摘要

隨著我國環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，對火電廠提出了全廠廢水零排放的要求，其最大的困難就在于脫硫廢水高效低成本無害化處理。鄂州電廠在一期工程2×330MW機組上創(chuàng)造性地采用團聚除塵協(xié)同脫硫廢水蒸發(fā)技術(shù)，利用脫硫廢水配制團聚劑除塵，有效地解決脫硫廢水零排放的難題，同時大幅提高靜電除塵器的除塵效率、降低煙氣中的SO3含量。鄂州電廠的成功應(yīng)用表明，利用團聚除塵協(xié)同脫硫廢水蒸發(fā)技術(shù)實現(xiàn)火電廠脫硫廢水零排放工藝成熟可靠，投資節(jié)省較多，運維費用極低，運行操作簡單，設(shè)備維護方便，是脫硫廢水處理方面的重大創(chuàng)新，具有一定的推廣價值。

關(guān)鍵詞：團聚除塵;脫硫廢水;煙道蒸發(fā);粉煤灰;協(xié)同

0引言

鄂州電廠一期工程2×330MW機組于1999年正式投產(chǎn)，采用進口“W”型火焰鍋爐，設(shè)計燃用山西無煙煤。為滿足超低排放要求，鄂州電廠采用高頻電源疊加脈沖電源等先進技術(shù)對原靜電除塵器進行了改造，但因場地空間受到限制，改造后電除塵出口粉塵設(shè)計值只能達(dá)到50mg/m3。結(jié)合鄂州電廠的實際情況，煙塵超低排放僅靠常規(guī)脫硫協(xié)同除塵已不可能實現(xiàn)，在技術(shù)路線的選擇上面臨著較大的困難。同時其煙氣脫硫采用石灰石－石膏濕法脫硫工藝，脫硫廢水的含鹽量極高，pH值一般＜6，主要含有Ca2+、Mg2+、SO42－、Cl-等離子，具有成分復(fù)雜、高硬度、高腐蝕性等特點，也是燃煤電廠廢水零排放中處理難度最大的廢水。

為解決脫硫廢水零排放和煙塵超低排放這兩個難題，結(jié)合自身特點，鄂州電廠于2019年采用了團聚除塵協(xié)同脫硫廢水煙道蒸發(fā)技術(shù)，利用脫硫廢水來配制團聚劑溶液，霧化噴入鍋爐尾部煙道來實現(xiàn)電廠脫硫廢水的無害化消納利用。同時，團聚劑能夠使煙氣中PM2.5以下的細(xì)顆粒物絮凝、長大成為大顆粒，更加有利于電除塵設(shè)備對超細(xì)粉塵的捕獲，從而提高電除塵的效率，再通過脫硫系統(tǒng)協(xié)同除塵實現(xiàn)煙塵超低排放。

1團聚除塵協(xié)同脫硫廢水蒸發(fā)技術(shù)

團聚除塵協(xié)同脫硫廢水煙道蒸發(fā)技術(shù)通過利用脫硫廢水配制團聚劑溶液，在燃煤鍋爐空預(yù)器入口高溫?zé)煹?、電除塵入口煙道中噴入霧化的團聚劑溶液，液滴與煙道中的煙氣充分混合，水份吸收煙氣的熱量而蒸發(fā)，其中的鹽份形成固體，與粉塵一起經(jīng)電除塵器脫除后被收集到灰斗中，從而在提高電除塵效率的同時，實現(xiàn)了脫硫廢水的零排放。具體的工藝流程如圖1所示。

圖1團聚除塵協(xié)同脫硫廢水零排工藝流程

團聚除塵協(xié)同脫硫廢水蒸發(fā)技術(shù)由團聚劑乳化系統(tǒng)、廢水緩存系統(tǒng)、霧化噴射系統(tǒng)以及自動控制系統(tǒng)等組成，主要包含以下幾種核心技術(shù):

(1)細(xì)顆粒物團聚技術(shù)通過在團聚劑中添加高分子化合物，可使顆粒物之間以電性中和、吸附架橋的方式團聚在一起，增強細(xì)顆粒物的團聚效果，從而提高靜電除塵器的除塵效率。

(2)Cl-鈍化技術(shù)團聚劑中的官能團可以抑制溶液中CI－離子活性，減緩金屬的腐蝕速度，從而避免脫硫廢水對系統(tǒng)設(shè)備和煙道的腐蝕。

(3)霧化噴射技術(shù)采用壓縮空氣將脫硫廢水通過噴槍的霧化噴嘴送至煙道，保證霧化粒徑＜60μm，液滴進入空預(yù)器前、后煙道，煙氣高溫瞬間蒸干霧滴。

(4)SO3脫除技術(shù)團聚劑與SO3在高溫條件下，可以發(fā)生磺化反應(yīng)，生成有機磺酸鹽高分子化合物。團聚劑溶解在脫硫廢水中噴入煙道后，除增加細(xì)顆粒物的團聚效果外，還可以同時脫除煙氣中的SO3。

2團聚除塵協(xié)同脫硫廢水蒸發(fā)技術(shù)在鄂州電廠的應(yīng)用

2.1項目概況鄂州電廠團聚除塵協(xié)同脫硫廢水蒸發(fā)技術(shù)研究

項目按“一拖二”模式設(shè)計，一套團聚系統(tǒng)供應(yīng)兩臺鍋爐。項目建設(shè)16m×16m×6m的混凝土結(jié)構(gòu)廠房一座，全套設(shè)備主要由團聚劑配置系統(tǒng)、團聚劑稀釋系統(tǒng)、團聚溶液供應(yīng)及噴射系統(tǒng)等組成。每臺鍋爐設(shè)置三套團聚除塵噴射系統(tǒng)，共配置32支噴槍，每支噴槍最大出力0.2t/h。

在BMCR工況下，燃用設(shè)計煤種，空預(yù)器入口煙氣溫度≤380℃，除塵器入口煙氣溫度≤153.5℃，電除塵出口粉塵濃度≤50mg/m3，投入團聚除塵系統(tǒng)后，電除塵出口粉塵排放濃度控制在30mg/m3之內(nèi)，滿足脫硫系統(tǒng)協(xié)同除塵達(dá)到粉塵超低排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。該項目單臺機組煙道蒸發(fā)處理脫硫廢水的能力達(dá)到3t/h，整套系統(tǒng)兩臺機組合計處理脫硫廢水能力達(dá)到6t/h。自投運以來，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，各項指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求。

2.2項目技術(shù)優(yōu)化

根據(jù)類似項目案例，采用煙道直噴技術(shù)主要存在煙道積灰和噴嘴堵塞等問題，且該技術(shù)對噴槍霧化要求較高，為此結(jié)合鄂州項目特點，對關(guān)鍵技術(shù)進行優(yōu)化處理。

(1)高效霧化噴槍及流場模擬優(yōu)化設(shè)計

本項目采用新型專利霧化噴槍，噴嘴材質(zhì)采用特殊合金鋼，耐腐蝕、耐磨損，噴出的霧滴不刷墻，噴射高Cl-含量的脫硫廢水時可以減少結(jié)垢。霧化噴嘴根據(jù)實際工況單獨定制，根據(jù)不同噴入點的煙溫情況，采用不同的霧化粒徑，并采用在線監(jiān)控噴嘴調(diào)節(jié)模塊，在線控制每支噴槍流量、壓力，確保廢水霧化參數(shù)滿足設(shè)計值，最大霧化粒徑D50＜60μm。根據(jù)計算機對機組全工況下的模擬計算結(jié)果，確定相關(guān)設(shè)計方案，在不同負(fù)荷下，霧化量和霧化粒徑能夠自適應(yīng)調(diào)整，保證了脫硫廢水霧滴在進入安全位置前完全蒸發(fā)成為氣態(tài)。

(2)煙道防腐、防結(jié)垢及防積灰技術(shù)措施

機組尾部煙道形狀不規(guī)則，存在較多變徑、轉(zhuǎn)彎等突變結(jié)構(gòu)，煙氣在該段煙道內(nèi)部的速度、壓力和溫度分布不均勻，煙氣在運動過程中會產(chǎn)生大量的局部渦流或紊流，易造成廢水霧滴觸碰煙道內(nèi)壁，存在煙道內(nèi)腐蝕、積灰和結(jié)垢的風(fēng)險。本工程通過對廢水噴入煙道后，煙氣與廢水霧滴在煙道內(nèi)的速度矢量進行分析，得出煙氣與廢水液滴之間的運動關(guān)系，模擬廢水液滴在煙道內(nèi)部的運動軌跡，以此優(yōu)化流場，確定霧化設(shè)備安裝位置、數(shù)量、噴入角度、速度和噴霧量，確保霧化后的廢水霧滴在煙道內(nèi)的整個行程中不會碰壁或觸底，成功避免了煙道中產(chǎn)生腐蝕、結(jié)垢、積灰的情況。同時，各個霧化設(shè)備的霧化量、霧化粒徑等參數(shù)均可根據(jù)現(xiàn)場實際運行情況進行獨立的在線調(diào)節(jié)，以確保沿程煙道內(nèi)煙氣溫度始終高于酸露點，避免出現(xiàn)酸腐蝕情況。

2.3團聚強化除塵效果

在除塵器入口煙道霧化噴入團聚劑溶液和脫硫廢水的混合液，根據(jù)煙囪排放口安裝的在線監(jiān)測粉塵儀，進行團聚液噴量的調(diào)整。除塵器前煙氣溫度134℃，投入脫硫廢水團聚混合液噴霧經(jīng)過煙道蒸發(fā)后，團聚劑會加強細(xì)顆粒之間的碰撞、絮凝，使難以捕集的PM2.5細(xì)微顆粒不斷長大，形成鏈狀的大顆粒，更加有利于被電除塵捕集，從而提高了電除塵的除塵效率，減少粉塵排放量。同時，煙氣溫度最大降幅約9℃，煙氣濕度增加＜1%，可以降低粉塵比電阻，也在一定程度上有利于提高電除塵的效率。經(jīng)性能試驗驗證，結(jié)果表明:在機組300MW負(fù)荷、電除塵器正常運行狀態(tài)下，團聚除塵系統(tǒng)停運時，實測電除塵出口粉塵濃度為36.7mg/m3;團聚除塵系統(tǒng)投運后，機組電除塵器出口粉塵濃度為23.9mg/m3。從試驗數(shù)據(jù)可以看出，團聚強化除塵技術(shù)對電除塵效率的提升非常顯著。在團聚除塵系統(tǒng)投入后的實際運行中，一期機組的凈煙氣粉塵排放濃度長期穩(wěn)定在5mg/m3以下。由此可見，采用團聚強化除塵技術(shù)協(xié)同脫硫系統(tǒng)除塵的技術(shù)路線，在燃燒無煙煤的W型鍋爐上實現(xiàn)了機組粉塵的超低排放。

2.4脫硫廢水零排效果

粉煤灰中Cl-含量與廢水中Cl-濃度、廢水噴入量以及單位時間內(nèi)產(chǎn)生的粉煤灰量有關(guān)。改造后通過對脫硫廢水的連續(xù)取樣化驗監(jiān)測表明，其中的Cl-含量最大值約在15000mg/L左右，脫硫廢水水質(zhì)如表1所示。

按照脫硫廢水Cl-濃度15000mg/L計算，每噸脫硫廢水中Cl-含量為15kg。根據(jù)鍋爐相關(guān)參數(shù)，單臺機組BMCR工況下飛灰量最大約為39.3t/h。實際運行中，單臺機組在滿負(fù)荷下的脫硫廢水噴入量控制在3t/h內(nèi)，脫硫廢水導(dǎo)致的粉煤灰中的Cl-含量可以控制在0.1%以內(nèi)。

本項目按照每臺機組平均1.5t/h的脫硫廢水消耗量統(tǒng)計，每年2臺機組能夠去除脫硫系統(tǒng)中的Cl-總量在300t以上。

表1脫硫廢水水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)

3團聚除塵協(xié)同脫硫廢水蒸發(fā)技術(shù)其他影響分析

3.1對電除塵的影響分析

本項目以脫硫廢水作為鈍化團聚劑稀釋溶液，脫硫廢水團聚液霧滴噴入煙道后，水分快速蒸發(fā)形成水蒸氣，脫硫廢水中的鹽分形成固體結(jié)晶后隨飛灰一起被除塵器回收。團聚劑組成成份主要為C、H、O等元素，無毒、無害，飛灰的成分以及飛灰含水量、粒徑分布等參數(shù)無明顯變化，對電除塵放電除塵、儲灰斗及輸灰系統(tǒng)正常運行無影響。

3.2對粉煤灰的影響分析

在實際運行中，按照單臺機組在滿負(fù)荷下的脫硫廢水蒸發(fā)量不超過3t/h的原則進行控制，并在不同噴入量下對電除塵灰斗中的粉煤灰進行了取樣化驗，其中Cl-含量以及相關(guān)重金屬的檢測結(jié)果與理論分析基本一致，如表2所示。

從表2數(shù)據(jù)結(jié)果分析可知，粉煤灰中Cl-含量隨著脫硫廢水噴入量的增加呈明顯上升趨勢，單臺機組滿負(fù)荷工況下脫硫廢水噴入量為3t/h，Cl-平均含量為0.086%。

按照《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》(JGJ55－2011)對混凝土拌合物中水溶性Cl-含量的規(guī)定，對用于除冰鹽等浸蝕性物質(zhì)的腐蝕環(huán)境中的鋼筋混凝土以及預(yù)應(yīng)力混凝土中的水溶性Cl-含量，要求最大不超過水泥重量的0.06%，在其他情況下，混凝土中的水溶性Cl-含量要求最大值均在水泥重量的0.1%以上。

因此，按照單臺機組滿負(fù)荷工況下脫硫廢水噴入量不超過3t/h的標(biāo)準(zhǔn)進行控制，所產(chǎn)出的粉煤灰中的Cl-含量不超過0.1%，以任意比例摻配均可滿足一般混凝土對于Cl-含量的要求，按照不大于水泥用量20%的比例摻配時，也可以滿足用于最極端嚴(yán)苛條件下的混凝土對于Cl-含量的要求，對粉煤灰的綜合再利用無較大影響。

表2粉煤灰中部分重金屬及氯元素檢測數(shù)據(jù)

3.3對SO3的協(xié)同脫除分析

在空預(yù)器入口前的煙道霧化噴入團聚液后，其中的團聚劑能夠與煙氣中的SO3發(fā)生磺化反應(yīng)生成有機磺酸鹽高分子化合物，從而有效降低煙氣中的SO3含量。鄂州電廠對空預(yù)器后煙氣中SO3濃度進行了檢測試驗，在滿負(fù)荷工況下，團聚除塵系統(tǒng)未投入時，SO3平均濃度為31.6mg/m3，投入團聚系統(tǒng)后，SO3平均濃度降低到14.4mg/m3。

火電機組SCR脫硝裝置逃逸的氨，與煙氣中的SO3反應(yīng)生成NH4HSO4，極易形成結(jié)晶附著于空預(yù)器換熱片上，造成空預(yù)器堵塞。團聚除塵協(xié)同脫硫廢水煙道蒸發(fā)技術(shù)在空預(yù)器前使用，可以有效減少煙氣中的SO3含量，防止空預(yù)器堵塞，保障機組穩(wěn)定運行。同時，大幅降低了隨機組凈煙氣排放到大氣中的SO3含量，可以減少酸雨和PM2.5的形成，有利于4結(jié)語

(1)鄂州電廠團聚除塵協(xié)同脫硫廢水蒸發(fā)技術(shù)實現(xiàn)脫硫廢水零排放項目的成功實施，實現(xiàn)以廢治廢，是一種行之有效且經(jīng)濟可靠的脫硫廢水零排放新工藝。

(2)相較于其他脫硫廢水零排放技術(shù)，團聚除塵協(xié)同脫硫廢水蒸發(fā)技術(shù)投資低、運行成本低、改造及維護簡單，在脫硫廢水零排放的同時可以降低煙塵和SO3的排放，實現(xiàn)多污染物協(xié)同治理目標(biāo)。

(3)項目利用團聚強化除塵新技術(shù)在燃燒無煙煤的W型火焰鍋爐上進行實際應(yīng)用，對噴槍、流場以及煙道防腐防堵防積灰進行技術(shù)優(yōu)化，確保系統(tǒng)運行可靠，對類似火電機組實現(xiàn)脫硫廢水零排放以及煙塵超低排放提供了一種的新技術(shù)路線選擇。

(4)項目工程實踐表明，在空預(yù)器前霧化噴入團聚劑，能夠降低煙氣中SO3的濃度，從而減少NH4HSO4的生成，避免空預(yù)器堵塞，為火電廠解決空預(yù)器堵塞問題提供了新的技術(shù)選擇。環(huán)境保護。 

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