燃煤电厂脱硫废水零排放技术分析进展.docx

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1、燃煤电厂脱硫废水零排放技术分析进展通过对脱硫废水零排放技术的分析与总结，将脱硫废水零排放处理过程归纳分为预处理、浓缩减量和蒸发固化三段;介绍了每段的主要目的及其技术方法；分析了不同技术的原理与优缺点；展望了脱硫废水零排放处理技术的发展趋势，认为高温旁路烟气蒸发在蒸发固化中具有较强优势，在此根底上探寻新型预处理技术、提高废水及其所含高浓缩盐的回收率、进一步降低脱硫废水零排放的投资与运行成本，将是今后研究的重点。:脱硫废水；零排放；膜法浓缩；蒸发固化20*年4月，国务院发布水污染防治行动计划（简称“水十条”），对各类水体污染的治理提出了更为严格的要求；同时，国家“十三五”规划进一步严控水资源使用，

2、要求工业生产尽可能回收和循环使用生产过程产生的废水。为了符合相关法律法规和相关产业政策，燃煤电厂废水零排放势在必行。然而，传统的脱硫废水处理技术不能满足电厂零排放要求，探索有效且经济的脱硫废水零排放技术迫在眉睫。1脱硫废水处理现状根据废水来源，燃煤电厂废水一般包括生活污水、循环水排污水、脱硫废水和各种再生废水等。当石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统运行时，吸收剂在循环使用过程中盐分和悬浮物等杂质浓度越来越高，为使杂质浓度不超过设计上限，当其浓度到达一定值后需从系统中排出部分废水，排出的这部分废水称为脱硫废水。燃煤电厂脱硫废水具有如下水质特性：1）呈酸性，pH在4.56.5之间；2）含盐量高，且浓度变

3、化范围极广，一般在2050g1;3）硬度（钙镁离子浓度）高，构造风险高；4）悬浮物高，一般在2060g1;5）成分复杂，水质波动大；6）氯离子含量高，腐蚀性强且回用困难。脱硫废水因这些特性成为燃煤电厂最复杂和最难处理的一股废水，是实现燃煤电厂废水零排放的关键。传统脱硫废水处理方法包括灰场处置、煤场喷洒、灰渣闭式循环系统及三联箱法等。灰场处置、煤场喷洒、灰渣闭式循环系统所需水量较少，且会造成系统设备的腐蚀，对电厂的安全运行造成隐患；三联箱法经过简单中和、絮凝和沉淀澄清后，虽可有效去除悬浮固体、重金属离子和F-等污染物，但该工艺难以有效去除Na+、C1-.S042-、Ca2+和Mg2+等离子，出水

4、含盐量仍很高，回用困难。脱硫废水水质复杂，要到达零排放的目的，就要根据不同污染物的特征，开展分段处理。脱硫废水零排放处理过程分为3段：预处理、浓缩减量和蒸发固化。2脱硫废水的预处理脱硫废水预处理是实现脱硫废水零排放的根底，主要是对废水开展软化处理，去除废水中过高的钙镁硬度，防止后续处理系统频繁出现污堵、结垢等现象；同时去除废水中的悬浮物、重金属和硫酸根等离子。常用于脱硫废水的预处理工艺是：化学沉淀一混凝沉淀一过滤。2.1化学沉淀化学沉淀是通过投加化学药剂使水中的钙、镁离子形成沉淀而被去除，从而使废水得到软化。该法可有效去除钙、镁和硫酸根等离子，技术成熟，但污泥量大。根据采用的药剂不同，常用的方

5、法有石灰-碳酸钠法、氢氧化钠-碳酸钠法。两者均有较好的软化效果；后者相比于前者，投加量少，对Ca2+、Mg2+去除率更高，但S042-去除率偏低。此外，还可利用脱硫后烟道气中的C02去除废水中钙离子，成本较低，但运行不稳定，目前还未见有工程实例。2. 2混凝沉淀化学沉淀后的废水含有大量胶体和悬浮物，通过投加混凝剂，混凝沉淀使其形成絮凝体，经沉淀过程发生固液分离而从水中去除。混凝沉淀尽管可有效去除水中大部分悬浮物,但出水仍含有部分细微悬浮物，且处理效果不稳定，易受水质波动的影响。常用的混凝剂有聚合氯化铝和聚硅酸铁，后者在脱硫废水处理中的效果优于前者。2.3过滤为进一步降低废水的浊度，确保后续系统

6、进水水质，混凝沉淀常常需与过滤单元联用。常用的过滤技术有：多介质过滤、微滤、超滤、纳滤等。其中，内压错流式管式微滤，膜管内料液流速高，前处理无需投加高分子絮凝剂，甚至无需沉淀池，自动化程度高，运行稳定，适用于高固体含量废水的处理，因而在脱硫废水预处理中具有一定的技术优势。此外，纳滤可实现不同价盐的分离，实现脱硫废水的资源回收，如华能玉环电厂用纳滤纯化的NaC1溶液制备了NaC1O等药剂。由于脱硫废水水质复杂多变，实际工程需根据水质特性及后处理系统的要求来选择适宜的预处理方法。如软化处理时，废水Ca2+、Mg2+含量高而S042-含量低时，宜采用氢氧化钠-碳酸钠法；Ca2+、Mg2+和S042-

7、含量都偏高时，宜选用石灰-碳酸钠法；此外，为分别回收不同价态的盐，则需增设纳滤将单价与多价离子分离。3脱硫废水的浓缩减量浓缩减量主要通过热浓缩或膜浓缩等技术，使预处理后的脱硫废水得到浓缩，废水量得到降低。这不仅可回收水资源，更重要的是减少了后续蒸发固化的处理量，从而降低蒸发固化的处理成本，是实现脱硫废水零排放的保障。3. 1热浓缩利用蒸发器将废水浓缩至可结晶固化程度，常用的技术主要有：多效蒸发(MED)和机械蒸汽再压缩(MVR)。3. 1.IMEDMED是废水被蒸发系统余热预热后，依次进入一效或多效蒸发器开展蒸发浓缩；最末效浓盐水经增稠器和离心机开展固液分离，分离出的液体回到系统再循环处理。多

8、效蒸发是前一级蒸发器产生的二次蒸汽作为后一级蒸发器的热源,将蒸汽热能多次利用，故而热能利用率较高。*某电厂2*600MV机组零排放系统，采用四效强制循环蒸发器和结晶系统，系统处理量为22m3h,其中脱硫废水18m3h,处理系统投资高达9750万元，其中蒸发结晶系统投资为7000万yeo3. 1.2MVRMVR是将蒸发器排出的二次蒸汽通过压缩机经绝热压缩后送入蒸发器的加热室；二次蒸汽经压缩后温度升高，在加热室内冷凝释放热量，而料液吸收热量后沸腾汽化再产生二次蒸汽经分离后进入压缩机，循环往复，蒸汽得到充分利用。MVR浓缩液总悬浮固体(TDS)可达250g1,电耗高达2046.34kWhm3废水。M

9、VR相对于MED,具有占地面积小、运行成本较低、效率高的优势，更适用于零排放蒸发器。但若物料沸点超过蒸气压缩机设计要求，MVR便不适于该物料蒸发浓缩结晶的要求，须选MED或二者联用。某省*市某电厂的2*600MV机组脱硫废水零排放处理采用了“两级卧式MVR蒸发器+两效卧式MED+结晶+盐干燥系统”，处理量为20m3h;为防止浓盐水腐蚀设备MVR和MED需使用特殊不锈钢或钛材料，投资成本高昂，蒸发结晶系统投资4600万元(不含土建、安装费用)。3.2膜浓缩目前，膜分离技术广泛用于火电厂脱硫废水的浓缩研究,以减少蒸发固化的处理量，而使零排放技术更经济可行。用于脱硫废水膜浓缩的膜分离技术有：反渗透(

10、R0)、正渗透(FO).电渗析(ED)和膜蒸俺(MD)o3. 2.IRORO过程能耗较低、适用性强、应用范围广，已广泛用于脱硫废水处理。然而，RO易发生膜污染与结垢。为防止RO膜污染与结垢，可采用超频震荡膜技术或高效RO工艺，但这需更强的预处理和更高pH,会提高运行成本；此外，即使采用震荡膜技术，经RO浓缩的浓水TDS只能到达90g1,其TDS质量浓度远低于可实现结晶固化的250g1水平，故单凭RO不能将盐水浓缩至可结晶固化水平。4. 2.2EDED因耐受钙镁结垢能力较低，工程应用常用采用倒电极的方法减少ED的膜污染，该工艺称为倒极式电渗析(EDR)o与RO相比，ED和EDR所需预处理较少，且

11、对含硅废水的耐受性较强。此外，ED和EDR能将盐水浓缩至120g1以上，甚至到达200g1的水平，通常电耗介于715kWhm3废水。为防止浓差极化,如1oganathan等报道EDR的淡水P(TDS)10g1,或使直接回用受限，但ED和EDR所产的淡水可以耦合其它方法加以回用。5. 2.3F0Fo属自发过程，但是汲取液的再生需额外能量。*长兴某电厂2*600MV机组是首个采用正渗透方法处理脱硫废水的工程案例，系统处理水量为22m3h,其中脱硫废水18m3h,经FO浓缩后的TDS可高达220g1以上；同时，将FO产水与汲取液回收系统相结合，再经RO进一步除盐后，最终产水可回用于锅炉补给水。但是，

12、汲取液的再生复杂，整个工艺路线长，系统复杂，投资成本高。6. 2.4MD非挥发溶质水溶液的MD,仅水蒸汽能透过膜。MD可以利用火力发电厂丰富的低品质废热，且能近100%地截留非挥发性溶质。溶质若易结晶，则能被浓缩至过饱和而产生结晶。MD能耗与操作方式息息相关，实际应用中，直接接触式膜蒸福海水淡化的能耗可达4045kWhm3产水。但是，由于火力发电厂丰富的低品质热源，热驱动的MD不能与电驱动技术直接比较能耗。此外，目前尚缺少性能可靠，能够长时间稳定运行的商业化蒸储膜。上述4种膜浓缩技术比照如下表1所示。其中，普通RO浓缩能够到达的含盐量有限，需要与FO、ED、MD进一步组合或增设蒸发器开展再浓缩

13、；Fo虽有工程实例，但工艺路线复杂，成本高；ED技术电厂低品废热优点，在脱硫废水零排放领域具有潜在应用前景，但仍缺少适于工业化稳定运行的蒸用膜材料。4种膜浓缩技术都需要软化，抗污染能力一般MDF0EDR0o表1膜浓缩技术比照4脱硫废水的蒸发固化蒸发固化可通过蒸发塘、结晶器和烟道处理法等技术蒸发浓缩后的脱硫废水，使废水中的水分汽化，废水中的杂质固化成结晶盐后外排处置，从而到达废水零排放的目的，是脱硫废水零排放的核心。7. 1蒸发塘蒸发塘(EP)属自然蒸发。目前EP多采用机械雾化蒸发器，可大幅度增加蒸发的速度，一样的水塘面积。雾化蒸发的速度是普通蒸发塘的14倍以上,极大地降低蒸发面积。EP-雾化蒸

14、发技术处理废水电耗约为4kWhm3废水。由于EP蒸发速度偏慢，且运行不当会造成环境污染，因此相关法规禁止没有设置前端污水处理的蒸发塘。8. 2结晶器脱硫废水处理中，结晶过程即溶液过饱和形成晶核，晶核长成晶体与母液分离。结晶系统常包括结晶器、强制循环泵、离心机、干燥器、打包机等。实际工程中，结晶常与蒸发联用，涉及的技术也主要是MVR和MED。其中，MVR系统是一种应用广泛的结晶工艺，工艺成熟，耗电量约为5080kWhm3废水。*某电厂脱硫废水经四效强制循环蒸发结晶罐产生能到达工业盐标准的结晶盐，但其占地面积大、基建费用高昂、运行能耗高。结晶方式分为加晶种和不加晶种。一般,结晶设备产生的结晶盐大多

15、属杂盐，无法回用。不过，可据Na2S04和NaC1的溶解度随温度的变化不在其他领域应用相对成熟，但目前还未见报道用于脱硫废水处理的工程实例；MD因其具有可利用火同，控制结晶器不同效的条件而实现NaC1和Na2S04的分离。9. 3烟道蒸发烟道蒸发按其蒸发位置的不同，可分为直喷烟道余热蒸发和高温旁路烟气蒸发。直喷烟道余热蒸发原理为：在锅炉尾部空气预热器与除尘器之间的烟道内设置喷嘴，将预处理浓缩后的废水雾化；雾化液滴在高温烟气作用下快速蒸发,随烟气排出，而废水中的杂质则进入除尘系统随粉煤灰一起外排，从而到达零排放的目的。*某电厂初期采用该法，运行情况说明，该工艺投资和运行成本较低。然而，低低温电除

16、尘技术的普及，使得直喷烟道余热蒸发可利用的有效烟道长度减小，狭窄的空间限制了蒸发的水量。高温旁路烟气蒸发原理为：在高温旁路烟气蒸发器内，预处理浓缩后的脱硫废水被输送至高效雾化喷头，经雾化生成的微小液滴被从主烟道（SCR后，空预器前）引入的高温烟气所蒸发；雾化液滴中所含有的盐类物质在蒸发过程中持续析出，并附着在烟气中的粉尘颗粒上经旁路烟道出口进入除尘器，被除尘器捕集；蒸发后的水蒸气随烟气进入脱硫塔,在脱硫塔被冷凝后间接补充脱硫工艺用水，从而实现脱硫废水零排放。该方法已经成功用于*万方电厂。脱硫废水高温旁路烟气蒸发系统构造简单，烟气流量流速可以控制，保障了液滴的完全高效蒸发；相关设备还可单独隔离与拆卸，建设简单，且利于系统后续的运行维护，对主烟道的影响较小。综上所述，各种蒸发固化技术中，蒸发塘占