【水处理】湿法烟气脱硫废水系统设计优化

摘  要：目前国内脱硫废水系统由于设计不合理、设备故障率高等原因，企业投入大量人力物力仍然无法正常运行，甚至有一部分处于瘫痪停运状态。本文通过优化脱硫废水系统设计，降低废水水源含固量和污泥循环回收等方式，提高系统灵活性、可靠性的同时，大幅降低了系统运行维护成本。

关键词：湿法脱硫    脱硫废水    污泥    优化

    目前各种烟气脱硫工艺中，石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺，以其技术成熟，适应煤种广，脱硫效率高等优点，在实际工程应用中占有率达到90%以上。由于此脱硫工艺不可避免要产生脱硫废水，其废水与传统废水性质差别较大，难于同步处理，企业不得不投入大量资金设置独立的脱硫废水处理系统。但是，由于脱硫废水含固量较高，污泥排出技术不成熟，设备故障率高，投入巨大的脱硫废水系统经常处于瘫痪状态，导致企业承受生产与环保多方压力。

2.1 脱硫废水水源

脱硫废水水源一般取自石膏旋流器溢流或石膏脱水回收水池（滤液池），经过废水旋流器分离后，溢流水进入脱硫废水处理系统。

2.2 脱硫废水水质特点

    脱硫废水水质主要特点有：

（1）含固量较高，质量比例约1.0%；

（2）呈弱酸性，pH值在5.0～6.0；

（3）含有较多重金属，如Hg、As、Pb、Cu、Cr等；

（4）无机盐含量非常高，如硫酸盐、氯化物等。

 各个企业脱硫废水水质具体还与煤质、电除尘运行状况及浆液Cl^-浓度控制 等因素有关。

2.3 脱硫废水产生量

  脱硫废水产生量与烟气中HCl含量、脱硫工艺水水质、吸收塔浆液Cl^-控制浓度等有关。根据有关文献^[1]，脱硫过程中Cl^-的物料平衡见图1。

图1 吸收塔浆液Cl-物料平衡图

脱硫废水产生量可由下式计算：

     Q₁·ρ₁+ Q₂·ρ₂= Q₃·ρ₃+ Q₄·ρ₄+ Q₅·ρ₅·10^6 ········（1）

式中：各单位分别是Q₁=L/h；ρ₁=mg/L；Q₂=m³/h；ρ₂=mg/m³；Q₃= m³/h；ρ₃=mg/m³；Q₄=L/h；ρ₄=mg/L；石膏中Cl为质量分数Q₅=kg/h；ρ₅=%。吸收塔净烟气和石膏中Cl^-可视为零，则式（1）变为：

Q₁·ρ₁+ Q₂·ρ₂= Q₄·ρ₄  ··························（2）

由式（2）可以看出，当进入吸收塔原烟气量一定时，脱硫废水产生量与原烟气中HCl浓度、脱硫工艺水Cl^-浓度及吸收塔浆液Cl^-控制浓度有关。如此得出以下结论：

（1）脱硫废水产生量直接取决于烟气中HCl浓度，即燃煤中Cl含量越高，脱硫废水产生量越大；

（2）脱硫废水产生量主要因素是吸收塔浆液Cl-的控制浓度，浓度控制过高^[2]，石膏浆液品质下降导致脱硫效率下降，同时设备的防腐要求提高；浓度控制过低，脱硫废水排放量大幅上升，废水处理成本上升。根据运行经验，脱硫吸收塔浆液Cl^-浓度一般控制在10000～20000mg/L；

（3）脱硫废水产生量还和工艺水中Cl^-浓度有关，由于其浓度基本在200mg/L左右，远远小于控制浓度，所以对脱硫废水产生量影响较小。

以陕西省某2×600MW燃煤发电机组为例，脱硫工艺水耗量Q₁=109t/h，其Cl^-ρ₁=300mg/L，满负荷烟气量Q₂=2153106m³/h，烟气中HClρ₂=80mg/m³，浆液Cl^-控制ρ₄=10000mg/L，则脱硫废水产生量约为17.23m³/h。

3.1 传统脱硫废水系统流程简介

（1）传统脱硫废水系统流程如图2，废水自石膏旋流器溢流或回收水池，此时废水含固量约3%；

（2）经过废水旋流器分离后，溢流浆液进入废水处理系统，此时废水含固量约1%；

（3）废水进入中和箱后pH值在5.0～6.0，为去除废水中重金属，通过添加NaOH或Ca(OH)₂，提升pH值在9.0±0.5范围，此时Cu、Cr、Pb等重金属以氢氧化物形式基本沉淀，剩余的重金属在反应箱中被有机硫捕捉形成细微悬浮物。悬浮物在絮凝剂的联络和包裹下互相连接、不断增大，经过聚丙烯酰胺（PAM）助凝剂的作用继续长大，进入澄清池后不断增大的悬浮物缓慢沉淀形成污泥^[3]。

（4）澄清池底部的污泥经过污泥输送泵进入框板式压滤机^[4]，污泥压制成泥饼后拉至灰场掩埋，滤液自流回废水系统。

（5）进入清水箱的废水经过加入HCl将pH值调至6.0～9.0，脱硫废水即可以达标排放或厂内循环利用。

图2 传统脱硫废水系统流程图

3.2 传统脱硫废水系统主要缺点

   （1）废水水源含固量高。以2×600MW燃煤发电机组废水排放量17.23 m³/h为例，含固量1%，负荷率80%，每年产生的污泥量超过1200吨。同时含固量高极易导致三联箱淤积堵塞，影响系统正常运行。

   （2）框板式压滤机操作量大，故障率高。各企业尝试更换为进口离心压泥机、螺杆压泥机等，压制污泥效果均不理想，导致相当一部分企业脱硫废水系统处于停运、甚至瘫痪状态。

   （3）运行费用高。仍以2×600MW燃煤发电机组脱硫废水系统为例，每年需要投加固体NaOH约26.7吨，有机硫约5.8吨，絮凝剂约15.3吨，助凝剂约0.8吨，30%盐酸HCl约8.0吨，仅添加药剂需要的运行费用超过35万元。

4.1 优化设计后脱硫废水系统介绍  

   （1）优化设计后脱硫废水系统流程如图3，废水水源取自真空皮带脱水机气液分离罐底流，其含固量约0.05%；

   （2）取消了废水旋流器；

   （3）取消了废水三联箱、澄清池及清水箱各加药系统；

   （4）取消了框板式压滤机压制污泥系统，污泥（即石膏沉淀）通过回收水池返回吸收塔；

（5）增加了三联箱旁路，提高系统灵活性和可靠性；

（6）脱硫废水处理后用于煤场喷淋、干灰拌湿、炉渣冲洗或拌湿等。

图3 优化后脱硫废水系统流程图

4.2 优化设计后脱硫废水系统优点（案例）

    以陕西省某2×600MW燃煤发电机组脱硫废水系统为例，按照本文进行设计优化后，运行半年来，累计排放废水量46741吨，相比传统脱硫废水系统，设计优化后的废水系统主要有以下优点：

   （1）废水水源含固量大幅降低如图4、图5，运行半年来累计减少污泥排放约570吨，节约污泥运输、填埋费用约3万元；

（2）取消了整个废水加药系统、废水旋流器和污泥压制设备，减少了设备投资约80万元；

（3）运行半年来节约废水加药费用约20万元；

（4）运行半年来，优化后的脱硫废水，系统运行操作及检修维护工作量降低约90%，有效投运率由之前的不足30%，提高到98%以上，大大提升了废水系统的灵活性，可靠性。

图4 优化前后废水水源浊度对比                  

 图5 优化前后废水水源含固量对比

（5）废水运行正常使浆液品质得到明显改善，吸收塔浆液Cl浓度由18500ppm降至10000ppm以下，脱硫效率由90.5%上升至93.5%，保证了脱硫系统长周期、稳定、高效的运行。

4.3 优化设计后脱硫废水系统缺点

由于未进行重金属去除和酸碱调整，处理后的废水无法直接对外排放，只能厂内用于灰渣拌湿、煤场喷淋等循环利用；

4.4 脱硫废水水源局部设计优化

（1）脱硫废水水源局部设计优化（图4）相对于传统脱硫废水系统（图2），最大的优点还是在于废水水源含固量大幅下降，每年减少大量污泥排放；

（2）脱硫废水水源局部设计优化相对于上述3.1（图3）优化后脱硫废水系统，优点在于此系统处理后的废水可以达到国家标准外排；

（3）脱硫废水水源局部设计优化相对于上述3.1（图3），优化后脱硫废水系统，缺点在于废水加药系统每年增加30多万元费用，且废水污泥压制系统高故障点无法消除，严重影响到脱硫废水系统稳定运行。

图6 脱硫废水水源局部设计优化流程图

随着社会进步，国家对各种污染物的排放标准逐步提高，企业为满足SO2和废水达标排放，投入大量资金对脱硫系统进行扩容改造，但是对于脱硫废水系统一直没有找到较为理想的工艺和技术，导致脱硫系统扩容提效陷入瓶颈。本文介绍的脱硫废水系统从设计上实现优化，巧妙的避开了故障频发点，减少了操作量，节省投资和运行费用超过100万元，大幅降低了运行维护成本，有效的提升了脱硫废水系统运行的经济性和可靠性，具有行业内推广的实际意义。

作者：大唐环境产业集团股份有限公司  李启全等

参考文献

[1] 罗涛,烟气脱硫废水处理[J],四川电力技术,1999（2）：46-47.

[2] 吴怡卫,石灰石-石膏湿法烟气脱硫废水处理的研究,北京,中国电力,2006（4）

[3] 汤争光、梅拥军,石灰石—石膏湿法烟气脱硫废水处理浅析[J],上海环境科学,2001,20（12）：609-610.

[4] 周祖飞,湿法烟气脱硫废水的处理[J],电力环境保护,2002,18（2）：37-39