摘要：我国能源结构以煤炭为主，2014年燃煤发电量占全国总发电量的75.2%。烟气是空气中SO2和粉尘的重要来源，引发了雾霾等环境问题。目前国内常用的烟气脱硫技术主要有石灰石－石膏法、氨法、海水法、烟气循环流化床法等，石灰石－石膏湿法烟气脱硫技术具有脱硫效率高、适应性强等优点。基于此，本文主要对燃煤电厂烟气脱硫废水处理方法与技术进展进行了简要的分析，希望可以为相关的工作人员提供一定的参考。
关键词：燃煤电厂；烟气脱硫；废水处理；方法与技术
引言
燃煤电厂锅炉烟气必须要进行脱硫处理，确保其满足燃煤电厂大气污染物排放标准。为避免脱硫设备被腐蚀，需排除一定量的脱硫废水，处理工艺理工艺，对设备投资费用以及燃煤电厂经济效益有着直接的影响，因而必须做好对燃煤电厂锅炉烟气脱硫废水处理工艺的研究。
1烟气脱硫废水处理系统的设计概述
用水量和排水量在火力发电厂的运行中占据了很大比重，要从根本上缓解水资源短缺和火力发电厂快速发展的矛盾，使燃煤电厂得到长足健康发展，就要想办法最大程度提升废水的利用率。要解决此问题，可从加强火力发电厂的管理和发展引进有效的废水处理工艺两个方面着手，本文重要探讨从废水处理工艺方面入手解决这个问题。
烟气脱硫处理技术在火力发电厂的废水处理中占据着重要位置，将其与火力发电厂的发展运作结合应用代表着相关科学技术手段的水平提升，也意味着企业的环境保护意识越来越明显。在实际应用中，要结合火力发电厂的运作情况对烟气脱硫废水处理系统进行针对性设计，并对设计过程中存在的问题细化分解，与当前的先进技术融合，以保证处理系统的完善。
废料处理的传送过程是整个废水处理系统的重要一环，如果操作不当，沉淀、中和后的废物废料在集中向处理系统传送的过程中极易发生遗漏，给废水处理系统带来损害。
烟气脱硫废水处理系统在设计时可与火力发电产生的污泥进行综合应用。火力发电使用的水质有区别，则悬浮物的含量也有所区别，若是废水中的悬浮物含量较高，在烟气脱硫废水处理时就要使用容积大、处理能力强的机组来进行处理，这种情况下，污泥的产生量相对来说也较高，为合理掌控系统运作，可提前根据工程的各项参数对污泥排放量进行合理计算。在国外，使用特定药物对废料进行中和是烟气脱硫废水处理经常采用的方法，但国内还未对类似药物进行研究，因此在设计烟气脱硫废水处理系统时需要预留药物处理功能，方便国内药物中和技术发展成功后可添加使用。
2脱硫废水的特点
燃煤中含有多种元素，在炉膛内高温燃烧后会生产多种不同的化合物，包括重金属元素，除一部分随炉渣排除外，将随烟气进入脱硫吸收塔内，在烟气和石灰石浆液的接触过程中溶解于脱硫浆液中，并在脱硫浆液循环使用过程中富集。脱硫废水的水质受到工艺系统、烟气成分及吸附剂等多种因素的影响，各电厂差异较大，不存在典型的脱硫废水水质。根据脱硫废水的水质分析，脱硫废水中主要的超标项目是悬浮物、pH值、重金属离子等，其中：（1）pH值一般在6.0左右，略高于吸收塔浆液pH值，呈弱酸性。（2）悬浮物主要为粉尘及脱硫产物等。（3）重金属离子浓度的超标为首要控制对象，其主要来源为燃煤和脱硫剂，目前的除尘设备对小于5μm的颗粒脱除效率很低，尤其是静电除尘器对0.1-0.5μm的细颗粒脱除效率极低，而这些细颗粒上富集金属的能力远高于粗颗粒物，最终在烟气与浆液接触过程中溶解到浆液中。
3脱硫废水传统处理工艺
脱硫废水的传统处理工艺主要有煤场喷洒、化学沉淀法等。由于脱硫废水成分复杂，用于煤场喷洒后氯等杂质将进入煤粉中，在煤燃烧后大部分将重新进入烟气，多次循环后将打破原有的氯平衡，导致系统无法运行。化学沉淀法是目前使用最广的脱硫废水处理工艺，主要包括废水处理、化学加药和污泥脱水系统。废水处理系统包括中和、沉淀、混凝和最终中和等操作单元。但目前化学沉淀法仍存在诸多不足：1）脱硫废水水质波动大，难以将加药量控制在合理范围；2）运行费用高，产生大量化学污泥；3）无法去除高浓度Cl－等可溶性离子，对Se、Hg的去除效果较差，如果直接排放会严重危害生态系统。
近年来，为解决传统处理工艺中存在的问题，有关学者开展了脱硫废水的深度处理研究。Huang等应用混合零价铁技术（hZVI）去除脱硫废水中Se、Hg等污染物，去除率均在99%以上，出水污染物含量达标，运行费用较低。Enoch等通过污染物氢氧化物与硫化物共沉淀的方式去除脱硫废水中的As、Cd、Cr、Cu、Hg、Se等有害物质，采用错流微滤的方式进行固液分离，去除率较高，通过反冲洗、化学清洗等方式可解决膜结垢的问题。
4脱硫废水零排放技术
4.1低温烟道蒸发技术
低温烟道蒸发是指将脱硫废水雾化喷射于空预器和电除尘器之间的烟道内，利用低温烟气余热将水分蒸发的技术，其产生的结晶盐和固体杂质随烟气进入电除尘器被捕捉。由于空预器和电除尘器之间烟气的温度一般仅有110-125℃（少数机组可能达到更高），废水的蒸发速度较慢。然而，受蒸发空间的限制，水分需要在1.5秒左右完成蒸发，因此往往需要对废水先进行浓缩减量，降低其相变的热量需求。常规的浓缩减量方法有膜法和热浓缩法等，如反渗透RO膜、常温常压蒸发器等。
典型的低温烟道蒸发技术一般可分为预处理、浓缩减量和烟道蒸发三个步骤。脱硫废水首先经过软化、沉淀等预处理系统去除硬度和沉淀物等；其次进入浓缩减量系统进行分离，产生的清水回收利用，浓水输送至烟道蒸发系统；最后，浓水经雾化喷嘴喷入空预器和电除尘器之间的烟道内完成蒸发。该技术的优点是采用空预器后的低温烟气为废水蒸发热源，不会影响到机组煤耗。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆同时也具有一定的缺陷：
1）运行风险大。空预器和电除尘器之间烟气的温度较低，当烟气携带的热能不足以在既定时间内将废水蒸发时，容易引起烟道结垢、积灰、堵塞和腐蚀等问题，严重时会影响后续电除尘器等设备的安全运行。此外，目前国内火电机组长期处于低负荷运行状态，其空预器和电除尘器之间烟气的温度往往只能达到90110℃左右，系统存在很大的运行风险。例如某350MW机组投运了低温烟道蒸发系统，但运行效果不良，烟道结垢、积灰和堵塞现象非常严重，后不得不改用高温烟气蒸发废水。2）需预处理和浓缩，成本高。由于烟气温度较低，该技术往往需要在蒸发之前对废水进行预处理和浓缩减量，需要设置相应的系统和设备，不仅增加了工艺流程的复杂性，更增大了投资和运行成本。3）安装空间受限。不少机组在空预器和电除尘器之间已进行低温省煤器改造或MGGH改造，导致该废水烟道蒸发系统无足够布置空间。
4.2高温旁路烟道蒸发
预热器前的部分热烟气被引到一个单独的喷雾干燥塔中。脱硫废水经固液分离后，废水通过水泵输送到塔上端的双流式喷嘴，然后被雾化喷洒在塔内部。热烟气把雾化的水滴蒸发，剩余固体和飞灰随着这部分烟气回到主烟道，然后和主烟道的飞灰一起被除尘装置收集。
优势：投资、运行费用低，无需其他热源，远低于独立热源蒸发技术；脱硫废水蒸发水分进入脱硫塔，降低脱硫工艺水耗；无需单独处置固体盐。
局限：不能完全利用全部烟气的废热，而是需要预热器前的部分有价值的热量；喷雾蒸发过程中的结垢、堵塞烟道及对电除尘的影响等问题有待验证。
4.3蒸发结晶技术
脱硫废水蒸发结晶零排放技术是将预处理后的脱硫废水，经蒸发系统处理后产生水蒸气和浓缩液，水蒸气冷凝后回用，浓缩液进入结晶系统形成干燥的结晶盐固体，从而实现脱硫废水零排放。佛山恒益电厂采用卧式薄膜喷淋MVC蒸发系统结合结晶系统工艺对脱硫废水进行零排放处理，预处理后的脱硫废水在卧式MVC（机械蒸汽再压缩）与双效MED蒸发系统中蒸发浓缩，在卧式圆盘结晶器和立式圆盘干燥器中进行结晶、干燥，最终形成含水率＜1%的结晶盐，水蒸气冷凝为蒸馏水后回用。
脱硫废水富含钙、镁等结垢离子，蒸发过程中易结垢，需软化处理或者添加阻垢剂，成本较高；且脱硫废水成分复杂、水质波动大，最终产生的结晶盐纯度不高，往往难以资源化利用，只能进行填埋。因此，如何降低运行费用，实现混盐的分离、提纯与资源化利用是该技术的研究热点和难点。吴志勇等采用芒硝－石灰－烟道气法对脱硫废水进行软化预处理，采用三效混流强制循环蒸发结晶系统实现了NaCl和Na2SO4的分离，结晶Na2SO4可回用于软化过程，NaCl卤液可作为氯碱工业的原料。
4.4脱硫废水回用于灰渣水系统
（1）目前很多电厂将脱硫废水经常规方法处理后回用或直接回用于灰渣水闭式循环系统。对于水力除渣或湿排渣的燃煤电厂，可将脱硫废水作为补给水引入除渣系统。燃煤电厂高温炉渣中含有大量碱性氧化物组分，炉渣溶出液pH值约为12，且为多孔结构，比表面积大，吸附特性良好。脱硫废水呈中性偏酸性，将脱硫废水引入湿排渣系统，能调节渣水pH值，减少渣水系统腐蚀；强碱性渣水可沉淀废水中重金属离子，炉渣可吸附废水中悬浮物及金属氢氧化物沉淀，利用炉渣废热还可实现脱硫废水在除渣系统里蒸发、结晶，结晶盐可随炉渣一起运出厂外。（2）此法所带来的系统结垢、高氯离子脱硫废水对水力除渣系统设备管道的腐蚀问题不容忽视。捞渣机腐蚀以及重金属氢氧化物在炉渣中是否稳定，易溶结晶盐的溶出是否会影响炉渣的再利用等问题是利用炉渣废热综合处理脱硫废水需要解决的。
4.5脱硫废水资源化技术
膜分离具有高效、节能、易操作等优点，是废水处理的有效方法。张净瑞等采用高效多维极相电絮凝+双碱法对脱硫废水进行预处理，利用微滤+反渗透双膜法对废水进行减量化处理，减量过程产生的浓缩液可结合烟道蒸发和蒸发结晶技术实现零排放。庞胜林等采用纳滤膜分离工艺，对预处理后的脱硫废水中盐分进行分离回收，现场中试结果表明纳滤膜对Ca2+、Mg2+、SO2－4等的截留率均在98%以上，实现了二价离子与Na+、Cl－等一价离子的分离。孟国友等针对预处理后的脱硫废水开发了均相电驱动膜技术，处理后可得到含盐量低于0.3%的出水，可直接回用于脱硫塔。除此之外，电渗析、膜蒸馏技术亦可应用于废水的浓缩与淡化，实现水资源的重复利用。国内亦有将正渗透技术用于脱硫废水处理的实例，该技术通过高浓度汲取液产生的高渗透压，促使脱硫废水中的水分通过半透膜进入汲取液，稀释后的汲取液通过加热装置分解、挥发溶质以回收水资源，溶质回收后重复使用，而脱硫废水浓缩液可使用蒸发结晶工艺回收其中的盐分。
结束语
本文对火力发电厂的烟气脱硫废水处理工艺进行了概括论述，为燃煤电厂的废水处理工艺提升和环境保护提供了研究依据，希望有关部门和企业持续关注并采取措施进一步优化废水处理技术，为火电厂和环境和谐发展做出应有贡献。
参考文献：
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论文作者:高贵琴
论文发表刊物:《电力设备》2017年第35期
论文发表时间:2018/5/14
标签：废水论文; 烟气论文; 废水处理论文; 系统论文; 电厂论文; 结晶论文; 技术论文; 《电力设备》2017年第35期论文;