3.5.2 蒸发塘

 

　　在美国西南干旱少雨的地区，有三家电厂利用蒸发塘自然蒸发脱硫废水。由于当地温暖干旱的气候，电厂建起一个或多个水塘进行自然蒸发。由于水塘的净蒸发量（蒸发量-降雨量）大于或等于脱硫废水的水量，这三个电厂都达到了零排放的目标。

 

　　如果自然蒸发的能力达不到零排放的目标，也可考虑设立喷洒式蒸发器增加蒸发速率。

 

　　3.5.3 灰搅拌法

 

　　美国燃煤电厂产生的飞灰大约50%进入市场重新利用，另外还有50%的灰需要填埋。在飞灰运输和填埋的过程中，需要加水来控制扬尘，并且使飞灰容易运输和处理。美国至少有一家电厂通过把脱硫废水和灰搅拌，然后填埋的方式达到脱硫废水零排放的目的。

 

　　如果脱硫废水水量比较多，也可以通过蒸发器浓缩脱硫废水，降低脱硫废水水量，然后再用灰搅拌法达到零排放。

 

　　3.5.4 蒸发结晶法

 

　　蒸发结晶法是实现脱硫废水零排放的一个主要方法。该方法可以达到水的清洁回用，结晶的固体在一些地方可以用作工业原料。如果晶体无法循环利用，则要进行填埋。

 

　　蒸发结晶技术整个过程主要包括预处理，软化过程，蒸发器，结晶器等组成部分，此外还有晶体脱水装置，冷却系统等部分。

 

　　预处理过程（Pre-treatment）：预处理过程在这里一般是指脱硫废水通过物理化学沉淀系统，使脱硫废水中的悬浮性固体得到沉淀，过饱和的硫酸钙得到脱饱和而析出沉淀，溶解性重金属离子大部分被去除，易导致蒸发结晶器结垢的硫酸根，氟离子也被去除。

 

　　软化过程（Softening Process）：脱硫废水的硫酸根大部分被去除后，废水中大部分的溶解性固体是氯化钙和氯化镁。传统的蒸发结晶技术中，需要利用软化过程去除钙镁离子。主要原因有：1.水中存在钙镁离子对后续的蒸发结晶过程很容易引发结垢问题，引起电厂设备维护的复杂化。2.氯化钙和氯化镁的结晶温度比较高，而氯化钠的结晶温度比较低。因此软化过程会降低蒸发结晶的能量消耗。3.氯化钠的结晶体比氯化钙和氯化镁的结晶体在脱水方面容易处理的多。因此，目前的蒸发结晶法处理脱硫废水一般采用投加碳酸钠/碳酸氢钠把废水中的钙镁离子沉淀。这个过程就是脱硫废水的软化过程。

 

　　由于一些脱硫废水中钙镁离子含量很高，软化过程中所需的药剂需求量巨大，成本极高。有的美国公司开始研发在进行部分软化（只去除镁离子保留钙离子）和不进行软化的情况下如何做到蒸发结晶的稳定性和经济性。

 

　　蒸发器（Evaporator）：也叫溶液浓缩器（BrineConcentrator）。蒸发器就是利用蒸汽或机械蒸汽再压缩（MechanicalVaporRecompression-MVR）的方式，将经过预处理过的脱硫废水加热至沸腾，使部分水汽化并通过冷却系统移除，从而达到脱硫废水的浓缩。目前欧美应用于脱硫废水的蒸发器主要是立管降膜式蒸发器（Falling-film evaporator），立管采用很薄的抗腐蚀能力很强的钛合金制作。蒸发器有单效和多效强制循环蒸汽蒸发器，强制循环机械蒸汽再压缩（MVR）蒸发器等。蒸发器蒸发单位废水所消耗的能量要远小于单效结晶器。

 

　　对一些含盐量比较少的脱硫废水，也可以在软化过程后面和蒸发器前端加装反渗透膜或正渗透膜来提高待处理废水的浓度。这样的选择是基于膜浓缩废水的成本低于蒸发器浓缩废水的成本。如果脱硫废水本身的TDS浓度就很高（>50，000ppm）的话，膜处理的成本就会大幅提高，运行的稳定性也不会有保障。

 

　　结晶器（Crystallizer）：经过蒸发器浓缩后的溶液进入结晶器。结晶器利用蒸汽或机械蒸汽再压缩（MVR）的方式，继续加热浓缩液并产生结晶。含有晶体的浓缩液经过脱水装置将晶体分离出来，浓缩液回到结晶器继续参与结晶过程。

 

　　由于欧美很多已建成电厂的蒸汽循环系统已经处于平衡或接近平衡状态，加装脱硫废水蒸发结晶装置可能得不到足够的蒸汽供应，因此大部分欧美电厂采用强制循环机械蒸汽再压缩技术驱动蒸发器和结晶器。

 

　　根据预处理过程，蒸发器和结晶器的组成又可以细分为以下几种方式【8】：

 

　　1. 物化法预处理加蒸发器；

 

　　2. 物化法预处理+软化+蒸发器+结晶器；

 

　　3. 物化法预处理+部分软化+蒸发器+结晶器；

 

　　4. 物化法预处理+蒸发器+结晶器；

 

　　5. 物化法预处理+软化+多效结晶器。

 

　　目前应用在燃煤电厂脱硫废水处理的蒸发结晶装置主要分布在意大利，美国，中国，南非和日本。在德国，荷兰有一些垃圾焚烧电厂采用多效（一般为三效）蒸发结晶装置处理脱硫废水。在美国为脱硫废水提供蒸发结晶技术的主要厂家有Aquatech、HPD、GE和GEA。

 

　　3.5.5 喷雾干燥法

 

　　三菱公司开发的WES脱硫废水蒸发系统主要是是利用烟气的潜热，把脱硫废水直接用喷头雾化喷洒在烟道内蒸发达到零排放的目的【9】。脱硫废水从脱硫装置排出后，经过简单的固液分离，废水即可通过水泵输送到布置在除尘装置之前，预热器之后的双流式喷嘴。双流喷嘴由气流带动水流使脱硫废水均匀雾化喷洒到烟道中。雾化后的水滴在烟道中很快蒸发，剩余固体和飞灰一起被除尘装置（静电除尘，袋式除尘器等）收集。

 

　　该技术的关键设备是高效稳定的双流式喷嘴。由于从喷嘴到除尘装置的停留时间很短，该喷嘴要控制雾化水滴的大小和蒸发速率，要保证短时间内水滴全部蒸发，否则水滴夹带飞灰会沉积到烟道壁上。同时要防止脱硫废水的钙镁等造成喷头部分固体沉积，影响水滴的雾化效果。

 

　　3.5.5.2 喷雾干燥塔

 

　　喷雾干燥塔是另外一种利用烟气热量蒸发脱硫废水从而达到零排放的方法。预热器前的部分热烟气被引到一个单独的喷雾干燥塔中。脱硫废水经固液分离后，废水通过水泵输送到塔上端的双流式喷嘴，然后被雾化喷洒在塔内部。热烟气把雾化的水滴蒸发，剩余固体和飞灰随着这部分烟气回到主烟道，然后和主烟道的飞灰一起被除尘装置收集。

 

　　相对于WES蒸发技术，喷雾干燥塔可以有效增加水滴和烟气的接触时间，避免了主烟道有可能产生的烟道壁固体沉积，同时喷嘴的运行也更加稳定，维护更加方便。缺点是不能完全利用全部烟气的废热，而是需要预热器前的一部分有价值的热量。

 

　　图11 喷雾干燥塔

 

　　3.5.6 干法脱硫+袋式除尘+湿法脱硫

 

　　美国最新投入运行的一个机组（北卡罗来纳州Cliffside 电厂）采用了干法脱硫+袋式除尘+湿法脱硫的方式达到零排放的要求。干法脱硫是在脱硫塔中通过注射和雾化石灰液的方式进行第一步的脱硫。石灰液中的水被烟气带来的热量蒸发，留下固体被带式除尘器去除。湿法脱硫进行进一步脱硫，产生的脱硫废水和其他水混合，和石灰搅拌形成干法脱硫需要的石灰液，从而消除脱硫废水的排放。

 

　　3.5.7深井注射法

 

　　深井注射法并非是完全意义上的废水零排放，而是达到地表废水零排放的要求。对脱硫废水，需要首先进行物化法处理，然后通过深井注射到1000米以下地层中。

 

　　该法的优点是没有废水的地表排放，建设成本和维护成本也比蒸发结晶法等零排放技术低。

 

　　使用该方法对电厂当地的地质地理条件有一定的要求，并且需要详细的地质勘报告。深井注射法如果建设运行不当，有可能污染当地地下水。另外，美国有一半的州在州法律中禁止工业废水的深井注射，尽管一些电力公司开始试图和州政府协商开放禁令，但挑战州法律是一个漫长而艰难的过程。

 

　　4.总结

 

　　随着美国对火电厂脱硫废水排放标准的颁布和实施，美国各大电厂已经或者正在建设脱硫废水的相关处理设施。由于对发电行业应对气候变化的要求，美国已经几乎不可能再有新建的燃煤电厂出现。对于现有电厂的脱硫废水处理设施，各个电厂会根据具体情况采取不同策略，比如在一些环保要求严格的州或地方会采用零排放技术，其他电厂会采用物化法加生物处理技术或铁法技术。其他一些技术仍然在研究之中。