基于鍋爐煙氣余熱蒸發脫硫廢水零排放技術利用空氣預熱器后的鍋爐煙氣余熱對霧化后的脫硫廢水進行蒸發處理，水分完全蒸發，廢水中污染物結晶固化，固體顆粒隨煙氣中的飛灰一起被電除塵器收集，從而實現脫硫廢水的零排放。結合某電廠脫硫廢水零排放工程的理論計算分析、實際應用和運行狀況，對該技術路線進行探討，并提出優化和改進措施。

目前燃煤電廠應用最為廣泛的脫硫廢水處理工藝是“三聯箱”工藝。該工藝采用物理化學方法，包括中和、絮凝、沉淀和澄清等4個主要步驟對脫硫廢水進行處理。但是，經過“三聯箱”工藝處理后的脫硫廢水中的Cl-濃度并未減少，含有高濃度Cl-的出水由于具有強腐蝕性而無法進行回用或直接外排。

隨著國家環保節能政策的日趨嚴格，特別是“水十條”的發布與實施，國家將強化對各類水污染的治理力度，提出了最嚴格的源頭保護和生態修復制度，全面控制污染物排放，著力節約保護水資源，全力保障水生態安全。國家對環境污染的治理日益提速，對廢水的排放要求也越來越嚴苛。燃煤電廠的節水減排問題，日益受到大家的重視，尤其是濕法脫硫廢水因高含鹽量、成分復雜、高腐蝕性、回用困難等因素，導致一直難以實現零排放。

本文結合某電廠脫硫廢水零排放應用工程，對基于鍋爐煙氣余熱蒸發脫硫廢水零排放技術進行探討，并提出優化和改進措施，以真正實現脫硫廢水零排放。

1設計條件

某電廠通過采用鍋爐煙氣余熱蒸發脫硫廢水，從而實現脫硫廢水的零排放。

電廠現有3臺220t電站鍋爐和2臺64MW供熱鍋爐，發電總裝機容量102MW，年利用小時數5500h。脫硫改造工程采用石灰石-石膏濕法，有GGH。

經脫硫系統物料平衡計算，脫硫廢水參數見表1，鍋爐煙氣參數見表2。

表1脫硫廢水參數

表2鍋爐煙氣參數

2煙氣余熱蒸發技術的理論計算分析

將脫硫廢水霧化噴射入空氣預熱器之后的煙道內，利用煙道煙氣的余熱進行蒸發，會對煙氣的粉塵含量、溫度等特性產生影響。通過理論計算對設計條件下的煙氣余熱蒸發脫硫廢水零排放處理系統進行影響分析。

2.1對飛灰的影響

根據某電廠的設計水質條件，廢水中含有可溶性固體50000mg/L，脫硫廢水的產生量為2.8m3/h。經過計算，結晶物的產生量為140kg/h。

電廠除塵器前煙道的煙氣量為294713Nm3/h（單臺機組），粉塵濃度為40g/Nm3，由此可計算得出產生的灰量為11788.52kg/h（單臺機組）。在除塵效率為99%的情況下產生的灰量為11670.63kg/h（單臺機組），3臺機組的產生量為35011kg/h。

零排放系統產生的結晶鹽的質量占灰質量的百分比僅為0.4%，不會影響灰的品質。

2.2對煙氣溫度的影響

根據某電廠的鍋爐煙氣參數，設計煙氣溫度140℃，煙氣量294713Nm3/h（單臺機組）。

經過計算，2.8m3/h的脫硫廢水，噴射到3臺機組，煙氣溫度降低到131.6℃；噴射到2臺機組，煙氣溫度降低到127.45℃。均高于酸露點，不會導致電除塵器的腐蝕。

2.3CFD模擬

通過FLUENT模擬計算某電廠脫硫廢水煙道霧化蒸發的情況，對工程進行前期的預估，提供理論依據。

模擬把煙道煙氣溫度由設計的140℃降低為130℃，噴射蒸發量保持不變，不同霧滴粒徑下觀察廢水蒸發區域。

如圖1、圖2所示，廢水在霧化粒徑100μm時蒸發所需時間最長，基本在豎直煙道1/2處才能完全蒸發。

圖1霧滴100μm降至1μm的分布

圖2霧滴100μm降至0.1μm的分布

如圖3、圖4所示，廢水在霧化粒徑80μm時蒸發所需時間較長，基本在豎直煙道1/4處能完全蒸發。

如圖5、圖6所示，廢水在霧化粒徑60μm時蒸發所需時間較短，基本在轉角出口處就能完全蒸發。如圖7、圖8所示，廢水在霧化粒徑50μm時蒸發所需時間短，基本在轉角入口處就能完全蒸發。

通過CFD模擬，理論上認為霧化粒徑小于50μm的廢水在煙道轉角入口附近能夠完全蒸發；霧化粒徑大于50μm、小于100μm的廢水在豎直煙道1/2前能夠完全蒸發。

可以根據CFD模擬結果進行廢水霧化噴槍的選擇，通過控制廢水的霧化粒徑來實現煙氣余熱蒸發脫硫廢水零排放。

圖3霧滴80μm降至1μm的分布

圖4霧滴80μm降至0.1μm的分布

圖5霧滴60μm降至1μm的分布

圖6霧滴60μm降至0.1μm的分布

圖7霧滴50μm降至1μm的分布

圖8霧滴50μm降至0.1μm的分布

3煙氣余熱蒸發技術的工程應用

3.1工藝流程

本工程將脫硫系統溢流水箱中的脫硫廢水泵入前置的廢水過濾器，經過高效過濾裝置處理后，脫硫廢水中粒徑>10μm的顆粒被截留分離出來，處理出水的含固量降低到0.5%以下，進入廢水緩沖箱。高效廢水過濾裝置定期進行自動反沖洗，反洗液直接輸送至脫硫系統的脫水系統。廢水緩沖箱中的廢水通過廢水泵輸送到布置在除塵器入口煙道中的霧化噴射裝置。廢水在霧化噴射裝置中被充分霧化后直接噴入煙道，在煙氣的加熱作用下迅速蒸發變成水蒸氣。同時，廢水中的鹽分結晶成微小的固體顆粒隨煙氣進入電除塵器，并與煙氣中的飛灰一起被捕捉而從煙氣中分離出來。蒸發的水蒸氣隨除塵后的煙氣進入脫硫吸收塔，在噴淋水的冷卻作用下，水蒸氣凝結進入脫硫塔的漿液循環系統。

本工程的工藝流程如圖9所示。

圖9煙氣余熱蒸發系統

3.2系統設計

本工程脫硫廢水煙氣余熱蒸發系統由廢水管路系統、空氣管路系統、霧化噴射系統和邏輯控制系統組成。

（1）廢水管路系統。廢水管路系統的作用是將脫硫廢水持續的輸送給霧化噴射系統。主要由廢水泵、高效過濾器、孔板、測量儀表等組成。

（2）空氣管路系統。空氣管路系統的作用是為霧化噴射系統提供壓縮空氣，以保證廢水的霧化效果。壓縮空氣由電廠壓縮空氣系統引入，主要由自力閥、減壓閥、壓力傳感器等組成。

（3）霧化噴射系統。霧化噴槍是霧化噴射系統和整套脫硫廢水零排放系統的核心。噴槍的霧化效果直接關系到電廠煙道和電除塵器的安全運行。本工程選擇氣流式霧化噴嘴的雙流體噴槍。

根據CFD理論模擬結果確定雙流體霧化噴槍的選型。本工程霧化噴槍的廢水噴射量3.8L/min，霧滴D32在55μm左右，Dv0.5在55μm左右，Dmax在90μm左右。

霧化噴槍的最大霧化粒徑在100μm以內，滿足現場需求，并留有一定量的擴展空間。

霧化噴槍的布置是整套脫硫廢水零排放系統的關鍵。霧化噴槍布置過于靠前會導致不能完全蒸發，過于靠后會產生飛灰在轉角處堆積等問題。

本工程結合現場實際，將霧化噴槍布置在空氣預熱器之后煙道的水平段，在水平段煙道膨脹節前500mm。霧化噴槍采用上下布置，分別布置在煙道800mm、1600mm處，噴槍插入深度為800mm。采用此布置方式可以使煙氣與霧化廢水最大化接觸，保證脫硫廢水完全蒸發。

本工程霧化噴槍布置如圖10所示。

圖10霧化噴槍布置

3.3運行狀況

本工程2016年3月投入運行，部分實際運行數據如表3所示。

表3系統實際運行數據。

3.4工程分析

（1）對脫硫系統的影響。脫硫廢水霧化噴入煙道后會改變煙氣溫度、煙氣含濕量等特性，但是整體影響量不大。在設計標準狀態下，4只噴槍運行，噴射量約1m3/h的脫硫廢水，煙氣溫度下降約6℃，濕度略有上升。

（2）對除塵的影響。電除塵器的主要運行參數為電氣參數，包括一、二電場的一次電流、一次電壓、二次電流和二次電壓，布袋壓差。煙氣余熱蒸發脫硫廢水零排放系統運行后，電除塵器的一、二電場的電流電壓及布袋壓差無明顯變化。

（3）煙道內腐蝕及積灰情況。在脫硫廢水霧化噴射裝置基本連續運行1個月后，觀察煙道內和霧化噴槍的腐蝕和積灰情況如圖11所示。

圖11煙道內和霧水噴槍腐蝕和積灰情況

觀察可見，煙道內導流板和煙道側壁無腐蝕現象發生，基本無積灰情況。但是，霧化噴槍存在結垢現象。

（4）氯成分的變化。經灰樣化驗，本工程煙氣余熱蒸發脫硫廢水零排放系統在運行前后，灰中的干基氯由0.14%上升為0.18%。

脫硫廢水的霧化蒸發對灰分沒有明顯的影響。脫硫吸收塔內的氯離子濃度，經化驗檢測，3月25日8950ppm，4月6日6650ppm，4月11日6300ppm，有明顯的下降趨勢。漿液中的氯離子濃度得到了有效的控制。

4小結

通過理論計算分析，并經過工程實踐應用，基于鍋爐煙氣余熱蒸發脫硫廢水零排放技術可以實現脫硫廢水的零排放，為濕法脫硫電廠的廢水零排放提供了有效途徑。脫硫廢水在煙道中蒸發后，廢水中的重金屬離子和其他一些離子會結晶析出，大部分被除塵器吸收，僅有小部分回到脫硫系統。廢水的持續霧化噴射，吸收塔漿液中的氯離子濃度下降明顯，說明氯離子得到了有效的排出。同時，灰分中污染物增加的比例極低，說明霧化蒸發對灰分沒有明顯的影響。并且，對環境不會造成二次污染。

通過分析、對比脫硫系統原煙氣溫度、濕度以及除塵器電場的電氣參數、布袋壓差、原煙氣粉塵濃度、凈煙氣粉塵濃度等在零排放系統運行前后的變化，結果表明，煙氣余熱蒸發脫硫廢水零排放系統對電廠脫硫系統和除塵器的運行沒有明顯影響。

此外，鍋爐煙氣余熱蒸發工藝還具有設備少、占地小、改造小、對原有煙道系統影響小、投資和運行成本低、降低脫硫吸收塔工藝水消耗量等優點。

同時，通過本工程的實踐應用和運行分析，對基于鍋爐煙氣余熱蒸發脫硫廢水零排放技術提出以下優化或改進建議，以提高脫硫廢水零排放系統的可靠性。

（1）設置預處理軟化單元，對脫硫廢水進行軟化處理。軟化去除脫硫廢水中的鈣、鎂硬度，避免或減緩霧化噴槍的結垢、堵塞，以保證零排放系統的長期安全穩定運行。

（2）霧化噴槍宜在煙道截面的偏上部進行設置。考慮到煙道底部積灰以及霧滴本身因自重因素產生的下落趨勢，霧化噴槍的布置位置應結合噴槍性能布置在煙道截面的偏上部。

（3）脫硫廢水的蒸發過程宜在直煙道段進行完全。場地條件允許的情況下，霧化噴槍應設置在直煙道段，并且經霧化的脫硫廢水應在直煙道段蒸發完全，以避免脫硫廢水的粘壁，從而對煙道產生腐蝕等不利影響。