关键词：废水处理；烟气脱硫；燃煤锅炉；脱硫塔

                 0 前言

                  河北宁纺集团有限责任公司年产各类染色面料4 500万米，每年要排放大量高浓度污水，污水pH高达12~13。由于当地污水排放标准要求较严格，COD需控制在30 mg/L以内，并且废水在处理前需预先进行酸中和处理，处理费用高昂，严重增加了生产成本，影响到企业的生产效益和市场竞争力。因地制宜地利用原有设施对污水进行处理，降低污水处理难度和费用，是本课题的研究目的。

                    1 项目背景

                    河北宁纺集团有限责任公司建有一座自备热电厂，规模是一套 7.5 MW 的汽轮发电机组和一台 75 t/h煤粉工业锅炉，负责公司的热力供应。锅炉烟气脱硫采用石灰-石膏法脱硫工艺，存在系统堵塞严重现象、副产品难于有效处理等问题，影响了系统的正常运行和脱硫效率，运行成本高居不下。改造方案：采用印染碱性废水对锅炉烟气脱硫进行治理，以废治废，实现资源循环利用。一台75 t/h煤粉工业锅炉的主要运行参数：锅炉烟气排放量129 000 m3/h，烟气温度130~160 ℃，锅炉燃煤量10 t/h，燃煤平均含硫量0.6%，初始排烟SO2质量浓度1 250 mg/m3。集团印染分公司废水排放量120 m3/h，废水主要化学物质是氢氧化钠，pH 12~13，呈强碱性。印染分公司和热电厂仅南北一路之隔，可铺设地下管道将印染废水引到热电厂作为烟气脱硫剂。集团污水处理厂在印染分公司东临一墙之隔，与热电厂也是一路相隔，可铺设专用的地下管道将脱硫废水引到污水处理厂。 塔，该设备占地面积少在热电厂锅炉引风机后面建设一座单塔式脱硫、投资小、运行费用低，并且具有耐腐蚀、维护方便等特性，保证脱硫设备长期安全可靠稳定运行，尾气达到排放标准，实现良好的经济效益。

当地环保标准关于脱硫塔的各项指标要求：烟气SO2排放质量浓度在25 mg/m3以内，脱硫效率达到98%以上，系统阻力≤1 000 Pa。脱硫除尘装置采用程序控制方式，确保脱硫除尘设备正常运行，水、气、电等消耗达到最低，各项工艺指标在最佳范围内。

                   2 脱硫工艺

                   2.1 脱硫中和反应过程

                    2.2 工艺流程

                     2.3 工艺分析

                    锅炉烟气经过SCR（选择性催化还原）脱硝和布袋除尘器除尘后，由引风机引入冷凝器降温预处理后，进入脱硫塔文丘里段，然后入塔螺旋上升，逆向与雾化喷咀喷出的印染废水液相接触，发生吸收反应，中和烟气硫分子。烟气除雾后再经过湿电除尘器、冷凝和加热脱水后排入大气。脱硫液与烟气接触反应后的液体自脱硫塔底部排出又返回混合反应曝气池，并与鼓风机鼓入的空气进行充分氧化，使水中的亚硫酸钠氧化反应为Na2SO4，同时也起到搅拌作用，防止发生沉淀。之后流入沉淀池沉淀，池底的沉淀物由移动吸泥机吸出，排入锅炉渣场，外运制砖。沉淀池上清液自动流入清水池，部分流入循环调节池与印染厂的废碱液混合，循环使用。部分流入污水管道进入集团污水处理厂处理。

                  3 脱硫塔设计

                   根据当地环保标准，控制脱硫液pH在7~8，烟气与脱硫水的液相比2∶1~4∶1，接触时间4.6 s，设计脱硫塔内径ϕ4.3 m，外径ϕ4.82 m，塔高22 m，4层喷淋装置。

                      3.1 脱硫塔体材质

主体采用花岗岩内衬防腐+钢筋混凝土+钢板结构。脱硫塔防腐材料选用是脱硫技术的核心关键，关系到脱硫塔长期稳定运行、维护费用、运行成本。现在国内制造的脱硫塔内防腐材料多采用玻璃鳞片或玻璃钢及衬胶工艺，其耐高温性能差，抗冲刷能力低。若循环水系统出现故障断水，瞬间就会炭化。还需加设旁路烟道系统和相应伺服机构及过热监控系统，因此工程投资造价昂贵。由于电气焊施工会造成玻璃鳞片着火烧毁塔体，因此玻璃钢鳞片防腐维修时严禁使用电气焊。以玻璃鳞片做防腐材料时，喷嘴喷出的脱硫液体具有流速高的特点，当喷淋液接触玻璃钢防腐层时，会对玻璃钢鳞片造成切割破坏。因此，利用玻璃鳞片做防腐材料，存在年年检修、三年一大修的问题。

本方案采用的花岗岩防腐内衬新技术具有以下优点：（1）外层为钢筋混凝土浇筑而成，内衬为花岗岩石材，具有高性能的防腐、耐热、防冲刷的特性。同时，还能解决脱硫塔防腐层易损坏的问题，塔体10年之内不需做任何防腐维修。 （2）由于采用钢筋混凝土主体结构，塔体强度高，整体坚固耐用，使用寿命30年以上，可抗8度地震裂度。 （3）塔壁厚度850 mm。和只有十几毫米的普通塔体相比，隔热能力提高十几倍，无需再做保温层，也可以防止严冬季节出现“冰挂”现象。 

                   3.2 烟气烟道系统

                      为使烟气流动分布均匀，脱硫塔烟气进口设计采用侧向下切入塔方式，下切角度10°~15°。烟气以较低的速度下切进入吸收塔后，螺旋上升，延长烟气在吸收塔内停留的时间，设计接触时间为4.6 s。 

                   3.3 喷淋系统

                   3.3.1 喷嘴

                   采用特制碳化硅 BN40 螺旋喷嘴，具有高强度、高硬度、抗强烈腐蚀、剧烈磨损、耐高温等优良性能，在恶劣的条件下有超长的使用寿命。喷嘴采用旋转空喷结构，有效地防止管路堵塞，同时喷出的水雾雾滴直径极小，密度高，与烟气接触面积大。当pH为7~8时,液气比为2∶1~4∶1，可以达到98%的脱硫效率，循环水泵的功率消耗降低 30%~40%，电力消耗降低 30%以上，相应投资也大大降低。

                      3.3.2 喷淋管

                   单塔式脱硫塔喷淋管采用外插式结构，进行喷淋检修时，在塔外即可维修，无需停炉。本脱硫塔共设计4层喷淋，每层36个喷嘴。

                  3.3.3 脱硫喷淋液

                    脱硫剂采用集团印染分公司排放的碱性废水，pH为 12~13，流量 120m/h。由专用管道流入脱硫水循环调节池，与脱硫后的废水在调节池中混合调节pH到7~ 8，由循环泵送入脱硫塔喷淋系统。共设计3台循环水泵，二开一备，采用变频控制流量。考虑到印染废水碱度不稳定以及车间出现放假停产等因素，增设一台平衡碱灌，随时补充钠碱脱硫剂。

                    3.4 除雾器

                     除雾器由二级除雾器本体、冲洗水管道、喷嘴、支撑架、支撑梁及相关连接、固定、密封件等构成。除雾器是脱硫系统中的关键设备，其性能直接影响到湿式脱硫系统能否连续可靠运行。本系统除雾器采用惯性重力脱水板除雾，并配置有清洗装置。烟气通过除雾板间的弯曲通道，在惯性力及重力作用下将气流中夹带的液滴分离出来：烟气以一定的速度流经除雾器，快速改变方向，在离心力与惯性的作用下，烟气内的雾滴撞击到除雾器上被捕捉下来，雾滴汇聚成水流，下落至浆液池内，实现液气分离，使流经除雾器的烟气达到除雾要求后排出。

除雾器的除雾效果随气流速度的增加而增加，这是由于气体流速高，作用于雾滴上的惯性力大，有利于气液分离。但是，流速的增加会造成系统阻力增加，能耗增加。而且气体流速的大小有一定限度，流速过高会造成二次带水，反而降低除雾效果。通常将通过除雾器断面的最高且又不致二次带水时的烟气流速定义为临界流速，该速度与除雾器结构、系统带水负荷、气流方向、除雾布置方式等因素有关。 4 实施效果印染废水烟气脱硫系统自投运以来，经过两年多运行，排放的烟气中SO2质量浓度始终控制在15 mg/m3左右，烟尘含量2.0 mg/m3左右，脱硫效率在98%以上，达到当地环保排放标准要求，并且系统运行稳定，塔内未出现任何异常，效果良好。

印染废水经过脱硫系统处理后，由强碱性变成中性，色度、悬浮物和化学需氧量都有不同程度的降低，降低了污水处理厂后期处理难度，同时降低了处理费用和生产成本。经济效益：采用常规的石灰石膏法脱硫，平均每天使用白灰4.5 t，脱硫过程中需要开启3台脱硫泵，每台电机功率为75 kW。改用印染废水脱硫后，不再使用石灰，节省了脱硫剂费用。节省工业用水120 m3/h，年节约用水 100 万吨。脱硫过程中只需开启 2 台 75 kW 脱硫循环泵即可控制污染物排放。污水厂减少印染废水中和预处理每年所需硫酸 1 716 t。以上不完全统计，每年共节约费用638万元。

废水中COD去除率达40%，色度降低50%，污水厂后期处理节省费用还没有考虑进去。每米染色布生产成本至少下降0.14元，经济效益显著。环保效益：每年减少SO2排放量1 338 t，促进了当地的大气环境改善，实现了节能减排目标。

                     5 结论

                    （1）利用印染废水对锅炉烟气进行综合治理，实现了以废治废，循环利用，变废为宝的双赢效果。 

                    （2）降低了印染废水后期处理难度。

                     （3）该技术占地少投资小、工艺简单、操作方便、运行费用低、安全可靠、使用寿命长。

                    （4）该技术只适用于中低硫煤和中小锅炉。

                     （5）脱硫效率达到98%以上。 

                   （6）花岗岩内衬防腐、耐热、防冲刷效果好。

                     原标题：印染废水在烟气脱硫中的应用实践

                     原作者：赵登秋，郑 威，曹军平，何恒斌