利用烟气余热的脱硫废水闪蒸技术论文_渠慧英1,张铭2

1内蒙古电力勘测设计院有限责任公司 内蒙古自治区呼和浩特 010020；2北方联合电力有限责任公司金桥热电厂 内蒙古自治区呼和浩特 010020

摘要：采用石灰石湿法脱硫的火力发电厂各级各类废水通过梯级利用，终端废水只有脱硫过程产生的废水，该废水水质成分复杂，各类杂质含量高，处理成本较高，目前常用的处理方式有膜法及热法，本文就热法范畴的利用烟气余热的多效闪蒸技术进行论述。

关键词：烟气余热；闪蒸；脱硫废水

1 石灰石湿法脱硫废水特有的水质情况介绍

1.1 pH值

目前我国燃煤发电站烟气脱硫技术使用最多的是湿法石灰石脱硫工艺，其去除机理总的反应式是：SO2+CaCO3+2H2O→CaSO4.2H2O+CO2

其中，最关键的反应是钙离子的形成，石灰石作为反应剂，Ca2+的产生与H+的浓度和CaCO3的存在有关，（而在其他药剂作为反应剂时，比如CaO，Ca2+的产生仅与CaO的存在有关），所以，石灰石系统在运行时pH值较低，美国国家环保局的实验表明，石灰石系统的最佳操作pH值为5.8~6.2。如果采用CaO时，其pH值宜为8。

1.2 化学耗氧量

脱硫吸收塔发生结构的主要原因是CaSO4离子积达到过饱和，为此，需要在吸收塔中保持亚硫酸盐的氧化率在20%以下，其氧化需要在脱硫液循环池中完成。因而，脱硫废水的化学耗氧量与通常的废水不同，形成COD高的因素不是有机物，而是还原态的无机离子。

1.3 其余杂质

悬浮物、含盐量、重金属等根据工艺用水的水质及燃煤的煤质而定。

2 多效闪蒸技术的应用

以内蒙某电厂的设计为例进行说明。

工程用水水源：黄河水；脱硫工艺用水：210t/h，其中30t/h为反渗透浓水及酸碱再生废水，其余水质盐分同黄河水；脱硫废水排放量由脱硫吸收塔内的氯离子浓度及脱硫吸收塔的水平衡控制，废水排放量根据脱硫系统计算为为20t/h。

该项目脱硫废水采用三效闪蒸技术进行浓缩，热源来自尾部烟道的余热，烟气温度为90℃。

2.1设备容量配置

设有2台55%烟道换热器；三效加热闪蒸器，每一效的闪蒸量为30%的脱硫废水量，不设备用；余热真空装置和尾部真空装置分别设置2套，一运一备。

主要设备清单：

2.2 设备布置

设备布置于室内，与脱硫工艺楼合并布置，三层建筑，占地面积为12m×22.5m。

2.3 简要技术经济性分析

计算的外部假设条件

（1）上网电价：228.81元/MWh；

（2）脱硫废水处理系统设计容量按照25t/h计；运行小时数5500h

（3）电厂寿命期按照30年计；

（4）建设期长期贷款年利率按照4.9%计；

（5）折现率按照6%计；

3 利用烟气余热处理脱硫废水的设计要点

3.1烟道换热器的选择

是按照2x55%设置，也就是处理一台机组废水的热源来自本机组，不设备用，若采用备用，换热器的投资较大，同时，增加了烟道阻力而导致能耗增大。

3.2 关于脱气问题

由于石灰石湿法脱硫技术固有的低pH值特性，使得在闪蒸过程中碳酸盐发生反应产生不凝气体，由尾部真空泵排除，排除了碳酸盐硬度结垢的可能。

3.3 关于真空度的选择

三效中每一效闪蒸罐的真空度是不一样，真空度的选取是根据处理废水量、烟气参数、冷却方式及蒸发的效数（或级数）等确定，先设定需要沸点温度及沸点升等值，然后闭环迭代计算，使得系统的能量及热力学参数平衡，即为计算的真空度。

3.4 脱硫废水水质、水量波动时系统的适应性

在脱硫废水水质的关键参数不高于设计值时，对系统没有影响；水量波动通过控制输入的热源（余热真空度）和尾部真空泵的真空度来调节，主要调整余热真空度。

3.5 关于每一效的循环泵作用

一是为了循环冲刷防止晶粒沉积，二是为了提供闪蒸水量的热量，即根据进入闪蒸罐的需要蒸发的水量及温度确定循环水量及其温降，循环水量的温降提供的显热保证闪蒸蒸汽量对应温度的潜热量。

3.6 浓缩后的废液去除

从最后一效排出的浓液根据脱硫废水处理系统的布置情况确定，若与脱硫工艺楼合并布置，可将浓缩废液排入脱硫系统石膏脱水机进行脱水，脱出后的废液继续进入处理系统进行浓缩，固体随石膏外运，由于废水处理过程不加任何药剂，进入石膏脱水系统的杂质成分与石膏成分一致，不影响石膏品质。

3.7 关于热源

对于火力发电厂而言，尾部烟气温度达到85℃即可作为废水加热热源，对于尾部烟气没有其他利用途径时是变废为宝，运行费用仅考虑电耗即可。

4 采用多效闪蒸技术注意的几个问题

（1）不需要对脱硫废水进行预处理，利用脱硫废水存在的硫酸钙作为晶种，即石膏晶种法；石膏晶种法是利用晶种结构与结垢物相同，晶体表面对垢物的亲和力较管道材料壁面大，使盐溶液中析出的硫酸钙分子优先附着在悬浮的硫酸钙晶体上，而足够数量的晶种，提供了极大的晶体表面，使溶液中硫酸钙的过饱和度及时消除，从而避免硫酸钙在壁面上的成核及生长，达到了防结垢的目的。

（2）蒸发器内循环浓盐废水中，晶种量控制是蒸发结晶过程中，防止同种晶型、溶解度小的盐析出附着于换热管（或面）结垢的重要监控指标，需控制好每一效大流量、低扬程的蒸发循环量，使蒸发器里的料液以20%~30%固液比（体积比）进行循环时，由于大量的盐砂在以2m/s的速度通过加热管是起到了冲刷摩擦作用，避免或缓解了硫酸钙在壁面上的沉积。

（3）关于第一效换热器出口温度的控制，根据硫酸钙的特性，硫酸钙垢在不同的温度下存在的形式不同，在82℃以上为无水GaSO4，在50~82℃之间为GaSO4.2H2O.硫酸钙晶体中的结晶水越多，附着壁表面形成垢层的能力越弱，附着能力也较小，较易用机械方法清除，即较容易采用上述大流量循环水量的冲刷作用去除；另外，硫酸钙在盐溶液中，能改变离解度或溶解度，这一效应称为盐效应，废水溶液中存在其他盐类如氯化钠、氯化镁等，而使硫酸钙的溶解度增大，也能使硫酸钙析出量减少，下图为氯化钠溶液对硫酸钙溶解度的影响。

参考文献：

[1]《大气污染控制工程》 郝吉明 马广大

[2]《工程热力学》 王加璇

[3]《发电厂化学设计规范》（DL5068-2014）

作者简介：

渠慧英 1975.09.16 女 高级工程师 内蒙古工业大学电力学院 专业：热能动力工程 从事水处理专业设计二十余年 单位：内蒙古电力勘测设计院有限责任公司；

张铭 1975.4.20 男 高级工程师 专业：火电厂集控运行 从事火电厂生产、科技、环境保护等管理工作 单位：北方联合电力有限责任公司呼和浩特金桥热电厂。

论文作者:渠慧英1,张铭2

论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期

论文发表时间:2020/5/7