燃煤電廠脫硫廢水濃縮蒸干零排放技術(shù)路線分析

燃煤電廠脫硫廢水濃縮蒸干零排放技術(shù)路線分析本文對燃煤電廠脫硫廢水零排放處理技術(shù)進行了分析，針對脫硫廢水濃縮蒸干工藝中預(yù)處理、濃縮減量、結(jié)晶、固體結(jié)晶物處置4個單元的處理工藝和選用設(shè)備分別進行了技術(shù)經(jīng)濟性比對分析，結(jié)合某電廠2×350MW超臨界空冷機組工程參數(shù)，對2種典型脫硫廢水零排放處理工藝投資費用進行了估算，并分析了其對發(fā)電成本的影響。

關(guān)鍵詞：燃煤電廠;脫硫廢水;濃縮蒸干;結(jié)晶;零排放;反滲透;固體廢物;協(xié)同處理

燃煤電廠濕法脫硫工藝中產(chǎn)生的脫硫廢水水質(zhì)特殊，污染物含量高，對環(huán)境的危害較大，即使經(jīng)過常規(guī)處理，懸浮物、COD仍經(jīng)常超過國家排放標準。此外，脫硫廢水中含有的微量重金屬以及高質(zhì)量濃度的氯離子，也影響脫硫廢水的再利用，因此脫硫廢水零排放處理勢在必行。

目前，國內(nèi)電廠脫硫廢水零排放處理工藝處于起步階段，投資運行成本高，技術(shù)不完善，脫硫廢水深度處理后存在如下問題：產(chǎn)生的固體物具有環(huán)境污染隱患，可溶性鹽會在雨水的作用下產(chǎn)生二次污染，作為商品出售附加價值不高，還可能淪為危險固體廢物，發(fā)生處置費用。

本文對脫硫廢水濃縮蒸干零排放技術(shù)的特點、設(shè)備性能進行了分析對比，并對發(fā)電企業(yè)增加脫硫廢水零排放處理工藝的投資及其對發(fā)電廠運行成本的影響進行估算，以期為發(fā)電企業(yè)合理選擇工藝設(shè)備提供參考。

1脫硫廢水零排放水處理技術(shù)現(xiàn)狀

目前，脫硫廢水處理技術(shù)主要有脫硫廢水蒸發(fā)塘蒸發(fā)、脫硫廢水煙氣噴霧蒸發(fā)和濃縮蒸干3種，其中前2種技術(shù)投資較低，但由于蒸發(fā)塘蒸發(fā)處理工藝受廠地、廠址和氣候條件的制約，脫硫廢水煙氣噴霧蒸發(fā)處理工藝受脫硫工藝、煤質(zhì)、鍋爐運行工況和脫硫廢水水量等因素的制約，上述2種處理工藝在實際應(yīng)用中均不能廣泛推行。

高含鹽廢水濃縮蒸干工藝是將脫硫廢水單獨處理，投資費用較高，但不受環(huán)境及氣候條件的制約，因此可廣泛應(yīng)用于燃煤電廠脫硫廢水零排放處理，而且，隨著濃縮蒸干工藝系統(tǒng)設(shè)備不斷的推陳出新，也將推進其在燃煤電廠廢水處理中的應(yīng)用。

2脫硫廢水濃縮蒸干工藝技術(shù)分析

脫硫廢水具有水質(zhì)波動大、組分復(fù)雜、硬度高、氯離子質(zhì)量濃度高等特點，因此脫硫廢水零排放處理工藝對系統(tǒng)整體設(shè)計、設(shè)備材質(zhì)選擇、工程建設(shè)和運行經(jīng)驗均有極高要求。

目前國內(nèi)外電廠脫硫廢水深度處理主要技術(shù)路線是：預(yù)處理+軟化→濃縮減量→結(jié)晶→固體結(jié)晶物處置。本文從以上4個階段對不同處理方案進行比較分析。

2.1預(yù)處理+軟化單元

預(yù)處理+軟化單元的主要目的是去除容易污堵濾膜的懸浮物，降低后續(xù)濃縮系統(tǒng)的結(jié)垢程度。根據(jù)來水水質(zhì)、后續(xù)濃縮減量階段的設(shè)備要求和最終處置固體結(jié)晶物的不同方式來選擇本工藝階段的設(shè)備，并設(shè)計不同的加藥方式。

2.1.1傳統(tǒng)工藝技術(shù)

傳統(tǒng)技術(shù)簡化工藝流程如下：脫硫廢水→調(diào)節(jié)池→第一級反應(yīng)池→第一級澄清池→第二級反應(yīng)池→第二級澄清池→產(chǎn)水箱→過濾器→清水箱→濃縮單元。

對脫硫廢水中的懸浮物進行混凝或沉淀處理時，如在水中保持一定數(shù)量的泥渣層，則可以使沉淀過程更完全，沉淀速度更快。目前，電廠脫硫廢水處理通常采用帶泥渣層的機械攪拌澄清池，具體加藥方式要根據(jù)脫硫廢水水質(zhì)計算后再確定。

2.1.2管式微濾膜技術(shù)

管式微濾膜技術(shù)簡化工藝流程如下：脫硫廢水→調(diào)節(jié)池→反應(yīng)槽1→反應(yīng)槽2→濃縮槽→管式微濾→pH值調(diào)整箱→濃縮單元。

脫硫廢水系統(tǒng)的處理水經(jīng)水泵提升后直接進入反應(yīng)槽，在反應(yīng)槽1內(nèi)添加氫氧化鈉和碳酸鈉補充堿度，在反應(yīng)槽2內(nèi)繼續(xù)添加氫氧化鈉以維持合理的pH值，同時對反應(yīng)槽進行攪拌和pH值監(jiān)控，使水中的鈣、鎂離子形成沉淀;經(jīng)過反應(yīng)后的水溢流送至以管式微濾膜為核心的過濾處理裝置單元(管式微濾膜)，經(jīng)過濾處理裝置處理后，水中的鈣、鎂離子甚至所有的二價離子已基本去除，二氧化硅降低至不影響結(jié)垢的水平。

考慮到待回用的廢水還含有一定的有機物，為防止其對后續(xù)的反滲透系統(tǒng)造成污染，可在管式微濾膜產(chǎn)水之后，串聯(lián)數(shù)臺活性炭過濾器，也可在濃縮槽內(nèi)投加粉末活性炭吸附水中的有機物，保護反滲透膜。管式微濾膜工藝的水回收率可以提高到98%[1]。

2.1.32種工藝比較

(1)傳統(tǒng)混凝澄清過濾工藝需要投加絮凝劑和助凝劑，利用形成的懸浮泥渣層處理水中的微小顆粒及膠體，同時去除部分有機物，對有機物的去除率達30%~60%。而管式微濾膜過濾屬于物理過濾，不需要投加絮凝劑和助凝劑。管式微濾膜的絕對過濾孔徑約0.1μm，膜通量可高達340L/m2h，產(chǎn)水濁度<5NTU。但管式微濾膜對有機物的去除率較低，若水中的有機物的含量較高，則考慮在濃縮槽中投加粉末活性炭或者在管式微濾膜后增設(shè)活性炭過濾器。

(2)傳統(tǒng)混凝澄清過濾工藝主要靠澄清池降低水的濁度，管式微濾膜工藝不需設(shè)置澄清池和過濾裝置，僅設(shè)有反應(yīng)槽及濃縮槽，占地面積較澄清池小。

2.2濃縮減量單元

濃縮減量單元目的是去除水中的溶解性固體，將更高濃度的水送至蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)。目前國內(nèi)流行的處理設(shè)備有碟管式DTRO膜、管網(wǎng)式AFRO膜、正滲透膜、電離子膜和蒸發(fā)器等。

2.2.1反滲透膜技術(shù)

目前，應(yīng)用于高含鹽廢水處理的反滲透膜主要有普通卷式RO膜、管網(wǎng)式AFRO膜、碟管式DTRO膜、高壓碟管式DTRO膜。高壓碟管式反滲透膜進水條件較低，耐高鹽廢水和水回收率均優(yōu)于其他型式的反滲透膜。最終選用何種反滲透膜還需要根據(jù)進水水質(zhì)條件、出水水質(zhì)要求以及膜產(chǎn)品價格等因素綜合考慮。

2.2.2正滲透膜技術(shù)

正滲透(ForwardOsmosis，F(xiàn)O)是以選擇性分離膜兩側(cè)的滲透壓差為驅(qū)動力，溶液中的水分子從高水化學(xué)勢(原料液)側(cè)通過選擇性分離膜向低水化學(xué)勢(汲取液)側(cè)傳遞，而溶質(zhì)分子或離子被阻擋的一種膜分離過程。

正滲透過程的驅(qū)動力是驅(qū)動液與原料液的滲透壓差，系統(tǒng)運行過程中只需要維持膜兩側(cè)的錯流循環(huán)，所需壓力很低，泵壓力通常在0.35MPa左右，因為不需要外壓驅(qū)動，水中的污染物不易在膜表面堆積，水通量可以長期穩(wěn)定，清洗周期較長[2]。國內(nèi)第一套正滲透系統(tǒng)脫硫廢水零排放項目在長興電廠已經(jīng)運行投產(chǎn)。

2.2.3蒸發(fā)器

低溫多效蒸發(fā)(MultipleEffectDistillation，MED)

低溫多效蒸發(fā)器是由相互串聯(lián)的多個蒸發(fā)器組成，加熱蒸汽(低溫90℃左右)被引入第一效，用于加熱其中的原水，使原水以比蒸汽低的溫度產(chǎn)生幾乎等量的蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽被引入第二效作為加熱蒸汽，使第二效的原水以比第一效更低的溫度蒸發(fā)。

該過程一直重復(fù)到最后一效，第一效凝結(jié)水返回?zé)嵩刺?，其他各效凝結(jié)水匯集后作為淡水輸出，在蒸發(fā)出多倍的水的同時，原水經(jīng)由第一效至最后一效的濃縮，在最后一效達到過飽和而結(jié)晶析出。

熱蒸汽再壓縮(ThermalVaporRecompres?sion，TVR)

熱蒸汽再壓縮采用蒸汽噴射式壓縮機將二次蒸汽壓縮至更高汽壓的加熱室中，使得蒸汽能夠被再次用于加熱。除蒸發(fā)作用外，熱蒸汽再壓縮機還可起到節(jié)約蒸汽的作用。此外，還需要一定量的生蒸汽作為盈余蒸汽被轉(zhuǎn)移到冷凝器中，該盈余蒸汽所含的剩余能量與生蒸汽所提供的能量大致相等[3]。

機械蒸汽再壓縮(MechanicalVaporRe?compression，MVR)

機械蒸汽再壓縮是將低溫位的二次蒸汽經(jīng)蒸汽再壓縮機壓縮，以提高其溫度、壓力和熱焓，再進入蒸發(fā)器冷凝供熱，達到充分利用蒸汽潛熱的目的。這樣既可回收蒸汽潛熱，提高熱效率，又可回收蒸汽冷凝液。MVR蒸發(fā)器除開車啟動外，正常運行時整個蒸發(fā)過程中無需生蒸汽[4]。

2.2.4蒸發(fā)器和正滲透工藝比較

依據(jù)常規(guī)脫硫廢水水質(zhì)特點，對3種蒸發(fā)器和正滲透工藝運行能耗及一次性投資進行估算。

3種蒸發(fā)器設(shè)備噸水造價相當，其中MVR蒸發(fā)器運行成本最低。正滲透裝置設(shè)備費用最高，運行成本最高，但隨著正滲透技術(shù)不斷發(fā)展和改進，設(shè)備價格和運行費用也會有所調(diào)整。

2.3結(jié)晶+固體廢物處理單元

結(jié)晶+固體廢物處理單元是整個工藝流程中最后一個階段，廢水經(jīng)預(yù)處理、濃縮后產(chǎn)生的高濃度廢水，不能夠再濃縮，需將其結(jié)晶、干燥打包外運。目前，用于結(jié)晶+固體廢物處理的主要設(shè)備有蒸發(fā)器、結(jié)晶器、濃液循環(huán)泵、壓縮機、離心機、干燥器、尾氣吸收塔、冷卻罐、離心機和干燥機等。

2.3.1結(jié)晶產(chǎn)物成分

脫硫廢水中鹽的成分主要有陽離子(Ca2+、Mg2+、Na+、K+及其他重金屬離子等)、陰離子(Cl-、SO42-、CO32-、NO3-、HCO3-)。經(jīng)預(yù)處理后，脫硫廢水中Ca2+、Mg2+、CO32-、HCO3-等易結(jié)垢的離子被沉淀去除，水中主要鹽分為NaCl、Na2SO4及微量NaNO3、KCl。每種鹽化學(xué)性質(zhì)和各種鹽組分不同決定了結(jié)晶方式和結(jié)晶溫度的不同，據(jù)此選擇不同類型的結(jié)晶器。

2.3.2結(jié)晶產(chǎn)物

(1)結(jié)晶后可以出售的商品鹽即工業(yè)鹽，主要是NaCl結(jié)晶鹽和Na2SO4結(jié)晶鹽。工業(yè)鹽標準參照《GB/T5462—2003工業(yè)鹽》和GB/T6009—2014工業(yè)無水硫酸鈉》。

(2)結(jié)晶產(chǎn)生的固體雜鹽，如被鑒定為不具有危險特性的固體廢物，則將其運送至儲灰場;如固體雜鹽被鑒定為危險廢物，則必須進行安全妥善的處理，將發(fā)生危險廢物處置費用。

3脫硫廢水組合工藝技術(shù)經(jīng)濟性分析

本文參考某電廠2×350MW超臨界空冷機組工程的數(shù)據(jù)(包括煤質(zhì)、水質(zhì)、標煤價格、水價、人工費用等)，結(jié)合上述各工藝單元的設(shè)備性能和運行費用的對比結(jié)果，針對2種典型的脫硫廢水零排放系統(tǒng)組合工藝的投資費用進行估算，進而分析對發(fā)電成本的影響。

2種組合工藝流程分別如下。

組合工藝1流程：脫硫廢水→調(diào)節(jié)池→第一級反應(yīng)池→第一級澄清池→第二級反應(yīng)池→第二級澄清池→產(chǎn)水箱→一級過濾器→二級過濾器→清水箱→納濾裝置→反滲透裝置→正滲透裝置→結(jié)晶器→打包外運。

組合工藝2流程：脫硫廢水→調(diào)節(jié)池→第一級反應(yīng)池→第一級澄清池→第二級反應(yīng)池→第二級澄清池→產(chǎn)水箱→一級過濾器→二級過濾器→清水箱→納濾裝置→反滲透裝置→MVR蒸發(fā)器→結(jié)晶器→打包外運。

3.1運行能耗

根據(jù)組合工藝流程及組成設(shè)備，計算系統(tǒng)運行能耗(蒸汽耗量和耗電量)，再折合標煤，計算出運行成本價格。2種組合工藝的設(shè)備運行能耗，參考1t標煤產(chǎn)生3000kWh電量或4t蒸汽，標煤按350元/t計，脫硫廢水水量按10t/h計，全年運行5000h，組合工藝1和組合工藝2的運行能耗分別為188.2萬元/a、142.3萬元/a。

3.32種組合工藝經(jīng)濟性分析

綜合2種工藝系統(tǒng)投資費用、運行費用及發(fā)電成本進一步分析，該電廠增加脫硫廢水零排放工藝后，年增加發(fā)電成本數(shù)百萬元。

4結(jié)論及建議

本文分析了燃煤電廠濕法脫硫廢水濃縮蒸干零排放工藝。以某2×350MW超臨界空冷機組為例，該電廠增加脫硫廢水零排放工藝后，每年需要增加數(shù)百萬元的發(fā)電成本。燃煤電廠增加廢水零排放系統(tǒng)后，不能完全消除污染物的環(huán)境影響，最終產(chǎn)生的固體廢物仍存在一定的環(huán)境隱患。

目前還沒有對其定性是否為危險固體廢物，一旦界定為危險固體廢物，就會發(fā)