火电厂脱硫废水浓缩工艺的选型

火电厂脱硫废水浓缩工艺的选型

武晗

上海华电电力发展有限公司望亭发电分公司   215100

摘要 

根据目前国内脱硫废水“零排放”发展现状,从环境保护以及运行的经济角度出发，节约用水，实现废水的循环利用，实现“零排放”为当前企业面临的首要问题。燃煤发电厂的废水系统主要由化学废水、脱硫废水、及生活废水等各个项目组成。其中脱硫废水受水源及脱硫工艺等因素影响，具有成分复杂、含盐量高、具有腐蚀性等特性，为目前废水处理较为复杂的一项。目前，脱硫废水深度处理主要进行“预处理”、“浓缩”和“固化”三个阶段。考虑到后续固化阶段锅炉负荷的稳定性及运行成本，需要对预处理后产生的的高盐废水进行浓缩减量处理，最终实现经济、可靠的深度节水。目前大型燃煤电厂脱硫废水浓缩工艺主要有膜法浓缩减量工艺和热法浓缩减量工艺，本文对浓缩工艺的主要流程、技术特点、优缺点进行客观对比分析，为后续脱硫废水的浓缩减量工艺选型提供参考。

关键字：电厂；脱硫废水零排放；浓缩减量；工艺比选

前言

浓缩减量是对预处理后的脱硫废水进一步浓缩处理，达到降低固化量的目的。脱硫废水“零排放”的基础是预处理技术，浓缩减量工艺可以保证后续固化处理的处理效率。不论采用哪种工艺，在固化处理之前都可进行浓缩减量，通过减少固化量降低后续固化设备的建设投入和运行成本。目前大型燃煤电厂脱硫废水浓缩工艺主要有膜法浓缩减量工艺和热法浓缩减量工艺，分级工艺如何优化选择，如何将各工艺性能最大化，探索不同的工艺组合提高综合利用价值，将是未来脱硫废水“零排放”的发展目标[2]。

1.膜法浓缩减量工艺

在火电厂废水“零排放”项目中涉及的膜浓缩工艺主要包括膜蒸馏、反渗透、正渗透、电渗析等。膜法浓缩工艺前均需软化预处理，故有占地面积大、前期投资费用和运行成本均相对较高等特点。其中应用较为广泛的是高压反渗透工艺，技术成熟度高，在火电厂脱硫废水减量应用中案例较多[1]。

1.1膜蒸馏工艺

膜蒸馏工艺是将脱硫废水的液态和气态两相隔开，温度不同饱和蒸汽的压力不同，因此在膜的两侧形成压力差，促使分离过程持续进行。膜蒸馏工艺的优势有以下几点：低压运行，对设备管道耐压要求低；只有水蒸气能通过膜孔，产生的蒸馏水水质好，截留率高，可以将高含盐量的脱硫废水浓缩至接近饱和；只要膜两侧在适当的设定温差下运行，不需要将溶液加热到沸点，该过程即可持续进行[3]。其缺点为膜成本较高，蒸馏通量较小，且受浓度极化和温度等影响，运行状态不稳定。

1.2高压反渗透膜浓缩工艺

高压反渗透工艺是一种以压力作为驱动力，利用膜的选择截流作用，将脱硫废水中的溶质与溶剂分离的方法。该工艺的优势包含以下几点：系统运行方式相对简单，在水质波动较大的情况下仍可正常运行，符合脱硫废水成分复杂的特性；可根据运行情况对膜片进行清洗，可操作性强，有利于膜片维护。但是该工艺运行时压力较高等不安全因素，且存在运行能耗较高、浓缩能力有限等问题。

1.3正渗透膜浓缩工艺

正渗透浓缩工艺是利用自然渗透原理将软化水浓缩，半透膜的两侧分别装有浓度不同的脱硫废水和汲取液，在渗透压的作用下水从浓度低的脱硫废水一侧自发地扩散至浓度高的汲取液一侧。正渗透浓缩工艺运行设备较为复杂，和反渗透工艺相比，正渗透工艺虽然降低了运行压力，但运行过程中稀释的汲取液需要进行提纯浓缩处理，汲取液的处理会增加较大的成本。目前该工艺尚未广泛投入使用，相关汲取液的运行费用、是否能够长期稳定运行等情况还有待研究。

1.4电渗析工艺

电渗析是利用了具有选择透过性能的离子交换膜，阴、阳离子在外加直流电场的作用下透过选择性离子交换膜，进行定向迁移，电解质离子从溶液中分离出来。电渗析工艺技术成熟，在脱硫废水处理中应用广泛，脱硫废水本身含盐量较高，可选用该方式进行浓缩。该工艺投资成本、运行费用均较高。

2.热法浓缩减量工艺

热法浓缩减量工艺的原理是利用废水中的固体颗粒作为晶种，通过外部热源提供热量加热废水，达到浓缩减量的目的[1]。目前，热法蒸发浓缩工艺主要包括烟气余热闪蒸工艺、MVR立式降膜蒸发工艺和低温烟气余热蒸发浓缩工艺等。

2.1烟气余热多效闪蒸工艺

物质的沸点具有随压力的降低而降低的特性，烟气余热多效闪蒸系统基于该特性对脱硫废水进行浓缩处理。高压高温溶液经过减压沸点降低，溶液以高于该压力下的沸点进入闪蒸罐时迅速沸腾汽化，并进行两相分离。该工艺经过三效闪蒸浓缩，浓缩速度快，浓缩倍率较高，后可直接进入后续固化处理装置。在闪蒸过程中利用锅炉尾部余热加热脱硫废水，不需要额外热量的加入，具有节能降耗的优势，利用该工艺进行浓缩产生的水蒸汽可回收利用，提高了水资源循环利用率[1]。该工艺所需占地面积较大，工艺流程相对复杂，且换热器等设备仍存在结垢风险。

2.2MVR立式降膜蒸发器系统工艺

立式降膜蒸发器系统工艺是将脱硫废水首先进行预处理，用MVR立式降膜蒸发形成结晶，最后进行离心脱水的过程。由于脱硫废水成分复杂，含有大量的结垢物质，可在废水中外加晶种作为晶核，使产生的沉淀附着在晶核上，能够防止降膜管在蒸发浓缩过程中结垢。该工艺蒸发器结构设计中要为晶种成长提供足够的停留时间，通过液膜厚度控制防止干壁，控制晶种浓度防止结垢或堵塞。

2.3低温烟气余热蒸发浓缩工艺

低温烟气余热蒸发浓缩工艺利用高温烟气的热量在蒸发塔内对脱硫废水进行蒸发，该工艺主要利用烟气废热，无需外加热源，能够达到低成本浓缩减量的目的。该工艺对预处理要求较低，废水浓缩倍率较高，工艺流程较短，占地面积较小等优势，但蒸发室等设备中存在结垢风险。

通过分析对比，上述两类浓缩工艺均可以实现脱硫废水浓缩减量，各工艺均存在优缺点。膜法浓缩工艺是利用膜的选择透过性，通过压力或电驱动实现废水的浓缩减量，工艺相对成熟可靠，脱盐率较高，产水水质好，运行案例较多。但其运行时预处理要求严格，对进水硬度、有机物等要求较为严格，且对进水含盐量要求较高，若运行中含盐量高过设计值，则无法达到预期脱盐率，故导致药剂投加量大、运行费用较高；反渗透技术操作压力高，对管材及运行控制技术要求较高。热法浓缩是利用废水中的固体颗粒作为晶种，通过外部热源提供热量加热废水，达到浓缩减量的目的。通过强制循环对管壁内部进行定期冲洗，在预防结垢的同时实现废水浓缩。该类运行案例相对较少，工艺投资相对较高，管材磨蚀速率快，设备折旧高。但是其优势在于对进口含盐量等基本无要求，故对预处理要求较低浓缩倍率较高；可充分利用锅炉余热，运行费用相对较低[4]。因此，具体脱硫废水的浓缩工艺可根据电厂各工艺应用情况、实际可操作场地、以及可用资源等进一步分析比选[1]。

结语

根据《火电厂污染防治可行技术指南》（HJ2301-2017），实现废水近零排放的关键是实现脱硫废水“零排放”[5]，不同的脱硫废水深度处理技术路线，对系统安全、经济、稳定运行影响较大，整体工艺的特点决定了个别工艺的选择。在实际工程中，应结合实际工程情况，“一厂一策”，选择合适的浓缩减量工艺。

参考文献：

[1]李世雄,郭聪明,郭俊,胡朝友,杜志刚,于中凯,冯宝泉,刘政修,郭强,赵潇然.  火力发电厂湿法脱硫废水深度处理工艺选择探讨[J].全面腐蚀控

制,2021,35(02):25-35.

[2]赵宁,冯永新,刘世念,李德波,谢志文.燃煤电厂脱硫废水“零排放”工艺的应用进展[J].科技创新与应用,2021,11(34):52-57.DOI:10.19981/j.CN23-1581/G3.2021.34.012.

[3]高永钢,史志伟.膜蒸馏在火电厂脱硫废水零排工艺中的技术经济分析[J].华电技术,2020,42(03):25-30.

[4]赵宏.余热利用闪蒸及烟道蒸发工艺处理脱硫废水的技术比较[J].化工设计通讯,2021,47(11):74-75.

[5]刘朝霞,陈臣.脱硫废水资源化综合利用[J].企业管理,2021(S2):74-75.