基于煙氣蒸發的燃煤電廠脫硫廢水零排放處理技術

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1、基于煙氣蒸發的燃煤電廠脫硫廢水零排放處理技術      東南大學能源與環境學院2017.7.12,1,報告內容,脫硫廢水水質特點及其零排放處理技術脫硫廢水煙道蒸發零排放處理技術2.1 技術原理2.2 脫硫廢水蒸發特點2.3 工程應用試驗2.4 基于脫硫廢水煙道蒸發處理的多污染物協同治理技術脫硫廢水噴霧干燥零排放處理技術煙道蒸發與噴霧干燥零排放技術對比,脫硫廢水來源：石膏旋流器排水,一、脫硫廢水水質特點及其零排放處理技術,法律要求：環境保護法、水污染防治法等,政策要求：火電廠污染防治技術政策、水污染防治行動計劃等,脫硫廢水零排放要求：,脫硫廢水,脫硫廢水水質特點,腐

2、蝕性強(溶液中含有大量的腐蝕性離子，如Cl-、SO32-、F-等),pH偏酸性（5.5-6.5）,重金屬含量超標(主要含有Hg、Cr、Pb、Ni、Cd、Cu、Zn等),處理難度高(可生化性差、Cl-很難去除等問題),濁度高(6000-25000ppm),Cl-濃度高（15000-20000ppm）,脫硫廢水水質特點：呈弱酸性，pH值通常為5.5-6.5；懸浮物種類多、含量高，包括灰份、惰性物質、石膏、CaSO3、CaCO3等；含鹽量（Ca2+、Mg2+、SO42-、Cl-）高；水質波動大、水量不穩定。,由于水質的特殊性，脫硫廢水處理難度大,一、脫硫廢水水質特點及其零排放處理技術,脫硫廢水零排放

3、處理技術工藝：蒸發結晶技術煙道蒸發技術噴霧干燥技術其他技術,一、脫硫廢水水質特點及其零排放處理技術,蒸發結晶技術,煙道蒸發技術,噴霧干燥技術,2.1 技術原理利用雙流體霧化噴嘴將脫硫廢水霧化并噴入空預器與除塵器之間的煙道中，利用煙氣余熱將廢水完全蒸發，使廢水中的污染物轉化為結晶物或鹽類，隨飛灰一起由后續除塵器捕集；國內已有不少應用實例；東南大學正在開展的研究：脫硫廢水蒸發特性及其應用試驗脫硫廢水煙道蒸發對后續電除塵、WFGD系統的影響基于脫硫廢水煙道蒸發的PM/Hg/SO3協同治理研究,二、脫硫廢水煙道蒸發零排放處理技術,脫硫廢水煙道蒸發技術工藝,脫硫廢水的蒸發主要分為兩個階段：等速蒸發與降速

4、蒸發；日本學者將脫硫廢水的蒸發過程細分為5 個階段，即溫度上升階段、等速蒸發階段、硬殼形成階段、沸騰階段及干燥階段，并認為由于硬殼的形成，脫硫廢水的蒸發速率比純水慢。,2.2 脫硫廢水蒸發特性,脫硫廢水蒸發過程,表面結殼現象,脫硫廢水煙道蒸發過程,利用熒光示蹤法及測試脫硫廢水蒸發過程中煙氣溫濕度變化考察蒸發特性：120-180煙溫下，脫硫廢水可在0.501.00s內蒸發完畢；煙溫約降低5-8 ；高含鹽量（30000mg/L）脫硫廢水蒸發速率略慢于純水；脫硫廢水蒸發后Cl-主要以固體鹽分析出，酸性條件下會有少量進入氣相。,2.2 脫硫廢水蒸發特性,熒光示蹤法測試脫硫廢水蒸發過程原理,脫硫廢水蒸發

5、過程中煙溫變化過程,脫硫廢水煙道蒸發過程（熒光示蹤法）,2.3 工程應用試驗,東南大學能環學院與江蘇電力設計院合作利用1臺300MW機組鍋爐1/4的煙氣量進行了示范試驗；示范結果表明，廢水蒸發析出的顆粒物導致的除塵器負荷增加很有限，以現有電除塵器負荷能力即可滿足處理要求；同時，煙氣濕度的適量提高和煙溫的適量降低可使煙氣中粉塵比電阻降低，有利于電除塵效率的提高。,（a）廢水輸送系統       （b）霧化噴嘴安裝圖      （c）噴射點現場脫硫廢水蒸發處理示范試驗現場,2.4 基于脫硫廢水煙道蒸發處理的多污染物協同治理技術,基于脫硫廢

6、水煙道蒸發的化學團聚增強電除塵效率技術添加堿性吸收劑的脫硫廢水煙道蒸發脫除SO3技術脫硫廢水煙道蒸發促進Hg0氧化及其脫除技術,基于脫硫廢水煙道蒸發的化學團聚增強電除塵效率技術,化學團聚技術原理：在電除塵器入口煙道（適宜煙溫：120180）噴入由高聚物粘結劑、潤濕劑、降比電阻劑等組成的化學團聚劑溶液，利用帶有極性基團的高分子長鏈以“架橋”方式將多個PM2.5連接，促使其團聚長大，進而增強電除塵脫除PM2.5及總塵。粘結劑：通過“架橋”方式將兩個或更多的粉塵團聚在一起，是促進細微粉塵長大的主要組分。潤濕劑：主要用以促進粉塵顆粒潤濕，加速粉塵進入團聚促進劑液滴內部。,細顆粒物化學團聚長大技術原理,

7、化學團聚增強電除塵脫除顆粒物裝備工藝,技術難題：在0.1-1m之間存在明顯穿透窗口,團聚劑配方及添加量配方：團聚劑溶液由高分子粘結劑或絮凝劑、表面潤濕劑、降比電阻劑、 pH調節劑組成，其中，高分子粘結劑0.050.1%；潤濕劑0.0050.01%；降比電阻劑00.01%；pH調節劑00.005%。添加量：大多為每Nm3煙氣中添加0.0050.05kg團聚劑溶液，其中高聚物粘結劑約占處理粉塵量的0.050.25%。細顆粒團聚長大特性,化學團聚劑添加前后細顆粒物粒徑變化,穿透窗口顆粒長大效果明顯,基于脫硫廢水煙道蒸發的化學團聚增強電除塵效率技術,化學團聚前,化學團聚后,化學團聚與脫硫廢水煙道蒸發處

8、理耦合的原理化學團聚與脫硫廢水煙道蒸發工藝流程相似，前者利用雙流體霧化噴嘴噴入脫硫廢水，后者為團聚劑溶液；應用脫硫廢水配制團聚劑溶液可望協同實現脫硫廢水零排放和增強電除塵效率的雙重功效；應用脫硫廢水配制團聚劑溶液，脫硫廢水的弱酸性環境可以使高聚物分子鏈充分伸展，增強其團聚吸附PM2.5效果；同時，蒸發析出的無機鹽類物質（如CaCl2、NaCl）還能降低粉塵比電阻；除可節約工藝用水外，還可省去團聚劑配方中的pH值調節劑和降比電阻劑。授權發明專利：協同促進PM2.5團聚       長大和蒸發處理脫硫廢水的方法及裝置.       &nb

9、sp;國家發明專利, ZL201110282877.0。,基于脫硫廢水煙道蒸發的化學團聚增強電除塵效率技術,脫硫廢水煙道蒸發零排放處理工藝,化學團聚與脫硫廢水蒸發處理工藝,實驗研究成果,燃煤煙氣超低排放試驗平臺（煙氣量350Nm3/h ）,15,噴入脫硫廢水煙氣中PM2.5濃度略有升高，但同時PM2.5粒徑增大，加入團聚劑后粒徑進一步增大。脫硫廢水蒸發處理可以降低粉塵比電阻，進而增強電除塵對總塵及PM2.5的捕集率；經測量，噴入脫硫廢水后飛灰比電阻可由1.851010cm 降至9.86109 cm。,粒徑變化,數濃度變化,基于脫硫廢水煙道蒸發的化學團聚增強電除塵效率技術,脫硫廢水蒸發處理對顆粒

10、物性的影響,脫硫廢水蒸發處理對顆粒物性的影響,16,基于脫硫廢水煙道蒸發的化學團聚增強電除塵效率技術,脫硫廢水中加化學團聚劑增強電除塵脫除細顆粒,脫硫廢水中加入團聚劑后，電除塵出口PM2.5濃度可降低30%以上，總塵濃度可降低50%以上。,化學團聚增強電除塵脫除總塵效果,添加堿性吸收劑的脫硫廢水煙道蒸發脫除SO3,噴射堿性吸收劑是控制燃煤電廠SO3排放的重要手段，噴入的形式可以是粉末或漿液（溶液）；其中，以漿液（溶液）方式噴射堿性吸收劑脫除SO3可與脫硫廢水煙道蒸發技術有機結合；無需再構建吸收劑噴射系統，具有明顯經濟效益。本課題組進行了石灰石-石膏法脫硫廢水中添加適量NaOH、Na2CO3、N

11、aHCO3等堿性物質，然后由雙流體霧化噴嘴噴入電除塵入口煙道以協同實現脫硫廢水零排放和脫除SO3的研究，發現SO3脫除率最高可達50%以上。,漿液方式噴射堿性吸收劑脫除SO3工藝（三菱重工）,添加堿性吸收劑的脫硫廢水煙道蒸發脫除SO3,脫硫廢水煙道蒸發促進Hg0氧化及其脫除技術,煤中氯元素有利于Hg0向Hg2+的轉化并可增強燃煤飛灰對汞的吸附作用，富氯脫硫廢水蒸發析出的CaCl2、NaCl等含氯固相產物可促進煙氣中的Hg0轉化為易于脫除的Hg2+和Hgp，進而增強后續電除塵、WFGD系統等對汞的捕集能力。,18,高氯含量脫硫廢水蒸發促進單質汞氧化性能,Hg0(g) + Cl(ads &

12、g ) HgCl(ads &g)HgCl (ads &g) + Cl(ads &g) HgCl2(ads)HgCl2(ads) HgCl2(g),高氯含量脫硫廢水蒸發促進單質汞氧化機理,375t/h鍋爐脫硫廢水煙道蒸發協同化學團聚增強電除塵效率改造試驗,系統構成：工藝流程：,脫硫廢水煙道蒸發協同化學團聚增強電除塵效率工藝流程圖,脫硫廢水過濾預處理系統,375t/h鍋爐脫硫廢水煙道蒸發協同化學團聚增強電除塵效率改造試驗,系統構成：（1）脫硫廢水過濾預處理系統（2）化學團聚劑配制系統包括團聚劑原料儲槽、脫硫廢水過濾及供給設備、團聚液配制槽、團聚劑溶液儲存槽等。（3）壓縮空氣

13、和團聚劑溶液輸送系統主要包括離心泵、調節閥、流量計（不銹鋼玻璃轉子流量計、電磁流量計）、空壓機、儲氣罐等設備。（4）團聚劑溶液霧化系統噴槍擬布置在垂直煙道，順流布置；采用雙流體霧化噴嘴，噴槍采用可抽取式結構，以便實現在線維修。（5）吹灰系統為防止煙道積灰，在煙道轉彎處設置聲波清灰器。,改造試驗現場,脫硫廢水煙道蒸發技術問題及解決措施,可能出現的問題：煙道內塵堆積較多，導致阻力過大影響鍋爐運行。積灰原因分析：煙道積灰主要是由于噴出的廢水液滴與粉塵接觸后，廢水或粉塵蒸發不干，部分粉塵重量增大導致在煙道中沉積；煙道內流場分布、廢水霧化蒸發情況、煙氣溫度對此均有重要影響；特別是廢水霧化不佳存在少量粗液

14、滴，以及噴嘴布置不當，噴點所在位置煙道流速偏低，更易出現煙道積灰；鍋爐不穩定（低負荷下煙溫和煙氣流速降低）、運行過程中噴嘴發生磨損堵塞等情況導致霧化性能變差，均有可能出現煙道積灰；因此，噴嘴霧化性能、噴嘴布置、清灰措施特別關鍵。解決措施：脫硫廢水進入噴嘴前，需基本不含固體顆粒以免堵塞噴嘴；同時需防止脫硫廢水在輸送管道及噴嘴內結晶；設置儲氣罐，以提供穩定壓力的壓縮空氣，保證噴嘴霧化性能；噴嘴布置前開展煙道內流速分布測試及流場、粉塵沉積特性數值模擬；噴嘴布置在流速較高位置，若煙道流速分布不均，需設置導流板；需設置清灰裝置（如聲波清灰）。,三、脫硫廢水噴霧干燥零排放技術,1、脫硫廢水噴霧干燥零排放處

15、理原理該工藝將噴霧干燥技術應用于脫硫廢水處理，脫硫廢水經過旋轉霧化器霧化成粒徑約1060m的細霧滴噴入干燥塔內，利用空預器前的鍋爐熱煙氣作為熱源，在噴霧干燥塔內將廢水蒸發，水分進入煙氣中，廢水中的鹽類干燥后部分落入干燥塔底端被收集轉運，其余干燥產物隨煙氣進入除塵器處理，達到脫硫廢水零排放的目的。,脫硫廢水噴霧干燥零排放技術工藝,2、技術特點利用原煙氣熱量，不需額外蒸汽；投資、運行費用分別僅為蒸發結晶工藝的1/3、1/10；脫硫廢水蒸發在單獨設置的干燥塔中進行，不影響煙氣凈化裝置主系統；工藝流程簡單、操作方便，占地面積小；無噴嘴堵塞、煙道腐蝕穿孔現象。,噴霧干燥塔（三菱重工實驗裝置）,3.1 工

16、藝流程及系統構成,廢水給料輸送系統廢水給料輸送系統主要包括箱罐及相應的泵等設備；經預處理的脫硫廢水輸送至廢水箱，加入石灰漿液調質后，輸送至高位給料箱，自流進入噴霧干燥塔旋轉霧化器。煙氣系統煙氣系統主要包括煙氣擋板、膨脹節和煙道等；煙氣從空氣預熱器前的主煙道引出一部分進入噴霧干燥塔，與經過高速旋轉霧化器霧化、噴射而出的脫硫廢水霧滴充分接觸，干燥塔出口煙氣排入電除塵器前的主煙道中。,系統構成,工藝流程,3.1 工藝系統及其主要設備構成,3. 噴霧干燥塔系統煙氣通過煙氣分布器進入噴霧干燥塔后，與經旋轉霧化器霧化、噴射而出的脫硫廢水液滴充分接觸，完成廢水蒸發；噴霧塔系統主要包括噴霧干燥塔、旋轉霧化器及

17、其附屬設備；旋轉霧化器：旋轉霧化器是整個噴霧干燥處理工藝最核心的部分，該霧化器需能夠保證在鍋爐負荷發生變化致使廢水處理量改變時，霧化霧滴的粒徑分布不發生顯著改變；氣體分布器：用于保證霧化液滴與干燥熱煙氣之間的有效混合。,噴霧干燥塔系統,旋轉霧化器,噴霧干燥塔,3.2 脫硫廢水噴霧干燥工程應用試驗,擬與華電科工合作在江蘇華電揚州發電有限公司2臺330MW燃煤發電機組上開展應用示范試驗，同時利用東南大學的脫硫廢水蒸發處理平臺開展實驗室研究。1、實驗室研究：首先開展脫硫廢水旋轉噴霧霧化及蒸發特性研究；在此基礎上，開展不同煙氣物性及脫硫廢水水質條件下的廢水噴霧干燥蒸發特性研究，特別是高鹽脫硫廢水的噴霧

18、干燥蒸發特性。實驗室試驗平臺：主要由全自動燃煤鍋爐、SCR脫硝、噴霧干燥塔、電除塵器、濕法脫硫塔、脫硫廢水輸送系統等組成，額定煙氣量350Nm3/h；噴霧干燥塔塔徑1.25m、塔高5m，廢水處理量25-40kg/h。,實驗室試驗平臺工藝流程圖,PDA霧滴粒徑測試平臺,3.2 脫硫廢水噴霧干燥工程應用試驗,2、工業應用研究依據揚州發電有限公司2臺330MW機組特性、脫硫廢水水質及處理量要求、熱煙氣參數、實驗室研究成果等基礎數據，并結合脫硫廢水噴霧干燥零排放處理工藝流程構建2套工業試驗裝置。,330MW燃煤機組脫硫廢水噴霧干燥零排放處理技術工藝流程,3.3 脫硫廢水噴霧干燥蒸發技術問題及解決措施,

19、脫硫廢水中固體懸浮物的快速蒸干和粘壁問題解決措施：通過升級改造傳統旋轉霧化技術，研發適合脫硫廢水物性的具有自主知識產權的專業旋轉霧化器，以確保霧滴的細度及均勻度；與之相匹配的煙氣分布器，將引入的熱煙氣分成直流與旋流兩部分，保證在最小煙氣量下與霧滴充分混合，實現快速蒸干、蒸透，避免“濕壁”現象的產生。脫硫廢水噴霧蒸發對飛灰綜合利用的影響噴霧干燥塔處置后形成的底渣及析出的鹽類采用氣力輸灰送至電廠電除塵器主輸灰系統（一號粗灰庫），作鋪路或制磚使用；少量飛灰及細小鹽類結晶進入電除塵，粉煤灰中氯含量不會超過萬分之六的標準，不影響飛灰的資源化利用。,干燥塔底部灰輸送裝置,3.3 脫硫廢水噴霧干燥蒸發技術問

20、題及解決措施,噴霧干燥蒸發處理對鍋爐熱效率的影響脫硫廢水噴霧干燥處理需從空預器入口抽取機組總煙氣量的2.8-4.8%，導致熱風溫度下降4-6，鍋爐效率約降低0.30-0.50%。日本三菱重工依據500MW機組計算發現，需抽取機組總煙氣量的3.5%，鍋爐效率約降低0.40%。,四、脫硫廢水煙道蒸發與噴霧干燥零排放技術對比,煙道蒸發技術優點：投資費用低、脫硫廢水零排放的同時可望實現多污染物的協同治理。缺點：噴嘴易堵塞，有可能存在煙道腐蝕穿孔、積灰現象，對主系統存在影響風險。噴霧干燥技術優點：與雙流體霧化噴嘴相比，旋轉霧化器噴霧量調節范圍廣，工況變化適應性強、不易堵塞；運行穩定可靠，不存在影響主系統的風險；三菱重工通過對比分析蒸發結晶技術、脫硫廢水煙道蒸發、噴霧干燥蒸發技術，認為噴霧干燥技術最具市場競爭力。缺點：鍋爐熱效率約降低0.30-0.50%。,源自三菱重工技術報告,雙流體霧化噴嘴,旋轉霧化器,30,謝謝，敬請指正！,楊林軍東南大學  能源與環境學院 環境科學與工程系                  能源熱轉換及其過程測控教育部重點實驗室手機：13851784679         E-mail：,