作者：林 炜 （浙江天畅环境科技有限公司，浙江 杭州 ３１００１２）

摘 要：烟道蒸发脱硫废水是目前应用较广泛的脱硫废水零排放工艺。以嘉兴新嘉爱斯热电厂的烟道蒸发脱硫废 水零排放工程项目为依托，从三方面对传统烟道蒸发工艺进行了优化研究：设置浓缩系统，进行低尘蒸发浓缩优化， 将低尘热烟气作为热源大大降低了系统结垢、堵塞等风险，气水分道减轻了除尘器的湿度影响；模拟喷射区优化设备 选型对喷射系统优化；设置自清洗过滤系统，增强了系统的可靠性和稳定性。通过对比分析了原水和浓水的品质、有 无废水投运的除尘器灰的品质。结 果 表 明：脱硫废水零排放优化工艺对除尘器入口的温降仅 ３～５℃，湿度 增 加 ０．２５％；脱硫塔入口的温降为５～１０℃，湿度增加１％；投加的废水导致了灰分中氯化物、氨氮、氧化钙等物质含量的增 多，但不影响灰分二次回收利用的品质要求，废水工艺对原除尘脱硫系统的影响很小；经核算系统运行费用，每吨废 水处理费用仅１２．８元，价格优于常规的烟道蒸发工艺。该研究结果可为脱硫废水零排放工艺优化提供借鉴。

关键词：脱硫废水；零排放；浓缩；烟道蒸发

随着烟气超低排放要求的全面落实，湿法脱硫 工艺广泛地应用于烟气治理中［１］，随之带来的脱硫废水二次污染源的产生正日益成为焦点，而国家近 几年进一步收紧政策使得企业不得不开始考虑脱硫 废水零排放处理问题。传统的脱硫废水三联箱处理 工艺具有投资大、运行费用高、部分污染物难达标、 且还有少量废水产生等问题［２－３］。目前 的 脱 硫 废 水 零排放工艺主要采用预处理＋末端处理，其中末端 处理主要是通过蒸发将脱硫废水实现零排放［４］。浓 缩烟道蒸发脱硫废水零排放工艺是在烟道蒸发基础 上优化而来的一种湿法脱硫废水处理工艺，本文通 过将其应用于嘉兴新嘉爱斯热电厂的２２０ｔ／ｈ锅炉 上，分析了该技术优化特点、对烟气各相关系统运行 的影响以及废水处理费用，以为烟道蒸发脱硫废水 处理工艺优化提供依据。

１ 湿法脱硫废水概述 湿法脱硫系统产生的废水具有以下特性［５－７］：水 质特性变化大，且不稳定；腐蚀性强，ｐＨ 值为５～６， 偏酸性，氯离子（Ｃｌ－ ）含量高，为５～２０ｇ／Ｌ；悬浮物 ＳＳ含量较高，为１０～６０ｇ／Ｌ，且变化大；硬度大，含 大量 的 金 属 离 子（Ｃａ２＋ 、Ｍｇ２＋ 等），总量 为 ２０～５０ ｇ／Ｌ；化学需氧 量（ＣＯＤ）超标，在 脱 硫 废 水 中，还 原 态的无机物连二硫酸盐是形成化学耗氧的主要原 因，其可生化性差；重金属（Ｈｇ、Ｃｒ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｃｄ）含量 高等。脱硫废水经传统工艺（三联箱）处理后可以去 除废水中的悬浮物、重金属、部分钙镁，但排放的废 水中有些指标仍然难以达到《火电厂石灰石－石膏法 湿法脱硫废水水 质 控 制 指 标》（ＤＬ／Ｔ９９７—２００６）标 准的要求，主要为 Ｃｌ－ 、ＳＳ、ＣＯＤ、氟化物等［８－９］，不能 排入市政污水管道。 有些电厂特别是中小型的机组，由于脱硫废水 量少，利用废水处理系统处理脱硫废水的经济性较 低，经常将脱硫废水输送至灰场或煤场进行喷洒处 理［１０］。这种利用空旷的场区进行脱硫废水自然蒸 发的处置方式虽然可以降低场区扬尘，但最终脱硫 废水中的污染物将随着煤再一次进入到锅炉系统 中，由于场区的喷洒为开放式，对污染物的流向较难 约束，可能会对地下水或空气造成再次的污染。因 此，采用该处置方式时需要考虑其对周边环境造成 的影响。为了实现真正意义的脱硫废水零排放，目 前针对脱硫废水的末端处理方式主要有蒸发结晶和 烟道蒸发两种处理工艺。

1. 1 蒸发结晶工艺 在高温状态下对工艺废水进行蒸发，除结晶水外 所有水分均以水蒸气形式排出，经冷凝后形成纯净的 蒸馏水回用，废水中的盐类和污染物经过浓缩结晶形 成固体产物。此类产物一般是被送往垃圾处理厂填 埋或将其回收作为有用的化工原料［１１－１２］。蒸发结晶 处理工艺对水质的适应能力较好［１３］，但因能耗较高 导致其处理成本高、经济性较差，同时结晶出的盐很 难作为工业盐在市场流通，进而容易产生新的固体废 物。 1. 2 烟道蒸发工艺 将末端废水雾化后喷入除尘器入口前烟道内， 利用烟气余热将雾化后的废水蒸发，也可以引出部 分烟气到喷雾干燥器中，利用烟气的热量对末端废 水进行 蒸 发 处 理［１４－１５］。在烟 道 雾 化 蒸 发 处 理 工 艺 中，废水中的水分以水蒸气的形式进入脱硫吸收塔 内，冷凝后形成蒸馏水，进 入 脱 硫 系 统 循 环 利 用［１６－１７］。同时，末端废水中的溶解性盐在废水蒸 发 过程中结晶析出，并随烟气中的灰一起在除尘器中 被捕集。目前烟道蒸发处理工艺主要有主烟道蒸发 技术和旁路烟道蒸发技术和旁路喷雾干燥蒸发技 术［１８］，这三种烟 道 蒸 发 技 术 在 工 艺 原 理、水 质 适 应 能力、处理能力、运行费用和技术缺陷方面的对比， 详见表１。

２ 烟道蒸发技术的优化应用案例分析 嘉兴新嘉爱斯热电有限公司的脱硫废水零排放 工艺采用了浓缩烟道蒸发技术，该工艺与以往的烟 道蒸发工艺的不同在于将旁路蒸发浓缩与烟道蒸发 相叠加，在除尘器后引一部分低尘热烟气进入蒸发 浓缩塔，充分利用了烟气的余热将脱硫废水浓缩，并 把高湿烟气引回除尘器后与原烟气混合进入脱硫 塔；混合后的烟气温度降低、湿度增加，可节省后续 工艺水的耗量；浓缩后的废水再由喷射系统喷洒入 除尘器前烟道，在烟道里二次加热蒸发，随烟气进入 除尘器，结晶体和污染物与飞灰一起由除尘器捕集， 最终与飞 灰 一 起 处 置。该 浓 缩 烟 道 蒸 发 技 术 流 程 图，见图１。

嘉兴新嘉爱斯热电有限公司２＃ 锅炉为２２０ｔ／ｈ 额定蒸发量，配套一炉一塔湿法脱硫工艺，常规的脱 硫废水产生量约为１．０ｔ／ｈ，考虑到脱硫废水间歇外 排和操作人员运行排班情况，脱硫废水处理量按３．５ ｔ／ｈ设计。该脱硫废水零排放工程项目新上一台旁 路增压风机及蒸发塔，废水经蒸发浓缩后，脱硫废水 量降低至０．５～０．７ｔ／ｈ，含固 量 为５％～１０％。浓 缩废水经喷射系统喷洒于除尘器前部烟道，后随热 烟气蒸发，污染物随除尘器捕集混合灰收集外运，工 艺简便、无二次污染源产生。嘉兴新嘉爱斯热电有 限公司脱硫废水零排放工程项目主要设计参数见表 ２。 2. 1 低尘蒸发浓缩优化 经过预处理的脱硫废水是低浓度的废水，为了 减轻对除尘器的影响，本项目设置了浓缩系统，以提 高废水的浓度。由于将低尘热烟气作为蒸发热源， 蒸发系统内部的含尘量较少，系统较洁净，不易引起 设备结垢、管道堵塞等故障。水蒸气和浓缩废水分 两路回除尘脱硫系统，对烟道、除尘器等设备起到了 一定的保护作用，不会有大量的高湿烟气混入除尘 器前的高粉尘烟道，造成烟道和除尘器内部粉尘结 团黏壁；有限的浓缩废水量喷洒不会造成大幅度的 温降和湿度的增加，确保了设备的正常运行及可靠 的防腐性能。

新建一座蒸发塔，塔内设置两层喷淋层，塔底部 浆池内设置搅拌器，脱硫废水通过大流量循环泵不断 循环浓缩。在蒸发塔内利用１３５℃的低尘热烟气与 废水进行换热浓缩，水分在高温烟气作用下蒸发，最 终进入湿法脱硫塔。随着水分的蒸发，废水的浓度不 断升高，废水量大大降低，废水量可以浓缩至原来的 １／１０。经水质分析，蒸发浓缩前后废水水质的对比表 明（见表３）：除了氨氮以外，蒸发浓缩后废水中各种物 质的含量均有所提高，而氨氮主要是由于热烟气的吹 脱作用部分进入了气相，导致其浓度有所下降。 2. 2 喷射系统优化 烟 道 蒸 发 工 艺 是 一 种 基 于 喷 雾 干 燥 技 术 的 工 艺，基本原理是将溶液雾化喷入高温烟道内，废水以 雾滴状与高温气体接触，液滴在高温烟气的作用下 在烟道内蒸发结晶，废水中的杂质及可溶盐晶体进 入干式除尘系统随粉煤灰一起被捕集，一同被收集 存储及外排，系统废水经消耗殆尽从而达到脱硫废 水零排放的目的。 为了更 精 确 的 设 备 选 型 和 喷 枪 布 置，采 用 了 ＣＦＤ流场模拟。流场模拟采用标准ｋ－ε模型模拟烟 道内的湍流流动［１９］，该模型通过对湍流动能ｋ和湍 流动能耗散率ε进行半经验的模化来封闭湍流状态 下的流动控制方程［２０］。 对于脱硫废水的流动，采用离散相模型，即在拉 格朗日坐标系下处理液滴相，在欧拉坐标系下处理 气相。假设粒子的运动按照随机轨迹模型与气相耦 合，粒子在运动过程中与四周进行着动量、热量和物 质交换，发生水分蒸发、挥发分析出［２１－２２］。 对于气相的非预混反应，采用漩涡／动力学模型 进行模拟。该模型可以很好地模拟湍流与化学反应 的相互作用，在计算化学反应速率时，同时计算湍流 耗散速率和阿累尼乌斯速率，继而取其中的较小者。 经 ＣＦＤ流场模拟，可得到不同粒径雾滴和废水 喷射速度对考察面温度分布的影响，见图２和图３。 由图２可见，雾滴粒径越小，温度分布越均匀， 雾滴粒径为５０μｍ 温度分布的均匀性优于雾滴粒 径为７５μｍ 的，说明粒径越小雾滴在高温烟道里越 容易蒸发，气液两相混合时间越短，温度分布的均匀 性越好。 由图３可见，喷射速度越快，对附近的影响区域 越大，能快速扰动混合，温度均匀性好。 根据流场模拟的结果，喷枪选取双流体喷枪，在 压缩空气为０．３～０．４ ＭＰａ的作 用 下，废 水 的 液 滴雾化直径可以小于５０μｍ，喷枪出口处废水喷射速 度为２１．８ｍ／ｓ，其有效距离的废水喷射速度为９．４ ｍ／ｓ。在电袋除尘器入口垂直烟道的喷射截面上设 置了４组双流体喷枪喷洒浓缩废水，每套喷枪流量为９００Ｌ／ｈ，废水与烟气顺流喷射，在烟道里停留时 间约为２ｓ，能使废水完全蒸发。喷枪平面和立面布 置图见图４和图５。 2. 3 设置自清洗过滤系统 为减少系统的堵塞，在管路上设置了自清洗过 滤系统。自清洗过滤系统的主体设备为自清洗过滤 装置，通过高精度过滤材料对脱硫废水进行固液分 离，使废 水 中 粒 径＞１００μｍ 的颗粒被截留分离出 来，出水的含固率降低至１ ％以下。自清洗过滤系 统采用 ＤＣＳ逻辑自动控制，可定时或定压进行自动反冲洗，并以 定 压 为 优 先 原 则，确 保 系 统 压 力 小 于 ０．０５ ＭＰａ，反冲洗排液进入脱硫系统的脱水 系 统。 自清洗过滤器内部过流部件材质为 ＰＰ，滤芯材质为 ＰＥ，系统反冲 洗 间 隔 时 间 可 视 水 质 情 况 进 行 调 整。 自清洗过滤系统 Ｐ＆ＩＤ流程图，见图６。 ３ 运行影响分析

3. 1 对除尘器的影响 在除尘器前喷洒浓缩废水，提高了烟气湿度，会 提高电场的击穿电压，有利于提高电介质强度，降低 粉尘比电阻，减小气体黏度，并有利于提高电袋除尘 器的除尘效率；若采用的是布袋除尘器，由于是采用 浓缩废水而非原水喷洒，蒸发塔内大部分的水汽蒸 发并随烟气被带至脱硫塔前烟道，大大降低了喷洒量，运行时浓缩废水喷洒后布袋除尘器入口烟气温 度仅降低３～５ ℃，湿度增加０．２５％，对布袋除尘器 的除尘效率几乎没有影响，更不会引起糊袋。

3. 2 对脱硫水耗的影响 蒸发塔出口的低温高湿烟气将废水中的大量水 分带至脱硫塔前与原烟气混合后进入脱硫塔，在脱 硫塔内经喷淋、冷却作用后重新生成水进入浆液循 环系统，可降低脱硫工艺耗水量。脱硫塔入口烟气 温度下降５～１０ ℃，烟气湿度增加１％，使水气充分 再利用，降低了脱硫系统工艺耗水量。

3. 3 对灰流动性的影响 传统的烟道蒸发技术喷洒量全部集中在除尘器 入口，大量高湿烟气进入除尘器系统会增加粉煤灰的 湿度，使粉煤灰流动性变差，容易引起输送管路堵塞。 但浓缩烟道蒸发技术将会大大降低这种风险，因为含 湿烟气将大部分的水分带至脱硫塔前，避开了除尘器 系统，降低了对灰湿度的影响，除尘器入口的烟气湿 度仅增加了０．２５％，对灰湿度的影响可以忽略不计。

3. 4 对粉煤灰品质的影响 本工程项目通过对照分析有、无投运废水的除尘 器出灰品质来说明废水对灰分品质的影响。本工程 项目废水投运的是２＃ 锅炉，对比参照无废水投运的 ３＃ 锅炉，可以看出：投运废水零排放系统后，灰分中氯 化物、氨氮、氧化钙的含量提升相对较大，其中灰分中 氯化物含量是投运前的７．５３倍，氧化钙含量是投运 前的１．６６倍，氨氮含量也有大幅度的提高，见表４。

经计算，废水喷洒后固体总量约占粉煤灰总量的 ０．６７％，氯化物含量约占粉煤灰岩量的０．２ ％。根 据《通用硅酸盐水泥》（ＧＢ１７５—２００７）标准的要求，水 泥中Ｃｌ－ 质量分数不大于０．０６ ％。因此，脱硫废水 经过浓缩蒸发后，粉煤灰用于制作水泥时，掺混比例 不应高于３０ ％。根据灰分检测结果，未投运废水时 灰分中氧化钙的质量分数为１４．５％，投运废水后灰分 中氧化钙的质量分数为２４．１％，所以本锅炉投运炉内 脱硫时Ｃａ／Ｓ比值较大，导致粉煤灰中未反应的脱硫 剂较多，本底基数较大，为１４．５％。可见，投加的废水 导致了灰分中氯化物、氨氮、氧化钙等物质的含量增 多，但不影响灰分二次回收利用的品质要求。 3. 5 对设备的影响 独立的旁路蒸发浓缩系统，不会影响主机及现有 烟气治理工艺流程。低尘热烟气是较纯净的烟气，绝 大部分的杂质和粉尘已被去除，其进入蒸发塔后，蒸 发塔、管道结垢堵塞的风险降低，浓缩废水的含固量 为５％～１０％，且不断地循环流动，管道堵塞的几率 小，此外蒸发塔底部浆液区设置了搅拌器、循环管，不 断地扰动，以防止浆液、结晶沉积。废水零排放系统 投运后，烟气温降小，除尘器入口温度仅降低３～５℃， 烟气温度约１３０℃，高于酸露点１５～２０℃，几乎不对 设备腐蚀产生影响。

3. 6 运行成本 本工程项目废水零排放系统处理量为３．５ｔ／ｈ， 系统无需额外热源，能耗低，其运行费用见表５。
由表５可 知，每吨废水的处理费用仅为 １２．８ 元，低于常规的烟道蒸发工艺。 ４ 结 论 将经过除尘器后的低尘热烟气浓缩脱硫废水再 进行烟道蒸发的脱硫废水零排放工艺，使浓缩废水 和湿烟气分道回除尘脱硫系统，减少了系统的故障 率，优化了脱硫废水零排放工艺。 （１）系统的喷射区布置均匀，喷射末端速度９．４ ｍ／ｓ及粒径为５０μｍ 均有利于废水蒸发，废水停留 时间达到了２ｓ以上。设置的自清洗过滤系统可实 现自动控制，降低了管道堵塞风险，确保了系统的运 行安全和可控性。 （２）对除尘器入口烟气的温湿度产生影响，温降３～５℃，湿度增加０．２５％；可提升电除尘器除尘 效率，但对布袋除尘器的除尘效率、飞灰的流动性几 乎没有影响；高湿低温（５５℃过饱和湿烟气）的蒸发 塔出口烟气进入脱硫塔前烟道与原烟气混合，降低 温度５～１０℃，提高入塔烟气的湿度（增加１％），节 约了脱硫系统的工艺耗水量，节省了物耗。 （３）粉煤灰控制掺灰比例在３０ ％以下，不影响 水泥的品质。浓缩烟道蒸发工艺废水处理的单价较 低，为１２．８ 元／ｔ，低于常规的烟道蒸发工艺，具有明 显的竞争优势。