁布的《火力发电厂废水治理设计技术规程》已明确提出：火电厂的脱硫废水处理设施要单独设置，优先考虑处理回用，不设排放口，必须实现废水零排放。

2016 年 9 月 30 日，环保部发布了关于征求《火电厂污染防治技术政策》和《火电厂污染防治最佳可行性技术指南》意见函（环发〔2017〕21 号），对火电厂排放的废气、废水、噪声、固体废物等造成的污染制定基本的技术政策；对于发电厂废水处理政策明确指出：

①火电厂水污染防治应遵循清污分流、一水多用、集中处理不分散处理相结合的原则，鼓励火电厂实现废水的循环使用不外排；

②脱硫废水应经过中和、沉淀、絮凝、澄清等传统工艺处理，利用余热蒸发干燥、结晶等处理，实现脱硫废水零排放。

大唐吕四港 2×100 万千瓦扩建项目脱硫采用石灰石 - 石膏法脱硫工艺，该工艺技术成熟、运行可靠、脱硫效率高；在脱硫运行中，脱硫废水处理装置用于平衡脱硫系统内浆液的氯离子，防止浆液中氯离子浓度超过设计值，从而稳定脱硫效率，提高石膏品质，减轻对设备的腐蚀。火力发电厂中循环水排污水、反渗透浓水、化学车间排水等电厂生产环节废水都汇集到脱硫塔，因此脱硫废水是电厂的终端废水，水质最为恶劣，且脱硫废水氯离子含量超高，已无其他回用的渠道。若实现脱硫废水的零排放即可实现火力发电厂全厂水的零排放。

三、研究目的与内容

脱硫废水中的杂质主要来自烟气、脱硫剂和脱硫工艺水。其中，由于煤中含有包括重金属在内的多种元素，如F、Cl、Cd、Hg、Pb、Ni、Ag、Cu、Cr 等，这些元素在炉膛内高温条件下会生成多种不同的无机化合物，其中一部分会随烟气进入脱硫系统，溶解于吸收浆液中。随着吸收浆液的循环使用，杂质不断浓缩，从而使排出的脱硫废水中杂质含量偏高。脱硫废水中含有一定的COD，含有还原性无机离子；含盐量高，进水TDS 在33500-64000mg/L之间；废水呈酸性，PH 值在3-7 之间；废水中主要阳离子为含量较高的钙镁离子，其它重金属离子种类较多，远超排放限值；废水中主要阴离子为 Cl-、SO42-、F- 等以煤为来源的离子；废水硬度高，普遍硬度在 5116-11545mg/L之间；悬浮物含量高，主要悬浮物为石膏颗粒、二氧化硅及铁、铝的氢氧化物。

脱硫废水常规处理一般采用化学加药方法 ， 该法技术成熟 ， 但处理后的废水不能外排且无处回收利用，必须实施零排放才能满足环保的要求。在目前投运的脱硫废水零排放的技术中 ， 旁路烟道旋转喷雾干燥工艺通过利用锅炉现有热量将废水蒸发， 可以实现废水的零排放， 建设及运行费用比其他工艺低很多， 较其他工艺更具优势。

大唐吕四港 2×100 万千瓦扩建项目产生 2x10m³/h 的脱硫废水，采用建设及运行费用比其他工艺低很多的旁路烟道旋转喷雾干燥工艺对其实现零排放，重点研究旁路烟道旋转喷雾干燥工艺中热源利用锅炉热二次风代替常规的高温烟气来实现脱硫废水的零排放。

四、研究方法与技术路线

4.1、喷雾干燥技术原理

喷雾干燥是一种将溶液、乳浊液、悬浮液或浆料在热风中喷雾成细小的液滴，在它下落过程中，水分被蒸发而形成粉末状或颗粒状的过程。当热风经过分配器进入干燥塔时，溶液利用旋转雾化器雾化成平均直径 10～60μ m的精细浆雾滴与其进行接触，在气液接触过程中，水分被迅速蒸发，通过控制气体分布、液体流速、雾滴直径等，使雾化后的雾滴到达干燥塔壁之前，雾滴已被干燥，废水中的盐类最后形成粉末状的产物。干燥产物在蒸发塔底部高速涡流后，随气流进入除尘器处理。

脱硫废水能在干燥塔中被快速干燥的主要原因是：

①由于烟气和液滴以160-200m/s 较高的相对速率脱离雾化器，因此传质系数较大；

②液体雾化效果好且均匀，表面积A 也很大，在雾化过程中每升被雾化的浆液形成了200m2 的表面积。

4.2 装置描述

喷雾干燥工艺技术的核心是旋转雾化器。旋转雾化器除具有高可靠性、易维护、耐磨、雾化均匀等优点外，其喷浆量的调节范围广。

每个干燥塔配置一个旋转雾化器，热风通过分配器后进入干燥塔，保证热风与雾滴充分混合，实现传热、传质反应。通过控制雾化器的转速，保证终产物干燥的前提下，避免“湿壁”现象的产生。

由于喷雾干燥系统的工作温度总是在露点温度以上，所以塔体及烟道等与烟气介质接触的材料无需进行防腐处理，采用普通碳钢即可。因脱硫废水氯含量高，与脱硫废水接触的雾化盘采用哈氏合金材质。

4.3 技术特点

采用喷雾干燥法处理脱硫废水的特点如下：

1）利用热风的热量，不需额外的蒸汽，是一种低能耗的技术；

2）该工艺流程简单、操作方便，投资省；

3）只需抽取少量的热风，对锅炉原系统影响小；

4.4、工艺设计

（1） 在空预器旁路单设旁路烟道旋转喷雾干燥塔，与主机完全隔离，独立成系统，不影响主机运行。

（2） 旁路烟道旋转喷雾干燥系统取锅炉空预器后的热二次风作为热源。脱硫废水处理量视主机情况灵活调整。（3） 旁路烟道旋转喷雾干燥塔出口烟气接至除尘器入口前主烟道的正中间，避免影响除尘器的原有流场，保证除尘器的除尘效果不受影响。

（4） 旁路烟道旋转喷雾干燥塔内干燥形成的结晶盐和灰，随旁路烟道旋转喷雾干燥塔出口烟气进入主除尘器入口主烟道的正中间，行进过程中同主烟气混合均匀并进入除尘器，从而保证结晶盐均匀分布在灰中。

（5） 旁路烟道旋转喷雾干燥系统的控制纳入电厂脱硫 DCS 控制系统。由脱硫运行人员统一操作，不需新增运行人员。

（6） 旁路烟道旋转喷雾干燥系统的热源采用热二次风，由锅炉送风机提供了足够的压头；避免常规采用高温烟气做热源时，干燥塔来烟利用空预器压差提供压头，当机组负荷低空预器压差减少时不足以克服旁路烟道旋转喷雾干燥系统的阻力，导致系统不能投运或积灰堵塞烟道的工况发生。

（7） 旁路烟道旋转喷雾干燥系统的热源采用热二次风，热二次风不含烟尘，避免烟道积灰堵塞的工况发生。

本项目高温热二次风旁路烟道旋转喷雾干燥工艺，流程如下：喷雾水箱→喷雾水泵→干燥塔，废水通过废水输送泵从废水箱送至喷雾水箱，经喷雾水泵送入旋转雾化器中，经旋转雾化器雾化后进入干燥塔后，雾化器雾化后的废水雾滴与热二次风接触，雾滴中的水分迅速挥发，废水中的盐类被干燥析出变为粉尘，混合粉尘的热二次风接入空预器后主烟道内，与主烟气均匀混合后进入机组主除尘器内，通过主除尘器收集下来，其余干燥塔底部的固体颗粒由仓泵送入渣仓。

干燥塔进、出口烟道阀门设置：进口烟道、出口烟道各安装一个手动闸板门，正常运行时手动闸板打开，在机组停机检修或设备出现故障时，保证关键设备能可靠隔离。干燥塔进口烟道在手动闸板门后安装一个电动调节型挡板门，采用调节型执行机构，可以根据喷雾干燥系统出口烟道温度调节进入本系统的热二次风量。干燥塔出口烟道安装一个电动挡板门。以上单台机组烟道共计设置不少于5 个电动挡板门（1 个调节型，4 个开关型）

废水的雾化系统主要通过雾化器实现，旋转雾化器用高速电机直连雾化盘，转速高达13500rpm，雾化液滴小（ 10-40um ），重量轻（300kg-500kg），废水处理能力大（10m3/h）和物耗低（压缩空气、冷却水和冲洗水）。

五、研究结果与分析

1） 直接利用锅炉烟气的余热（一次热源），能耗低。

2） 流程简单，操作方便，投资运行维护费用低。

3） 出口烟气布置在除尘器入口母烟道正中间，不影响原除尘器的流场和除尘效果、结晶盐均匀分布在灰尘中，便于粉煤灰综合利用。

4） 降低脱硫工艺水耗。

5） 系统内无易损件可靠性高且完全独立，不影响主机运行。

6） 杂盐可转入灰中综合利用，亦可单独收集，视业主需求灵活设置

8） 热源采用热二次风，热二次风不含烟尘，避免烟道积灰堵塞的发生。

7） 热源采用热二次风，由锅炉送风机提供了足够的压头；脱硫废水的处理量不受机组负荷变化的影响。

六、问题与建议

热风法旁路烟道旋转喷雾干燥脱硫废水零排放工艺热源采用热二次风，检修时需考虑热风的泄漏对检修环境的影响。

建议该工艺在干燥塔进出口主烟道上设置手动隔离门，加上取风口的电动隔离门，共有二道风道门来保证安 全。

七、结论与展望

旁路烟道旋转喷雾干燥脱硫废水零排放工艺充分利用锅炉自身热源蒸发脱硫废水，不需额外的热源，是一种低能耗的技术。该工艺流程简单、操作方便，投资省，运行费用相对较低，废水无需任何预处理，无需加药，没有其他固废产生，是目前燃煤发电厂脱硫废水零排放的一个好的选择。

热风法旁路烟道旋转喷雾干燥脱硫废水零排放工艺充分利用热二次风的优势，避免了常规旁路烟道蒸发工艺因机组负荷时低空预器压差减少导致旁路烟道蒸发系统不能投运的弊端。使旁路烟道旋转喷雾干燥脱硫废水零排放技术变得更优。

[ 参考文献]

[1] 王可辉，蒋芬，徐志清等《燃煤电厂脱硫废水零排放工艺路线研究》，《工业用水与废水》2016 年第 1 期，9-12 ；

[2] 杨建国，耿梓文《燃煤烟气脱硫实现脱硫废水零排放技术及其影响》，《中国电机工程学报》2018 年 1 月第 0 期，1-8

[3] 杨跃伞，苑志华，张净瑞等《燃煤电厂脱硫废水零排放技术研究进展》，《水处理技术》2017 年6 月第6 期，29-33。

[4] 杜乐，于佳冉《燃煤电厂脱硫废水零排放方案比选研究》，《环境与发展》2017 年，文章编号 2095-672X（2017）01-0028-05，28-32 ；。

[5] 杜艳玲 ， 柴启华 ， 员在斌 .《旋转喷雾干燥法在火电厂脱硫废水零排放改造中的应用》[J/OL]. 内蒙古电力技术 ：1-4。