崔 麗

(華北電力設(shè)計院有限公司，北京 100120)

隨著國家對環(huán)境保護的加強，火力發(fā)電廠燃煤機組煙氣必須脫硫后排放，因此也面臨脫硫廢水的處理問題，北方某電廠建設(shè)規(guī)模為2臺1 000 MW國產(chǎn)超超臨界燃煤發(fā)電機組，2臺機組脫硫廢水的產(chǎn)生量為24 m3/h，如采用常規(guī)的脫硫廢水絮凝、沉淀、澄清處理工藝，處理后的脫硫廢水仍然具有很高的含鹽量，電廠內(nèi)無法回用，而其排放會增加下級污水處理廠的運行負荷，因此本工程設(shè)計中提出了一種2級軟化澄清預(yù)處理+蒸發(fā)結(jié)晶深度處理的新工藝，對脫硫廢水進行深度處理并回收利用。

1 脫硫廢水處理技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及分析

1．1 國內(nèi)脫硫廢水投運項目概況

目前國內(nèi)脫硫廢水采用深處理工藝的電廠有深能源河源電廠、佛山市三水恒益電廠、華能長興電廠、湖北國電漢川電廠、焦作萬方鋁業(yè)熱電廠等。

深能源河源電廠一期工程為2臺600 MW超臨界燃煤機組，脫硫廢水深度處理工程于2009年12月投入運行。系統(tǒng)處理水量為22 m3/h，采用2級軟化預(yù)處理+四效蒸發(fā)反滲透(MED)+鹽干燥打包技術(shù)［1-2］。

佛山市三水恒益電廠為2臺600 MW超超臨界燃煤機組，脫硫廢水處理系統(tǒng)2011年9月調(diào)試并投入運行。系統(tǒng)處理水量為20 m3/h，采用2級臥式過濾(MVC)蒸發(fā)器+2級臥式MED+結(jié)晶+鹽干燥系統(tǒng)，沒有設(shè)置深度預(yù)處理軟化防垢設(shè)施［1-2］。

華能長興電廠為2臺660 MW超超臨界燃煤機組，2015年4月廢水處理系統(tǒng)投入運行。該電廠產(chǎn)生的最終廢水主要由兩部分組成:一是脫硫廢水，水量為18 t/h;二是混床再生排水，水量為4 t/h。脫硫廢水處理工藝為:2級軟化預(yù)處理→過濾→弱酸樹脂軟化→一級反滲透→正滲透→結(jié)晶干燥→打包系統(tǒng)，副產(chǎn)品結(jié)晶鹽中NaCl和Na2SO4總質(zhì)量分數(shù)大于95%，含水率小于0．5%，外運結(jié)晶鹽產(chǎn)量為418～ 711 kg/h［3］。

湖北國電漢川電廠三期擴建工程為2臺1 000 MW超超臨界燃煤機組，脫硫廢水處理系統(tǒng)設(shè)計處理水量為36m3/h，采用2級軟化預(yù)處理+納濾分鹽+反滲透濃縮減量+蒸汽機械再壓縮技術(shù)(MVR)蒸發(fā)結(jié)晶工藝實現(xiàn)分鹽，其結(jié)晶鹽為純度高于97．5% 的 NaCl。

焦作萬方鋁業(yè)熱電廠裝機為2臺350 MW機組，首臺脫硫廢水煙氣蒸發(fā)處理系統(tǒng)于2015年8月投入運行。進系統(tǒng)的水量為20 t/h，采用的工藝流程為:2級軟化預(yù)處理+雙膜(微濾、反滲透)法濃縮減量處理+反滲透濃水霧化噴煙道蒸干。系統(tǒng)運行2個月后對煙道進行結(jié)垢和腐蝕檢測，在煙道內(nèi)沒有出現(xiàn)結(jié)垢和煙道積灰現(xiàn)象［4］。

1．2 各投運項目比較分析

河源電廠采用徹底軟化+多效蒸發(fā)結(jié)晶工藝，結(jié)晶鹽為混鹽，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，但投資、運行成本高;三水恒益電廠采用不軟化蒸發(fā)結(jié)晶工藝，結(jié)晶鹽為雜鹽，運行成本較低，但蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)結(jié)垢嚴重，清洗頻繁，影響系統(tǒng)正常運行;華能長興電廠采用徹底軟化+正滲透濃縮+蒸發(fā)結(jié)晶工藝，結(jié)晶鹽為混鹽，系統(tǒng)復(fù)雜，運行成本高;漢川電廠采用徹底軟化+納濾分鹽+超濾(DTRO)+蒸發(fā)結(jié)晶，運行成本較高，但其結(jié)晶鹽為純鹽，解決了混鹽處置的難題;焦作萬方鋁業(yè)熱電廠采用徹底軟化+膜法濃縮后的濃鹽水噴煙道蒸發(fā)，大大降低了噴入煙道的脫硫廢水量，目前運行正常，但有待進一步檢驗。

目前國家沒有對結(jié)晶混鹽制定統(tǒng)一的標準，其性質(zhì)沒有明確界定，結(jié)晶混鹽普遍存在處置困難的問題，因此結(jié)晶鹽資源化利用成為很好的解決辦法。采用煙道蒸發(fā)處理的電廠應(yīng)對脫硫廢水進行減量化處理，以減少煙道蒸發(fā)對電廠熱力系統(tǒng)的影響，另外脫硫廢水噴煙道對后續(xù)系統(tǒng)以及粉煤灰綜合利用有一定的風(fēng)險，有待進一步的驗證。

2 本工程脫硫廢水水量及水質(zhì)

本工程脫硫廢水深度處理系統(tǒng)的設(shè)計水量為24 m3/h。脫硫廢水的水質(zhì)受煤種、脫硫系統(tǒng)的運行控制參數(shù)等影響很大［5］，本工程為電廠二期工程，脫硫廢水深度處理系統(tǒng)同整個二期工程同步建設(shè)，設(shè)計階段無法實測脫硫廢水中污染物的含量，通過理論計算并結(jié)合該電廠一期工程脫硫廢水水質(zhì)指標類比，脫硫廢水pH值為6～9、色度(稀釋倍數(shù))為30～50、溶解性固體總量(TDS)20 000～30 000其他水質(zhì)指標見表1。該水質(zhì)為經(jīng)過脫硫島內(nèi)廢水曝氣、混凝澄清初步處理后的排水水質(zhì)，主要污染物濃度滿足DL/T 997—2006《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質(zhì)控制指標》。

3 本工程脫硫廢水深度處理系統(tǒng)

3．1 脫硫廢水預(yù)處理系統(tǒng)

脫硫廢水預(yù)處理系統(tǒng)采用2級軟化澄清、過濾處理工藝。廢水在1級軟化池與Ca(OH)2、Na2SO4、聚合硫酸鐵、聚丙烯酰胺(PAM)藥劑充分混合后，形成易沉淀的絮體，通過1級澄清池沉淀，去除廢水中懸浮物、鎂及部分鈣等結(jié)垢因子。1級澄清后的出水溢流至1級澄清水箱，通過提升泵輸送至二級軟化池，與Na2CO3反應(yīng)生成CaCO3沉淀，與聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁(PAC)進行絮凝，出水經(jīng)2級澄清池沉淀后溢流進入2級澄清水箱，最終經(jīng)過多介質(zhì)過濾器過濾后進入蒸發(fā)預(yù)換熱器。預(yù)處理工藝流程見圖1。

表1 脫硫廢水水質(zhì) mg/L

該工藝的特點:在一級軟化池內(nèi)投加Ca(OH)2可有效去除廢水中的鎂離子，而先使用Na2SO4去除水中的部分鈣離子，可減少二級軟化單元Na2CO3的用量;一級軟化中投加的Na2SO4首先來自于蒸發(fā)結(jié)晶器的回流母液，不足部分投加硫酸鈉藥劑補充，可大大減少藥劑的投加量，降低運行成本。該系統(tǒng)為Ca(OH)2+Na2SO4+Na2CO3軟化加過濾工藝，能夠?qū)⒚摿驈U水的硬度降低到100 mg/L(以CaCO3計)以下，濁度小于1 MTU，從而可保證結(jié)晶鹽的純度。

3．2 脫硫廢水蒸發(fā)系統(tǒng)

3．2．1 熱法(蒸發(fā)結(jié)晶)分鹽原理

熱法分鹽是基于不同溫度下、不同比例的NaCl、Na2SO4、CaSO4、KCl等物質(zhì)在混合溶液中的溶解度不同，通過對溫度、壓力、各組份濃度等因素的精確控制實現(xiàn)物質(zhì)的分離。

蒸發(fā)結(jié)晶器分鹽的核心設(shè)備為旋流器、離心機母液回流，將飽和NaCl和高濃度的Na2SO4溶液回流至脫硫廢水預(yù)處理最前端，通過同Ca2+反應(yīng)生成沉淀，不斷得以去除，NaCl以結(jié)晶鹽的形式從系統(tǒng)分離。

圖1 脫硫廢水預(yù)處理系統(tǒng)工藝流程圖

3．2．2 蒸發(fā)結(jié)晶工藝流程

蒸發(fā)結(jié)晶裝置由進水單元、循環(huán)單元、蒸汽補充單元及回收單元4個單元組成，廢水進入蒸發(fā)結(jié)晶裝置進行閃蒸濃縮結(jié)晶處理，其工藝流程見圖2。

圖2 蒸發(fā)結(jié)晶工藝流程圖

2級軟化后的脫硫廢水進入次換熱器與閃蒸罐內(nèi)蒸發(fā)出來的蒸汽冷凝液進行初次換熱，升溫后進入循環(huán)單元，進水流量依據(jù)閃蒸罐內(nèi)水位可調(diào)節(jié)。加熱后的新進廢水進入循環(huán)管道，與內(nèi)部循環(huán)的超濃縮液混合，混合濃液經(jīng)過主換熱器進行換熱升溫(熱媒為壓縮蒸汽或外界補充蒸汽)，通過循環(huán)不斷升溫，當(dāng)循環(huán)介質(zhì)溫度達到閃蒸溫度、閃蒸罐頂部壓力達到一定值時，啟動蒸汽壓縮機將閃蒸的蒸汽絕熱壓縮后送入主換熱器，與循環(huán)液進行熱交換，使循環(huán)的料液溫度升高并始終保持在沸點以上，而蒸汽通過主換熱器和預(yù)換熱器作兩次換熱降溫后變成冷凝水作為系統(tǒng)凈化水產(chǎn)水。循環(huán)液在保持循環(huán)的同時進行閃蒸，循環(huán)的介質(zhì)不斷被濃縮，當(dāng)系統(tǒng)結(jié)晶以后，開啟濃縮物排放閥外排鹽漿，進水量和排水量依據(jù)TDS值進行調(diào)節(jié)，保證平衡。

濃鹽漿后續(xù)進入旋流器、離心機，進行離心脫水后進入干燥流化床得到產(chǎn)品鹽，滿足GB/T 5462—2015《工業(yè)鹽標準》中精制工業(yè)鹽(工業(yè)干鹽)二級標準。該系統(tǒng)需定期排出少量結(jié)晶母液以保證結(jié)晶鹽的純度。

3．3 系統(tǒng)運行成本

脫硫廢水深度處理處理系統(tǒng)占地58 m×22 m，設(shè)備、土建、安裝全部初投資約5 500×104元。系統(tǒng)處理每噸廢水電耗35 kW·h，電價 0．5元/(kW·h)，成本 17．5 元;蒸汽消耗 0．08 t，120 元/t蒸汽，成本9．6元。脫硫廢水深度處理系統(tǒng)運行藥品消耗及成本見表2。

表2 處理每噸廢水藥品消耗及成本

4 結(jié)束語

本工程脫硫廢水預(yù)處理系統(tǒng)采用2級Ca(OH)2+Na2SO4+Na2CO3軟化澄清工藝;蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)采用具有分鹽功能的蒸發(fā)結(jié)晶器，實現(xiàn)NaCl結(jié)晶鹽的分離和提純，并回收冷凝水，為熱法分鹽技術(shù)在百萬千瓦機組脫硫廢水深度處理系統(tǒng)的首次應(yīng)用。脫硫廢水不經(jīng)膜法濃縮直接進入蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)，可耐受少量的鈣鎂結(jié)垢性離子，相對于膜法工藝對預(yù)處理產(chǎn)水水質(zhì)要求不是非?？量?，可簡化工藝流程，降低運行成本，利用熱法實現(xiàn)分鹽。