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火电厂废水零排放改造思路及工程实例华电电力科学研究院2015年11月26日成都一、概述二、改造路线简介四、烟道蒸发技术应用及案例内容三、蒸发-结晶技术应用及案例五、总结及技术展望1概述政策要求：《水污染防治行动计划》“水十条”等法律要求：《环境保护法》，《水污染防治法》等生产要求：生产对水质的要求，节约水资源1概述火电厂的污废水主要有循环水排污水、化学水处理车间废水、脱硫废水、生活污水、含煤废水、含油废水、灰渣系统排水、锅炉酸洗废水等，种类多、水质水量波动大，并与具体生产情况（煤质）、工艺相关。循环水排污水水量较大，通常占到全厂废水量的70%以上，是全厂废水处理的关键；化学水处理车间的反渗透浓水、酸碱再生废水水量较小，但是含盐量较高；脱硫废水具有高含固量、高含盐量等特点，偶尔出现重金属超标，处理难度较大；生活污水、含煤废水等用常规设备即可完成处理。WESP废水、脱硫抛浆、氨氮废水。。。1概述原则：梯级利用，分类处理，末端减量，一厂一策梯级利用：“高水低用”，节约用水分类处理：避免水质混杂，增加处理难度末端减量：尽量减少末端废水量，降低处理成本一厂一策：根据水源条件、燃煤条件等确定改造方案2改造路线简介火电厂水资源经过梯级利用后会产生一定量水质条件极差，不能直接回用的末端废水，这部分末端废水的处理回用是实现全厂废水“零排放”关键点。经过梯级利用及浓缩减量后的末端废水中含有高浓度的氯离子，需要进行脱盐处理后才能回用。末端废水的处理方法有灰场喷洒、蒸发塘蒸发、蒸发-结晶、烟道蒸发等，其本质均为通过末端废水的物理性蒸发实现盐与水的分离。2改造路线简介末端废水蒸发处理技术的选择需要根据电厂末端废水的水量及所在地的气候条件、场地条件等进行确定。灰场喷洒和蒸发塘由于受气候条件影响较大并存在污染地下水的风险，其应用受到限制。蒸发结晶技术作为一种较为成熟的高盐水脱盐技术，在化工领域已有较多应用，在电力行业的应用也开始应用；烟道蒸发处理技术经过多年的研究，目前在脱硫废水处理中也有一些应用，也有可能用于全厂末端废水的处理。3蒸发-结晶技术应用及案例蒸发-结晶技术：多效强制循环蒸发（MED）、机械蒸汽再压缩（MVR）和低温常压蒸发结晶技术等。四效蒸发结晶工艺流程图多效强制循环蒸发是以生蒸汽进入的那一效作为第一效，第一效出来的二次蒸汽作为加热蒸汽进入第二效∙∙∙∙∙∙∙依次类推。多效蒸发技术是将蒸汽热能进行循环并多次重复利用，以减少热能消耗，降低运行成本。3蒸发-结晶技术应用及案例机械蒸汽再压缩蒸发结晶工艺示意图常用的降膜式蒸汽机械再压缩蒸发结晶系统，由蒸发器和结晶器两单元组成。废水首先送到机械蒸汽再压缩蒸发器（BC）中进行浓缩。经蒸发器浓缩之后，浓盐水再送到强制循环结晶器系统进一步浓缩结晶，将水中高含量的盐分结晶成固体，出水回用，固体盐分经离心分离、干燥后外运回用。3蒸发-结晶技术应用及案例低温常压蒸发结晶工艺示意图废水首先经过换热器被加热至一定温度（40～80oC），然后进入蒸发系统，水分蒸发形成水蒸汽，在循环风的作用下被移至冷凝系统，含有饱和水蒸气的热空气与冷凝系统内的冷水(20～50oC)相遇而凝结成水滴，并被输送至系统外。经蒸发后的废水浓度不断升高，达到饱和溶解度的盐从溶液中析出形成固体颗粒，并最终从水中分离出去。3蒸发-结晶技术应用及案例三种蒸发结晶处理技术比较蒸发方式多效强制循环蒸发结晶机械蒸汽再压缩蒸发结晶低温常压蒸发结晶工艺工艺特点热利用率高，消耗蒸汽热利用率高，消耗电能蒸发温度低，能耗低，消耗电能进水要求较高高较低结垢、堵塞较严重严重轻微运行可靠性平均5～15天清洗一次平均7～20天清洗一次，压缩机定期维护平均3～6个月天清洗一次，压缩机定期维护投资费用较低一般较高运行费用80～120元/m3（含结晶器）60～90元/m3（含结晶器）20～80元/m3（含结晶器）设备稳定性较差差较好技术成熟度高高较低占地面积较小一般较大应用情况电厂有应用电厂应用较少电厂无应用3蒸发-结晶技术应用及案例以某2*600MW机组电厂全厂废水零排放改造为例，电厂水源为城市中水，经过水资源梯级利用、分类处理后产生120m3/h高盐废水。对高盐废水进行预处理和减量处理后的末端废水进行蒸发-结晶处理。高盐废水预处理提出两种处理工艺：化学软化-沉淀-超滤处理工艺以及化学软化-管式微滤处理工艺。化学软化-沉淀-超滤处理工艺流程图3蒸发-结晶技术应用及案例在调节池内需要添加次氯酸钠用于抑制微生物生长；调节池出水先后进入第一反应池和第二反应池，分别投加NaOH和Na2CO3溶液，使水中的硬度离子和硅等易结垢成分形成沉淀。之后水溢流到管式微滤膜的浓缩池内，用管式微滤膜进行固液分离。高盐水在废水浓缩池和管式膜之间循环去除悬浮固体，部分膜透过水经pH调整后进入中间水池，送往后续处理系统。化学软化-管式微滤处理工艺流程图3蒸发-结晶技术应用及案例两种预处理工艺比较项目管式微滤处理系统沉淀-过滤-超滤处理系统过滤孔径0.05~1.2μm0.002~0.1μm抗污染能力抗腐蚀，耐酸碱，抗氧化抗腐蚀，耐酸碱，抗氧化清洗方式正向清洗反向清洗占地面积较小较大使用寿命5~7年2~3年管式微滤膜具有强度好、耐摩擦、可在极高悬浮固体浓度下稳定运行、可耐受进水水质波动等优良性能，采用错流方式运行，在运行和反冲洗时并无水的损耗。推荐管式微滤处理系统作为高盐废水预处理工艺。3蒸发-结晶技术应用及案例为了减少末端废水处理量，需要对高盐废水进行浓缩减量处理。高盐废水浓缩减量处理提出电渗析和纳滤-海水反渗透两种处理技术。电渗析是在直流电场的作用下，水中阴阳离子分别通过阴离子膜和阳离子膜而分开。淡水室中的阴离子向阳极方向迁移，透过阴膜进入浓水室，阳离子向阴极方向迁移，透过阳膜进入浓水室。浓水室因阴、阳离子不断进入而使得盐浓度提高，实现高盐废水的浓缩减量。3蒸发-结晶技术应用及案例纳滤膜可以有效地去除二价和多价离子以及分子量大于200的各类物质（截留率可达90%以上），也可部分去除单价离子和分子量低于200的物质。纳滤对疏水型胶体、油、蛋白质和其它有机物有较强的抗污染性，具有操作压力低、水通量大等特点。纳滤膜的操作压力一般低于1MPa，操作压力低使得分离过程动力消耗低，对于降低设备的投资费用和运行费用是有利的。采用纳滤去除废水中的有机物和部分盐分，纳滤产水进高压反渗透（海水反渗透SWRO）系统，反渗透浓水进入后续处理系统。3蒸发-结晶技术应用及案例两种高盐废水浓缩减量处理工艺比较项目电渗析（EDR）工艺纳滤-海水反渗透（NF-SWRO）工艺工艺说明预处理出水进精滤器，精滤器产水去EDR脱盐处理预处理出水进NF，NF产水去高压海水反渗透进行脱盐处理回收率55%总体75%脱盐率50%-85%98%以上预处理要求较低，预处理流程短，常规预处理即可达到要求较高，预处理流程相对较长产水去处产水含盐量较高，不能作为工业用水和循环水补水产水含盐量低，不含二价离子，可以作为循环水补水、工业用水技术可行性通过增加级数和段数可以提高系统回收率和脱盐率，系统可以实现模块化运行运行稳定，产水品质高经济可行性投资较低，但运行费用较高。产水氯根较高，水回收率较低，末端废水量较大。运行费用低，但设备投资相对较高，水回收率较高，末端废水产量较小。推荐采用NF-SWRO工艺作为高盐废水浓缩减量的处理工艺。3蒸发-结晶技术应用及案例高盐废水经过预处理和浓缩减量处理后产生的反渗透浓水水量为为33m3/h，经过碟管式反渗透（DTRO）进一步浓缩减量处理，浓水即为末端废水，水量为15.7m3/h。经过前述对几种蒸发结晶处理工艺的比选，选择采用蒸汽机械再压缩蒸发结晶技术，设计处理规模为20m3/h。此2*600MW机组电厂全厂废水“零排放”改造1.5亿元，年运行成本3000万元，年减排高盐废水109万吨，发电水耗可降低9%。４烟道蒸发技术应用及案例全厂废水“零排放”改造从根本上是对高盐末端废水的处理。烟道蒸发处理技术已有处理脱硫废水的实施案例，并取得了一定的运行经验和处理效果。脱硫废水也是一种高盐废水，因此也可以考虑将电厂末端高盐废水也通过烟道蒸发技术进行处理。４烟道蒸发技术应用及案例将末端废水雾化后喷入除尘器入口前烟道内，利用烟气余热将雾化后的废水蒸发；也可以引出部分烟气到喷雾干燥器中，利用烟气的热量对末端废水进行蒸发。在烟道雾化蒸发处理工艺中，雾化后的废水蒸发后以水蒸气的形式进入进入脱硫吸收塔内，冷凝后形成纯净的蒸馏水，进入脱硫系统循环利用。同时，末端废水中的溶解性盐在废水蒸发过程中结晶析出，并随烟气中的灰一起在除尘器中被捕集。４烟道蒸发技术应用及案例以某2*300MW机组电厂为例，论证烟道蒸发工艺处理高盐末端废水，从而实现全厂废水“零排放”的可行性。此厂水源水为水库水，水质条件优良，经过梯级利用后产生的末端废水量为15m3/h，主要为经过预处理及浓缩处理后的脱硫废水及化水车间废水，水中氯离子含量为18000mg/L。机组除尘器入口烟气量为109万m3/h（60%负荷），烟气温度为130°C，含尘量为37.6g/m3。经过计算，末端废水完全蒸发后烟气温度降低８°C，烟气湿度增加0.5%。末端废水蒸发后盐分结晶进入灰中，灰中氯含量为0.25%，不会影响会的品质，不影响灰的销售。烟气温度降低至122°C，仍远高于酸露点，不会对烟道、除尘器的运行造成影响。末端废水蒸发形成的水蒸气在脱硫吸收塔冷凝成新鲜水由于水量较小，不会对脱硫水平衡造成影响。根据烟道蒸发技术处理脱硫废水的运行经验，没有出现烟道腐蚀等问题出现。４烟道蒸发技术应用及案例以末端废水雾化蒸发的物理过程为基础建立废水液滴蒸发数学模型，并计算烟气温度与液滴直径对末端废水雾化液滴蒸发的影响。直径60µm末端废水液滴蒸发时间随烟气温度的变化130℃下末端废水蒸发时间随液滴直径的变化４烟道蒸发技术应用及案例以Fluent程序模拟末端废水雾化蒸发，考察了烟气温度与液滴直径对末端废水雾化液滴蒸发的影响。直径60µm的末端废水液滴在120°C的烟气中，完全蒸发需要0.94秒；在130°C的烟气中，完全蒸发需要0.83秒；在140°C的烟气中，完全蒸发需要0.72秒。120°C130°C140°C４烟道蒸发技术应用及案例40µm的液滴完全蒸发所需的时间为0.73秒，60µm的液滴完全蒸发所需的时间为0.83秒，80µm的液滴完全蒸发所需的时间为0.92秒，而100µm的液滴完全蒸发所需的时间为1.08秒。４烟道蒸发技术应用及案例综合考虑系统运行的安全性和雾化蒸发系统的运行能耗，可将末端废水雾化粒径定为60µm左右。废水液滴越小，烟气温度越高，越有利于废水液滴的蒸发。然而烟气温度通常是给定的，只能通过调整雾化废水粒径来调整蒸发时间。废水雾化主要依靠压缩空气来实现，获得较小的雾化液滴需要消耗较多的能量。４烟道蒸发技术应用及案例此2*300MW机组电厂全厂废水“零排放”改造4850万元，年运行成本743万元，年减排高盐废水8万吨，发电水耗可降低5%。５总结及技术展望全厂废水“零排放”改造在遵循水资源统筹利用、梯级利用、分类处理、末端减量、一厂一策的原则基础上，需要针对不同的工艺技术进行详细计算、深入论证，既要考虑技术可行性、可靠性，也要兼顾经济性，从而实现节能减排的“可持续”性。末端高盐废水的蒸发－结晶处理技术具有技术成熟、可靠性高等优点，但是也存在投资运行成本高、产生盐饼销售难度大等问题，极大制约了其在电厂的推广应用。需要加强技术攻关，提高核心设备国产化率，降低投资成本，并优化工艺设计，降低运行成本。末端高盐废水的烟道雾化蒸发处理技术具有投资运行成本低、无盐饼产生等优点，但是作为一种新的处理技术，存在运行经验欠缺、应用案例少等问题，在工程实施前需要进行深入计算、论证，并逐步实施。需要进一步优化设计和运行参数，积累工程实施、运行经验，提高系统的有效性和可靠性。