作者：冯立波1 刘文榉1 罗钟高2 （1.浙江天地环保科技股份有限公司，浙江 杭州 311121；2.中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司， 浙江 杭州 310012）

摘 要：随着国家环保政策越来越严格，燃煤发电机组污染物的排放受到极大限制，燃煤电厂脱硫废水的零 排放已经提上议事日程。但是，燃煤电厂的一些脱硫废水项目存在投资成本较高、安全可靠性有待验证的问 题。目前，烟道蒸发是行业内普遍较为关注的脱硫废水处理技术，实现了工业示范和一定的工程应用。因 此，研究燃煤电厂脱硫废水零排放技术及其实际应用，具有良好的产业背景，能够促进其工程技术的改革和 进步。基于此，本文主要阐述了烟道蒸发工艺系统在脱硫废水零排放项目中的应用。

关键词：废水零排放；干燥装置；烟道蒸发

石灰石-石膏湿法烟气脱硫因其技术成熟、适应性强 成为我国当前燃煤电厂烟气脱硫的主流工艺。目前，我 国 90%以上燃煤电厂采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫技 术［1］ 。在湿法烟气脱硫工艺中，为使脱硫系统保持正常 运行，一般控制吸收塔中氯离子含量低于20 000 mg/L，因 此需要定时排放一定量的脱硫废水。脱硫废水的排放不 连续，且每次排放的水质和水量都不恒定，不同的煤质、 石灰石成分、脱硫装置运行方式、补充水等都会影响脱硫 废水的水质和水量。而且，脱硫废水水质较差，污染物种 类繁多，主要含悬浮物、氯化物、氟化物、亚硫酸盐、硫酸 盐以及微量重金属等污染物，同时具有极高硬度、极低碱 度和极高氯离子的特点。燃煤电厂脱硫废水处置由达标 排放转为综合利用，实现脱硫废水“零排放”，可避免废水 大量排放造成的环境污染，体现了“清洁生产”“循环经济”的发展理念，符合国家节能减排的政策并有着重要的 环境效益、经济效益以及社会效益。研究脱硫废水零排 放工艺，不向环境中排出任何废液，是燃煤电厂实现可持 续发展的必由之路，也是未来脱硫废水系统研究的重要 方向。 烟道蒸发法在国内外均有应用案例，该法按其蒸发 位置的不同，可分为烟道内蒸发和烟道外蒸发。烟道内 蒸发技术通过双流体雾化喷嘴直接将脱硫废水喷入除尘 器前的入口烟道进行蒸发处理，该技术工艺简单，投资运 行成本低，但存在烟道腐蚀、污染物沉积等风险。烟道外 蒸发技术则是将脱硫废水通过旋转雾化器雾化成粒径几 十微米的雾滴喷入喷雾干燥装置内，抽取部分空气预热 器前热烟气作为热源，在喷雾干燥装置内将废水蒸发，从 而实现脱硫废水零排放。与传统蒸发结晶法相比，烟道 外蒸发技术具有系统简单、运行可靠、投资费用低等优 点［2］ 。本文以某燃煤电厂废水零排放项目为例，对该项 目所采用的烟道外蒸发工艺系统进行应用分析。

1 烟道外蒸发技术工艺流程 将脱硝反应器出口的热烟气引出至干燥装置，与经 过雾化喷嘴雾化后的脱硫废水雾滴充分接触，使脱硫废 水雾滴完全蒸发，降温后的烟气接回至空预器与电除尘 间的烟道。废水中污染物转化为结晶盐类，一部分掉落 至干燥装置底部，通过气力输送至燃煤电厂现有的灰渣 处理系统；另一部分随烟气夹带进入电除尘器，与飞灰一 起被去除。工艺流程如图1所示。  2 烟道外蒸发技术工艺系统 烟道外蒸发工艺系统主要包括烟气系统、喷雾干燥 装置系统、工艺水及废水供应系统等。

2.1 烟气系统 烟气系统主要包括烟气进出口挡板门和烟道等。烟 气自 SCR 反应器与空预器之间的烟道引接，烟气进入喷 雾干燥装置，与被离心雾化器雾化后的脱硫废水充分接 触，雾化液滴中的水被迅速蒸发，同时脱硫废水中的盐类 被干燥，部分流入干燥装置底部，部分随烟气接至电除尘 器前烟道。为调节进入本系统的烟气量，在从 SCR 反应 器出口引入的烟道处配置进口挡板，进口挡板采用调节 型执行结构，为电动单轴双百叶形式；出口挡板采用开关 型执行结构，为电动单轴双百叶形式。系统烟道是喷雾 装置进口和出口段的烟道，烟道根据可能出现的不利条 件进行设计。干燥装置进口和出口烟道最小壁厚设计为 不小于6 mm，壁板采用Q355-B材质，烟道内烟气流速不 超过15 m/s。烟道设计压力为±5 000 Pa。烟道外部有充 分加固和支撑，以满足在各种工况下能安全稳定的运行 要求。

2.2 喷雾干燥装置系统 喷雾干燥装置系统主要是干燥装置、离心雾化器和 热风分布器等。 喷雾干燥装置是脱硫废水雾化干燥的容器。高温烟 气进入喷雾干燥装置，其在雾化后与脱硫废水雾滴充分 接触，雾滴中的水分迅速蒸发，脱硫废水中的盐类被干 燥，部分混合到原烟气的粉尘中，部分流入干燥装置的底 部。干燥装置底部的灰渣通过气力输送设备至燃煤电厂 现有的灰渣处理系统。该装置为工艺的核心设备，为确 保不会产生诸如酸露点腐蚀的现象，在离心雾化器底 部下方一定范围内的装置内侧壁板处贴衬合金，干燥装 置壁板采用Q355-B材质。干燥装置采用上部为圆柱段、 下部为圆锥段形式，干燥装置设计压力为±3 000 Pa。烟 道设计过程中，增加倾斜向下的烟气进口，流场分布 更优［3］ 。 离心雾化器是保证废水被雾化成细小颗粒的设备。 离心雾化器运行可靠，雾化后的颗粒均匀，易维护、耐磨， 同时其喷水量的调节范围广，其对不同烟气温度和不同 烟气流量的变化具有很强的适应性，可以快速响应燃煤 机组不同的工况。离心雾化器的基本原理是当脱硫废水 由于离心力的作用被送至高速旋转的雾化盘时，脱硫废 水延伸为薄膜或被拉成细丝（取决于离心雾化器轴转速 和脱硫废水量），并以不断增长的速度率移动到雾化盘的 边缘，雾化后的液滴径一般为 10～60 μm。热风分布器 采用对数螺线蜗壳，热风分布器能够加强进入干燥装置 的热烟气的旋流强度，可使雾化液体与热烟气有效混合， 避免干燥装置壁板上的水分凝结或迫使高温烟气在干燥 装置内做直线或螺旋线状流动。在喷雾工艺中，具有良 好的雾化效果和气液混合是非常重要的，这有利于系统 长期稳定运行，并使出口烟气温度接近所要求的温度。 烟气温度和液滴粒径对雾化蒸发影响很大，烟温越高、液 滴粒径越细，越有利于干燥。考虑到能耗成本及静电除 尘器的安全运行，进口烟温宜选择 327 ℃以上，雾化粒径 宜选择60 μm［3］ 。


根据烟气流入干燥装置内的轨迹，热风分布器可分 为直流型和螺旋型。直流型热风分布器是指烟气与干燥 装置沿轴线平行地做直线流动，烟气流动速度均匀。直 流型热风分布器一般为平面孔板和直导板结构，气流速 度低，不太可能发生粘壁现象。然而，为了保证干燥时间 足够，干燥装置需要具有一定的高度。螺旋型热风分布 器形成的烟气以螺旋状流动，干燥废水时间较长，干燥装 置高度较低。烟气可从干燥装置侧面壁板切向引入，或 者通过干燥装置顶部的螺旋型热风分布器引入。蜗壳热 风分布器是典型的螺旋型热风分布器，带有圆形内边缘 和安装在干燥装置中心的离心雾化器。烟气进口烟道截 面积较大，使得锥形环形间隙的进口烟气均匀。锥形环 形间隙内侧和外侧均设置多个导风板，以控制高温烟气 的流向，使雾滴与高温烟气的混合满足工艺设计要求。 为保证废水雾滴良好的干燥效果，导风板的角度一般在 0°～35°范围内进行调节。

2.3 工艺水及废水供给系统 工艺水系统主要目的是在喷雾干燥装置系统不运行 时清洗管路，以防止管路内残留脱硫废水和清洗离心雾 化器等，该系统主要由水泵、管道及阀门组成。在废水供 给系统中，脱硫废水经三联箱处理后，经废水输送泵及管 道输送至离心雾化器。该系统主要由废水输送泵、管道 及阀门等组成。

3 烟道外蒸发技术应用评价 某燃煤电厂机组实施脱硫废水零排放项目后，脱硫 废水得到了有效的解决。下面分析项目运行、机组负荷 对最大废水处理量及能耗、气态污染物和除尘器的影响。 根据机组满负荷下某一天时间段内的干燥装置运行 数据，干燥装置进口烟温约为 350 ℃，脱硫废水喷入量为 3～4 t/h，引入烟气量为 30 000～35 000 Nm3 /h，干燥装置 出口烟气温度稳定在130～140 ℃。 根据不同脱硫废水量所需引入标况烟气量的计算结 果，处理1 t废水所需的烟气量为9 000～11 000 Nm3 /h，废 水处理量越大，所需的烟气量较多。 根据本项目实际废水处理量情况，从不同脱硫废水 量对应所需引入的标况烟气量试验结果来看，实际所需 的烟气量与计算结果相比偏小。烟气经过旁路蒸干系统 后，SO2浓度及NOx浓度均无明显变化。 在机组满负荷运行下，本项目工作人员对电除尘器 进、出口烟道的各测试断面采样测量。经电除尘器两侧 出口烟尘排放浓度测定，烟道蒸发系统投入使用后，单侧 电除尘效率下降约0.05%。 通过对电除尘系统某一时间内的运行情况进行测 试，人们发现，灰渣中氯离子含量与脱硫废水中的氯离子 含量、煤灰分、机组负荷、脱硫废水蒸干流量直接相关。 在干燥装置最大出力条件（机组负荷100%）下，脱硫废水 氯离子保持在 7 000～8 000 mg/L，燃用灰分约为 20%的 煤种时，灰分中的氯离子含量为 0.15%～0.2%。《通用硅 酸盐水泥》（GB 175—2007）规定，水泥中氯离子的质量分 数应小于0.06%，粉煤灰的掺配比应小于50%；《高强高性 能混凝土用矿物外加剂》（GB/T 18736—2017）规定，高强 高性能混凝土掺配过程中，氯离子的质量分数应小于 0.02%；《海砂混凝土应用技术规范》（JGJ 206—2010）规 定 ，海 砂 混 凝 土 中 ，氯 离 子 的 质 量 分 数 为 0.06% ～ 0.30%。根据测试数据可知，灰库的灰中氯离子含量仍符 合《海砂混凝土应用技术规范》（JGJ 206—2010）对粉煤 灰的要求。原来未喷入脱硫废水前的灰渣中，氯离子含 量保持在0.1%以下，可见灰渣可分类降级后再利用。

4 结语 随着环保标准的日益严格，国内各环保企业及科研 机构对脱硫废水零排放技术进行了一定的研究。相比其 他脱硫废水处理技术，烟道外蒸发技术投资成本相对偏 低，运行维护量较小，也是目前关注度较高的一种脱硫废 水零排放技术，但是在不同废水处理量和不同烟气量等 工况的情况下，干燥装置等设备的适应性及优化仍需要 进一步的研究。本文主要对烟道外蒸发技术进行了应用 研究，这对燃煤电厂脱硫废水处理具有一定的指导意义。