燃煤電廠水處理及脫硫廢水零排放技術分析

杜夢 邵楠 姜益善

(國電環境保護研究院，江蘇南京 210031)

我國燃煤發電排放的大氣污染物主要包括二氧化硫、氮氧化物和煙塵，隨著火電廠大氣污染物排放標準的不斷嚴格，已經實現了有效控制［1，2］。我國燃煤電廠脫硫二氧化硫主要是采用石灰石濕法脫硫，在實際運行中脫硫廢水已經成為廢水處理當中最復雜、難度最大的一類［3］。隨著環保形勢的日益嚴格，以及《國務院關于印發水污染防治行動計劃的通知》(國發［2015］17號)的發布與執行，燃煤電廠脫硫廢水零排放也逐漸成為關注重點［4］。本文重點分析了燃煤電廠脫硫廢水零排放的相關可行技術，在此基礎上提出進一步優化完善脫硫廢水處理的技術措施。

1 燃煤電廠廢水處理技術分類

燃煤電廠廢水種類較多，來源不一樣，成分不一樣，去向和處理方法均不一樣，所以應采用集中處理和分類處理互相融合的方式。

1)鍋爐停爐保護和化學清洗廢水(含有機清洗劑)處理。

鍋爐化學清洗方式較多，用檸檬酸或EDTA進行鍋爐酸洗產生的廢液中殘余清洗劑量很高。上述鍋爐酸洗廢水水質特點是COD，SS含量較高。為降低過高的COD，在常規混凝澄清處理、pH調整等工藝之前應增加氧化處理環節，以分解廢水中的有機物。

2)空氣預熱器、省煤器和鍋爐煙氣側等設備沖洗排水處理。

該類廢水為燃煤鍋爐非經常性排水，由于其含有較高的懸浮物和含鐵量，不能直接混入日常排水系統處理。通常采用化學沉淀法進行處理，也可采用氧化、化學沉淀法，即首先進行曝氣氧化，再進行中和、混凝澄清等處理。

3)化學水處理工藝廢水處理。

燃煤電廠化學水處理根據處理工藝的不同，會產生不同的酸堿廢水或濃鹽水。

酸堿廢水多采用中和處理，即采用加酸或堿調節pH值至6～9之間，出水直接排放或回用。該工藝系統一般由中和池、酸儲槽、堿儲槽、在線pH計、中和水泵和空氣攪拌系統等組成，運行方式大多為批量中和。

采用反滲透預脫鹽的處理工藝，一方面排水量較大，一方面水質沒有超標項目，主要是含鹽量較高，可直接利用或排放，必要時可進行脫鹽處理。

4)沖灰廢水處理。

采用水力除灰方式會產生沖灰廢水。燃煤電廠沖灰廢水主要是pH值和含鹽量較高，有時候懸浮物也較高。只要保證水在灰場有足夠的停留時間，并采取措施攔截“漂珠”，懸浮物大多可滿足排放要求。pH值則需要通過加酸，使pH值降至6～9范圍內。

沖灰廢水一般采用物理沉淀法處理后循環使用。處理過程中需添加阻垢劑，防止回水系統結垢。

5)含油廢水處理。

含油廢水處理通常采用氣浮法進行油水分離，出水經過濾或吸附后回用或排放;也可采用活性炭吸附法、電磁吸附法、膜過濾法、生物氧化法等除油方法。

6)脫硫廢水處理。

燃煤電廠脫硫廢水一般是酸性較強、懸浮物濃度高、COD高等。一般是通過加石灰漿對脫硫廢水進行中和、沉淀進行處理，然后經絮凝、澄清、濃縮等步驟處理后，清水回收利用，沉降物脫硫廢水污泥經脫水后運出處置。

7)氨區廢水處理。

氨區廢水包括液氨貯存或氨水貯存區卸氨后設備及管道中氨氣、事故或長期停機狀態下氨罐及管道中氨氣排至吸收槽用水稀釋產生的廢水、氨泄漏時稀釋廢水、夏季氣溫較高時對液氨儲罐進行冷卻產生的廢水等。氨區廢水水質特點是氨氮較高、pH值稍高，且不連續產生。一般將氨區廢水送入廠區酸堿廢水處理系統進行中和處理后回用。

2 脫硫廢水零排放技術

2.1 脫硫廢水零排放處理原則

1)燃煤電廠除脫硫廢水外，各類廢水經處理后基本能實現“一水多用，梯級利用”、廢水不外排，因此，脫硫廢水零排放是燃煤電廠實現全廠近零排放的重點和關鍵。

2)燃煤電廠脫硫廢水特點之一就是預處理后含鹽量高。目前脫硫廢水零排放技術主要包括煙氣余熱噴霧蒸發干燥、高鹽廢水蒸發結晶等。

3)蒸發干燥或蒸發結晶前，宜采用反滲透、電滲析等膜濃縮預處理工藝減少廢水量。

4)電廠應加強全廠水務管理，經濟合理地處理各種廢水，最大限度地提高廢水回用率。

2.2 脫硫廢水零排放技術

蒸發結晶技術是通過一系列方法將廢水濃縮，濃縮液蒸發結晶，蒸汽經冷凝回收，而鹽結晶干燥成工業鹽，從而達到廢水零排放的目的［5］。目前，廢水蒸發結晶技術主要有以下 2 種［6，7］:

1)多效蒸發技術。常規蒸發結晶技術為多效蒸發(MED)結晶技術，該技術一般分為熱輸入單元、熱回收單元、結晶單元和附屬系統單位4個單元。常規處理后的廢水經過多級蒸發室的加熱濃縮后成為鹽漿，鹽漿經離心、干燥后成為工業鹽運輸出廠出售或掩埋。2009年，廣東河源電廠應用該技術建成了脫硫廢水零排放工程，設計處理量為20m3/h，蒸發系統出水TDS小于30mg/L，回用于電廠循環冷卻水，產生的固體結晶鹽達到二級工業鹽標準，以每噸約80元的價格出售，雖然該技術較為成熟，但極高的能耗還是限制了其發展和推廣。

2)機械蒸汽再壓縮技術。為減小能耗，科研人員又研發出采用機械蒸汽再壓縮(MVR或MVC)技術的蒸發器。MVR(MVC)技術是將二次蒸汽經絕熱壓縮后送入加熱室，壓縮后的蒸汽溫度升高，可重新作為熱源使用，從而大大降低了蒸汽用量，降低了能耗。三水恒益電廠從美國引進了國內第一套MVR(MVC)技術設備，該技術采用兩級臥式MVC+兩級臥式MED工藝，設計處理量為20 m3/h，用于處理樹脂再生廢水和脫硫廢水。采用的蒸發器是臥式噴淋水平管薄膜蒸發器，水平設置，廢水走管外，加熱蒸汽走管內，液體經噴嘴噴淋到換熱器管的外部形成薄膜，經加熱后產生蒸汽，產生的濃縮液進入結晶系統處理。該技術在能耗上相對較低，但在實際運行過程中發現，一方面，因為沒有深度預處理系統，產品為復雜混合鹽，只能作為危險固體廢棄物進行處理，成本極高;另一方面，進水未經充分軟化，結垢嚴重，除垢清洗頻繁，同樣增加了成本。經過國外公司的改良，采用立式降膜蒸發器可以有效解決臥式蒸發器結垢嚴重和能耗較大的問題，該技術已經應用于多個廢水零排放建設工程。

2.3 脫硫廢水零排放技術發展

脫硫廢水零排放處理技術主要包括蒸發結晶法和煙道蒸發法，這兩種工藝各有優勢和不足，具體工藝選擇還需要依據具體水質條件等綜合因素進行具體確定［8，9］。

在下一步燃煤電廠脫硫廢水零排放技術發展中，一方面需要關注對于重金屬的去除，尤其是吸附法脫除;一方面是對脫硫廢水零排放技術的多元化發展進行研究與開發，以及水資源回收與利用。在蒸發結晶處理方面，為了降低運行成本，建議將廢水減量化處理后，再進行蒸發結晶處理，同時結合具體水質情況，選擇開發相應的預處理工藝，并注重開發脫硫廢水濃水或結晶鹽的資源化利用技術，最終實現循環經濟。在煙道蒸發處理方面，應重點關注脫硫廢水進入煙道后對大氣污染區的達標排放和對于環保設施的腐蝕等影響，以及對布袋除塵器的影響研究，尤其注重對粉煤灰綜合利用和煙氣中氯排放的影響研究。

3 脫硫廢水優化措施

3.1 控制來煤、來水、來粉氯離子含量

脫硫系統中氯離子含量的富集來源來自煤、工藝水、石灰石粉，要從源頭進行控制。吸收塔漿液氯離子含量的控制標準為5 000 mg/L～10 000 mg/L。據有關資料顯示脫硫廢水一天不排放，吸收塔漿液氯離子含量以500 mg/L的速度遞增。

3.2 控制脫硫廢水含固率

石膏旋流站、廢水旋流站旋流子需定期經常進行檢查、清理、更換，真空皮帶脫水機運行正常，下部保持干凈，避免過多的泥漿進入回收水箱增加廢水原水含固率。根據調試情況，廢水旋流站存在底流易堵塞致使廢水來水含固量偏高，造成廢水設備損壞，故廢水來水含固量應確保低于設計要求3.6%。

3.3 控制脫硫廢水排放量

脫硫廢水排放量按15 kg/(MW·h)～20 kg/(MW·h)控制。300 MW每臺機組控制每小時4.5 t/h～6 t/h，600 MW每臺機組控制每小時9 t/h～12 t/h，1 000MW每臺機組控制每小時15 t/h～20 t/h。