高温烟气干化技术在燃煤电厂脱硫废水零排放中的应用

2022-07-15郑俊杰

应用能源技术 2022年6期

郑俊杰

(浙江天地环保科技股份有限公司，杭州 311121)

0 引言

近年来，随着环保标准日趋严格，燃煤电厂大规模实施烟气超低排放改造。湿法脱硫过程中会产生脱硫废水，而脱硫废水成分复杂、水质变化大、危害大难以处理，成为下一步燃煤电厂污染治理的重点。随着淡水资源的持续短缺，国家环保政策对燃煤机组污染物排放限制日趋严格，实现脱硫废水零排放逐渐成为产业要求和共识。然而燃煤电厂脱硫废水具有盐分高、氯离子高、腐蚀性高等特点，比较难以处理。研究燃煤电厂脱硫废水零排放可避免废水排放造成的环境污染，也是火电行业可持续发展的必经之路，对火电行业的发展具有重要意义，本文研究了高温烟气干化技术在燃煤电厂脱硫废水零排放中的应用。

1 高温烟气干化技术原理

高温烟气干化技术是一种将废水用离心雾化器雾化成雾滴，喷入干燥塔，利用空气预热器前热烟气作为热源，在干燥塔内将废水蒸发，水分进入烟气中，废水中的盐类干燥后在塔底引出，达到脱硫废水零排放的目的。工艺路线图如图1所示。

图1 高温烟气干化技术工艺流程图

高温烟气干化技术利用烟气的热量将废水蒸干，对废水的成分要求较低，可直接处理高盐、高硬度的脱硫废水。通过对烟气分布、脱硫废水流量、雾滴尺寸和干燥塔出口温度等的精准控制，实现雾滴在到达干燥塔内壁前已充分干燥，避免干燥塔出现结垢和腐蚀的问题。

整个系统由干燥塔(包含塔体、热风分配器)、离心雾化器、废水输送系统、烟气系统以及塔底输灰装置等组成，核心设备是离心雾化器和热风分配器。

离心雾化器通过高速旋转将废水雾化成粒径数十微米的雾滴，废水经雾化后，其表面积瞬间增大，与热空气的接触面积增大，雾滴内部水分向外迁移的路径大大缩短，提高了传热效率。并且离心雾化器能够保证在液体流量不发生很大变化时，雾化雾滴的粒径分布不发生显著改变，连续稳定的喷雾性能是干燥过程能保持稳定的基础。

热风分配器可以使热烟气旋转起来，使热烟气与废水雾滴混合均匀，提高传热传质速率。热风分配器由烟气入口蜗壳、锥壳、导向分布板及导向叶片等组成。热风分配器内缘为圆形，离心雾化器安装在其中心。烟气入口蜗壳截面尺寸较大，横截面积呈渐缩变化，使得锥形环隙进风均匀。锥形环隙内外侧设置有许多导向叶片，用以控制热风的方向，使雾滴与热风的混合达到工艺要求，保证干燥塔处于良好的操作状态。

为确保干燥塔干燥效果，通过CFD模拟仿真雾滴的烟气干燥过程，核实干燥塔的尺寸，让干燥塔的尺寸以及关键部件选型更加合理。烟气影响下的喷雾液滴轨迹模拟以及喷雾影响下的烟气轨迹模拟如图2和图3所示。

图2 烟气影响下的喷雾液滴轨迹模拟

图3 喷雾影响下的烟气轨迹模拟

2 示范工程介绍

该技术已成功应用于浙能长兴电厂，长兴电厂#3机组于2018年安装了一套高温烟气干化装置。热烟气从空预器前的主烟道两侧引出，两股烟道汇合后进入干燥塔。脱硫废水加碱液调成弱碱性后由废水输送泵送入离心雾化器，经离心雾化器雾化、喷射而出的脱硫废水雾滴与热烟气充分接触，雾滴中的水分迅速挥发。雾滴中的盐类被干燥析出，部分混入原烟气的粉尘中，部分落入干燥塔底部，落入干燥塔底部的粉尘通过仓泵输送至电厂灰库，处理后的烟气引回至单侧电除尘入口烟道。干燥塔进出口烟道均有挡板门，如需设备检修，关闭挡板门即可，不影响机组运行。整套装置占地面积约60 m2，干燥塔通过钢支架架空布置，不影响检修通道。整套装置已稳定运行数年，运行情况良好，对电除尘以及脱硫设备也没有明显影响，主要参数见表1。

表1 浙能长兴电厂#3机组高温烟气干化系统主要参数

该套装置在实际运行过程中可处理机组最低稳燃负荷至满负荷工况下脱硫吸收塔产生的全部脱硫废水，如图4所示。

图4 浙能长兴电厂#3机组高温烟气干化系统废水处理量

3 潜在影响

(1)脱硫废水氯离子浓度较高，废水蒸发后析出的盐分若进入电厂现有的灰渣处理系统，灰中氯离子浓度将提高。长兴电厂按平均煤成分中灰比例22%计，330 MW机组一台每小时燃煤量135 t，折合产灰量约为29.7 t/h。脱硫废水氯离子浓度按15 000 mg/L计，3.0 t/h废水共生成0.045 t氯含量。如全部进入电厂粉煤灰系统，则粉煤灰中氯离子含量增加约为1.5‰。

(2)对锅炉效率的影响

该技术以空预器前高温烟气蒸发脱硫废水，会增加锅炉一定的煤耗。根据国网浙江省电力公司电力科学研究院发布的《浙江浙能长兴发电有限公司脱硫废水喷雾干燥处理装置对锅炉热效率的影响评估报告》，在处理3.4 t/h脱硫废水时，需要抽取空预器入口3.6%的烟气量，导致降低0.44%的锅炉效率，增加煤耗约1.39 g/kWh。