300 MW机组脱硫废水旁路蒸发干燥系统性能试验研究

王仁雷，王丰吉，戴瑜，兰永龙

（华电电力科学研究院有限公司，杭州 310030）

某火电厂建有2台330 MW燃煤机组，每台机组均配置双室五电场静电除尘器和湿法石灰石－石膏脱硫系统，脱硫过程产生的废水来自旋流器排放水，其中含有大量悬浮物、亚硫酸盐、硫酸盐、氯化物及重金属等，具有高硬度、高盐分、高悬浮物、高腐蚀性、含重金属等特征，是目前燃煤电厂难处理的废水之一［1－3］。为响应国家环保政策，满足脱硫废水零排放的要求，电厂采用旁路蒸发干燥技术进行零排放改造工程［4－5］。为了测试该工艺系统各项技术指标，对该系统开展性能试验研究工作，评价装置性能并提出优化建议。

1 脱硫废水旁路蒸发干燥系统

采用旁路蒸发干燥技术处理脱硫废水、化水车间和精处理再生废水等，其工艺原理是将经预处理的废水通过高速旋转的雾化器雾化后，利用锅炉SCR脱硝反应器与空气预热器间的热烟气作为热源，在旁路蒸发干燥塔内将废水蒸发，水分进入烟气中，干燥产生的大颗粒固体物质从塔底部排出，小颗粒固体物质随干燥后的尾气返回电除尘进口进行收集处理［6－7］。工艺流程见图1。

图1 脱硫废水旁路蒸发干燥处理工艺流程Fig.1 Process flow of bypass evaporation drying treatment of desulfurization wastewater

1.1 设计水质与水量

每台机组满负荷工况下产生的脱硫废水量约4.5 m3／h，2台共9.0 m3／h，化学水处理车间和精处理车间的再生废水量共约1.0 m3／h，总废水量约为10 m3／h。脱硫废水设计水质如表1所示，不同负荷下设计废水处理量及机组烟气参数如表2所示。

表1 脱硫废水设计水质Tab.1 Design quality of desulfurization wastewater

表2 不同负荷下设计废水处理量及机组烟气量Tab.2 Design water treatment capacity and unit flue gas capacity under different loads

1.2 工艺系统

脱硫废水旁路蒸发干燥工艺系统主要包括废水给料系统、烟气系统、旁路蒸发干燥塔3个部分。

1.2.1 废水给料系统

脱硫系统产生的废水经现有的三联箱石灰浆液调质后，流入清水箱储存。化水车间再生废水和精处理再生废水输送至澄清池储存，泵送入三联箱调质后，流入清水箱储存。清水箱内的废水经泵输送至旁路蒸发干燥塔的废水箱中，再经提升泵送入每个干燥塔的高位给料箱中，自流进入塔内。

1.2.2 烟气系统

烟气系统主要包括挡板和烟道等。从现有空气预热器前的主烟道引出一部分烟气进入干燥塔。在本系统进出口烟道设置进口挡板和出口挡板，进口挡板采用调节型执行结构，可以根据干燥塔出口烟道温度调节进入本系统的烟气量。出口挡板采用开关型执行结构。

1.2.3 旁路蒸发干燥塔

每台锅炉配1个蒸发干燥塔。干燥塔内径为8.5 m，筒体高度为16.0 m，总高约为36.5 m。干燥塔由圆柱体和圆锥体上下两部分组成，热烟气和废水均从塔顶部进入塔内，干燥后的尾气从锥体上部离开干燥塔，大颗粒固体从塔底部进入仓泵。烟气分布器设置在塔顶，采用蜗壳形式，并装有一定夹角的导风板，其作用是使干燥用热烟气均匀地进入干燥塔内。每个蒸发干燥塔配1台旋转雾化器，旋转雾化器配置45 kW的双频电机及变频器，雾化器转速为10 000～13 000 r／min，可通过变频器调节，喷射出的雾滴平均直径为10～60μm。

2 性能试验

2.1 性能试验结果

对脱硫废水旁路蒸发干燥塔进行性能测试，试验期间脱硫废水水质情况见表3，性能试验结果见表4。由表4可知，在机组满负荷工况下，脱硫废水旁路蒸发干燥塔进口烟气量约为60 340 m3／h（标态、湿基、实际O2），进口烟气温度约为334℃，系统废水处理量达到5.2 m3／h以上（最大处理量为6.2 m3／h），干燥产物含水率为0.15%，粉煤灰中含氯量为0.26%，锅炉效率影响值约为0.55%，装置出口烟气温度约为180℃。该系统各项性能指标均达到设计要求，未出现明显挂壁、腐蚀结垢情况。

表3 性能试验期间脱硫废水水质Tab.3 Quality of desulfurization wastewater during performance test

表4 脱硫废水旁路蒸发干燥系统性能试验结果Tab.4 Performance test results of bypass evaporative drying system for desulfurization wastewater

不同机组负荷下的废水处理量情况见图2。由图2可知，50%负荷工况下大于3 m3／h，75%工况下大于4 m3／h，满负荷工况下大于5 m3／h，完全满足机组负荷变化情况下脱硫废水处理要求。同时这部分烟气进入电除尘器后，废水蒸发增加了烟气湿度，从而使烟气飞灰比电阻得以下降，有利于提高电除尘器的除尘效率。蒸发的废水在脱硫吸收塔冷却后成为脱硫补充水，有利于降低脱硫系统水耗。

图2 不同机组负荷下的废水处理量情况Fig.2 Wastewater treatment capacity under different unit loads

2.2 存在的问题及建议

（1）满负荷工况下不同废水处理量与装置出口烟气温度关系见图3。由图3可知，由于脱硫废水旁路蒸发干燥塔进口烟气量高于设计值，使得废水处理量为5.2 m3／h时出口烟气温度约为180℃，明显高于设计烟气温度150℃（实际出口烟气温度达到150℃时，废水处理量约为7.5 m3／h），对锅炉效率造成一定影响。因此建议对烟气引入量进行优化调整试验研究，即根据机组负荷和脱硫废水处理量对入口挡板门进行调节，在满足废水充分蒸发干燥的前提下，尽可能减少装置的烟气引入量，减轻对机组经济性的影响。

图3 满负荷工况下废水处理量与出口烟气温度的关系Fig.3 Relationship between wastewater treatment capacity and smoke temperature at system outlet under full load condition

（2）100%负荷工况下（废水处理量5 m3／h），粉煤灰中含氯量约为0.26%，GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》规定普通硅酸盐水泥中粉煤灰质量分数为不超过20%，按此最大比例掺配该粉煤灰后，含氯量增加值为0.052%，满足GB 175—2007规定的硅酸盐水泥中氯离子质量分数小于0.06%的要求，因此不会对粉煤灰的综合利用产生明显影响。但粉煤灰中含氯量受机组负荷、燃煤灰分、废水氯离子浓度及废水处理量等诸多因素影响，实际运行中不易控制，一定程度上会限制粉煤灰在水泥中的掺加比例。可考虑在旁路蒸发干燥塔后设置一个小型旁路除尘器，当粉煤灰中含氯量超标时能对部分或全部干燥产物进行单独收集，收集后可与锅炉炉渣混合处理，用于制砖等一些不限制含氯量或要求不高的行业，避免脱硫废水干燥产物对粉煤灰综合利用造成影响。

（3）脱硫废水旁路蒸发干燥塔出口烟气中HCl浓度明显高于入口烟气中HCl浓度，这可能与脱硫废水在蒸发干燥过程中挥发出气态氯有关。据文献［8－9］报道，水在高温下有“酸化”倾向，水解离出的H＋与Cl－结合，高温下会以气态HCl的形式溢出。另外脱硫废水中含有的盐类物质NaCl、CaCl2和MgCl2等在高温下会水解生成气态HCl。烟气中HCl含量的增加会造成烟道、挡板等金属壁面的腐蚀，增加的HCl进入湿法脱硫系统还会造成脱硫废水排放量的增加。一方面挥发到烟气中的HCl比例比较小，另一方面通过把脱硫废水pH值调节为碱性可以有效降低HCl的挥发量，据文献［8－9］报道，使用Ca（OH）2溶液将脱硫废水pH值调节为9～10可以最大程度地抑制氯的挥发，实现脱硫废水中盐分的固相转移。性能试验期间脱硫废水pH值为7.5～8.0，建议优化调节废水pH值，减轻气态氯挥发对后续设备的不利影响。

（4）100%负荷工况下废水处理量为5 m3／h，脱硫废水中Cl－的质量浓度约为12 000 mg／L，低于设计值20 000 mg／L。因此在满负荷工况下建议控制脱硫废水排放量为3.0～3.5 m3／h，对应脱硫废水中Cl－的质量浓度为17 000～20 000 mg／L，必要时还可考虑对废水进行蒸发干燥前的浓缩减量，能有效降低用于废水蒸发的高温烟气引入量，减轻对机组经济性的不利影响。

3 结论

该脱硫废水零排放工程总投资约为2 000万元，吨水投资为200万元，直接运行成本包括电耗及调节pH值药剂费，合计约为2.5元／m3［水］，同时机组发电煤耗会略有增加，约为1.6～1.8 g／（kW·h）。总体来说，旁路蒸发干燥工艺具有系统简单、技术可靠、运行稳定、操作方便等特点，能够实现电厂脱硫废水零排放目标。尽管该工艺有诸多优点，但仍存在诸如干燥塔出口烟气温度及烟气中HCl浓度偏高、粉煤灰中含氯量不易控制、进口脱硫废水中Cl-浓度偏低等问题，需进一步优化改进。