浓盐水烟道蒸发对灰渣综合利用的影响研究报告（）
1．浓盐水烟道蒸发实验背景
随着新环保法的正式施行和“水十条”的颁布，我国加强了对水污染的治理力度，燃煤电厂湿法脱硫需排出脱硫废水，而脱硫废水的处理成为很多电厂的难题，为实现电厂废水的近零排放，利用烟气余热蒸发脱硫废水的技术将有着广阔的应用前景。浓盐水烟道蒸发技术是实现电厂脱硫废水甚至高浓度含盐水零排放的重要途径，该技术充分利用了烟气余热，同时脱硫废水得到了有效处理，符合国家政策上对燃煤电厂的节能环保的要求，燃煤电厂脱硫废水蒸发处理技术会逐步成熟并得以推广应用。
脱硫废水喷雾蒸发技术是将反渗透浓缩液(总含盐量为9-12%)与加压空气混合后，经雾化喷入空预器与除尘器之间烟道内，雾化液滴与高温烟气充分接触，气液两相发生强烈热交换后蒸发，烟气温度降低至酸露点以上，废水蒸发后所析出的盐类物质随烟气进入后面的除尘系统中被脱除。
脱硫废水蒸发与常规蒸发具有较大的差异，一是蒸发要求更高，要求脱硫废水在短时间内完全蒸发；二是脱硫废水成分复杂，其中含有易分解成分，这需要严格控制蒸发温度区间和时间；三是脱硫废水的比热是变化的。
近年来发展的以液滴蒸发进行能量转化的工业应用如：燃烧系统内的液滴蒸发、动力排气系统内的喷雾降温、喷涂工艺、激光手术中的制冷剂喷雾冷却技术等。其共同特征是利用喷嘴将液体均匀雾化，液滴从气流中吸收热量，然后在极短的时间内蒸发完毕。这种以液滴蒸发从而吸收热量的喷雾蒸发处理技术具有换热充分、用时短、节能等显著优势。
因此，如果将少量脱硫废水母液进入烟道蒸发系统喷雾后利用锅炉烟气余热进行蒸发排放，控制烟气温度高于酸露点温度，从理论上不会烟道及电除尘器产生腐蚀，浓缩液中污染物经烟气干燥后成细小粉尘，随烟气中的粉尘一起进入除尘系统，由除尘器捕获从烟气中分离出来。如果利用锅炉尾部烟气余热对脱硫废水进行喷雾蒸发处理，就能够实现脱硫废水真正的零排放，符合节能环保的现实要求。
以日本三菱重工为一台MW机组设计了脱硫废水蒸发系统为例：从空预器前烟道旁路抽取3.5%的烟气量用于废水蒸发，这使得热能降低了0.4%。废水中的重金属及盐类等干态物质使后续除尘设备灰尘处理量增加3%。经实测表明，废水中的氯化物经蒸发处理后形成一种和飞灰大小相似的盐类，废水中含有的汞形成固体沉淀下来。该蒸发系统所产生的固体物能够被独立捕获下来并与飞灰或其他如水泥、石灰等物质形成一种稳定的产物。
国内某电厂烟气脱硫工程单台MW机组脱硫废水排放量仅为4.2m3/h，水温为52℃，除尘器前烟道中烟气温度为℃，喷入烟道的雾化脱硫废水迅速在烟道中蒸发，脱硫废水中的固体物(重金属、杂质以及各种金属盐等)和灰一起悬浮在烟气中并随烟气进入电除尘器中被捕捉，因脱硫废水中固体量和各种金属盐含量仅为kg/h，对灰的物性及综合利用不会产生影响。经计算，脱硫废水喷入烟气后，烟气湿度由7.14%增加至7.56%，烟气温度由℃降至℃，烟气处于不饱和状态，高于酸露点温度，不会对烟道和电除尘器产生腐蚀。同时，因烟气温度的降低及含湿量的增加，减少了FGD系统的水耗量。
粉煤灰主要有硅铝玻璃、微晶矿物颗粒和未燃尽的残炭微粒所组成，其化学成分以氧化硅和氧化铝为主。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2、MgO、K2O、Na2O、SO3、MnO2等，此外还有P2O5等。粉煤灰的活性主要来自活性SiO2(玻璃体SiO2)和活性A12O3(玻璃体Al2O3)在一定碱性条件下的水化作用。因此，粉煤灰中活性SiO2、活性Al2O3和f-CaO(游离氧化钙)都是活性的的有利成分。由于粉煤灰附加值较高可用于制备水泥、混凝土、烧砖、陶粒等多种用途，因此烟道蒸发技术的应用可能影响到粉煤灰的应用。
2.实验基本情况
2.1实验现状
XX电厂脱硫废水中含有大量的氯化钠和硫酸镁等无机盐类离子，为了在实现废水零排放的同时回收废水中的无机盐资源，该项目中通过极性分流系统对废水中的氯化钠和其他盐进行分离，氯离子含量低的浓水可以循环利用或者回收高价盐，氯化钠含量高的产水通过反渗透膜和DTRO膜进一步浓缩后，产水回收利用，浓水进入MVR系统蒸发结晶回收氯化钠，MVR浓缩母液进入烟道蒸发系统，实现废水的零排放。工艺流程如图2-1所示。
图2-1脱硫废水工艺流程图进入烟道蒸发系统的水量和盐浓度可能会影响烟道蒸发系统的正常运行和烟道蒸发灰渣的综合利用，因此对进入烟道蒸发系统的水量和盐浓度进行分析是很有必要的。目前在现场做烟道蒸发实验，通过对烟道蒸发试验前后除尘器的灰渣进行分析，确定采用烟道蒸发技术后粉煤灰的组分变化，并评价对粉煤灰再利用的影响。
2.2实验目的
通过改变烟道蒸发的实验条件获得不同粉煤灰，并对蒸发母液和粉煤灰灰渣进行分析检测，得到不同条件下粉煤灰的性质，并依此来评估烟道蒸发对灰渣综合利用的影响。
2.3实验方案
2.3.1采样点布置
烟道蒸发实验的采样点如图2-2所示。
图2-2烟道蒸发实验采样点采样点即测试位置包括：采样点1：SCR反应器出口性能试验测点(仅在单侧进行测试)；采样点2：脱硫吸收塔入口烟道性能试验测点；采样点3：湿式电除尘器出口烟道性能试验测点。
2.3.2测试内容
烟道蒸发实验分为SCR入口不喷MVR母液工况的对比实验，喷入不同体积不加碱MVR母液的实验以及喷入不同体积加碱MVR母液的实验。实验内容及检测项目如表2-1所示。
表2-1烟道喷射实验内容及检测项目3.实验结果分析
3.1母液分析
烟道蒸发实验用蒸发母液的水质分析报告如表3-1所示。
蒸发母液水质分析报告可以看出四种蒸发母液中主要成分为氯离子和钠离子，还有少量的硫酸根和硬度。
3.2灰渣分析
3.2.1粒径分析
脱硫灰渣主要用于制备水泥、混凝土、烧砖、陶粒等，其应用检测指标主要有粒度、氧化钙量、烧失量及三氧化硫量等。采集实验中的样品对其主要指标进行检测分析。
不同实验的粒径分布统计如表3-1所示，检测报告见附件1。可以看出，引入脱硫废水浓缩液作为烟道蒸发母液时，对飞灰的粒径有所影响，平均径、中位径及各百分比下的粒径均明显下降，说明脱硫废水母液的引入利用形成小粒径的飞灰，并且喷入碱性条件下的母液时，飞灰的粒径比中性母液更小。
表3-1不同实验飞灰粒径分布统计表粒径分布(细度)是粉煤灰粉煤灰分级的一个标准，如下表3-3所示，粒径越小，粉煤灰的利用等级越高。未喷入脱硫废水MVR母液的粉煤灰细度达到Ⅲ级粉煤灰的标准，而喷入母液时获得的粉煤灰细度达到Ⅱ级标准，甚至可以达到Ⅰ级标准(12月25日喷入L/h碱性MVR母液实验)。因此，喷入MVR母液至烟道蒸发系统利于提高粉煤灰的细度等级。
表3-2粉煤灰分级和质量标准3.2.2成分分析
对不同实验下获得的粉煤灰的主要成分进行分析，分析结果如表3-4所示，检测报告见附件2。可以看出，不同实验条件下获得的粉煤灰，各组分所占的比例略有差别，与表3粉煤灰等级和质量标准相比，12月21日实验获得的粉煤灰，即未加入蒸发母液的粉煤灰除细度外各指标均符合Ⅰ级粉煤灰标准，加入蒸发母液的粉煤灰中各组分含量均有所变化，但除氯离子和细度外外均符合Ⅰ级粉煤灰标准。12月23日与12月25日实验(母液喷射量为L/h)中粉煤灰中氯离子含量分别为0.%、0.%，小于Ⅰ级粉煤灰氯离子标准0.02%；12月22日与12月24实验(母液喷射量为L/h)中粉煤灰中氯离子含量分别为0.%、0.%，大于Ⅱ级粉煤灰氯离子标准0.02%，属于Ⅲ级粉煤灰。因此，喷入母液中氯离子的总量会影响粉煤灰的等级，合理控制喷入母液量或母液中氯离子的浓度，不仅不会影响粉煤灰的综合利用，甚至可以提高粉煤灰的等级。
表3-3粉煤灰成分检测报告4．结论
在不同实验条件下将脱硫废水MVR母液喷入烟道蒸发系统实现废水零排放，通过对灰渣的检测分析，得到了以下结论：
(1)MVR母液喷入烟道蒸发系统后，飞灰的粒径明显变小，粉煤灰的细度等级由Ⅲ级提升为Ⅱ级，甚至当喷入L/h碱性母液时，获得细度等级为Ⅰ级的粉煤灰。
(2)MVR母液喷入烟道蒸发系统后，粉煤灰中氯离子的含量随母液中氯离子喷入量的增大而增大，在该实验条件下，当喷入量为L/h母液时，粉煤灰中氯离子符合Ⅰ级标准；当母液喷入量为L/h时，粉煤灰中氯离子符合Ⅲ级标准。
(3)MVR母液喷入烟道蒸发系统后，粉煤灰中各物质的占比发生了变化，但除氯离子以外的其他物质均未影响粉煤灰的等级。
(4)未喷入MVR母液时，烟道蒸发系统获得的粉煤灰符合Ⅲ级标准；喷入MVR母液后，随母液的性质的改变烟道蒸发系统可以获得Ⅰ~Ⅲ级标准的粉煤灰，当喷入量为L/h碱性母液时，粉煤灰中所有组分均符合Ⅰ级标准，利于灰渣的综合利用。