循环流化床机组深度优化用水及水污染防治改造项目的研究和应用

韶关市坪石发电厂有限公司（B厂） 徐清林 华电电力科学研究院有限公司 尤良洲

火力发电企业生产用水量占工业用水的最大比重，其取水量、消耗量和排水量均十分巨大。随着国家相关法律法规《节约能源法》、《水污染防治行动计划》、《环境保护法》和地区相关水资源收费政策（取水费、排水费、超标费）的颁布和实施，对火力发电企业取水、用水、排水量都提出了严格的要求，并且排放水质指标限制更是从严督察。从长期发展的角度出发，要达特定的政策要求，开展全厂深度优化用水及水污染防治是环保政策形势下的迫切需求[1]。

广东地区某2×330MW循环流化床锅炉按照新的环保要求对全厂水处理设施进行升级改造，并优化处理工艺，实现全厂深度优化用水及水污染防治工程实施后，不仅可以实现全厂水资源的统筹利用，节省大量水资源和取水费用，获得较好的经济效益，还能够节约大量的排污费用，突显国有企业的社会责任担当，并取得巨大的环境效益。

针对流化床机组的运行特性，结合废水的产生形式，有针对性的进行废水处理。通过对全厂废水分质回收，单独处理的原则，优先施行深度用水优化，将可回用的废水全部处理后回用，将不回用的废水纳入零排放改造系统。通过对不同零排放技术路线对比，最终选定低温烟气蒸发浓缩工艺+旁路烟道蒸发干燥工艺，最终彻底实现零排放。

1 全厂深度优化用水改造部分

项目公司深度优化用水及水污染防治项目的思路，是优化全厂用水系统，通过水的分级利用提高重复利用率。通过全厂深度用水优化，对全厂废水统一调度，实行分类回收、分质利用。在机组及设备安全稳定运行的前提下，实现大部分废水回用及消纳，少量水质条件极差、难以回用的废水通过脱盐处理后回用。

1.1 锅炉补给水处理系统

将锅炉补给水系统排水分类收集、分质回用，将活性炭过滤器反洗水单独收集，回用至斜管沉淀池进口。树脂再生废水经中和水池处处理后直接回用于脱硫系统，新增废水输送泵，匹配脱硫系统溢流水箱消纳能力。

1.2 污泥脱水处理系统

将净水站机械加速澄清池、空气擦洗滤池、斜管沉淀池、无阀滤池和工业废水处理系统产生排泥水进行收集，汇入污泥调节池。将污泥脱水系统进行修复，修复混凝剂、助凝剂加药泵及加药管路，更换离心脱水机。污泥脱水处理系统产水返回机械加速澄清池。

1.3 生活污水处理系统

收集全厂生活污水，将原生活污水处理系统废弃、不再予以修复，新增2套5m3/h生活污水处理系统，处理后的水质按照《水污染物排放限值》（DB44/26-2001）中相关标准设计。

1.4 工业水及循环水回用系统

收集风机变频器冷却液，避免进入地下管网，降低工业水回用水箱溢流水量。降低工业水进入工业废水处理系统水量，通过工业水回用水箱管路，直接回用循环冷却水系统。

2 废水深度浓缩改造部分

火电发电厂全厂无法消纳的废水浓缩减量的工艺分为两大主流派系，热法浓缩工艺和膜法浓缩工艺[2]，项目公司无法消纳脱硫废水10m3/h。

2.1 热法浓缩工艺[3]

热法浓缩减量工艺已发展多年，是一个相对成熟、可靠的工艺路线，海水淡化领域已应用多年，废水处理领域也正逐步兴起，主要技术有多级闪蒸（MSF）、机械蒸汽再压缩（MVC/MVR）、低温多效蒸馏法（MED）等工艺、低温烟气浓缩蒸发。废水经热法浓缩工艺处理后，浓水的TDS最高可达240000mg/L。

2.2 膜法浓缩工艺[4]

目前较为主流的膜浓缩工艺有：反渗透、正渗透、电渗析技术[5]。

膜法浓缩分预浓缩和深度浓缩两个阶段，预浓缩技术都大同小异，主要采用的是反渗透技术，如BWRO、SWRO、SCRO等，将需要处理的初步浓缩减量后，当浓缩液TDS达到一定值后再进行深度浓缩。BWRO、SWRO、SCRO为常规成熟技术。

膜法深度浓缩处理工艺主要有高压反渗透（DTRO）、电渗析（ED）、正渗透（FO）。正渗透工艺目前在电力系统内应用案例较少，DTRO浓水含盐量最大约120000mg/L，ED浓水含盐量最大约200000mg/L。从技术对比分析来看，ED工艺更高的应用价值，能够降低末端废水水量，从而废水浓缩工艺性价比。

2.3 深度浓缩工艺比选

从火电厂现有应用业绩来看，应用较多的深度浓缩工艺有低温烟气浓缩蒸发、电渗析工艺及多效闪蒸工艺，三种工艺技术对比见表1。

表1 废水深度浓缩工艺技术对比表

低温烟气浓缩工艺因抽取低温烟气量较大，会对脱硫系统水平衡存在影响，会降低脱硫系统工艺水用量，在脱硫废水工艺水为原水的基础上，可节约一定的水资源。

ED工艺在电力系统内尚未有长期稳定运行案例。对于膜法浓缩工艺而言，配套需新增废水软化除硬预处理系统，对于仅10m3/h处理量显然经济性欠佳。

多效闪蒸处理工艺配套需新增处理车间，同样处理10m3/h脱硫废水经济性较差。

整体来看，低温烟气浓缩蒸发无需配套软化系统，占地空间较小，系统操作较为简便，作为深度浓缩工艺首选。

3 废水零排放改造部分

目前较为主流的末端水处理工艺有三种，分别为旁路蒸发干燥技术、主烟道余热蒸发干燥技术、蒸发结晶工艺。因蒸发结晶造价高，产生的结晶盐的环保风险较大、运行费用较高，本次改造仅考虑主烟道余热蒸发干燥技术和旁路蒸发干燥技术。

3.1 主烟道余热蒸发干燥技术

将浓缩后的高盐废水雾化后喷入锅炉尾部主烟道内，如除尘器入口烟道，利用烟气中的余热将废水进行蒸发干燥。在主烟道余热蒸发干燥技术处理工艺中，废水蒸发后以水蒸气的形式进入脱硫吸收塔内，冷凝后形成纯净的蒸馏水，进入脱硫系统内。同时，废水中的盐类在蒸发过程中析出，与烟气中的飞灰混合后一期进入除尘器，有除尘器一同脱除。

项目公司空预器出口水平烟道标高9.2m，空预器出口水平烟道较短（约5m），之后烟道垂直上升至标高15.0m，垂直烟道长度约6m。除尘器入口水平烟道标高15.0m，几乎无直管段，直接进入电袋复合除尘器。从空预器出口至除尘器入口烟道，无论垂直段还是水平段，长度均较短，无法满足废水雾化后烟道内完全蒸发所需要至少保证在8m以上安全距离。因此，主烟道余热蒸发干燥技术无实施空间。

3.2 旁路蒸发干燥技术

设置独立喷雾干燥装置，干燥烟气温度350℃左右，高温烟气引自空预器前，废水由输送泵引至喷雾干燥塔，双流体喷枪将其喷射至高温烟气中。为了提高雾化效果，配以压缩空气雾化，控制喷入液体及热风的配比，将热风温度降至150℃左右，降温后的烟气引入除尘器前主烟道，由除尘器捕集灰分及析出的盐类。废水蒸发形成的水蒸气随烟气进入脱硫系统冷凝成新鲜水，补充进入脱硫系统。

技术优点：从空预器入口前烟道引入的烟气温度较高，有利于废水液滴的蒸发，有利于系统在机组低负荷工况下的稳定运行，不影响低低温省煤器的布置；旁路蒸发干燥技术作为蒸发器主体，独立于主机系统，设置烟气阀门，便于施工和维护；利用少量高温烟气作为热源，无需其他外部热源；无污泥排放，飞灰及盐类全部被除尘器捕集；占地面积小，系统相对简单，设备少，运行维护费用低。

目前，外引烟气进行高盐废水的雾化蒸发处理技术工程实施案例有焦作万方电厂、浙能长兴电厂、国家电投北海电厂、华电扬州电厂等，废水蒸发量与外引烟气量直接相关，由于外引烟气量的限制，导致废水蒸发量有限。另外，由于引入脱硝装置出口的高温高参数的烟气作为废水蒸发消纳的热源，将会减少进入空预器的高温烟气量，一定程度上降低锅炉效率（0.3%左右，以单台350MW机组蒸发4m3/h水计算）。

4 组合改造方案及结论

全厂改造优先开展深度优化用水部分，将能够回用的废水全部回用，仅剩余无法回用的废水（如脱硫废水、循环排污水反渗透浓水等）作为高盐废水进行深度浓缩，深度浓缩工艺选用低温烟气浓缩工艺，能够充分利用机组低品质热量，最大幅度降低能耗的追加。零排放改造部分采用旁路蒸发干燥技术，新增废水蒸发塔，能够保证末端废水彻底实现水和盐分分离，盐分进去粉煤灰中，水汽进入烟气中。将脱硫废水10m3/h通过低温烟气浓缩工艺浓缩至2m3/h，浓缩倍率为5，最终通过旁路蒸发干燥技术实现零排放。

工程改造静态投资费用为4496万元，其中水资源深度用水优化部分静态投资为1162万元，低温烟气深度浓缩改造静态投资费用为1545万元，旁路烟道烟气蒸发系统改造费用为1488万元，增加运行成本（生产成本+财务费用）503万元/年。

全厂深度优化用水是实现全厂零排放的前提和基石，无论从废水水量还是水质的来看，都应实现废水水量最少化，降低深度浓度阶段设备处理规模，降低改造初投资。

废水悬浮物较少但含盐量高，如化学车间浓水、酸碱再生废水及循环排污水等，可优先回用于脱硫系统，提高脱硫系统浆液中氯离子运行浓度，降一补降低脱硫废水水量，有利于完成废水零排放的同时，实现节能降耗。

减量浓缩单元效果直接影响末端废水蒸发处理系统改造投资费用，电渗析ED、低温烟气蒸发、多效闪蒸等因根据厂里自身的热源情况进行最优比选，选择最优的工艺路线。

蒸发脱盐单元采用烟道雾化蒸发路线。根据末端水量、烟气参数及烟道布置空间等情况，考虑各工艺技术的投资运行成本和运行稳定性，优先考虑除尘器前烟道雾化蒸发（末端废水水量较小，烟道和烟气情况满足要求），其次考虑空预器前旁路烟道蒸发（末端废水水量较小，烟道或烟气情况不能满足直接雾化蒸发的要求）。