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1、湿法烟气脱硫水资源“双零”工艺的研究与应用谢飞 采有林 秦省军（北京清新环境技术股份有限公司 北京 100142）摘要：提出一种不消耗工艺水也不排放废水的脱硫工艺。通过回收饱和烟气中的水分实现工艺水的自给自足，通过脱硫废水的烟道处理实现废水零排放。对组成该工艺的冷凝水回收、废水烟道蒸发两个子工艺分别依托实际燃煤火电机组进行了测试，取得了比较理想的测试结果。该工艺一方面降低了对水资源的消耗和依赖，一方面消除了对水环境的污染，使得湿法脱硫工艺可以不依赖水资源而运行。一方面对湿法脱硫的环境影响给出极大的改善空间，一方面使得在干旱缺水地区也可以使用高效的湿法脱硫工艺。关键词：湿法烟气脱硫 工艺水零消耗
2、 废水零排放 废水烟道处理 烟气水回收1 引言我国能源供给以燃煤电站为主，燃煤电站的烟气脱硫以石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺为主。传统的石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺一方面消耗大量工艺水，一方面向环境排放相当数量的废水。我国又是一个水资源相当匮乏的国家，传统的石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺给紧张的水资源造成新的压力。石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺消耗的工艺水，绝大部分以水蒸气的形态排放到大气中；所排放的废水含有高浓度的氯离子，废水处理系统难以处理。本文就石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺对水资源的影响展开研究，通过理论分析、工程实践，提出一种不消耗工艺水也不排放废水的脱硫工艺。通过回收饱和烟气中的水分实现工
3、艺水的自给自足，通过脱硫废水的烟道处理实现废水零排放。对于典型的660MW燃煤发电机组，使用传统的石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺，消耗工艺水约80t/h，产生废水约4t/h，使用本文所述工艺则可实现不消耗工艺水、不产生废水，环保价值、经济效益均非常明显。2 工艺路线湿法脱硫塔后的净烟气为饱和烟气，本文使用冷水喷淋，气、水直接换热的方式使烟气降温，使其中的饱和水蒸汽凝结为液态水，吸热升温后的水与冷凝水一起通过冷却器释放热量之后重新充当喷淋用的冷水，热水、冷水的差额外排作为湿法脱硫塔的工艺水。湿法脱硫塔前的原烟气为高温烟气，本文将湿法脱硫产生的废水通过雾化装置喷入除尘器之前的原烟气，使其中的水分在高
4、温烟气中蒸发为水蒸气，其中的盐分以固体形态与烟气中的飞灰一起被除尘器捕捉而离开系统。使用前述工艺改造过的湿法脱硫工艺流程图如图1所示，它不需要从系统外部补充水源，也不需要向系统外部水体排出液体。图中虚线框内为本文所述工艺。图1工艺流程图3 技术可行性分析3.1 废水产生量对于典型的燃煤烟气，脱硫塔前HCl浓度约50mg/Nm3。假设其全部进入液相，并忽略工艺水带来的Cl-，则液相中的Cl-为：503536=48.6mgNm3(烟气)典型的脱硫系统Cl-控制浓度为20g/L(水)，因此为了把Cl-排出系统，需要的废水量为：48.620100010000=24.3L万Nm3烟气显然，对于200万N
5、m3(烟气)h烟气量，废水量为：24.3200=4860Lh=4.86m3h3.2 废水的烟道蒸发对于典型的燃煤烟气，脱硫塔前水蒸气体积比约7%，折合质量浓度为：0.071822.410000=562.5L万Nm3(烟气)如前节所述，本文希望向烟气中增加24.3L万Nm3(烟气)的水分，占原有水分的比例为24.356.25100=43.2%，即含水量从7%增加到100+43.21007=10.024%。10%左右的含水量在燃煤烟气中也是常见的，大约可以判断这个喷水量是安全的。水的汽化潜热以2500kJ/kg计，水的显热忽略不计，则24.3L万Nm3(烟气)的喷水需要吸收的热量为：24.3250
6、0=60750kJ万Nm3(烟气)烟气的比热容约为1.3kJNm3，则烟气温降为：60750100001.3=4.67易知，4.67的温降对于除尘器及其烟道是安全的。3.3 脱硫塔中水的蒸发在脱硫塔中，烟气与水充分接触，出口水蒸气为饱和状态，温度一般在45-55之间。在标准大气压下，50的饱和分压力为12357.68Pa，含水率为：12357.681013251822.41000=98gNm3(烟气)对于典型的燃煤烟气，脱硫塔前水蒸气体积比约7%，折合质量浓度为：0.071822.41000=56.25gNm3(烟气)易知，脱硫塔中蒸发水量为：98-56.25=41.75gNm3(烟气)对于2
7、00万Nm3(烟气)h烟气量，蒸发水量为：41.75200000011000=83500kgh=83.5m3h3.4 烟道水的冷凝回收脱硫塔出口的烟气中的水蒸气为饱和状态，温度一般在45-55之间。在标准大气压下，50的饱和分压力为12357.68Pa，含水率为：12357.681013251822.41000=98gNm3(烟气)在标准大气压下，40的饱和分压力为7388.73Pa，含水率为：7388.731013251822.41000=58.6gNm3(烟气)即，烟气温度降低10，可回收冷凝水：98-58.6=39.4gNm3(烟气)对于200万Nm3(烟气)h烟气量，冷凝水量为：39.
8、4200000011000=78800kgh=78.8m3h3.5 物料平衡由前所述，对于200万Nm3h烟气量，废水量为4.86m3/h，塔内蒸发量为83.5m3/h，回收冷凝水为78.8m3/h，基本可以实现水资源的自给自足、自我净化。以上计算过程为了计算方便做了适当简化，计算数值与实际情况有所偏差，为了更准确地计算，本文编制了非完整物料平衡表，如表1、表2所示。表1气体侧物料平衡123456项目单位空预器后-喷水前喷水后-除尘器前除尘器后-引风机前引风机后-吸收塔前吸收塔后-节水塔前节水塔后-烟囱前基本数据：湿基流量Nm3/h (w.)2150000.00 2155741.39 2155
9、741.39 2155741.39 2262311.50 2149864.59 干基流量Nm3/h (tr.)1999500.00 1999500.00 1999500.00 1999500.00 1999500.00 1999500.00 实际流量m3/h3303665.89 3280886.51 3314947.10 3060745.55 2643870.25 2458547.84 温度C130.00 126.15 126.15 126.15 49.22 39.22 绝对压力kPa97.325 97.325 96.325 104.325 102.325 101.325 表压kPa-4.00
10、0 -4.000 -5.000 3.000 1.000 0.000 大气压kPa101.325 101.325 101.325 101.325 101.325 101.325 焓kJ/h690688863 691658545 691658266 691658266 709657238 690665715 质量流量：总计kg/h2957700.32 2962317.85 2879878.47 2879878.47 2952981.76 2862442.62 H2Okg/h121040.16 125657.70 125657.70 125657.70 211367.09 120931.26 N2k
11、g/h1975456.83 1975456.83 1975456.83 1975456.83 1975456.83 1975456.83 O2kg/h157097.68 157097.68 157097.68 157097.68 157097.68 157097.68 CO2kg/h608907.78 608907.78 608907.78 608907.78 608907.78 608907.78 SO2kg/h12396.90 12396.90 12396.90 12396.90 20.66 10.33 HClkg/h103.31 103.31 103.31 103.31 5.17 5.1
12、7 HFkg/h51.65 51.65 51.65 51.65 2.58 2.58 灰kg/h82646.00 82646.00 206.62 206.62 20.66 10.33 液珠kg/h0.00 0.00 0.00 0.00 103.31 20.66 体积含量：H2O%(V.,w.)7.00 7.25 7.25 7.25 11.62 6.99 O2%(V.,tr.)5.50 5.50 5.50 5.50 5.50 5.50 CO2%(V.,tr.)15.50 15.50 15.50 15.50 15.50 15.50 SO2mg/Nm3 (tr.)6200.00 6200.00 620
13、0.00 6200.00 10.33 5.17 HClmg/Nm3 (tr.)51.67 51.67 51.67 51.67 2.58 2.58 HFmg/Nm3 (tr.)25.83 25.83 25.83 25.83 1.29 1.29 灰mg/Nm3 (tr.)41333.33 41333.33 103.33 103.33 10.33 5.17 液珠mg/Nm3 (tr.)0.00 0.00 0.00 0.00 51.67 10.33 标准体积含量：O2%(V.,tr.)6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 SO2mg/Nm3 (tr.)6000.00 6000.00 6000.00 6000.00 10.00 5.00 HClmg/Nm3 (tr.)50.00 50.00 50.00 50.00 2.50 2.50 HFmg/Nm3 (tr.)25.00 25.00 25.00 25.00 1.25 1.25 灰mg/Nm3 (tr.)40000.00 40000.00 100.00 100.00 10.00 5.00 液珠mg/Nm3 (tr.)0.00 0.00 0.00 0.00 50.00 10.00 注：本表忽略了氧化空气的影响。表2液体侧物料平衡789项目单位除尘器前喷水冷凝水回收工艺水基本数据：
