污水零排放工艺在燃煤电厂的应用

吕亮，杜佳棋，章洲，丁泽坤

（1.宁波兴业盛泰集团有限公司，浙江 宁波 315336；2.杭州天明环保工程有限公司，杭州 310018；3.宁波爱嘉环境科技有限公司，浙江 宁波 315000）

0 引言

为响应国家环保部相关要求，实现烟气粉尘超低排放，燃煤电厂在石灰石-石膏法脱硫后新增湿式电除尘器，对电除尘逃逸的烟气粉尘以及湿法脱硫过程中产生的次生颗粒物进行进一步的脱除。

湿式电除尘器（WESP）与常规电除尘器（ESP）的工作原理相同，因其采用喷水清洗电极的方式来代替传统电除尘器振打清灰，不仅可以时刻保持收尘极的清洁，而且不会造成二次扬尘，大大提高了粉尘、石膏颗粒、硫酸酸雾等颗粒物的捕捉效率，故将其作为环保设备的终端设备。但也正是因为采用喷水的方式来清除电极上的积灰并将其带出湿式电除尘器设备，将烟气中的颗粒物变成了水中的颗粒物，造成水体污染。

将烟气中的污染物转移至水中，并未将污染物真正地脱除，也无法将污染物再次利用，需要对污染的水体进行处理后回收利用，并将污染物变成固体加以利用。此方式会增加水厂的污水处理压力，并且会增加治理成本，故迫切需要一种水处理工艺来实现湿式电除尘器冲洗用水的污水零排放。

1 实际情况分析

某电厂320 MW机组脱硫脱硝除尘工艺流程为：SCR脱硝→电除尘→湿法脱硫塔→烟囱。根据最新要求，需要达到粉尘超低排放，则计划在湿法脱硫塔后新增1台湿式电除尘器，设计参数如表1所示，以确保粉尘达标。在湿法脱硫塔南部、电除尘西北部上空无设备，将湿式电除尘器布置在此处，从脱硫塔出口烟道引至湿式电除尘器进口封头，再将烟气从湿式电除尘器下部穿过，引回烟囱。

表1 电除尘设计参数表

原电除尘设计参数如表2 所示，进口烟温为134 ℃左右，有一定的降温空间，原先电除尘器的运行电压为30 ～50 kV左右，根据电除尘器的设计参数，尚有一定的提升空间，结合业主提供的煤质分析数据，通过对粉尘特性的改变，可以改善电除尘器的运行工况，从而提高电除尘器的除尘效率。

表2 电除尘设计参数表

水系统作为湿式电除尘器的附属设备，在湿式电除尘器正常运行中起着至关重要的作用；这也是湿式电除尘器会造成二次污染的原因，烟气中的粉尘进入水中，产生大量的废水，加重水处理厂的工作压力。湿式电除尘器的循环水量为60 m3/h，作为循环使用的水，其SS含量（为固体悬浮物浓度）需要小于2000 mg/L，pH值在5.5～6.5之间。

现场有一曝气池处于废弃状态，其尺寸为17.4 m×7.2 m×3.0 m，容积为376 m3左右，池底有一层爆气管，尚可以使用。将曝气池通过利旧改造，作为湿式电除尘器用水的沉淀池使用，可以起到很好的沉淀作用，使水中颗粒物沉淀到池底，可以得到上层清液和下层浑浊液。

2 工艺介绍

湿式电除尘器的冲洗用水一般分为收尘极冲洗用水、电场冲洗用水及管道冲洗水3部分，其中，收尘极冲洗用水取自循环水箱，为连续使用；电场冲洗用水取自补水箱，为间断使用；管道冲洗水根据需要对收尘极冲洗喷淋管和电场冲洗喷淋管进行冲洗，水分别取自循环水箱和补水箱。

结合现场实际情况，本文提出一种水处理系统，作为WESP的附属系统，不仅可以有效地实现清洗电极的目的，还可以对其进行处理后再次利用，实现污水零排放。其具体工艺如图1所示，水处理系统由补水系统、碱液系统、再利用系统、处理系统和循环系统组成，各个系统相辅相成，共同完成对WESP设备用水的系统化处理和利用。

图1 水系统工艺图

2.1 补水系统

补水系统主要由补水管路、补水箱和水泵组成，补水管路将厂区内新水补充至储水箱，由储水箱来储存新水，通过水泵一部分给电场冲洗喷淋供水，冲洗湿式电除尘器内部电场；一部分打至循环箱，确保循环水足量。

2.2 循环系统

循环系统主要由循环箱和循环水泵组成，循环箱的水主要由补充的新水和经过沉淀池沉淀的上层清液组成，通过循环水泵给收尘极冲洗喷淋供水，用于清洗收尘极。

2.3 碱液系统

碱系统由碱罐、卸碱泵和碱计量泵组成，当碱罐车运输碱液至场地时，通过卸碱泵往碱罐中注入碱液，直至加到指定液位后停止。碱系统通过碱计量泵分别往沉淀水池和循环水箱供碱，调节pH值。

2.4 处理系统

处理系统是整个水系统的枢纽，所有的水最终进入这个系统，经过处理后再从这个系统出去。处理系统由沉淀水池、补水泵、排水泵、污水泵、污水管路组成。沉淀水池对湿式电除尘器来水进行中和沉淀，将水分为清液和浊液，水中SS浓度从上到下处于递增的状态。排水泵取水池的上部清液，打入前端湿法脱硫塔系统。补水泵则从水池的中部取水，将水补充至循环水箱，给湿式电除尘器使用，下部浊液则通过污水管路和污水泵打至电除尘器前端烟道。

由于沉淀水池占地很大，水池上部和中部的水可以从某一区域取水，但是下部浊液遍布整个池底，如果从单一区域取水，则会造成池底大部分区域污泥沉积，难以去除，也会影响到上层清液的SS，严重时会堵塞喷嘴，影响清灰效果。故在水池底部铺设一层污水管道，如图2所示，污水管道铺满整个池底，考虑到各处管道的吸力相近，主管采用直径为φ76 mm的管道，支管采用直径为φ38 mm的管道。

图2 污水管道图

主管道贴地放置，采用管箍进行固定，支管道采用半圆形支架固定，以保证所有管道同轴。为尽可能地吸取浑浊液，在污水管道的底部左右两侧各开一组孔，分别与轴中心线呈45°角布置，用于吸取管道两侧的水。

2.5 再利用系统

再利用系统的目的是将产生的废水再次利用，节约水资源，同时避免废水进入原废水处理系统，增加系统的负担。主要用于湿法脱硫塔系统和电除尘系统，其中清液作为湿法脱硫塔除雾器冲洗用水，浊液作为电除尘器前端烟气调质用水。

图3 污水管固定及开孔图

1）湿法脱硫塔系统。湿法脱硫塔除雾器喷淋水需要满足两个方面：水中的悬浮物杂质含量不能过高；水中硬度离子含量不能过高。前者含量过高容易造成喷嘴堵塞，而后者含量过高会引起喷嘴结垢，均会影响最终的喷淋效果。根据JB/T 10989-2020《湿法烟气脱硫装置专用设备-除雾器》推荐水质[1]，如表3所示。

表3 水质要求表

湿式电除尘器回水与碱液中和后并经过沉淀水池沉淀而得到上层清液，其SS基本为500 mg/L左右，Ca2+浓度为100 mg/L以内，完全能够满足湿法脱硫塔除雾器冲洗用水的水质要求，故从沉淀水池引上层清液，通过水泵打至湿法脱硫塔系统，用于除雾器冲洗。

2）电除尘系统。电除尘器的除尘效率与粉尘比电阻、烟气温度、烟气湿度[2-3]等参数有关，将沉淀水池的下层浊液通过喷嘴喷入电除尘器前烟道内，如图4所示，喷淋管套管与烟道焊接连接，喷淋管从套管中插入，喷嘴在套管内部，并且套管不会阻挡喷嘴喷射介质，喷淋管外部通过法兰式软管与污水管道进行连接。套管采用耐磨材料，可以防止喷嘴被烟气中的粉尘磨损而影响喷射效果。将浊液喷入烟道后，浊液中的水可以有效地降低烟气温度，增加烟气湿度，同时，由于湿式电除尘器回水中含有粉尘颗粒、S、Na+等，其中的S与原烟气中的H+结合，在水的作用下，凝结在粉尘表面。在水和硫酸的作用下，可以有效地降低粉尘的比电阻，随着烟气温度的降低，不仅可以降低粉尘比电阻，还可以提高电场的击穿电压，增加电场强度。

图4 烟道喷淋示意图

3 运行效果

整个系统投运一段时间后，湿式电除尘器和整个水系统运行稳定，各项工作指标都很正常，运行电压达到了电源的额定值，除尘效率达到了设计值，根据第三方测试报告显示，在额定工况下，进口粉尘浓度为88.93 mg/m3，出口粉尘浓度为18.75 mg/m3；喷水流量并未出现下降的现象，喷淋管上压力显示正常，说明所有喷嘴工作正常，未出现堵塞情况。

将湿式电除尘器水系统内的水排入其它系统，未对脱硫塔系统产生任何影响，对除尘系统起到了一定的提效作用。如表4所示，通过烟气调质，烟气的温度降低了5 ℃左右，运行电压提高了近2 kV，出口粉尘与以前相比有所下降。

表4 电除尘前后参数对比表

自从整个水系统正常工作后，系统内部实现了动态平衡，进水量与出水量一样，并实现自动化控制管理，再未向厂区污水处理厂排放污水，不需要额外增加费用。

4 结论

对于湿式电除尘为废水处理的方式，目前所知的也只有将废水打到厂区内的污水处理厂与其他污水一起处理或者直接排入湿法脱硫塔脱硫系统，给脱硫塔使用。当然，对于容量较大的污水处理厂来说，这点水不算多，但对于满负荷运行的污水处理厂来说，这无疑给出了一个难题：湿式电除尘器回水中含有粉尘，部分颗粒很细，进入脱硫塔系统后部分粉尘会逃逸，从而增加湿式电除尘器的脱除压力；另外，太多含尘水进入脱硫系统，容易堵塞冲洗喷嘴，对脱硫塔的正常运行产生影响。

本文提出的污水零排放工艺可以有效地将湿式电除尘器回水处理后再次利用，很好地解决了二次水污染的问题；将合格的水用于湿法脱硫系统，可以降低湿法脱硫塔的水耗，也不会对脱硫系统产生负面影响；将部分回水打到电除尘前端烟道对烟气进行调质，可以提高电除尘的除尘效率，喷入的水在烟气作用下被蒸发，水中的颗粒物可以与烟气中的粉尘一起被电除尘器捕捉，并统一处理。在保证湿式电除尘器正常运行情况下，不仅未对其他系统造成负面影响，反而起到了促进作用，真正意义上实现了污水零排放的目的。