基于烟道喷雾蒸发技术的电厂脱硫废水处理研究论文

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　　摘要：为了实现火电厂脱硫废水零排放，进行了基于烟道喷雾蒸发技术的电厂脱硫废水处理研究。先对废水进行预处理，除去悬浮物，然后，进入旁路蒸发器。旁路蒸发器利用电厂烟道内部少量高温烟气，蒸发雾化后的废水。蒸发废水后的结晶盐和粉煤灰被除尘器捕获，同时，水蒸气与烟气一同进入脱硫塔进行冷凝回用。以山西某电厂为对象进行了实际应用效果检测，结果显示，项目所用的旁路蒸发器入口温度在357～364℃,入口温度在153～162℃,蒸发效果良好。对锅炉的平均影响效率为0.08％，影响效果小。该项目系统可实现火电厂脱硫废水零排放，有效解决电厂脱硫废水处理问题，提高废水处理效率和资源利用率。
　　关键词：旁路烟道喷雾蒸发技术；火电厂；脱漏废水；温度；蒸发
　　0引言
　　烟气脱硫是电厂中重要的环保处理过程之一，主要目的是减少燃煤过程中产生的二氧化硫（SO2）对环境的污染。在脱硫过程中，废水是不可避免的产物之一，其中含有大量的硫化物和其他污染物。传统的废水处理方法虽然能够去除一部分污染物，但存在处理成本高、产生另一种污染物或处理中间产物等难题[1]。针对这些问题，烟道喷雾蒸发技术应运而生。在电厂脱硫废水处理过程中，烟道喷雾蒸发技术能够利用烟气中的余热为废水提供热量，通过喷雾器将废水雾化后与高温烟气接触，从而实现污水中水分的蒸发和固体物的分离。这种技术简单高效，能够有效地去除废水中的污染物，实现废水零排放[2]。本文将以某电厂实际项目为例，对基于烟道喷雾蒸发技术的电厂脱硫废水处理进行深入研究。同时，研究将从废水处理系统的改造、效果评估以及影响因素分析等方面展开，以期为电厂脱硫废水处理技术的改进和推广提供科学依据和实践经验。
　　1烟道喷雾蒸发技术概述
　　烟道喷雾蒸发技术是一种常用的电厂脱硫废水处理方法，通过将脱硫废水喷雾化再置于高温烟道气流中，使其迅速蒸发。脱硫废水的水分被蒸干后，剩下的含硫化物的固体残渣粉末会与烟气粉煤灰一同被除尘器吸收，从而去除污染物，实现废水零排放。根据雾化后的废水喷入烟道的位置可将该工艺分为两种形式，具体工艺流程见图1。
　　图1-1为直喷烟道蒸发式脱硫废水处理工艺流程，该方法直接将脱硫废水喷入烟道中，废水通过高温烟气作用下会雾化，然后，随烟气一起排出。而废水中的杂质则会通过除尘系统排出。该方法的投资费用相对较低，但需注意废水量小、烟道腐蚀和结垢等问题。图1-2为旁路烟气蒸发式脱硫废水处理工艺流程，该方法通过接收从空预器上游提取的烟气和脱硫废水，以喷雾的形式进行干燥处理。烟气流量通过挡板门进行调节，以保证在塔内形成一种特殊的流场。喷嘴将细小的液体颗粒喷入热烟气中，由于颗粒的接触比表面积大，可以使脱硫废水完全蒸发。同时，热烟气的温度也被降低，但是，会控制在酸露点或空预器出口温度之上，避免发生冷凝或蒸发液体的夹带。在喷雾干燥塔中，含有可溶性和悬浮物固体颗粒的脱硫废水在高温烟气下被蒸发。其中的重金属离子和其他离子会结晶析出，随蒸发后的固体物质一起被收集到电除尘器中，并与全厂的飞灰一起被集中处理。这种处理方法可以有效降低废水中的含硫固体物质含量，从而减轻对环境的污染。相较于直喷烟道蒸发式脱硫废水处理方法，旁路烟气蒸发式脱硫废水处理方法不存在烟道腐蚀和结垢等问题，并且使用的旋转雾化喷嘴适应性更强。因此，本文采用旁路烟气蒸发式脱硫废水处理方法对项目工程进行脱硫废水处理。

　　2项目概况
　　2.1工程概况及水质分析
　　山西省某电厂分为一期和二期两个阶段建设。一期包括2台发电机组（1号和2号），每台容量为330 MW，于1988年初建成投产。二期包括2个同类型机组（3号和4号），每台容量为390 MW，于2000年建成投产。目前，整个电厂的总装机容量为1 440 MW。该电厂采取了末端脱硫废水处理措施，每小时产生的废水量为10 m3，产生的废水通过泵送至旁路烟道进行蒸发处理，以实现“零排放”。该电厂产生的脱硫废水整体呈弱酸性，pH值处于5.5～6.5之间。水质中的悬浮物以灰粉、CaCO3、石膏和CaSO3为主，并且水质中的Ca2+、Mg2+、SO42-、Cl-和含盐量较高。结合电厂运行结构和水质等实际问题，决定将改造后的旁路烟道蒸发系统安装在二期4号机组A、B两侧。
　　2.2技术路线和主要系统分析
　　2.2.1技术路线
　　该电厂的脱硫废水经过滤器预处理降低水质中的悬浮物后，直接进入旁路蒸发器进行进一步处理。旁路蒸发器通过引入电厂烟道内少量高温烟气，利用烟气余热为雾化后的废水蒸发提供热量，故无需增加其他热源。在这个过程中，脱硫废水通过高温蒸汽的作用逐渐蒸发，蒸发后的废水中的结晶盐和粉煤灰被除尘器捕获，同时，水蒸气与烟气一同进入脱硫塔进行冷凝回用[3]。在4号机组旁设置5台旁路蒸发器，每台蒸发器的最大脱硫废水处理量为2 m3/h，并给每台蒸发器设置2支双流器雾化喷枪。项目系统工艺流程见图2。

　　2.2.2烟道系统
　　改造后的旁路蒸发器利用双流体雾化喷枪进行蒸发，引入少量烟气并与空预器连接。通过调节入口调节门的烟气量来匹配废水蒸发量，实现废水的完全蒸干。系统设置气动隔绝挡板门和电动调节型挡板门，根据喷雾干燥系统出口烟道温度调节烟气量或喷水量。烟气热风门用于引向旁路烟道蒸发系统或与原烟气系统隔离。在蒸发器出口烟道至空预器之后的混合烟道设置电动热风门，热风门轴端密封方式采用外置式组合密封。此外，每台蒸发器入口烟道的底部均有设计有灰斗，灰斗中的灰将用仓泵运送至灰库。
　　2.2.3喷射系统
　　项目系统使用双流体喷枪作为喷枪，并采用压缩空气进行雾化。喷枪雾化粒径为D32，可以满足雾化蒸发的处理要求。枪体与废水接触部分采用2507双相不锈钢及以上材质的硬管，而枪体与压缩空气接触部分采用316L材质。该设计确保喷入废水不会引起烟道和除尘器腐蚀和结垢。喷枪喷嘴具有防腐蚀和防磨损性能，经过喷射系统雾化的脱硫废水，则进入蒸发系统。
　　2.2.4蒸发系统
　　蒸发系统需特别关注进出口气流的均匀布置，保证系统运行时气流均布良好。在蒸发过程中，蒸发装置采用的是旁路的形式，设置在空预器出口烟道的垂直段，蒸发装置的直管段到有效蒸发距离为15 m。整个装置壳内壁材料为厚度10 mm的双相钢2205复合材料。在装置的前后还设计有可以自动隔离的检查阈，可以使蒸发装置在需要检修时独立为一个系统，便于检修。
　　3系统实际应用效果分析
　　为了对该项目系统的实际效果进行分析，试运行阶段，每12 h时检测一次，如实记录数据进行效果评估。对4号机组A、B两侧旁路蒸发器处理能力进行分析，检测指标为喷枪水量和烟气调节阀开度变化，具体结果见图3。
　　如图3所示，试运行期间，4号机组A、B两侧的旁路蒸发器的喷枪水量为2 m3/h。在试运行的6 d时间里，A侧的烟气调节开度范围维持在45％～55%之间，而B侧的烟气调节开度范围维持在40%~50％之间。查阅旁路蒸发器运行手册的相关参数，该检测结果符合系统运行的各项要求。接着，再对项目系统的废水蒸发效果进行分析，检测指标为旁路蒸发器的进出口温度，具体检测结果见图4。

　　由图4可知，项目中使用的旁路蒸发器A侧入口烟气的最高温度为364℃,最低温度为357℃,在试运行后期，稳定在360℃左右。同时，A侧出口烟气的温度维持在153～162℃之间，高于最低温度要求150℃。因此，该项目系统能够完全蒸发废水。进一步观察B侧的进出口温度，可以发现，整体入口烟气温度略高于A侧，在362℃左右波动。而B侧出口温度与A侧相差不大，维持在155～162℃之间。这些数据表明，项目中使用的旁路蒸发器的运行状态十分稳定，且蒸发效果满足项目的运行需求，能够有效地处理废水。采用烟气成分分析仪和自动烟尘测试仪，对项目中使用的旁路蒸发器A、B两侧进出口的烟气成分和湿度进行测试，结果见表1。

　　该项目在使用旁路蒸发器后，电厂烟道内的高温烟气被利用于雾化后废水的蒸发，减少了进入空预器的高温烟气量。这种做法可以节约能源，并提高废水处理效率。在机组试运行期间，记录空预器出口烟温等相关烟气参数，根据已检测的旁路蒸发器入口烟气量、烟温和烟气成分等参数，通过查阅燃煤量等相关数据可知，整个项目机组在旁路蒸发器试验期间，锅炉效率的平均影响值为0.08％，该数据小于规定的0.1％。说明项目所使用的旁路蒸发器对锅炉效率影响较小，并且符合系统运行规定。
　　4结论
　　研究采用的旁路烟道蒸发器以高温烟气为热源，在减少能源消耗的同时，实现了脱硫废水零排放。该蒸发器的性能检测结果显示，喷枪水量恒定为2 m3/h，烟气调节开度范围维持在40％～55％，符合系统运行标准。蒸发器入口温度在357～364℃,出口温度在153~162℃,能完全蒸发废水。烟气成分和湿度的检测结果均在标准范围之内。试运行期间，对锅炉效率的平均影响值为0.08％，影响效果小。综合以上数据表明，该旁路烟道蒸发器对原电厂的设备几乎无影响，系统运行稳定，可以实现该电厂脱硫废水零排放。
　　参考文献
　　[1]李亚娟，刘勇，刘贵栋，等.某电厂脱硫废水零排放处理系统运行性能分析[J].工业水处理，2022，42（1）：175-186.
　　[2]张爱民，赵飞，郑铭灏.高温旁路烟道蒸发技术在脱硫废水零排处理中的技术对比与应用现状[J].环境科学导刊，2021，40（6）：62-72.
　　[3]李恒凡，焦世权，韩中合.脱硫废水在烟道中蒸发运动特性的数值研究[J].动力工程学报，2021，41（8）：659-666.

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