作者：董玉泉1 　黄 丹2 （1.四川省机械研究设计院；2.亿川科技（成都）有限责任公司）

摘　要：作为一种投资省、运行成本低，且不额外消耗能源的废水零排放工艺，废水主烟道蒸发技术以其极高“性价比” 优势，被燃煤电厂作为废水零排放优选技术路线；但该技术存在对烟道、除尘器造成腐蚀、结垢的风险，使得用户心存疑 虑。本文根据亿川科技（成都）有限责任公司工程实践经验，对该技术实施过程中的关键技术控制点进行剖析，实现防腐 蚀、防结垢的目的，消除废水主烟道蒸发技术风险，推进低成本废水零排放步伐。

关键词：主烟道；脱硫废水；零排放；处理；关键技术

引 言 随着国内各地环保要求日益严格，燃煤电厂须做到全 厂废水零排放，作为一种废水零排放工艺，废水主烟道蒸 发零排放技术具有广阔的应用空间。 1　废水零排放的趋势和现状 随着《水污染物防治行动计划》和《控制污染物排放 许可制实施方案》的颁布实施，对工业企业节水和控制污染 物外排提出了更严格的要求。生态环保部在《火电厂污染防 治技术政策》和《火电厂污染防治可行技术指南》等文件中 要求“脱硫废水应经中和、化学沉淀、絮凝、澄清等传统 工艺处理，鼓励利用余热蒸发干燥、结晶等处理工艺”[1]。

2　废水主烟道蒸发工艺 该工艺的特点是充分利用电厂现有烟道、设备和烟气 余热处理废水，不额外消耗能源，废弃物资源化，实现不 可再生资源和能源的可持续利用 [2]。但该技术存在对烟道、 低低温省煤器和除尘器造成腐蚀、结垢的风险，大量结垢 有堵塞烟道、影响机组运行的风险。针对该技术，国内一 些高校、科研院所及部分环保企业进行了工艺研究，部分 企业将主烟道蒸发工艺研究成果在燃煤电厂实施，但绝大 多数实施项目均出现了烟道、除尘器腐蚀或结垢问题。

3　主烟道蒸发工艺技术风险 结合我公司在多个主烟道蒸发废水零排放工程项目中 的实践经验和教训，总结了导致烟道、除尘器腐蚀和结垢 的原因，对实施过程中的关键技术控制点进行剖析，通过 流场优化、雾化控制和喷雾自适应控制的技术手段，实现 防腐蚀、防结垢的目的，消除废水主烟道蒸发技术风险。

3.1 主要技术风险点 ①烟道腐蚀；②烟道结垢；③除尘器腐蚀或结垢。

3.2 导致风险的原因

3.2.1 烟道腐蚀 （1）直接腐蚀。高腐蚀性废水喷入电厂现有主烟道后， 未完成蒸发的废水雾滴直接接触烟道壁，导致烟道直接腐蚀。 电厂空预器至除尘器间烟道形状不规则，存在较多变 径、转弯等突变结构，因此烟气在烟道内的速度、压力分 布都不均，烟气在运动过程中还会产生大量的局部涡流或 紊流。烟道结构突变较多，拟布置雾化喷嘴处，烟气在该 段烟道内部的速度、压力和温度分布不均，烟气流场混乱。
受烟道流场的扰乱，雾化后的废水雾滴可能出现大量 撞击烟道内壁，引起烟道内部腐蚀的问题。 （2）间接腐蚀。锅炉的燃料中含有硫、氮和碳等元素， 因此燃料燃烧产生的烟气中不仅含一定量的水蒸气，而且还含有一定量的 SO2、SO3 等酸性气体，当烟气中含有 SO3 时，SO3 与水蒸汽结合会生成硫酸蒸汽，硫酸蒸汽凝结温度 称为烟气酸露点，当受热壁面的温度低于烟气酸露点温度 时，硫酸蒸汽便凝结在受热面上，对金属产生严重腐蚀 [3]。 蒸发废水过程中，烟气湿度升高，沿程烟气局部极限 低温很低，局部低温向酸露点趋近，当烟气温度低于酸露 点时，硫酸蒸汽就会凝结形成 H2SO4 溶液，产生低温间 接腐蚀。 空预器至除尘器烟道极限低温为 88.8℃，明显低于此 工况下烟气酸露点 96℃，将导致低温间接腐蚀。

3.2.2 烟道结垢 废水喷入电厂现有主烟道后，未经除尘器除尘的烟气 中含有高浓度粉尘，废水雾滴和粉尘粘连后，形成具有粘性 结合体，粘性结合体直接接触烟道壁，导致烟道直接腐蚀。 同样受烟道流场的扰乱，粘性结合体可能大量撞击烟 道内壁，撞击后粘连于烟道内部，并不断被烟气加热，粘 性结合体被加热烤干后，固化于烟道内部，导致烟道内部 结垢，不断形成的结垢物进一步引起流场的混乱，加剧结 垢现象（结垢速度更快）。

3.2.3 除尘器腐蚀或结垢 机组负荷受电网控制和调节，机组负荷低时，烟气量 和烟气温度低，烟气热值低，废水蒸发效率降低，废水雾 滴在进入除尘器前，未完全蒸发称为水蒸气，液态废水进 入除尘器导致腐蚀。 由上图可见，在机组低负荷时，存在大量未完全蒸发 的废水雾滴进入除尘器中，导致除尘器腐蚀。

4　技术风险应对手段

4.1 流场优化 空预器至除尘器间烟道流场混乱导致废水直接腐蚀和 烟道结垢，因此消除混乱的流场是解决废水直接腐蚀和烟 道结垢的直接方法。 通过 CFD 模拟空预器与除尘器之间的烟道内烟气的 流动，根据模拟计算结果，对烟道局部改造，优化烟道内 部流场，使烟道内部速度、压力、温度趋于平稳。烟道局 部改造主要手段包括烟道锐角过渡改为圆角过渡、烟道转 角设置导流板，通过计算机对流场进行模拟分析，使其改 造后的烟道流场整体趋于稳定。 流场优化后，烟道内部速度、压力、温度趋于平稳， 为蒸发废水创造了良好的运行环境，避免废水喷入后由于 烟道的紊流，导致废水雾滴触碰烟道内壁，消除烟道内废 水直接腐蚀和烟道结垢的风险。 图 3 某 300MW 机组空预器至除尘器烟道改造前后烟气速度 分布对比图（上：改造前，下：改造后）
4.2 酸露点控制 通过理论计算和模拟分析，通过对单喷嘴废水雾化 量、雾化粒径和雾化发散角度的控制，确保在机组不同负 荷的废水蒸发量条件下沿程烟气极限低温始终高于酸露 点，不会形成液态酸腐蚀烟道或除尘器。 未进行废水雾化优化蒸发废水时，空预器至除尘器 烟道极限低温为 88.8℃，明显低于此工况下烟气酸露点 96℃，将导致低温间接腐蚀。 废水雾化优化蒸发废水后，空预器至除尘器烟道极限 低温为 100℃，高于此工况下烟气酸露点 96℃，避免了低 温间接腐蚀。 4.3 废水蒸发控制 烟气温度、烟气流速、废水流量与废水初始温度、双流 体喷嘴中压缩空气与废水混合的气液比等因素对废水蒸发性 能有直接影响 , 实验结果表明：烟气温度升高有利于提高废 水蒸发率 , 同时 , 烟气流量越大则废水蒸发量越大；压缩空 气量与脱硫废水量的气液比越大越有利于废水雾化蒸发 [4]。 在 CFD 模型中，烟气与废水液滴之间的运动、传热、 传质过程通过流体连续性方程、动量方程和能量方程来描 述，液滴的相变过程则通过带液滴表面蒸发以及液滴沸腾 的颗粒轨道模型来描述 [5]。 确保废水雾滴在进入除尘器前完全蒸发成为水蒸气， 不会存在液态废水进入除尘器导致的腐蚀。 （1）在进入除尘器前留出安全位置； （2）通过计算机对机组全工况下的模拟计算，通过喷雾自适应控制技术，确保在机组任何负荷条件下，经过雾 化后的废水雾滴（不同负荷下，雾化量和雾化粒径自适应 调整）在进入安全位置前完全蒸发成为气态。 在机组低负荷时，依然可以保证废水雾滴进入除尘器 前完全蒸发，避免除尘器腐蚀。 综上所述，通过流场优化、酸露点控制和废水蒸发控 制，可有效防止废水主烟道蒸发处理工艺可能导致的烟道 或除尘器腐蚀和结垢的风险。

5　工程应用情况 通过前述技术风险应对手段的控制，废水主烟道蒸发 工艺在我公司承接的多个项目中成功应用，对项目运行持 续跟踪，均未发现烟道或除尘器腐蚀和结垢问题。

5.1 运行后烟道情况 图 7 某 300MW 机组废水主烟道蒸发处理运行后， 空预器至除尘器间烟道情况实况 利用机组停机对烟道多次检查，未发现烟道出现腐 蚀、积灰和结垢现象。

5.2 运行后除尘器情况 图 8 某 600MW 机组废水主烟道蒸发处理运行后，除尘器情况实况 利用机组停机对除尘器多次检查，未发现除尘器出现 腐蚀、积灰和结垢现象。 结 论 自从水十条（《水污染防治行动计划》）颁布以来， 燃煤电厂废水零排放的深入研究并付诸实施已经刻不容 缓，目前投入工业运行的废水零排放项目，受限于高额运 行成本的影响，能长期连续投运的项目极少。 作为一种投资省、运行成本低，且不额外消耗能源的 废水零排放工艺，废水主烟道蒸发技术以其极高“性价 比”优势，被燃煤电厂作为废水零排放优选技术路线。 本文结合我公司在多个主烟道蒸发废水零排放工程项 目中的实践经验和教训，总结了导致烟道、除尘器腐蚀和 结垢的原因，通过流场优化、酸露点控制和废水蒸发控制 的技术手段，实现防腐蚀、防结垢的目的，消除废水主烟 道蒸发技术风险，打消用户疑虑，加快低成本废水零排放 步伐，为早日实现青山绿水做出贡献。