脱硫废水喷雾干燥在电厂的实际应用

吴 伟

江苏华电扬州发电有限公司

0 引言

2015 年，国家先后发布了《水污染物防治行动计划》（又称“水十条”）[1]、《火电厂污染物防治技术政策》[2]和《火电厂污染物防治可行技术指南》[3]，要求加强对各类水污染的治理力度，明确提出了脱硫废水应经中和、化学沉淀、絮凝、澄清等工艺处理，鼓励利用余热蒸发干燥、结晶等处理工艺。随着国家对环保和废水排放要求越来越严格，火电厂加快落实深度节水和废水零排放已成必然。目前火电厂广泛使用的石灰石一石膏湿法脱硫FGD 在运行中产生的脱硫废水由于高腐蚀、高盐、高重金属等，成为最难处理的废水之一。

本厂#6、#7 机组为 330 MW 燃煤机组，锅炉为东方锅炉厂DGl036/18.2-114 型锅炉：亚临界参数、四角切圆燃烧、自然循环汽包炉；单炉膛п 形露天布置、燃用烟煤、一次再热、平衡通风、固态排渣，全钢架和全悬吊结构，尾部烟道改造后增加脱硝SCR装置；每台机组配置双室五电场静电除尘器和湿法烟气石灰石—石膏脱硫系统，脱硫过程产生的废水来源于旋流站排放水，废水中的杂质来源于烟气和石灰石，主要有悬浮物、过饱和亚硫酸盐、硫酸盐及重金属。

经华电集团同意，公司开展了脱硫废水零排放研究工程。工程依托东南大学技术支持和实验研究、华电科工集团环保公司设计和建设，项目于2017年开工，2018年调试，2019年移交生产。

1 脱硫废水喷雾干燥的原理及先进性

脱硫废水喷雾干燥原理如下：

脱水系统废水箱的水在添加氢氧化钠调质其呈碱性（PH8.5～9）后送三联箱、清水箱、主机废水缓冲箱、高位水箱。高位水箱水流至干燥塔内，经高速旋转雾化器雾化为平均粒径约10～60 μm 的细雾滴。细雾滴群与从脱硝出口、空预器前的部分热烟气进行热交换，利用烟气热量瞬间干燥脱硫废水[4]。干燥产生的大颗粒固体物质从喷雾干燥塔底排放口排至气力输灰系统，水分与小颗粒固体物质随喷雾干燥塔干燥后的尾气返回电除尘。

本厂设置两套喷雾干燥装置，每台炉一套。在燃烧设计煤种且机组100%负荷时，干燥塔处理能力为5.0 t/h，最大7.2 t/h。处理后烟气湿度在要求范围内，干燥塔底部干渣含水率小于2%。

相比蒸发结晶、烟道蒸发的脱硫废水处理方法，喷雾干燥具有明显优势。如，与蒸发结晶技术相比，喷雾干燥利用了原烟气热量，对锅炉原系统影响较小，工艺流程简单，占地面积较小[5]，降低了能耗、投资和运行费用。与烟道蒸发技术相比则无喷嘴堵塞、烟道腐蚀穿孔现象。

本工程采用示范为主、实验室研究为辅，利用脱硫废水蒸发处理试验及数值模拟研究脱硫废水喷雾干燥蒸发性能，特别是含盐量高的喷雾干燥，以揭示蒸发规律，为工业应用提供基础数据。本工程依据330 MW 机组特性构建了试验装置，根据实际条件下脱硫废水喷雾干燥蒸发特性，研制出喷雾干燥塔、旋转雾化器等关键设备，开发出一种基于旋转喷雾干燥技术的脱硫废水零排放新技术。

2 相关参数及工艺流程

相关参数见表1、2和3。

表1 额定工况及BMCR下锅炉主要参数

表2 烟气参数

表3 脱硫废水设计水质

1）脱硫废水处理量

每台锅炉产生约5 t/h的废水量（烟气中HCL含量按75 mg/m〈3标态、干基、6% O2〉计算），两台共10 t/h。上述废水量只在系统运行时才产生。

2）废水零排放工艺流程

废水零排放工艺流程见图1。

图1 废水零排放工艺流程图

加入石灰浆液或氢氧化钠溶液调节脱硫废水pH值，使之呈碱性。

从空气预热器前的主烟道引出一部分烟气进入喷雾干燥塔，与经过雾化器喷嘴雾化的废水细小颗粒充分混合。烟气中的二氧化硫和其它酸性成分也快速与碱性废水浆液中和成盐，同时雾滴中水分迅速挥发，废水中盐类被干燥析出进入烟气，通过后续除尘仓泵收集后，再通过气力输送至干灰输送系统，从干燥塔出来冷却后排入主烟气系统中。

通过对烟气分布、废水浆液流量、雾滴尺寸和出口温度等的精确控制，使废水雾滴在未碰到干燥塔内壁时已完全干燥。

在系统进出口烟道设置挡板，进口挡板为调节型，可根据出口烟道温度调节进入喷雾干燥系统的烟气量，出口挡板为开关型。

3 主要设备

1）喷雾干燥塔

喷雾干燥塔上部为圆柱体，下部为圆锥体，总高36.5 m，筒体高16 m，内径8.5 m。热烟气从塔顶烟气分布器进入，脱硫废水从塔顶旋转雾化器进入，冷烟气从锥体上部离开，大颗粒固体从塔锥体底部进入仓泵。

2）旋转雾化器

旋转雾化器是本系统核心部件。脱硫废水在高速旋转雾化盘离心力作用下被伸展为薄膜或拉成细丝，在雾化盘边缘再分散为雾滴，雾滴大小取决于雾化器转速和废水量。

3）烟气分布器

烟气分布器在干燥塔顶端。热烟气通过烟气分布器上有一定夹角、能控制其流向的导风板后均匀进入干燥塔，与雾化后的脱硫废水充分混合，水分迅速蒸发，提高了雾化效率。

4 系统启停流程

1）启动流程

脱硫脱水系统启动后，产生的废水经pH 调质后送至清水箱，再经清水泵送主机废水箱。系统启动前关闭零米的提升泵汇合管道排放手动门，废水箱提升泵A、B入口排放手动门，启动闭式水管道增压泵、雾化器变频器（频率给定为50 Hz）；开烟气出口挡板门，开A、B侧烟气进口调门,延时5 min后开废水提升泵进口门；启动废水提升泵，向干燥塔顶部缓冲箱供废水，废水经缓冲箱下部自流，经调整门后进入雾化器。投运初期应缓慢增加废水量，控制出口烟气温度，当烟温在170 ℃时投入自动调门和辅控输灰。

2）停止流程

脱硫脱水系统停运后，待脱水系统废水箱及清水箱水位低到某一值后停清水泵，并联锁主机停废水提升泵，关提升泵入口门；延时25 min 后开管道冲洗水门；启动工业水泵，延时5～10 min 停，关冲洗水门;延时40 min,废水处理量到零时关废水调门；雾化变频器频率为零时，停雾化器；关A、B侧烟气进口调门和出口挡板门；停闭式水泵，停运后打开零米提升泵汇合管道排放手动门，废水箱提升泵A、B入口排放手动门，放尽存水后通知辅控强制输灰2～3次。

5 调试及运行中出现的问题和处理方法

1）干燥塔底部塔壁积灰黏结挂壁，输灰系统灰量小。分析原因为雾化器雾化效果不好，形成较大水滴，甩至塔壁，造成积灰板结。经多次调整雾化器下部导流板角度后得到解决。

2）雾化器分配盘堵塞，调门开度开足，废水处理量低。分析原因为废水系统杂质堵塞雾化器分配盘，清理后恢复正常，再对管路进行冲洗，并停用因无法彻底清理、底部杂质多、原作为脱硫废水中间储存箱的灰水系统回水缓冲池。

3）干燥塔下部仓泵输灰有潮灰，堵塞系统。分析原因为系统停运前未能排空顶部缓冲箱废水，导致停运后废水通过不严密的调门流入干燥塔，产生潮灰。调整停运逻辑和步序，增加顶部缓冲箱废水排空后方能停运的条件，同时要求辅控在系统停运后强制输灰2～3 次，以保证塔底部干燥无积灰和板结。

4）废水提升泵在启动时出力低甚至堵泵。分析原因为停运时废水浆液沉积，现要求每次停运后务必放尽管道及泵内的存液。

5）运行一段时间后废水调门开度增大，但废水处理量下降。分析原因为调门附近连接管道为水平布置，管内处于无压自流状态，造成调门及调门前后手动截门和旁路门处浆液沉积，使流量变小。后要求运行人员定期大幅开关调门造成人为扰动，减少沉积。目前准备改造这段管段，设置一定倾斜度以缓解沉积。

6）系统中缺乏废水中间贮存箱，导致系统跟随脱硫脱水系统而启停，使实际废水处理量减少，且增加了系统频繁启停。

6 结论

330 MW 机组脱硫废水喷雾干燥系统从2018年起开始调试后，2019年2月正式运行。2019年3月华电电科院对系统进行了性能考核，试验结果表明达到设计要求:100%负荷时废水处理量为5～7 t/h、下部仓泵干燥物含水量0.15%、氯含量0.35%，折算至全部粉煤灰基本不影响对水泥掺配的应用，锅炉效率影响0.5%～0.6%。

该脱硫废水干燥装置作为华电集团第一批项目，为其他火电厂提供了新的处理方法和思路，起到了示范作用。本次改造荣获中国电力企业联合会2020年度电力职工技术创新奖二等奖。