脱硫废水零排放一体化处理工艺
脱硫废水零排放一体化处理工艺
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国内燃煤锅炉常规的脱硫废水的处理工艺已不能胜任环境保护日益苛刻的要求。本文介绍了一种全新的脱硫废水零排放处理技术。 该技术根据燃煤锅炉整体烟气流程规划，利用废水预处理装置对脱硫废水进行初步固液分离，废水被导入至空预器后、除尘器前之间的烟道内，经双流体雾化器高度雾化后，在高温烟气余热的加热作用下，水分被完全蒸发成气相水蒸气，而盐分随着水分蒸发结晶成固体颗粒，被除尘器捕捉进入干灰，达到废水零排放;脱硫废水的加入提高了烟气湿度，可显著提高除尘器效率，并降低脱硫吸收塔工艺水消耗量。通过工业运行和试验检测表明，该技术可满足燃煤锅炉日常排放脱硫废水的处理。
石灰石一石膏湿法脱硫工艺是我国燃煤锅炉广泛采用的烟气脱硫方法。燃煤锅炉原烟气中99%以上的氯离子和重金属污染物被除尘器捕捉，但仍有少部分的污染物会逃逸过除尘器，随烟气进入脱硫吸收塔。
脱硫浆液在循环使用过程中，会不断富集由烟气带来的上述污染物。氯离子浓度的升高将引起脱硫效率的下降，并加速脱硫设备的腐蚀。因此，脱硫系统需定期排放一定量的废水，即脱硫废水。脱硫废水因复杂的物质组成，其具有极高污染性，直接排放将对环境造成及其严重且不可逆转的危害。
目前，国内大部分燃煤锅炉用户广泛采用的脱硫废水处理工艺为化学加药法。采用碱化、絮凝、沉淀、中和的方法对脱硫废水进行处理，经澄清后的废水上清液被作为“达标”排放的水，对外排出(图1)。实际上，这些“达标”水中含有较大浓度的氯离子和部分重金属离子。
随着我国环保工作力度的不断加强，作为用水大户和排污大户的燃煤电厂，是我国“节能减排”的重点领域，越来越受到相关部门的关注，叫：保部门已要求新建燃煤机组达到废水零排放，同时对老旧机组进行技术改造，逐步减排废水，最终实现废水零排放。
因此，国内先后出现了包括蒸发结晶法、深度萃取法等不同工艺的脱硫废水零排放解决方案，但均因为设备造价高昂，且运行成本极高而未能推广使。
本文介绍了一种全新、高效、经济的脱硫废水零排放一体化处理工艺及装置，并已经成功实现工业运行。
1、脱硫废水零排放一体化处理工艺
脱硫废水零排放一体化处理工艺是根据燃煤锅炉整体烟气流程规划开发的全新脱硫废水零排放处理方法。脱硫废水零排放一体化处理工艺及装置利用废水预处理装置对脱硫废水进行初步固液分离，废水被导入至空预器后、除尘器前之问的烟道内，经双流体雾化器高度雾化后，在高温烟气余热的加热作用下，水分被完全蒸发成气相水蒸气，而盐分随着水分蒸发结晶成固体颗粒，被除尘器捕捉进入干灰，达到“消灭”废水的目的。
脱硫废水的加入提高了烟气湿度，可显著提高除尘器效率，并降低脱硫吸收塔工艺水消耗量，最大程度的节水节能，实现脱硫废水零排放。(图2)
2、工艺系统的理论及技术介绍
2.1理论计算
脱硫废水零排放一体化处理工艺及装置利用烟气余热蒸发的关键在于有足够的烟气热量，并在尽量短的时间内将所有的废水雾滴完全蒸发。采用能量守恒计算出完全蒸发废水水滴所需要的烟气量，然后通过计算流体力学详细计算，保证废水在进入除尘器前即被完全蒸发变成水蒸气，避免对烟道和除尘器造成损伤。
2.2雾滴运动学分析
通过使用CFD软件F1uent对废水雾化喷入烟道后，烟气与废水雾滴之间的运动、传质进行数值模拟，确保雾化后的废水雾滴经烟气拖拽，和烟气整体流动保持一致性，烟道内的整个行程中不会碰壁或触底，同时在进入除尘器之前被完全蒸发成为气态，避免腐蚀烟道或损伤除尘器。(图3、图4)
2.3污染物的迁移路径
脱硫废水中主要污染物为重金属盐及以cacl2形式存在的Cl+盐。在脱硫废水液滴蒸发的过程中，几乎所有的Cl。盐和重金属盐结晶生成固态的颗粒被除尘器捕捉进入干灰，不会造成污染物的循环累积。该部分污染物会增加干灰中污染物含量，但增加比例极低，不会对干灰和石膏的综合利用造成不利影响。
2.4对烟气参数的影响
脱硫废水蒸发过程中，水份由液态转换为气态所需要的能量来源于烟气，势必导致烟气温度的降低。经过精确的计算机模拟计算，脱硫废水零排放一体化处理装置将机组负荷、机组烟气流量和排烟温度等参数进行综合分析，从而独立控制各个废水喷雾单元运行参数，最大限度利用烟气余热蒸发废水，同时设置专用保护模块，在机组负荷低、烟气流量小和排烟温度低时，各喷雾单元减少直至停止喷雾，确保装置运行不对机组运行造成任何不利影响。(图5)
图7主机负荷对比图
3.2试验数据分析
图8-10为脱硫废水零排放一体化处理工艺运行和非运行时系统EsP主要参数对比。从图中可以看出，系统运行和非运行时，取自除尘器内不同电场的电流、电压值曲线吻合度高，表明系统运行对ESP正常运行没有影响。(表l为ESP主要参数说明)
表1ESP主要参数说明图
图8除尘器电场电流电压对比图1
图9除尘器电场电流电压对比图2
图10除尘器电场电流电压对比图3
图11-13为脱硫废水零排放一体化处理装置运行和非运行时FGD脱硫效率、石膏液Ph值以及电除尘出口净烟气粉尘浓度的对比。从图中可以看出，在同等条件下，系统运行和非运行时对上述三项指标几乎没有影响。在2011年12月19日17：50以后的波动是由于FGD停止运行所致。
图11脱硫效率对比
图12Ph值对比
图13净烟气粉尘浓度对比
图14脱硫废水零排放一体化处理装置运行和非运行时GGH入口温度对比。在装置投运期间，由于蒸发吸热，GGH入口温度稍低(约2)，但仍在140左右。
在2011年12月19日17：50以后FGD停止运行时由于旁路打开，GGH入口温度降低;但在FGD恢复运行后，GGH入口温度迅速恢复至正常水平，脱硫废水处理系统运行对GGH正常运行没有产生负面影响。
图14GGH入口温度对比
4试验检测
2013年5月至9月，国内某电力科学研究院持续采集了与脱硫废水零排放一体化处理工艺及装置运行的所有相关数据，全面评估脱硫废水零排放一体化处理工艺对于脱硫系统氯离子和其他污染物的脱出效率以及对环境的影响，并形成了性能考核试验报告，报告结论指出：
(1)投运脱硫废水处理系统后，脱硫废水中人部分CI’、Cr、As迁移到了干灰中;
(2)脱硫废水处理系统的投运，极大的提高了除尘效率(除尘效率由原来的99.35%提高到现在的99.64%)：
(3)脱硫废水处理系统的投运，有利于提高脱硫效率，缓解了脱硫系统中与石膏浆液接触设备的腐蚀，延长了脱硫设备的使用寿命，提高了脱硫系统运行可靠性;
(4)系统的投运解决了脱硫废水难以处理的难题。
5结论
通过现场的实际运行情况和试验检测结果表明，脱硫废水零排放一体化处理工艺可以满足燃煤锅炉所排放脱硫废水的处理，保证水份全部蒸发，cl一和其他重金属污染物被固化捕捉，且不对除尘器、GGH等后续设备和脱硫效率等造成不利影响，同时显著提高除尘效率。
脱硫废水零排放一体化处理工艺较现有废水处理工艺在控制污染物排放、节约运行成本和智能化程度上拥有显而易见的优势，且还适用于燃煤锅炉其他难以处理的废水，可实现废水对环境零排放要求，避免造成环境污染，同时提升燃煤锅炉用水的效率，真正实现“少取、减排、增效”的目的，体现了“清洁生产”、“循环经济”的发展战略，促进自身可持续发展，符合国家节能减排的政策方针。
脱硫废水达标排放一体化设备应用（视频）
系统优势
1. 多效水处理： 多种水处理技术高度集成，可实现重金属，氟化物污染物深度去除达标排放。
2. 投资成本低： 模块化设计，布置灵活，占地面积小，处理量 20 m³/h 占地 ≤ 15 ㎡。
3. 运行成本低： 全自动化控制，运维方便，单一药剂制度，投加量仅为 100 ~ 400 /m³。
4. 有效改善浆液颗粒细化： 采用变间距变角度旋流布料技术，提升絮团沉降速度的同时，保证细微颗粒沉降效果。
DM一体化脱硫废水高效处理系统 - 设备布置
摘 要： 现阶段，燃煤电厂湿法脱硫这种工艺会产生一定量的含重金属废水。文章介绍了脱硫废水的水质特性和处理流程，并针对废水达标排放工艺等主流技术进行技术可行性分析以及经济性对比进行了展望。
一、 方案背景
目前国内普遍采用的三联箱（物化法）废水处理工艺，具有配置设备较多、投资较大、运行成本高和设备的检修维护量较大的缺点，导致许多装置虽安装了上述废水处理装置，但在实际运行过程中存在运维成本高、故障率高、实际投运率低的状况。本公司通过对国内多个脱硫废水系统进行分析，结果表明：多数矿山在设计的系统上配置了废水处理装置，且处理模式相同，采用中和、絮凝、澄清工艺，调整pH值，去除悬浮物、重金属等污染因子。这些系统运行一段时间后普遍因含固态量较高，使澄清器、污泥泵、压滤等设施负担加重，石灰乳加药系统堵塞，导致设备故障率较高，以致只能停用废水处理系统，转而寻求别的排放方式。
为了解决上述问题，我公司经多年研发，成功推出了基于DM一体化处理装置及DBS药剂的废水预处理工艺。本处理工艺已成功应用在株冶、大唐、华电、中色及宝武集团等多家单位废水处理项目中。DBS药剂也在国内含重金属废水中使用。可靠性，有效性及经济性效果得到业主方充分肯定。该技术最大特点是简单、高效。主要体现在：
（1）安装工作量少，施工简便，模块化设计，高度集成。DM一体化设备将脱硫废水的给药、中和、絮凝、澄清，搅拌等高度集成在一套装置中。
（2）物化反应时间短。使用DM一体化处理系统（用于完全取代原有三联箱及其相应的、有机硫、复合铁盐以絮凝剂等药剂贮存、配制与投加系统），并提供所要求的搅拌器设备。DM一体化处理系统自带投药箱，自动加入。DBS药剂拥有较强大的絮凝能力，能够轻松捕捉废水中极细小颗粒及胶体物质，达到去除脱硫废水中重金属、悬浮物及部分COD、氟化物的效果。
（3）沉降速度快。因DBS药剂本身难溶于水，且比重比水大，加之具有较强大的絮凝能力，形成的矾花具有较高的沉降速度，有利于后续的泥水分离。
（4）固液分离效果好。由于对悬浮物（包括极细小的悬浮物及胶体物质）絮凝吸附去除彻底，且形成的矾花只需一次泥水分离，上清液浊度即达到排放标准或回用要求。
（5）操作简便，自动化程度高。DM一体化处理系统自带有投药机，药剂加料阀通过电机控制，变速可调，控制加药速度及加药量。
（6）抗冲击能力强。脱硫废水成分复杂，水质与煤质、工艺水水质、氧化空气量、石灰石品质以及整个系统的运行工况等诸多参数、因素密切相关，波动较大。DBS复合处理药剂正是针对废水的这一特点研发。
强大科研及技术支持。DBS药剂的研发基于中组部国家级专家、中南大学博士生导师王平山领导的科研平台，投入重金属废水治理领域使用多年来，根据实际运行状况和多数业主提出的共同要求，例如更好的处置污泥，更高的重金属脱除率等，已历经多次配方升级。
同时由于各家企业废水水质不尽相同，对于处理后的出水要求也有侧重点等原因，单一的药剂配方无法满足所有要求。复合药剂配方的灵活性能够非常完美的解决这个问题，通过实地取样，再经过多次有针对性的验证试验，根据结果对药剂中各组分的成分比例做微调，最终形成“一厂一方”的药剂特点。DM一体化处理设备是西林环保公司在整合有色冶炼、氟化工等多个特殊行业的废水治理领域大量工程经验和运行数据基础上开发的一套拥有完全自主知识产权的高新技术产品。DM/DBS废水预处理技术能比较完美的应对目前国内主流矿山废水达标排放的要求，遇到比较特殊的水质，还可以考虑结合预沉、曝气和污泥浓缩等工艺予以解决，出水即可达标排放。
XX热电厂目前三联箱系统或其他处理系统运行基本正常，但是存在处理能力低/运行维护成本较高等问题，我们根据现场装置实际情况提出DBS药剂+改造的工艺方案，用非常经济的方式满足业主提出的系统适当增容、降低运行成本和操作难度、减少劳动力强度和设备检修维护频率等目的和要求。
二．设计条件及依据
本技术方案适用于“XXX脱硫废水处理系统改造工程”，改造条件如下：
本次废水系统改造，在废水厂房、工艺、设备的基础上，进行优化、完善或部分利旧修复，集中处理全厂脱硫废水后，达标处理后的废水短期内根据业主需要进行综合利用。
（1）设计条件
① 废水的水质
废水的水质与工艺、灰及吸附剂等多种因素有关。废水的主要超标项目为悬浮物、pH值、汞、铜、铅、隔、铬、铅、锌、砷、氟、钙、镁、铝、铁以及氯根、硫酸根、亚硫酸根、碳酸根等。
② 废水处理系统处理后水质
产生的废水经处理后出水水质达到废水处理系统出口的污染物最高容许排放浓度的要求。废水排放标准的详细指标如下：
① 废水的处理水量工程规模
改造后系统具有较强的抗水质/水量冲击能力，热电厂目前的废水水量在30m3/d，改造后三联箱及澄清器系统实际出力能力不小于40m³/h（但受限于泵组及管道，进水流量可能达不到这个数值）。
② 改造地点：废水处理厂房
（1）设计依据
① 国家现行的建设项目环境保护设计规定。
② 招标方提供的基础资料及技术要求。
③ 同类行业废水治理的工程经验和技术。
④ 我公司设计技术规范与标准。
三．系统方案整体设计思路
经过对废水系统的初步了解，在认真搜集资料的同时对国家有关各项排放标准、治理方法等进行研究与分析，结合我公司过往工程经验确定了此次三联箱废水处理系统技术改造方案。
该方案通过对原三联箱系统进行改造，不再添加有机硫、硫酸氯化铁、助凝剂等药剂，改为添加我公司的废水处理药剂DBS材料且通过加药装置直接以固态粉料形式自动加入，无需制备水剂，同步处理重金属及悬浮物，协同去除氟化物、硫化物及部分COD等污染物（考虑到可能出现的废水水质极端情况，石灰乳加入系统保留，日常不予运行）。
本方案考虑将原中和箱、反应箱、絮凝箱利旧改造为三级反应处理箱（依序命名为1#、2#、3#反应处理箱）。
2#反应箱顶部增加一套固态药剂投加系统，功率0.75kw。
原药剂制备/投加系统、反冲洗系统及出水箱搅拌等设备可拆除或停用。
四．设备系统工艺流程设计
（1）三联箱改造后废水处理过程
废水经由废水提升泵送入一级反应箱，随后依次经过二、三级箱。同时DBS处理剂从二级处理箱顶部的自动加药系统投入，复合处理剂的投入量可以通过变频器调节。复合处理剂投入量根据废水进水量及水质情况通过给药机的变频投药装置自动调节，再由二级处理箱溢流至三级处理箱。二、三级处理箱搅拌的主要目的是促成较大矾花的形成。处理过的废水溢流进入原澄清器，经过澄清器，水中的矾花会沉降下来，然后排出清水。
（2）化学加药系统
新增一套自动加药系统。固体粉末经加药箱自动给料器投入，在搅拌机的搅拌作用下，与脱硫废水均匀混合。复合处理剂的投入量可以通过变频器调节。
（3）污泥脱水系统
澄清器底部污泥通过污泥输送泵出口母管增加一路污泥支路到脱水皮带混入石膏进行脱水处理，原压滤系统保留，日常不予运行。
（4）其他说明
废水中悬浮物基本上全部与水处理药剂进行物化反应后形成了松散状的絮凝体（矾花），因此不会出现设备与管道堵塞现象。
改造后流程示意框图如下页所示。
五．工艺特点
（1）DBS药剂物化反应时间短。
（2）反应后固形物沉降速度快。
（3）污泥固液分离效果好。
（4）操作简便，自动化程度高。将固体粉状药剂人工倒入加料斗，药剂加料阀通过电机控制，变速可调，控制加药速度及加药量。
（5）行业领先，技术先进。DBS药剂均是本公司针对目前废水设备运行当中存在的问题而自主研发、具有自主知识产权的环保产品。工程实践证明该技术投资低，运行可靠，系统简单，是一种实用，先进，高效的废水处理方式。
六．方案可靠性分析
废水处理系统所加药剂只有一种固态粉料处理药剂DBS。所有污泥均送至压滤机/脱水皮带进行脱水处理。
七．改造新增设备材料清单
湖南西林环保材料有限公司
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