湿法脱硫废水液柱蒸发特性

 提出了一种利用烟气余热基于液柱蒸发浓缩脱硫废水的新型工艺，旨在降低脱硫废水零排放的成本。利用液柱蒸发试验台，研究了不同工艺参数下脱硫废水的液柱蒸发特性，得到了出口烟气湿饱和的边界条件。研究结果表明：在试验参数范围内，烟气裹挟速率、蒸发速率、压力损失范围分别为 1.5～53.17kg/h、8.85～45.73kg/h、9～160Pa，出口烟气湿度、出口烟气温度、SO2去除率范围分别为 28.6%rh～99.6%rh、42.5～65.7℃、4.1%～61.0%。

出口烟气中盐离子浓度的增加为烟气裹挟废水所致，蒸发过程中盐类不会迁移到烟气中。喷嘴直径为 2.5mm 时，出口烟气均呈湿饱和态;喷嘴直径为 5mm 时，蒸发塔内烟气流速大于 5.0m/s 时，出口烟气呈湿饱和态;喷嘴直径为 10.6mm 时，出口烟气均呈不饱和态。本实验的实施对于电厂的余热利用和废水零排放项目提供了参考和借鉴意义。

在燃煤发电厂中，石灰石-石膏湿法烟气脱硫(WFGD)工艺作为其重要组成部分，因其极高的脱硫效率 [1] 被广泛采用，市场占有率高达 90%以上，其用水量约占整个燃煤机组的 50%以上 [2] 。

同时，燃煤电厂不仅是水资源消耗大户，也是排水大户。作为水耗 50%以上的脱硫工艺，脱硫废水排水量显著，占燃煤电厂总体排水量的 10%～15%。燃煤电厂废水零排放已成为主流趋势，脱硫废水的固化工艺包括机械蒸汽再压缩(MVR)及高温烟气喷雾蒸发，其投资及运行成本均与废水处理量直接相关。

另一方面，燃煤电厂烟气余热尚未得到充分利用，若能利用烟气余热实现脱硫废水浓缩，将显著降低脱硫废水零排放的成本 [3] 。脱硫废水 MVR 蒸发结晶工艺在国内外已经得到了广泛研究及实际应用 [4-6] ，应用中经混凝沉淀、水质软化等预处理后的出水进入蒸发器浓缩结晶 [7] ，是利用蒸发器中产生的二次蒸汽，经压缩机压缩，压力、温度升高的蒸汽可用于待蒸发料液的加热，蒸汽本身则冷凝成水。蒸汽潜热得到充分利用，同时回用冷凝水 [4] ，水中盐分实现固化回收 [8] 。

该技术成熟可靠，但是投资费用及处理成本高 [12-13] ，一般与废水浓缩工艺结合应用，同时 MVR蒸发系统对水质要求较高。脱硫废水因其高含盐量、高腐蚀性 [9-10] 、含易结垢物质，不能满足蒸发结晶系统对进水水质的要求，需要增加强化软化预处理系统 [8-9， 11-12] ，预处理费用高。

目前，燃煤电厂湿法烟气脱硫废水的处理工艺中，利用高温烟气喷雾蒸发脱硫废水逐渐受到关注 [14-17] ，即将喷雾蒸发技术用于湿法烟气脱硫废水的深度处理，在锅炉尾部烟道区域设置雾化喷嘴，将脱硫废水泵送到雾化喷嘴内，喷入并分散到高温烟气环境中，吸收烟气热量后，废水雾化液滴蒸发为水蒸气并随烟气一起排放，原废水中的盐类和固体物则悬浮在烟气中并进入到电除尘器被电极捕捉，最后随飞灰一起外排 [18-21] 。

目前经过国内外大学者的理论、试验研究及可行性分析，认为利用烟气余热蒸发处理废水技术可以实现低成本的电厂废水零排放，废水蒸发后所析出的金属盐、悬浮物等物质随烟气进入后面的除尘系统中被脱除，对飞灰利用影响较小 [18-19， 22-30] 。

但是烟气喷雾蒸发过程中，高温烟气的提取损失了部分锅炉效率，增加了电厂的煤耗，提取高温烟气的量取决于喷入的废水量。若能降低脱硫废水的处理量，减少高温烟气的引出量，将能显著加快脱硫废水烟气喷雾蒸发技术的推广应用。

因此，无论是 MVR 技术还是高温烟气喷雾蒸发技术，其投资及运行成本均与废水处理量直接相关，实现废水的浓缩是十分必要的。目前的主流浓缩技术是反渗透膜技术，反渗透膜的运行对废水的水质要求较高。脱硫废水中钙镁离子含量高，需通过絮凝沉淀、pH 调节、离子交换树脂等工艺实现废水的除硬，其预处理费用非常高。

因此，本文提出一种利用烟气余热基于液柱蒸发的脱硫废水浓缩技术(简称液柱蒸发)，建立脱硫废水液柱蒸发浓缩系统，即利用低品位烟气作热源，在烟气脱硫系统前增加蒸发塔，采取液柱蒸发的方式，对燃煤电厂脱硫废水进行液柱蒸发处理。

本工艺中脱硫废水与烟气直接接触换热，不存在换热面结垢等问题，无需预处理，克服了喷雾蒸发中喷嘴易堵塞 [31] 、壁面积灰等问题;脱硫废水在烟气余热下蒸发，可以大大降低废水的处理量，节约成本;烟气吸收部分水分后进入脱硫系统，机组可以降低脱硫用水补水量;进入脱硫系统的烟气温度降低，可以提高脱硫效率;设计烟气与水柱垂直接触，可降低压力损失;对 SO 2 有一定的去除率;液柱蒸发形式避免了盐类随烟气蒸发进入后续系统。本工艺投资及运行成本较低，仅需在原烟道增加一个蒸发塔，或通过改造原烟道实现液柱喷淋，运行成本仅为泵的耗电。

本文利用液柱蒸发试验系统进行试验研究，研究了不同进口烟气温度、蒸发塔烟气流速、液柱喷嘴直径下脱硫废水的液柱蒸发特性，考察了操作参数对烟气裹挟速率、烟气湿度、蒸发速率、压力损失、出口烟气温度、SO2 去除率的影响，并确定了出口烟气湿饱和的边界条件。试验结果可以指导利用烟气余热实现脱硫废水的浓缩，为该技术的工程应用提供参考。