国电汉川发电有限公司脱硫废水蒸发结晶项目工艺解析

2017-11-07万勇刚徐峰田旭峰赵利鑫王鑫

综合智慧能源 2017年10期

万勇刚，徐峰，田旭峰，赵利鑫，王鑫

(1.国电汉川发电有限公司，湖北汉川 431600；2.北京朗新明环保科技有限公司南京分公司，南京 210000；3.合众高科(北京)环保技术股份有限公司，北京 100023)

万勇刚1，徐峰2，田旭峰3，赵利鑫3，王鑫3

电厂脱硫废水含盐量高，水质波动大，对后续水处理系统设计提出很高要求。应用机械式蒸汽再压缩(MVR)蒸发结晶技术来处理脱硫废水，实现脱硫废水资源化零排放。对MVR蒸发结晶系统进行了详细的介绍，可为蒸发结晶工艺在电厂脱硫废水处理的实际应用提供借鉴。

电厂；脱硫废水；机械式蒸汽再压缩；蒸发结晶；零排放

0 引言

国电汉川发电有限公司三期扩建工程2×1 000 MW超超临界火力发电机组脱硫废水深度处理(蒸发结晶)项目，是全国首个采用机械式蒸汽再压缩(MVR)蒸发结晶工艺来处理电厂脱硫废水的项目，于2016年12月20日成功通过168 h调试运行验收。该项目由国电北京朗新明环保科技有限公司南京分公司设计、采购、施工(EPC)总承包，合众高科(北京)环保技术股份有限公司(以下简称合众高科)负责脱硫废水深度处理(蒸发结晶)项目成套设备供货和技术服务，实现了脱硫废水资源化零排放。

1 脱硫废水系统概况

国电汉川发电有限公司是湖北省第1个大型火电厂，分3期建设，共6台机组，脱硫废水量共计36 m3/h。脱硫废水的原水采用常规处理方法进行中和(碱化)、絮凝处理后[1]，送至澄清池/浓缩池，澄清池/浓缩池中的出水在清水箱内加酸调节至合格，其底部的污泥经污泥输送泵送至脱水机，产生的泥饼外运。常规脱硫废水处理设备布置在脱硫岛内，脱硫岛排放的废水进入蒸发结晶系统。脱硫废水系统流程为：原水→纳滤系统→产水→高压膜浓缩→蒸发结晶系统→工业精制二级盐。

2 蒸发结晶系统设计水量及水质

通过前面预处理和膜浓缩工艺后，进入蒸发结晶器的废水量为8 m3/h。蒸发结晶系统的进水为上游装置排放的浓盐水，其水质参数见表1。浓盐水经蒸发结晶系统处理后得到产品水和结晶盐。其中水的质量标准为：pH值6.8～7.8；总溶解固体(TDS)质量浓度≤100 mg/L。结晶盐的质量标准为：氯化钠质量分数≥97.5%；水分≤0.80%；水不溶物质量分数≤0.20%；钙镁离子质量分数≤0.60%；硫酸根离子质量分数≤0.90%(GB/T 5462—2003《工业盐》标准所规定的精制工业盐二级标准)。

表1 蒸发结晶系统进水水质参数

3 工艺说明及描述

3.1工艺说明

合众高科结合该项目中废水的特点，选用了MVR强制循环蒸发结晶系统，采用蒸发结晶和干燥的方法将浓盐废水转化为结晶盐，蒸发浓缩流程如图1所示。MVR强制循环蒸发结晶系统由合众高科与威亭斯温森公司共同设计，威亭斯温森公司提供了蒸发器、结晶器及相关设备。

图1 蒸发浓缩流程

MVR的基本原理是将蒸发器原本需要用冷却水冷凝的二次蒸汽，经压缩机压缩后提高其压力和饱和温度，增加热焓，然后再送入蒸发加热器作为热源来加热料液。二次蒸汽的潜热得到了充分利用，从而达到了节能的目的。

和传统的蒸发器相比较，MVR蒸发器具有以下优点。

(1)压缩比高，热效率高，节省能源，比能耗低，蒸发1 t清水所需能耗是传统蒸发器的1/6～1/5(物料不同时能耗有所变化)，运行成本大大降低。

(2)智能化，可以通过软件监控压缩机的各个运行参数，而且可以得出分析报告。

(3)压缩机采用变频控制，实际使用过程中可针对现场的情况自动进行变频控制。

(4)压缩机系统具有多方位自动保护功能，在温度、压力等发生变化的情况下自动进行保护，保证压缩机的正常使用。

(5)由于其既是加热器又是二次蒸汽的冷凝器，所以不需要另外的冷凝器。

(6)占地面积小、操作人员少，配套的公用工程项目少。

3.2设计基础

MVR蒸发结晶的设计原理是浓盐废水进入MVR蒸发结晶系统时，当浓盐废水温度达到沸点时溶剂开始蒸发，浓盐废水不断浓缩，当废水浓缩至饱和溶液后，溶质以盐的形式结晶出来，因此，浓盐废水的溶解度和沸点是MVR蒸发结晶的关键。根据提供的水样参数可知，废水中的主要物质是氯化钠，查阅文献可知，氯化钠的溶解度随着温度变化波动不明显[2]，而氯化钠溶液中氯化钠质量分数与沸点的关系如图2所示。

图2 氯化钠质量分数与沸点的关系

3.3工艺描述

3.3.1 浓盐水运行路线

原水浓缩后的高含盐水作为原液进入原液槽，在进料泵加压后经过预热进入蒸发结晶器单元，结晶器的液位计控制调节原料进料阀门，从而控制物料的进料量。结晶器内物料在设定的温度下蒸发，物料温度及蒸发温度由压缩机的设定值确定，可在一定范围内调节。结晶、干燥流程如图3所示。

物料在循环泵的推动下经加热器加热，沿结晶器中心管上升，在液面表面蒸发，产生最大过饱和度，由于同时有大量的晶粒随液体一同循环，液面蒸发时有大量的晶粒存在，使过饱和度消耗在晶粒生长上，避免了自发形成晶核。结晶器中设有密度检测仪，当物料的密度达到设定值时，晶浆泵开始将晶浆送至离心分离单元。结晶器内部设有高效捕沫器，可以提高汽液分离效率，降低雾沫夹带对冷凝水的污染以及对蒸汽压缩机的腐蚀。经过多次的循环蒸发、去沫、汽液分离后，水分被蒸发出去，盐水中氯化钠的质量分数不断提升，当“盐含量自动检测系统”检测到母液中氯化钠的质量分数达到设定值时，蒸发系统进入稳定工作状态。

图3 结晶、干燥流程

溶液中的氯化钠达到过饱和状态开始连续结晶析出，当固液比达到设定值时，晶浆混合物通过排料泵送至旋流器进行体外浓缩，清液回流至原料液罐，浓缩液进入晶浆罐，晶浆罐浓浆进入离心机进行脱水，离心后的母液回流至原料液罐，湿氯化钠晶体进入干燥系统，将含水率降至0.5%，最终得到产品纯度达97.5%的氯化钠结晶盐。

3.3.2 蒸汽运行路线

蒸发结晶器中产生的二次蒸汽进入蒸汽压缩机加压升温后继续进入蒸发器中为废水加热，在蒸发器中发生相变，释放能量后转为冷凝水。

3.3.3 蒸汽压缩机系统

该系统采用强制循环蒸发结晶工艺，系统运行过程中，母液随运行时间的增加被不断浓缩，母液中的杂质含量升高，同时沸点也随之升高。为保持蒸发量不变，必须提高压缩机温升。离心式压缩机温升可调性较差，同时需要考虑蒸汽温度和压力波动导致的“喘振”现象。为保证系统正常稳定运行，该系统选用温升适应范围更宽的罗茨式压缩机。

罗茨式压缩机为容积式压缩机，温升可调范围宽，适用于蒸汽量较小且需要较高温升的场合，单台压缩机即可实现温升16 ℃以上。相对于多级串联实现温升达到设计要求的离心式压缩机，单级罗茨式压缩机效率更高、更节能。

二次蒸汽经压缩后进入蒸发器的加热器管程并发生相变，释放热量后转变为汽凝水。

3.3.4 冷凝水运行路线

蒸发器换热产生的冷凝水进入冷凝水罐收集，与原料液换热后，进入冷凝水回收系统。

4 结论

联合使用膜浓缩和MVR蒸发结晶工艺后，脱硫废水中的水以冷凝液的形式被最大限度回用，溶解盐被分质结晶，得到纯度为97.5%的工业精致二级盐，实现资源化利用。国电汉川发电有限公司脱硫废水蒸发结晶系统投运后，按照年运行8 000 h计算，每年可节水272 800 t，少产生固体废弃物6 960 t，在实现电厂废水“零排放”的情况下，降低了水处理成本，提高了企业经济效益。

[1]沈荣澍，代厚兵，杨韦.脱硫废水常规处理及零排放技术综述[J].锅炉制造，2013(2)：44-47.

[2]席华.氯化钠溶液物性关系式[J].天津轻工业学院学报，1997(2)：72-74.

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1674-1951(2017)10-0074-03

2017-04-01；

2017-09-04

(本文责编：刘芳)

万勇刚(1974—)，男，湖北武汉人，工程师，从事电厂化学环保管理方面的工作(E-mail:wyg740912@163.com)。

徐峰(1978—)，男，江苏盐城人，工程师，从事废水零排放方面的研究工作(E-mail:81686893@qq.com)。

田旭峰(1973—)，男，内蒙古巴彦淖尔人，从事环保水处理设备及解决方案市场化应用方面的工作(E-mail:michael@horwater.com)。

赵利鑫(1981—)，男，黑龙江牡丹江人，工程师，从事膜处理系统及高浓盐水蒸发方面的研究工作(E-mail:zhaolx@horwater.com)。

王鑫(1977—)，男，内蒙古乌海人，从事环保水处理市场方面的工作(E-mail:604181068@qq.com)。