燃煤电厂蒸发塔处理脱硫废水的热量衡算.docx

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1、燃煤电厂蒸发塔处理脱硫废水的热量衡算湿法脱硫产生的废水杂质种类多、处理量大，其处理及回用问题亟待解决.常规的混合堆放、水力除灰、化学处理等工艺均存在一定的缺陷，喷雾蒸发法操作简单可靠，可以实现脱硫废水的近零排放，但可能由于液滴未完全蒸发对烟道和电除尘器造成腐蚀.对此。本文利用蒸发塔代替烟道蒸发，对传统喷雾蒸发法工艺开展了改良;利用MAT1AB软件对蒸发塔模型开展了理论分析及热量衡算，并结合国外工业应用实例对本文热量衡算开展校核.结果说明，该热量衡算结果与工业应用实例均有较高契合度.实际应用中应结合模型对抽取的烟气流量及比例开展合理的重新分配，同时电厂应根据自身实际情况选择合适的脱硫废水处理方式

2、.全国87%的S02来自煤炭的直接燃烧排放.工业中常用的脱硫方法为化学法，湿法、半干法和干法等工艺均属于化学法.在众多脱硫技术中，石灰石G石膏湿法烟气脱硫技术以技术条件成熟、适用煤种广、脱硫效率高和对机组适应性好等优点而成为应用最为广泛的脱硫技术.但该技术常常会产生大量的脱硫废水，该废水与电厂其他废水差异很大，性质较为特殊.目前已应用的脱硫废水处理工艺尚不成熟，存在设备运行可靠性低、流程繁杂等问题，难以到达火电厂环保达标排放标准.因此，如何经济有效地处理、回用脱硫废水，这一问题亟待解决.1脱硫废水处理现状脱硫废水水质特点表现为：1）杂质种类繁多且含量不一，盐分含量非常高，其中Ci-最高，其质量

3、浓度可达500018000g1,远大于海水中CI-的质量浓度，同时S042-和S032-等离子的质量浓度也很高；2）含有大量悬浮物,如Si02颗粒、碱性金属的氢氧化物等；3）重金属、氟化物含量以及COD值也远大于国家标准,其中很多物质为国家环保规定中要求严格控制的第一类污染物；4）经过循环使用，脱硫废水酸性物质含量高,pH较低，一般为46.造成脱硫废水杂质种类多、处理量大的原因是，锅炉炉膛内的高温条件诱使燃煤中各种元素发生一系列化学反应，生成多种化合物，其中一部分变为炉渣排出，另一部分随烟气流动，进入脱硫塔,被Ca（OH）2浆液吸收,并在系统中发生浓缩，不断循环,杂质质量浓度大幅增高.根据以上

4、脱硫废水水质特点，目前脱硫废水处理方法主要有混合堆放、水力除灰、化学处理、喷雾蒸发等工艺.1）混合堆放法这是我国一部分电厂的脱硫废水处理方式.石膏为湿法脱硫的副产品，经过浓缩后，将其与废水混合排放到灰场.这种方法无需对脱硫废水开展处理，节省了人力和投资费用；但其将副产品石膏完全丢弃，未能实现资源的有效利用，同时堆放需要占用大量场地，其中的重金属等有害物质还可能逃逸到环境中造成污染，这显然不能满足当前节能减排的要求，也在一定程度上降低了火力发电的经济性.2）水力除灰法部分电厂采用该方法，在除灰系统用水中掺入脱硫废水.无需对原有的除灰系统开展改造，脱硫废水也无需处理，具有投资小、操作简单等优点，但

5、由于脱硫废水在较低PH下易对灰斗造成酸性腐蚀，因此需要均匀掺入除灰系统中.3）化学处理法这是目前应用最广泛的脱硫废水处理方法.通过建立一套完整的化学水处理系统,分别对重金属、有机物、悬浮物、F-等物质开展处理，既能使脱硫废水水质到达较高水平，又能实现石膏的综合利用.但该方法不能有效去除C1,且设备数量多、系统复杂、根底投资高，在一定程度上影响电厂的经济性.4）喷雾蒸发法该方法能够使废水中的杂质形成颗粒物并最终被除尘器捕捉，真正实现脱硫废水的近零排放.具体可分为：1）设置特定的蒸发干燥装置；2）利用烟气余热在烟道中蒸发.前者设计、安装特定的蒸发装置需要投资过高，在国内尚无运营业绩；后者是将经过雾

6、化的脱硫废水喷入省煤器与空气预热器之间的烟道中，使其吸收烟气余热蒸发，其中水蒸发为水蒸气进入后续烟道，废水中的Ca2+、Mg2+、Na+、S042-、C032-、C1-.重金属离子等各种污染物瞬间蒸发、干燥结晶形成细微颗粒物，随烟气进入电除尘器被去除.但烟道蒸发对脱硫废水的蒸发条件要求较为严格,微小雾滴进入烟气后，在很短时间内要完成雾滴的完全蒸发汽化,否则由于未完全蒸发的雾滴有酸性，烟道和电除尘器会发生腐蚀.所以，提高单位时间内液滴群的蒸发质量及降低烟道完全蒸发时间成为该方法的关键，同时要在实际操作中考虑对除尘效率的影响.2蒸发塔处理原理及热量衡算2.1处理原理针对目前喷雾蒸发法存在的问题，设

7、计出一套改良方案,其原理如图1所示.与原方法直接在烟道内将脱硫废水喷雾蒸发不同，改良后喷雾蒸发过程在喷雾蒸发塔中开展，即蒸发塔处理脱硫废水方法.图1蒸发塔处理脱硫废水原理分别抽取省煤器与空气预热器之间的高温烟气、空气预热器与静电除尘器之间的烟气，经过混合后进入蒸发塔底部,待处理的脱硫废水与压缩空气混合后经过雾化喷头喷入蒸发塔中与烟气开展逆流混合.为保证蒸发速率以及经济性，应使进入蒸发塔内的烟气维持在一定温度区间，同时保证蒸发塔出口温度在酸露点之上,液滴从烟气中吸收热量，然后在极短的时间内蒸发完毕.其中，水分随烟气返回空气预热器与电除尘器之间的烟道中,灰分则留在喷雾蒸发塔内.在较高的出口温度下，

8、喷雾蒸发塔内的固体完全干燥.此方案可以使脱硫废水与烟气开展充分接触并延长接触时间，使液滴在尽可能短的时间完全蒸发后返回烟道中,防止了原方法对烟道和电除尘器的腐蚀.2.2热量衡算高温烟气和待处理废水之间建立起一套热平衡系统.不考虑烟气中飞灰对传热的影响，则由能量守恒可知，在理想状况下，烟气减少的内能等于脱硫废水蒸发过程中所吸收的热量：研究说明，在蒸发过程中引进的烟气温度在25028(TC时能取得最正确的蒸发效果.此处，取2部分烟气混合后的温度为26(C,则2部分烟气在能量关系上满足即其中：Q1Q2、Q3分别为省煤器与空气预热器之间抽取的烟气流量、空气预热器与电除尘器之间抽取的烟气流量、待处理的脱

9、硫废水流量,3h(标准状态，下同)；P为烟气密度,kg/m3；c1、C2、c3分别为烟气、水、水蒸气的比热容,分别取1O8、4.19、187kJ/(kg?t)；AH为水的相变焰，取2257kJ/kg；ThT2、T3、T4分别为省煤器与空气预热器之间抽取的烟气温度、空气预热器与电除尘器之间抽取的烟气温度、高温烟气与废水蒸发后的水蒸气到达平衡后的温度、待处理的脱硫废水温度，C；为烟气热利用效率,.3MAT1AB计算以某300MW机组为例，通过MAT1AB计算烟气以及废水的流量、温度的关系，得出在不同废水处理量时，一定烟气温度下应该抽取的烟气流量.3.1抽取烟气量与待处理废水流量关系3)若烟气全部从

10、空气预热器后抽取，则抽取的烟气流量为图2烟气流量与废水流量关系1台300MW机组的烟气流量约100万m3h,则以上3种工况下需抽取的烟气比例为：1)从空气预热器前抽取8.24%,从空气预热器后抽取6.74%；2)从空气预热器前抽取9.12%3)从空气预热器后抽取69.9%.3. 2废水蒸发流量与进口烟气温度关系省煤器与空气预热器之间烟气温度一般为35040(TC,所以在抽取5104m3h的烟气时，废水蒸发量一般在67th,在实际电厂运行中可根据实际的废水流量调整抽取的烟气量.4蒸发校核计算3.1 蒸发塔试验20*年，为了实现电厂脱硫废水零排放，日本三菱公司开展了脱硫废水喷雾蒸发试验.以日本三菱

11、公司500MW机组为例，烟气全部从省煤器与空气预热器之间抽取送入蒸发塔中，初始温度为371.1匕，体积流量为1.104103m3min,度为129kgm3;脱硫废水初始温度为2(TC,体积流量为0.114m3min;高温烟气与废水蒸发后的水蒸气到达平衡后的温度为165.6.美国环保协会(USEPA)不断限制排放废水中的重金属含量，在常规的化学处理已不能满足要求的条件下，美国开展了脱硫废水蒸发的中试试验，以C1-为研究对象，含40000mg/1C1-的脱硫废水以O.757m3min的体积流量进入蒸发塔,利用327。C的烟气对其开展蒸发，最终可除去99%的C厂.日本三菱公司和美国环保协会的试验数据

12、汇总见表1.表1日本三菱公司和美国环保协会蒸发塔试验数据3.2 日本三菱公司蒸发塔校核计算据热力学定律可知，日本三菱公司蒸发塔试验中烟气放出的热量为在三菱公司500MW机组中烟气的热能利用效率较高，可达94.5%,可见上述理论推导符合实际的工程状况，且抽出的烟气比例较小，约为空气预热器前烟气总量的3.5%.在待处理脱硫废水流量发生改变时，可根据实际运行工况，改变从空气预热器与电除尘器之间抽出部分烟气流量及比例以实现热能的有效利用.4. 3美国蒸发塔校核计算同理，美国环保协会蒸发塔中试试验中烟气放出的热量为4. 4校核计算结果分析上述2例校核计算证明本文蒸发理论均满足于实际工程运算.美国脱硫废水

13、蒸发塔中烟气热利用效率为65.6%,而日本三菱公司500MW机组蒸发塔中烟气热利用效率为94.9%,二者的热能利用效率存在较大差异，这是因为美国的脱硫废水蒸发塔为中试试验装置，空气泄漏和热量损失较为严重；而日本三菱公司500MW机组蒸发塔参数为实际运行参数，系统的密闭性及保温性较好，具有较高的烟气热利用效率.根据理论分析结果设计出烟气流量的自动控制调节回路，当脱硫废水流量及烟气温度发生较大变化时，需重新合理地分配抽取的2部分烟气流量及比例，以满足脱硫废水喷雾蒸发处理的热量需求.5结语1）电厂应根据自身实际情况选择合适的脱硫废水处理方式，常用的水力除灰、化学处理均存在一定弊端，需综合考虑投资运行及维护费用.2）传统喷雾蒸发法能够实现废水中的杂质以颗粒物的形式被除尘器捕捉，无需添加化学药品，操作简单可靠，可以真正实现脱硫废水的近零排放，但可能由于液滴未完全蒸发对烟道和电除尘器造成腐蚀.3）针对传统喷雾蒸发法的缺陷，将喷雾蒸发过程改在蒸发塔中开展，使脱硫废水与烟气开展充分接触并延长接触时间，液滴在尽可能短的时间完全蒸发后返回烟道中，可以防止传统方法的腐蚀问题.4）根据能量守恒定律开展热量衡算，并建立起烟气流量的自动控制调节回路，当脱硫废水流量及烟气温度发生较大变化时，结合建立起的模型对抽取的2部分烟气流量及比例开展合理的重新分配.