本文對(duì)燃煤電廠脫硫廢水零排放處理技術(shù)進(jìn)行了分析，針對(duì)脫硫廢水濃縮蒸干工藝中預(yù)處理、濃縮減量、結(jié)晶、固體結(jié)晶物處置4個(gè)單元的處理工藝和選用設(shè)備分別進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比對(duì)分析，結(jié)合某電廠2×350MW超臨界空冷機(jī)組工程參數(shù)，對(duì)2種典型脫硫廢水零排放處理工藝投資費(fèi)用進(jìn)行了估算，并分析了其對(duì)發(fā)電成本的影響。


關(guān)鍵詞：燃煤電廠;脫硫廢水;濃縮蒸干;結(jié)晶;零排放;反滲透;固體廢物;協(xié)同處理

燃煤電廠濕法脫硫工藝中產(chǎn)生的脫硫廢水水質(zhì)特殊，污染物含量高，對(duì)環(huán)境的危害較大，即使經(jīng)過(guò)常規(guī)處理，懸浮物、COD仍經(jīng)常超過(guò)國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。此外，脫硫廢水中含有的微量重金屬以及高質(zhì)量濃度的氯離子，也影響脫硫廢水的再利用，因此脫硫廢水零排放處理勢(shì)在必行。

目前，國(guó)內(nèi)電廠脫硫廢水零排放處理工藝處于起步階段，投資運(yùn)行成本高，技術(shù)不完善，脫硫廢水深度處理后存在如下問(wèn)題：產(chǎn)生的固體物具有環(huán)境污染隱患，可溶性鹽會(huì)在雨水的作用下產(chǎn)生二次污染，作為商品出售附加價(jià)值不高，還可能淪為危險(xiǎn)固體廢物，發(fā)生處置費(fèi)用。

本文對(duì)脫硫廢水濃縮蒸干零排放技術(shù)的特點(diǎn)、設(shè)備性能進(jìn)行了分析對(duì)比，并對(duì)發(fā)電企業(yè)增加脫硫廢水零排放處理工藝的投資及其對(duì)發(fā)電廠運(yùn)行成本的影響進(jìn)行估算，以期為發(fā)電企業(yè)合理選擇工藝設(shè)備提供參考。

1脫硫廢水零排放水處理技術(shù)現(xiàn)狀

目前，脫硫廢水處理技術(shù)主要有脫硫廢水蒸發(fā)塘蒸發(fā)、脫硫廢水煙氣噴霧蒸發(fā)和濃縮蒸干3種，其中前2種技術(shù)投資較低，但由于蒸發(fā)塘蒸發(fā)處理工藝受廠地、廠址和氣候條件的制約，脫硫廢水煙氣噴霧蒸發(fā)處理工藝受脫硫工藝、煤質(zhì)、鍋爐運(yùn)行工況和脫硫廢水水量等因素的制約，上述2種處理工藝在實(shí)際應(yīng)用中均不能廣泛推行。

高含鹽廢水濃縮蒸干工藝是將脫硫廢水單獨(dú)處理，投資費(fèi)用較高，但不受環(huán)境及氣候條件的制約，因此可廣泛應(yīng)用于燃煤電廠脫硫廢水零排放處理，而且，隨著濃縮蒸干工藝系統(tǒng)設(shè)備不斷的推陳出新，也將推進(jìn)其在燃煤電廠廢水處理中的應(yīng)用。

2脫硫廢水濃縮蒸干工藝技術(shù)分析

脫硫廢水具有水質(zhì)波動(dòng)大、組分復(fù)雜、硬度高、氯離子質(zhì)量濃度高等特點(diǎn)，因此脫硫廢水零排放處理工藝對(duì)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)、設(shè)備材質(zhì)選擇、工程建設(shè)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)均有極高要求。

目前國(guó)內(nèi)外電廠脫硫廢水深度處理主要技術(shù)路線是：預(yù)處理+軟化→濃縮減量→結(jié)晶→固體結(jié)晶物處置。本文從以上4個(gè)階段對(duì)不同處理方案進(jìn)行比較分析。

2.1預(yù)處理+軟化單元

預(yù)處理+軟化單元的主要目的是去除容易污堵濾膜的懸浮物，降低后續(xù)濃縮系統(tǒng)的結(jié)垢程度。根據(jù)來(lái)水水質(zhì)、后續(xù)濃縮減量階段的設(shè)備要求和最終處置固體結(jié)晶物的不同方式來(lái)選擇本工藝階段的設(shè)備，并設(shè)計(jì)不同的加藥方式。

2.1.1傳統(tǒng)工藝技術(shù)

傳統(tǒng)技術(shù)簡(jiǎn)化工藝流程如下：脫硫廢水→調(diào)節(jié)池→第一級(jí)反應(yīng)池→第一級(jí)澄清池→第二級(jí)反應(yīng)池→第二級(jí)澄清池→產(chǎn)水箱→過(guò)濾器→清水箱→濃縮單元。

對(duì)脫硫廢水中的懸浮物進(jìn)行混凝或沉淀處理時(shí)，如在水中保持一定數(shù)量的泥渣層，則可以使沉淀過(guò)程更完全，沉淀速度更快。目前，電廠脫硫廢水處理通常采用帶泥渣層的機(jī)械攪拌澄清池，具體加藥方式要根據(jù)脫硫廢水水質(zhì)計(jì)算后再確定。

2.1.2管式微濾膜技術(shù)

管式微濾膜技術(shù)簡(jiǎn)化工藝流程如下：脫硫廢水→調(diào)節(jié)池→反應(yīng)槽1→反應(yīng)槽2→濃縮槽→管式微濾→pH值調(diào)整箱→濃縮單元。

脫硫廢水系統(tǒng)的處理水經(jīng)水泵提升后直接進(jìn)入反應(yīng)槽，在反應(yīng)槽1內(nèi)添加氫氧化鈉和碳酸鈉補(bǔ)充堿度，在反應(yīng)槽2內(nèi)繼續(xù)添加氫氧化鈉以維持合理的pH值，同時(shí)對(duì)反應(yīng)槽進(jìn)行攪拌和pH值監(jiān)控，使水中的鈣、鎂離子形成沉淀;經(jīng)過(guò)反應(yīng)后的水溢流送至以管式微濾膜為核心的過(guò)濾處理裝置單元(管式微濾膜)，經(jīng)過(guò)濾處理裝置處理后，水中的鈣、鎂離子甚至所有的二價(jià)離子已基本去除，二氧化硅降低至不影響結(jié)垢的水平。

考慮到待回用的廢水還含有一定的有機(jī)物，為防止其對(duì)后續(xù)的反滲透系統(tǒng)造成污染，可在管式微濾膜產(chǎn)水之后，串聯(lián)數(shù)臺(tái)活性炭過(guò)濾器，也可在濃縮槽內(nèi)投加粉末活性炭吸附水中的有機(jī)物，保護(hù)反滲透膜。管式微濾膜工藝的水回收率可以提高到98%[1]。

2.1.32種工藝比較

(1)傳統(tǒng)混凝澄清過(guò)濾工藝需要投加絮凝劑和助凝劑，利用形成的懸浮泥渣層處理水中的微小顆粒及膠體，同時(shí)去除部分有機(jī)物，對(duì)有機(jī)物的去除率達(dá)30%~60%。而管式微濾膜過(guò)濾屬于物理過(guò)濾，不需要投加絮凝劑和助凝劑。管式微濾膜的絕對(duì)過(guò)濾孔徑約0.1μm，膜通量可高達(dá)340L/m2h，產(chǎn)水濁度<5NTU。但管式微濾膜對(duì)有機(jī)物的去除率較低，若水中的有機(jī)物的含量較高，則考慮在濃縮槽中投加粉末活性炭或者在管式微濾膜后增設(shè)活性炭過(guò)濾器。

(2)傳統(tǒng)混凝澄清過(guò)濾工藝主要靠澄清池降低水的濁度，管式微濾膜工藝不需設(shè)置澄清池和過(guò)濾裝置，僅設(shè)有反應(yīng)槽及濃縮槽，占地面積較澄清池小。

2.2濃縮減量單元

濃縮減量單元目的是去除水中的溶解性固體，將更高濃度的水送至蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)。目前國(guó)內(nèi)流行的處理設(shè)備有碟管式DTRO膜、管網(wǎng)式AFRO膜、正滲透膜、電離子膜和蒸發(fā)器等。

2.2.1反滲透膜技術(shù)

目前，應(yīng)用于高含鹽廢水處理的反滲透膜主要有普通卷式RO膜、管網(wǎng)式AFRO膜、碟管式DTRO膜、高壓碟管式DTRO膜，幾種常見(jiàn)的反滲透膜參數(shù)比較見(jiàn)表1。


從表1可以看出，高壓碟管式反滲透膜進(jìn)水條件較低，耐高鹽廢水和水回收率均優(yōu)于其他型式的反滲透膜。最終選用何種反滲透膜還需要根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)條件、出水水質(zhì)要求以及膜產(chǎn)品價(jià)格等因素綜合考慮。

2.2.2正滲透膜技術(shù)

正滲透(ForwardOsmosis，F(xiàn)O)是以選擇性分離膜兩側(cè)的滲透壓差為驅(qū)動(dòng)力，溶液中的水分子從高水化學(xué)勢(shì)(原料液)側(cè)通過(guò)選擇性分離膜向低水化學(xué)勢(shì)(汲取液)側(cè)傳遞，而溶質(zhì)分子或離子被阻擋的一種膜分離過(guò)程。

正滲透過(guò)程的驅(qū)動(dòng)力是驅(qū)動(dòng)液與原料液的滲透壓差，系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中只需要維持膜兩側(cè)的錯(cuò)流循環(huán)，所需壓力很低，泵壓力通常在0.35MPa左右，因?yàn)椴恍枰鈮候?qū)動(dòng)，水中的污染物不易在膜表面堆積，水通量可以長(zhǎng)期穩(wěn)定，清洗周期較長(zhǎng)[2]。國(guó)內(nèi)第一套正滲透系統(tǒng)脫硫廢水零排放項(xiàng)目在長(zhǎng)興電廠已經(jīng)運(yùn)行投產(chǎn)。

2.2.3蒸發(fā)器

2.2.3.1低溫多效蒸發(fā)(MultipleEffectDistillation，MED)

低溫多效蒸發(fā)器是由相互串聯(lián)的多個(gè)蒸發(fā)器組成，加熱蒸汽(低溫90℃左右)被引入第一效，用于加熱其中的原水，使原水以比蒸汽低的溫度產(chǎn)生幾乎等量的蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽被引入第二效作為加熱蒸汽，使第二效的原水以比第一效更低的溫度蒸發(fā)。

該過(guò)程一直重復(fù)到最后一效，第一效凝結(jié)水返回?zé)嵩刺?，其他各效凝結(jié)水匯集后作為淡水輸出，在蒸發(fā)出多倍的水的同時(shí)，原水經(jīng)由第一效至最后一效的濃縮，在最后一效達(dá)到過(guò)飽和而結(jié)晶析出。

2.2.3.2熱蒸汽再壓縮(ThermalVaporRecompres?sion，TVR)

熱蒸汽再壓縮采用蒸汽噴射式壓縮機(jī)將二次蒸汽壓縮至更高汽壓的加熱室中，使得蒸汽能夠被再次用于加熱。除蒸發(fā)作用外，熱蒸汽再壓縮機(jī)還可起到節(jié)約蒸汽的作用。此外，還需要一定量的生蒸汽作為盈余蒸汽被轉(zhuǎn)移到冷凝器中，該盈余蒸汽所含的剩余能量與生蒸汽所提供的能量大致相等[3]。

2.2.3.3機(jī)械蒸汽再壓縮(MechanicalVaporRe?compression，MVR)

機(jī)械蒸汽再壓縮是將低溫位的二次蒸汽經(jīng)蒸汽再壓縮機(jī)壓縮，以提高其溫度、壓力和熱焓，再進(jìn)入蒸發(fā)器冷凝供熱，達(dá)到充分利用蒸汽潛熱的目的。這樣既可回收蒸汽潛熱，提高熱效率，又可回收蒸汽冷凝液。MVR蒸發(fā)器除開(kāi)車(chē)啟動(dòng)外，正常運(yùn)行時(shí)整個(gè)蒸發(fā)過(guò)程中無(wú)需生蒸汽[4]。

2.2.4蒸發(fā)器和正滲透工藝比較

依據(jù)常規(guī)脫硫廢水水質(zhì)特點(diǎn)，對(duì)3種蒸發(fā)器和正滲透工藝運(yùn)行能耗及一次性投資進(jìn)行估算，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。


從表2可以看出，3種蒸發(fā)器設(shè)備噸水造價(jià)相當(dāng)，其中MVR蒸發(fā)器運(yùn)行成本最低。正滲透裝置設(shè)備費(fèi)用最高，運(yùn)行成本最高，但隨著正滲透技術(shù)不斷發(fā)展和改進(jìn)，設(shè)備價(jià)格和運(yùn)行費(fèi)用也會(huì)有所調(diào)整。

2.3結(jié)晶+固體廢物處理單元

結(jié)晶+固體廢物處理單元是整個(gè)工藝流程中最后一個(gè)階段，廢水經(jīng)預(yù)處理、濃縮后產(chǎn)生的高濃度廢水，不能夠再濃縮，需將其結(jié)晶、干燥打包外運(yùn)。目前，用于結(jié)晶+固體廢物處理的主要設(shè)備有蒸發(fā)器、結(jié)晶器、濃液循環(huán)泵、壓縮機(jī)、離心機(jī)、干燥器、尾氣吸收塔、冷卻罐、離心機(jī)和干燥機(jī)等。

2.3.1結(jié)晶產(chǎn)物成分

脫硫廢水中鹽的成分主要有陽(yáng)離子(Ca2+、Mg2+、Na+、K+及其他重金屬離子等)、陰離子(Cl-、SO42-、CO32-、NO3-、HCO3-)。經(jīng)預(yù)處理后，脫硫廢水中Ca2+、Mg2+、CO32-、HCO3-等易結(jié)垢的離子被沉淀去除，水中主要鹽分為NaCl、Na2SO4及微量NaNO3、KCl。每種鹽化學(xué)性質(zhì)和各種鹽組分不同決定了結(jié)晶方式和結(jié)晶溫度的不同，據(jù)此選擇不同類型的結(jié)晶器。

2.3.2結(jié)晶產(chǎn)物

(1)結(jié)晶后可以出售的商品鹽即工業(yè)鹽，主要是NaCl結(jié)晶鹽和Na2SO4結(jié)晶鹽。工業(yè)鹽標(biāo)準(zhǔn)參照《GB/T5462—2003工業(yè)鹽》和GB/T6009—2014工業(yè)無(wú)水硫酸鈉》。

(2)結(jié)晶產(chǎn)生的固體雜鹽，如被鑒定為不具有危險(xiǎn)特性的固體廢物，則將其運(yùn)送至儲(chǔ)灰場(chǎng);如固體雜鹽被鑒定為危險(xiǎn)廢物，則必須進(jìn)行安全妥善的處理，將發(fā)生危險(xiǎn)廢物處置費(fèi)用。

3脫硫廢水組合工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

本文參考某電廠2×350MW超臨界空冷機(jī)組工程的數(shù)據(jù)(包括煤質(zhì)、水質(zhì)、標(biāo)煤價(jià)格、水價(jià)、人工費(fèi)用等)，結(jié)合上述各工藝單元的設(shè)備性能和運(yùn)行費(fèi)用的對(duì)比結(jié)果，針對(duì)2種典型的脫硫廢水零排放系統(tǒng)組合工藝的投資費(fèi)用進(jìn)行估算，進(jìn)而分析對(duì)發(fā)電成本的影響。

2種組合工藝流程分別如下。

組合工藝1流程：脫硫廢水→調(diào)節(jié)池→第一級(jí)反應(yīng)池→第一級(jí)澄清池→第二級(jí)反應(yīng)池→第二級(jí)澄清池→產(chǎn)水箱→一級(jí)過(guò)濾器→二級(jí)過(guò)濾器→清水箱→納濾裝置→反滲透裝置→正滲透裝置→結(jié)晶器→打包外運(yùn)。

組合工藝2流程：脫硫廢水→調(diào)節(jié)池→第一級(jí)反應(yīng)池→第一級(jí)澄清池→第二級(jí)反應(yīng)池→第二級(jí)澄清池→產(chǎn)水箱→一級(jí)過(guò)濾器→二級(jí)過(guò)濾器→清水箱→納濾裝置→反滲透裝置→MVR蒸發(fā)器→結(jié)晶器→打包外運(yùn)。

3.1運(yùn)行能耗

根據(jù)組合工藝流程及組成設(shè)備，計(jì)算系統(tǒng)運(yùn)行能耗(蒸汽耗量和耗電量)，再折合標(biāo)煤，計(jì)算出運(yùn)行成本價(jià)格。2種組合工藝各單元設(shè)備運(yùn)行能耗分別見(jiàn)表3和表4。


結(jié)合表3、表4計(jì)算出2種組合工藝的設(shè)備運(yùn)行能耗，參考1t標(biāo)煤產(chǎn)生3000kWh電量或4t蒸汽，標(biāo)煤按350元/t計(jì)，脫硫廢水水量按10t/h計(jì)，全年運(yùn)行5000h，組合工藝1和組合工藝2的運(yùn)行能耗分別為188.2萬(wàn)元/a、142.3萬(wàn)元/a。

3.3 2種組合工藝經(jīng)濟(jì)性分析

綜合表3和表4數(shù)據(jù)對(duì)2種工藝系統(tǒng)投資費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用及發(fā)電成本進(jìn)一步分析，分析結(jié)果見(jiàn)表5。


從表5可以看出，該電廠增加脫硫廢水零排放工藝后，年增加發(fā)電成本數(shù)百萬(wàn)元。

4結(jié)論及建議

本文分析了燃煤電廠濕法脫硫廢水濃縮蒸干零排放工藝。以某2×350MW超臨界空冷機(jī)組為例，該電廠增加脫硫廢水零排放工藝后，每年需要增加數(shù)百萬(wàn)元的發(fā)電成本。燃煤電廠增加廢水零排放系統(tǒng)后，不能完全消除污染物的環(huán)境影響，最終產(chǎn)生的固體廢物仍存在一定的環(huán)境隱患。

目前還沒(méi)有對(duì)其定性是否為危險(xiǎn)固體廢物，一旦界定為危險(xiǎn)固體廢物，就會(huì)發(fā)生較高的處置費(fèi)用。脫硫廢水最終結(jié)晶產(chǎn)物如何處置也會(huì)制約脫硫廢水濃縮蒸干零排放技術(shù)能否得到推廣。

目前電廠實(shí)際面臨的困難是如何經(jīng)濟(jì)有效地處理脫硫廢水，要根據(jù)電廠具體的情況來(lái)確定采用何種處理方案以及脫硫廢水最終是否要蒸干。

建議燃煤電廠在煙氣、廢水、固體廢物治理領(lǐng)域進(jìn)行污染物協(xié)同處理，在治理煙氣的同時(shí)要考慮產(chǎn)生的廢水和固體廢物[5];或是根據(jù)煙氣、廢水、固體廢物對(duì)環(huán)境的影響進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，對(duì)整個(gè)電廠的投資及運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行綜合分析，考慮是否將廢水減量達(dá)標(biāo)排放，而非一味地追求脫硫廢水零排放。