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燃煤電廠脫硫廢水噴霧蒸發技術研究現狀

新型廢水噴霧蒸發處理技術
綜合上述關于脫硫廢水及高含鹽水處理的研究，提出了一種脫硫廢水噴霧蒸發技術來實現電廠廢水零排放。如圖2所示，將脫硫系統排出的廢水漿液與加壓空氣混合后，廢水經霧化噴入空預器與除塵器之間煙道內，霧化液滴與高溫煙氣充分接觸，氣液兩相發生強烈熱交換后蒸發，煙氣溫度降低至酸露點以上。廢水蒸發后所析出的金屬鹽、懸浮物等物質隨煙氣進入后面的除塵系統中被脫除。

圖2脫硫廢水蒸發系統工藝圖

據文獻報道[8]，某電廠煙氣脫硫工程單臺300 MW 機組脫硫廢水排放量僅為4.2m3/h，水溫為52℃，除塵器前煙道中煙氣溫度為142 ℃，噴入煙道的霧化脫硫廢水迅速在煙道中蒸發，脫硫廢水中的固體物(重金屬、雜質以及各種金屬鹽等)和灰一起懸浮在煙氣中并隨煙氣進入電除塵器中被捕捉，因脫硫廢水中固體量和各種金屬鹽含量僅為395 kg/h，對灰的物性及綜合利用不會產生影響。經計算，脫硫廢水噴入煙氣后，煙氣濕度由7.14％增加至7.56％，煙氣溫度由142 ℃降至136 ℃，煙氣處于不飽和狀態，高于酸露點溫度，不會對煙道和電除塵器產生腐蝕。同時，因煙氣溫度的降低及含濕量的增加，減少了FGD系統的水耗量。
日本三菱重工為一臺500MW機組設計了脫硫廢水蒸發系統。從空預器前煙道旁路抽取3.5%的煙氣量用于廢水蒸發，這使得熱能降低了0.4%。廢水中的重金屬及鹽類等干態物質使后續除塵設備灰塵處理量增加3%。經實測表明，廢水中的氯化物經蒸發處理后形成一種和飛灰大小相似的鹽類，廢水中含有的汞形成固體沉淀下來。該蒸發系統所產生的固體物能夠被獨立捕獲下來并與飛灰或其他如水泥、石灰等物質形成一種穩定的產物[9]。
脫硫廢水蒸發相關技術研究現狀
目前，脫硫廢水利用煙氣余熱蒸發技術還少有在燃煤電廠應用，理論研究也很匱乏。在研究早期由于技術上無法對霧滴蒸發過程進行細致的觀察，學者們先對蒸發過程進行了純理論上的數值模擬[10-19]。Gradinger和Bouloueho [20]在1998年確立了一種零維液滴蒸發模型，但液滴在蒸發過程中物理參數隨溫度變化沒有充分考慮，同時忽略了蒸發時液滴內部溫度梯度的產生，因此模擬結果缺乏真實性。Nasser Ashgriz[21]等提出對流對液滴蒸發特性的影響規律及修正。Lili Zhang[22]模擬了液滴干燥過程，考慮了液滴內部組分的轉移過程和溫度梯度的存在，這直接影響了液滴表面的蒸發速率。Kim H[23,24]等研究了環境壓力對液滴蒸發的影響。YoungchulRa[25]應用離散多組分燃料液滴模型對多組分燃料噴霧和蒸發進行了模擬計算，熱流量表達式通過近似準穩態能量平衡獲得，忽略輻射的影響。Godsave[26]提出了用于估算液滴蒸發過程的直徑平方蒸發定律，該模型沒有考慮液相傳熱和傳質。國內方面，張子敬等[27]建立了噴霧液滴群煙氣蒸發傳熱傳質模型對液滴粒徑和蒸發速度進行研究；盧江等[28]建立了煙氣與液滴在相互運動狀態下液滴直徑隨時間變化的數學模型；蔣勇等[29]通過離散液滴模型對霧化液滴蒸發過程進行了三維數值模擬，計算得到粒子軌跡圖。郭靜娟[30]進行了脫硫廢水煙道蒸發的工程試驗并提出廢水調質處理的必要性，論證了該技術的可行性。張志榮等[31-34]在多種不同條件下對脫硫廢水蒸發過程進行了詳細的數值模擬，從理論上論證了該技術的可行性。
但脫硫廢水蒸發與常規蒸發具有較大的差異，一是蒸發要求更高，要求脫硫廢水在短時間內完全蒸發；二是脫硫廢水成分復雜，其中含有易分解成分，這需要嚴格控制蒸發溫度區間和時間；三是脫硫廢水的比熱是變化的，因此研究脫硫廢水成分與比熱的關系，通過精確的數值控制來實現蒸發過程是有必要的。
脫硫廢水蒸發技術的優點及存在的難題
脫硫廢水蒸發技術的具體優點如下：
（1）廢水蒸發相變促進PM2.5凝并，便于除塵器和FGD系統對PM2.5的捕捉及脫除；
（2）降低濕法煙氣脫硫吸收塔入口煙氣溫度，減少吸收塔脫硫水的蒸發水耗；
（3）省去了傳統脫硫廢水處理系統，實現了廢水的零排放，節省了運行費用及藥品費等；
（4）由于煙氣溫度降低，煙氣比容降低，機組引風機做功減少，從而有效降低機組引風機功耗；
（5）除塵效率提高使進入吸收塔的粉塵含量大量降低，可有效改善脫硫石膏品質，也減少除霧器堵塞的幾率；
（6）由于脫硫后煙氣含水量大幅降低，脫硫后排放煙氣濕份下降，煙羽抬升高度升高，有利于污染物擴散，可減輕或消除煙囪周邊“石膏雨”現象。
目前脫硫廢水蒸發技術也同樣面臨著巨大的挑戰：
（1）脫硫廢水呈酸性，蒸發不完全易對煙道造成腐蝕；
（2）蒸發產物遷移轉化規律尚不明晰，控制硫物種的再分解至關重要；
（3）理論研究不足，研究不夠深入，在國內只有少數文獻中有所提及；
（4）國內研究大部分以數值模擬為主，但缺少與實際擬合度較高的動力學模型。
上述問題制約了該技術的理論研究及工業應用，尚需開展多方面的研究揭示該過程有關的調控與化學機制。
技術應用前景
近年來中國很多地區飽受PM2.5的危害，多次出現霧霾天氣，而來自于燃煤電廠煙囪排放的顆粒物及主要氣態污染物貢獻較大。該技術能夠降低脫硫后煙氣含濕量從而提高煙氣抬升高度，便于煙氣擴散，減少了煙囪周圍“石膏雨”的形成。此外，脫硫廢水蒸發相變促進PM2.5凝并，粒徑增大，便于電除塵器、FGD系統捕捉脫除，從而減少燃煤電廠PM2.5的排放，減輕燃煤電廠面臨的大氣污染壓力。
在世界上很多國家，以煤為主的能源結構導致直接燃燒原煤用以發電，由此帶來電廠大量水耗以及大量廢水的產生。因此優化、改善并推進產業結構調整、優化能源結構、鼓勵節能是解決能源與環境矛盾的必由之路。從自然科學理論研究與工程技術開發角度，跨學科、前瞻性地研究脫硫廢水蒸發技術是十分必要和迫切的。
盡管蒸發技術的發展已有很多年，但對于其應用于脫硫廢水少有學者研究且僅有少數電廠安裝，操作和運行經驗十分匱乏。考慮到未來電廠的廢水廢氣排放標準越來越嚴格和該技術在經濟技術上的可行性，在未來蒸發處理將是一種被廣泛使用的方法，其帶來的水耗、電耗的降低、廢水零排放帶來的運行費用的節省必將產生極大的經濟和環境效益，應加大這方面的研究力度并逐漸在現有燃煤電廠中推廣。

上一個：環保部處罰46家脫硫脫硝設施存在問題電廠下一個：[脫硫脫硝] 脫硫工藝是用濕法、半濕法還是干法,看完這篇就知道了

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