浅谈燃煤电厂湿法脱硫的废水零排放

张崔灿

（大唐环境产业集团股份有限公司，北京 100097）

浅谈燃煤电厂湿法脱硫的废水零排放

张崔灿

（大唐环境产业集团股份有限公司，北京 100097）

目前，大型燃煤电厂排放的烟气中含有大量SO2，必须进行脱硫处理。石灰石-石膏湿法脱硫具有脱硫效率高、反应速度快、负荷响应快、脱硫剂利用率高、使用煤种广、石膏利用技术成熟、运行成本低等优点。因此，石灰石湿法脱硫已经成为应用最广泛、技术最成熟的烟气脱硫工艺，脱硫效率可达95%。但是，湿法脱硫会产生大量脱硫废水。脱硫废水中含有大量重金属，会污染水资源。如果人们长期饮用受污染的水体，会对人体造成严重伤害，所以脱硫废水零排放迫在眉睫。

火电厂；湿法脱硫；脱硫废水；零排放；人体健康

在运行过程中，燃煤电厂会排放大量含有SO2的烟气，而SO2是造成酸雨的重要原因，会破坏大气环境。截至2010年末，我国完成了“十一五”期间的总量控制目标——全年SO2排放量2 246.7万t，其中电力行业的控制量为951.7万t。“十二五”规划纲要草案要求SO2减少8%。这对SO2排放大户燃煤电厂烟气脱硫系统的可靠运行提出了更高的要求。石灰石-石膏湿法脱硫具有脱硫效率高、反应速度快、负荷响应快、脱硫剂利用率高、使用煤种广、石膏利用技术成熟、运行成本低等优点，石灰石湿法脱硫已经成为应用最广泛、技术最成熟的烟气脱硫工艺，脱硫效率达到95%。然而，湿法脱硫会产生大量脱硫废水[1]。

湿法脱硫废水的杂质主要包括悬浮物、过饱和亚硫酸盐、硫酸盐以及重金属，其中Cu、Zn、Hg、Ni、Cd、Pb和Cr等是国家环保标准中要求控制的第一类污染物。脱硫废水中有机物（COD）、氯离子及重金属主要来自煤、工艺水和石灰石，COD含量一般为150～400 mg/L；脱硫处理系统为维持脱硫性能和氯离子平衡，必须排放部分浓浆液，补充新的浆液。浓浆液中悬浮物（SS）高达60 000 mg/L；氯离子含量达到20 000 mg/L左右。由于重金属废水污染具有毒效长期持续、生物机体食后不能降解等特点，其通过食物链进入人体，并且在人体内富集，会导致人类机体紊乱及各种疾病，对人类健康造成伤害，所以对脱硫废水进行零排放是很有必要的。

受环境、技术、资金等多方面因素的制约，脱硫废水零排放未能在全国范围内实施。目前，部分电厂不同程度地实施了废水零排放工程，如西柏坡发电厂、天津电厂、吉林热电等均进行了废水零排放工程的应用，但基本都是对循环水、排污水进行处理回用，并未实现真正意义上的零排放，水资源也就未真正意义上实现最优配置。

1 湿法脱硫废水原处理系统工艺

目前，国内典型火力燃煤发电厂脱硫废水原处理系统的工艺流程为：从FGD来的脱硫废水进入中和箱，通过添加石灰乳，将废水pH调至9.5左右，再进入反应箱，并加入有机硫和凝聚剂，经反应进絮凝箱，并在其出口管处加入高分子聚合电解质（助凝剂），自流进入浓缩澄清器，废水中的絮凝物通过重力作用沉淀在澄清器底部，凝缩成泥渣，上清液进入出水箱，达到排放标准然后外排；污泥经过污泥输送泵进行离心脱水，泥饼外运处理，具体流程如图1所示。

图1 脱硫废水原处理系统工艺流程

原脱硫系统处理废水水质标准达到了《火电厂石灰石-石膏湿法脱硫废水水质控制指标》（DL/T997-2006）的排放要求，但废水中仍含有高盐、Cl-、F-和重金属等，还可能含有硒、硝酸盐、有机物等成分，其不能通过常规预处理工艺去除，仍然对水体造成一定程度的污染。脱硫废水一般经处理后用于灰场冲洗或者外排，需要对脱硫废水进行进一步处理才能回用，其没有真正达到废水零排放。

2 目前国内脱硫废水零排放处理几种方案

2.1 方案一

第一种方案为：原三联箱预处理砂滤—管式微滤—反渗透脱盐系统（DTRO）—蒸发结晶。

2.1.1 原三联箱预处理

电厂脱硫废水经过石灰乳、絮凝剂、有机硫、助凝剂，经沉淀废水中的絮凝物通过重力作用沉淀在澄清器底部，凝缩成泥渣，上清液进入出水箱，达到排放标准然后外排；污泥经过污泥输送泵进行离心脱水，泥饼外运处理，除去水中的悬浮物和重金属等。

2.1.2 砂滤

设置砂虑主要是为了去除水中胶体杂质及悬浮物，去除前端混凝沉淀无法去除的细菌、微小粒子等及部分COD。砂滤是通常以天然石英砂、锰砂和无烟煤作为滤料的水过滤处理工艺。砂粒粒径一般为0.5～1.2 mm，不均匀系数为2。其常用于经澄清（沉淀）处理后的给水处理或污水经二级处理后的深度处理。根据原水和出水水质要求，其往往具有不同的滤层厚度和过滤速度。

2.1.3 管式过滤膜

管式过滤膜是本处理工艺的最关键部分，承担着取代沉淀池做固液分离和向后端回收反渗透装置输送合格进水的双重功能。

2.1.4 碟管式反渗透（DTRO）

DTRO是DT的一个分类，DT膜技术即碟管式膜技术（Disc Tube Module），是反渗透的一种。料液通过膜堆与外壳之间的间隙后通过导流通道进入底部导流盘中，被处理的液体以最短的距离快速流经滤膜，然后逆转到另一膜面，再流入到下一个过滤膜片，从而在膜表面形成由导流盘圆周到圆中心，再到圆周，再到圆中心的切向流过滤，浓缩液最后从进料端法兰处流出。料液流经滤膜的同时，透过液通过中心收集管不断排出。浓缩液与透过液通过安装于导流盘上的O型密封圈隔离。

2.2 方案二

第二种方案为：调节池-双碱软化—管式微滤—反渗透脱盐系统（DTRO）—蒸发结晶。

2.2.1 调节池

废水调节池（箱）用以调蓄脱硫系统排放的不均匀的废水量，并均衡废水水质，保证处理系统有足够的缓冲能力。废水调节池（箱）的总容量满足1 d发生量的要求，废水调节池的总有效容积不小于1 500 m3。

2.2.2 双碱软化除硬

根据本项目脱硫废水水质特点，采用双碱法软化除硬。针对致垢成分（钙、镁、钡、锶、硅等）进行处理，务求将其完全除去。本设计方案选择了化学加药软化（同时除钡、锶、二氧化硅）。

2.2.3 管式过滤膜

管式过滤膜是本处理工艺的最关键部分，承担着取代沉淀池做固液分离和向后端回收反渗透装置输送合格进水的双重功能。

2.2.4 碟管式反渗透（DTRO）

DTRO是DT的一个分类，而DT膜技术是反渗透的一种，其作用同上，即浓缩减少蒸发量。

2.3 方案三

第三种方案为：脱硫废水预处理—MVR降膜蒸发过程—多相流三效强制循环蒸发结晶。

脱硫废水首先进行预处理[2]，预处理主要去处废水中的悬浮物、沉淀、有机物等，脱硫废水蒸发工序采用MVR降膜蒸发+多相流三效强制循环蒸发结晶技术。因为废水在低浓度时不易结垢，所以首先采用MVR降膜蒸发除去大部分水，蒸发所得浓水进入后面的多相流三效强制循环蒸发器进行蒸发结晶，依靠多相流强制循环蒸发技术优良的在线防垢性能来实现整个蒸发结晶过程的在线防垢，并强化过程的传热性能[3]。本方案具有以下技术特点和优势。

首先，MVR技术回收利用了二次蒸汽的潜能，避免了将二次蒸汽冷凝排出而造成的能源浪费，同时省去了冷凝系统，简化了设备流程，使操作大为简化。用以处理高浓度含盐废水，可以回收废水中全部盐分并排出较清洁的水，处理完全。从理论上来看，使用MVR蒸发器比传蒸发器节省80%的能源，节能效果明显。尤其针对低浓度、低沸点升溶液，其具有更好的节能效果。因此，本工艺方案在低浓度区采用MVR蒸发技术，可以有效降低能耗。

其次，分离器设计足够的空间余量，实现较大液滴的初步分离；在分离室上部设置由惯性式除沫器和丝网除沫器组合构成汽液分离装置，实现细小雾滴的捕集，使进入离心式蒸汽压缩机的二次蒸汽更纯净。

再次，MVR部分采用降膜蒸发器，消除了由静压引起的有效传热温差损失，蒸发器压降也很小，同时在低温差下有较高的传热速率。由于传热温差不大，其在加热管内表面不易结垢。同时，降膜蒸发器上部的料液分布器，采用多级分布结构，能够保证料液均匀分布到每根加热管中，有效保证降膜蒸发器的正常运行。

第四，后三效蒸发采用强制循环蒸发器，其具有传热系数大、浓缩比大、抗盐析和抗结垢等特点，特别适用于高粘度流体的蒸发浓缩。

第五，三效顺流蒸发要求后效的操作压强和溶液的沸点均较前效的低，因此可引入前效的二次蒸汽作为后效的加热介质，因末效在真空下操作，仅第一效需消耗生蒸汽，可提高生蒸汽的利用率，所以更经济。

最后，针对脱硫废水中含盐种类复杂且在浓度较高时容易结晶析出的情况，在三效顺流蒸发中引入多相流在线防垢技术，不仅可有效防止蒸发过程中的析出晶体结垢问题，还能有效强化传热[4]。

2.4 方案四

第四种方案为：低温低压蒸发浓缩系统（三套装置每套的水处理量为21 m3/h）—废水喷射系统—烟道蒸发结晶（喷入空预器后的烟道中）。

低温低压蒸发浓缩系统，其原理是利用高能效蒸汽压缩机压缩蒸发器所产生的二次蒸汽，进而提高二次蒸汽的压力和温度，升温升压的二次蒸汽再次通入加热器对脱硫废水进行再加热，受热的脱硫废水继续蒸发产生二次蒸汽，再经过蒸汽压缩机压缩以及加热器换热，从而实现持续的蒸发状态。工艺原理如图2所示，分离器经蒸气压缩机到加热器的折线代表二次蒸汽；加热器和预热器之间的折线代表二次蒸汽冷凝后的冷凝液；其他线代表脱硫废水。

图2 低温低压蒸发浓缩系统工艺原理

本系统中能量的输入主要是压缩机、循环泵和真空泵所消耗的能耗。由于系统循环利用二次蒸汽的汽化潜热，从而可以大大减少外部新鲜蒸汽供给，所以节省了整个蒸发系统的能耗。使用低温低压蒸发浓缩系统比传统蒸发系统节省60%以上的能源，节省90%以上的冷却水，减少50%以上的占地面积。该工艺特点有：系统稳定性高；设备成熟，安全可靠，故障率低；检测维护简单容易，运行管理方便，运行具有较大的灵活性；热能利用效率高，耗能低，充分利用工艺系统中的每一份能源；系统管路最大程度地避免和减少结垢；回收的蒸馏水质高；噪音低。

经过低温低压蒸发浓缩系统后的脱硫废水，通过废水浓缩液输送泵进入废水喷射系统，喷射系统将脱硫废水喷入空预器后的烟道中，雾化的脱硫废水遇到空预器中的高温烟气后蒸发，废水中杂质或盐以固体形式和飞灰一起随烟气进入除尘设备，被捕集后外排，蒸发后的水蒸气随同烟气进入后续设备中。

废水喷射系统由喷枪进行喷雾雾化，保证废液获得较细的雾化颗粒，以便在短时间内迅速蒸发。同时，合理布置喷枪位置，获得一个良好的气液流场分布，达到良好雾化和蒸发的效果。

3 几种脱硫废水零排放方案对比

脱硫废水经过三联箱处理后基本满足了《火电厂石灰石-石膏湿法脱硫废水水质控制指标》（DL/T997-2006）的排放要求，但其中的硫酸盐、硬度等指标仍无法满足零排放处理系统的进水要求。根据胜利电厂的运行统计以及对其他电厂三联箱工艺运行的调研，笔者发现，三联箱工艺运行十分不稳定，常常造成悬浮物浓度过高。为了保证零排放处理系统安全稳定运行，人们不能利用原来的三联箱废水处理系统[5]。考虑到脱硫废水水质与该厂其他污水水质有很大差别，其含盐量、硫酸根、钙、镁等主要限制污染因子含量是该厂其他污水的数倍，且水质波动性较大，践行废水分级处理原则，同时保证各污水处理系统能稳定运行，方案一利用原来三联箱脱硫废水处理系统。为保证安全稳定运行，不建议采用该方案。方案四利用低温低压蒸发浓缩烟道喷射技术较为先进，但其装机功率较大，运行电耗相对较高，会影响电厂厂用电率指标，并且其应用时间较短。此方案造价成本高，没有实际运行经验。笔者推荐方案二和方案三，方案二和方案三均为一套独立的脱硫废水零排放处理系统[6]。

方案二利用双碱对脱硫废水软化，再通过管式微滤除硬、DTRO膜过滤，最后经过多效强制循环蒸发结晶达到废水零排放的目的。其主要优点为，本工艺有实际运行经验，是比较成熟的工艺，利用膜浓缩，减少结晶蒸发量，减少耗能，运行费用低。

方案三采用MVR降膜蒸发过程+多相流三效强制循环蒸发结晶，将二者优点相结合，工艺流程简单可靠，工程造价低，占地面积小。此方案达到了分盐的目的，废水蒸发结晶产物氯化钠、氯化钾、硫酸钠和中间物料、产品均为无毒、无害的物质，生产过程中无职业危害。

1 周祖飞.湿法烟气脱硫废水的处理[J].电力环境保护，2002，18（2）：37-39.

2 何守昭.震动膜在脱硫废水废水零排放要求中如何减少蒸发量[A].北京中能联创信息咨询有限公司.2015清洁高效燃煤发电技术交流研讨会论文集[C].北京：北京中能联创信息咨询有限公司，2015：342-347.

3 河北省电力试验研究所.火力发电厂水系统综合技术[M].北京：机械工业出版社，2000.

4 王卫华.火力发电厂的废水再生回用研究[J].山西电力，2007，（1）：5-8.

5 何守昭，卢清松.震动膜浓缩工艺在大型煤化工项目零排放中的应用[J].煤炭加工与综合利用，2015，（4）：57-61.

6 何守昭，王 强.脱硫废水零排放工艺分析[J].热电技术，2016，（1）：40-44.

Study on Zero Emission of Wastewater by Wet Desulfurization in Coal Fired Power Plants

Zhang Cuican
(Datang Environmental Industry Group Co.,Ltd.,Beijing 100097,China)

At present,the flue gas emitted from large coal-fired power plants contains a large amount of SO2and must be desulfurized.Limestone - gypsum wet desulfurization has the advantages of high desulfurization efficiency,fast response,fast load response,high utilization of desulfurizer,wide range of coal,mature gypsum utilization technology and low operation cost.Therefore,limestone wet desulfurization has become the most widely used and most mature flue gas desulfurization technology,desulfurization efficiency up to 95%.However,wet desulfurization produces a large amount of desulfurization wastewater.Desulfurization wastewater contains a lot of heavy metals,will pollute the water resources.If people drink polluted water for a long time,it will cause serious harm to the human body,so it is imminent that zero discharge of desulfurization waste water.

thermal power plant; wet desulfurization; desulfurization wastewater; zero discharge; human health

X773

A

1008-9500(2017)11-0092-04

2017-09-19

张崔灿（1987-），女，江苏南京人，助理工程师，从事给排水设计工作。