燃煤發(fā)電是我國電力工業(yè)的基礎，燃煤發(fā)電裝機占電力總裝機規(guī)模的６５％。中國電力企業(yè)聯(lián)合會２０１７年電力統(tǒng)計基本數(shù)據(jù)一覽表公示，截至２０１７年底，我國的總發(fā)電量已經(jīng)達到６４１７１億ｋＷ•ｈ，其中燃煤電廠的發(fā)電量為４１４９８億ｋＷ•ｈ。燃煤發(fā)電過程產(chǎn)生的煙氣會對大氣環(huán)境造成污染。為解決煙氣中的二氧化硫污染問題，燃煤電廠一般都配有煙氣脫硫系統(tǒng)。石灰石—石膏濕法煙氣脫硫技術（簡稱濕法ＦＧＤ技術）由于其脫硫效率高，為國內外燃煤電廠廣泛采用。此工藝運行過程中會產(chǎn)生水質較差、污染物種類多的高鹽廢水，同時包含重金屬、懸浮物等雜質，需要單獨處理后排放。由于脫硫廢水水量小，２０世紀７０年代，國外學者提出可行的“零排放”的思路（ｚｅｒｏ ｌｉｑｕｉｄ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ，簡稱ＺＬＤ），提出燃煤電廠可采用煙道蒸發(fā)等方法實現(xiàn)不向外排放任何廢水。排出的廢水經(jīng)過處理后可重復使用，鹽類等其他物質經(jīng)濃縮結晶后可作為化工原料繼續(xù)使用。燃煤電廠煙氣脫硫的基本原理是石灰漿液與煙氣中ＳＯ２發(fā)生化學反應，因此脫硫廢水中的污染物主要來自煤、油等燃料的燃燒產(chǎn)物以及作為脫硫劑的石灰石。
１、燃煤電廠ＦＧＤ廢水零排放處理技術
脫硫廢水的水質特點如下：ｐＨ較低，呈酸性，腐蝕性強；含有較高濃度的懸浮物質；硬度高，易結垢；含有重金屬污染。表１為脫硫廢水的主要成分以及濃度。
傳統(tǒng)脫硫廢水排放標準對重金屬的排放濃度作了規(guī)定，同時規(guī)定了全廠排放口懸浮物、化學需氧量、硫化物、氟化物等主要污染物的排放限值。近年來，針對脫硫廢水的零排放問題，環(huán)保部在２０１７年頒布的《火電廠污染防治技術政策》和《火電廠污染防治可行技術指南》（ＨＪ２３０１—２０１７）中指出，火電廠水污染防治應遵循分類處理、一水多用的原則，鼓勵火電廠實現(xiàn)廢水的循環(huán)使用不外排，宜經(jīng)石灰處理、絮凝、澄清、中和等工藝處理后回用，并鼓勵采用煙氣余熱蒸發(fā)干燥或蒸發(fā)結晶等處理工藝，實現(xiàn)脫硫廢水不外排。
燃煤電廠煙氣脫硫廢水零排放處理主要包括煙道蒸發(fā)和蒸發(fā)結晶兩條技術路線。
１.１ 煙道蒸發(fā)技術
煙道蒸發(fā)技術通過將脫硫廢水噴入煙道內，霧化后經(jīng)煙氣加熱蒸發(fā)。污染物（包括結晶析出的溶解性鹽）隨煙氣中的煙塵一起被除塵器捕集，廢水中的水蒸氣冷凝回用，從而實現(xiàn)對污染物的去除。煙道蒸發(fā)技術又分為主煙道蒸發(fā)處理技術和旁路煙道蒸發(fā)處理技術。
（１）主煙道蒸發(fā)工藝流程如圖１所示，廢水經(jīng)霧化噴射裝置（一般采用雙流體霧化噴嘴）霧化噴入煙道，液滴在鍋爐尾部煙氣的加熱作用下迅速蒸發(fā)形成水蒸氣，廢水中的鹽分結晶后隨煙氣中的灰一起進入除塵器而被捕集去除。廢水蒸發(fā)形成的水蒸氣隨除塵后的煙氣進入脫硫吸收塔，在噴淋水的冷卻作用下，水蒸氣凝結進入脫硫塔的漿液循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)利用，從而實現(xiàn)脫硫廢水的“零排放”處理。該技術的特點在于投資費用較低，但其處理量有限；雙流體霧化噴嘴易堵塞；存在煙道腐蝕與積灰風險。
（２）旁路煙道蒸發(fā)工藝流程如圖２所示。脫硫廢水經(jīng)過霧化噴射裝置（一般采用旋轉霧化噴嘴）霧化后，利用鍋爐熱煙氣（鍋爐脫硝后進空氣預熱器前的熱煙氣）作為熱源，在噴霧干燥塔或旁路煙道內將廢水蒸發(fā)，水分以蒸汽形式進入煙氣，鹽分結晶形成小顆粒進入空氣預熱器后段隨煙氣被除塵器去除。該技術的特點為：無煙道腐蝕與積灰風險；旋轉霧化噴嘴適應性強；投資費用較高；影響鍋爐熱效率。旁路煙道蒸發(fā)技術已發(fā)展為煙道蒸發(fā)零排放路徑的代表性技術。
煙道蒸發(fā)產(chǎn)生的固態(tài)污染物通過研磨處理后可用作水泥、混凝土組分，還可作為原料代替黏土生產(chǎn)水泥熟料的原料，制造燒結磚、空心砌磚，鋪筑道路等。目前煙道蒸發(fā)技術在國內電廠工程應用較少，相關研究人員的研究內容主要集中在蒸發(fā)過程的模型模擬，包括蒸發(fā)固化的速度、程度與煙氣流速、噴射方式、液滴切割粒徑、溫度等影響因素之間的關系。
１.２ 蒸發(fā)結晶技術
蒸發(fā)結晶技術一般通過蒸汽或其他方式將廢水加熱至水分蒸發(fā)，水蒸汽冷凝后重復利用，污染物最終以晶體形式析出，從而實現(xiàn)脫硫廢水的零排放，結晶鹽干燥后裝袋外運，進行綜合利用或處置，避免產(chǎn)生二次污染。蒸發(fā)結晶技術的路線為預處理—濃縮減量—蒸發(fā)結晶。預處理方式一般為三聯(lián)箱預處理、化學軟化、管式微濾膜軟化等，其目的主要是軟化和除硅。濃縮減量方式可分為兩類，即熱法減量技術和膜法減量技術。熱法減量技術包括低溫多效蒸發(fā)（ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ－ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｅｆｆｅｃｔ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ，ＬＴ－ＭＥＤ）、機械蒸汽壓縮（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ，ＭＶＣ）、機械蒸汽再壓縮（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｒｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ，ＭＶＲ）、熱力蒸汽再壓縮（ｔｈｅｒｍａｌ ｖａｐｏｒ ｒｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ，ＴＶＲ）等。膜法減量技術包括納濾（ｎａｎｏ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ，ＮＦ）、反滲透（ｒｅｖｅｒｓｅ ｏｓｍｏｓｉｓ，ＲＯ）、正滲透（ｆｏｒｗａｒｄ ｏｓｍｏｓｉｓ，ＦＯ）、電滲析（ｅｌｅｃｔｒｏ ｄｉａｌｙｓｉｓ，ＥＤ）、膜蒸餾（ｍｅｍｂｒａｎｅ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ，ＭＤ）或以上幾種技術的組合等。濃縮減量的目的是盡量提高系統(tǒng)的回收率，使得進入結晶工藝段的廢水減少。蒸發(fā)結晶技術與熱法減量技術的目的均是處理末端濃鹽水，固化脫硫廢水中的污染物，其重點在于降低腐蝕和提高結晶鹽純度等。
蒸發(fā)結晶技術各工藝段處理方式多種多樣，可根據(jù)實際廢水水質，并結合出水及結晶鹽的要求靈活確定合理的技術方案。目前，此項技術已被廣泛應用到我國電廠脫硫廢水的實際處理中。但其各工藝段均存在優(yōu)化難題，預處理階段藥劑量消耗大，運行成本高；濃縮減量階段工藝復雜，濃縮極限低；結晶階段處理濃鹽水量大，投資與能耗高，最終產(chǎn)生結晶混鹽的處置與純鹽的出路亟待解決。
１.３ 零排放處理技術總結
以某水量為１０ｔ／ｈ、６０萬ｋＷ機組的項目為例，采用煙道蒸發(fā)工藝與蒸發(fā)結晶工藝的對比，如表２所示。
目前，也有研究將煙道蒸發(fā)技術、膜技術、ＭＶＲ技術等組合，實現(xiàn)脫硫廢水零排放。錢感等以某電廠廢水處理中試為例，提出了正滲透或ＭＶＲ與煙道余熱蒸發(fā)結合的處理方案，但此工藝尚處中試階段，缺少工程化數(shù)據(jù)支撐，汲取液內濃差極化、正滲透膜截留率低等問題也亟待改進。張凈瑞等針對河南焦作某電廠２×３５０ＭＷ機組脫硫廢水項目，提出了高效多維極相電絮凝反應器耦合雙堿法脫硫廢水預處理模塊、雙膜法高鹽水濃縮減量模塊，以及濃縮液煙氣余熱蒸發(fā)模塊的工藝流程，該技術不僅投資與運營成本低，而且可減少脫硫工藝用水，具有廣泛的推廣應用價值。
這兩種現(xiàn)行主流的零排放工藝還存在以下問題：
（１）預處理軟化藥劑費用高，預處理設備產(chǎn)泥量大；
（２）蒸發(fā)結晶設備投資高、運行能耗高，且蒸發(fā)結晶產(chǎn)生的混鹽分離和處置費用高。后續(xù)分鹽后產(chǎn)出的工業(yè)氯化鈉、硫酸鈉等市場價值低，難以回收成本，同時需要考慮外委處置；
（３）煙道蒸發(fā)技術應用較少，廢水對噴頭的堵塞和影響狀況，以及霧滴對煙道的腐蝕需要進一步檢驗。實際運行中，煙氣濕度增加可能致使除塵器積泥，煙氣排放溫度過低。
針對蒸發(fā)結晶和煙道蒸發(fā)存在的問題，促使未來火電研發(fā)機構加強對利用電廠尾部煙氣余熱的脫硫廢水固化技術的研究。
2、國內外電廠脫硫廢水工程技術經(jīng)濟對比
國內外電廠脫硫廢水工程對比分析見表９。從表９可以看出，不同電廠需根據(jù)實際情況確定預處理工藝，最終需通過蒸發(fā)結晶或煙道蒸發(fā)工藝脫除鹽分，回用水分。目前，蒸發(fā)結晶技術相對成熟，應用較多，但最終大多產(chǎn)生混鹽，仍需進一步處理，即便分鹽出氯化鈉、硫酸鈉，也常常難以利用，只能作為危廢處理。廢水零排放系統(tǒng)投資和運行成本均較高。相比之下，煙道蒸發(fā)技術運行成本低于蒸發(fā)結晶技術，系統(tǒng)占地較少，節(jié)約前期投資成本。因此，若要產(chǎn)生更大的環(huán)境效益，還需加強煙道蒸發(fā)技術的研發(fā)。
3、結論及展望
（１）在“超低排放”標準（環(huán)發(fā)１６４號文《全面實施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》）的要求下，越來越多的電廠開始考慮對脫硫廢水進行深度處理和回用，實現(xiàn)零排放。電廠脫硫廢水實現(xiàn)零排放技術可行性已無疑問，且具有巨大的經(jīng)濟效益、社會效益以及環(huán)境效益。
（２）目前處理技術以蒸發(fā)結晶和煙道蒸發(fā)技術為主。蒸發(fā)結晶技術成熟且穩(wěn)定，但基建投資及運維成本較高，產(chǎn)品鹽品質低；煙道蒸發(fā)技術尚在推廣階段，具有基建投資及運行成本低，充分利用電廠煙氣余熱，從而節(jié)約能源等優(yōu)點，有電廠已實現(xiàn)工程化應用，具有較高推廣價值。
（３）廢水零排放技術路線仍需結合電廠的生產(chǎn)特點來選擇。由于電廠廢水水質普遍較差，對電廠煙氣余熱的利用是未來廢水處理技術的發(fā)展趨勢，尤其在低溫余熱利用方面將成為下一階段的研究熱點。研究目標是實現(xiàn)技術國產(chǎn)化，設備國產(chǎn)化，與國際公司對比并學習，找到符合國內電廠的廢水零排放技術路線。（來源：北京安國水道自控工程技術有限公司）
