脫硫廢水旋轉(zhuǎn)噴霧蒸發(fā)特性實(shí)驗(yàn)研究

水處理網(wǎng)訊:摘要：脫硫廢水旋轉(zhuǎn)噴霧干燥技術(shù)是一種利用熱煙氣蒸發(fā)脫硫廢水的零排放技術(shù)。開展了不同懸浮物（SS）含量的脫硫廢水原水以及經(jīng)濃縮的高鹽廢水的蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)，采用可視化手段觀察了脫硫廢水在干燥塔內(nèi)的蒸發(fā)特性，考察了脫硫廢水噴霧蒸發(fā)過程中停留時(shí)間、進(jìn)口煙氣溫度、氣液比對(duì)蒸發(fā)特性的影響。結(jié)果表明，旋轉(zhuǎn)噴霧蒸發(fā)工藝對(duì)高鹽、高SS含量等復(fù)雜脫硫廢水組分具有較佳的適應(yīng)性；脫硫廢水從旋轉(zhuǎn)霧化器噴出后，迅速蒸發(fā)，主蒸發(fā)區(qū)在霧化盤下方0.75~1.00m區(qū)域內(nèi)；隨后是蒸發(fā)析出的未干鹽分及未完全蒸發(fā)的廢水液滴進(jìn)一步蒸干至含水率低于2%；煙氣在噴霧干燥塔內(nèi)的停留時(shí)間需要維持在20s以上才能保證塔出口灰分含水率低于2%；進(jìn)口煙氣溫度越高，其塔底及塔出口的灰分含水率越低，在氣液比為12000m³/m³（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）的廢水工況下，入口煙溫為280℃時(shí)已經(jīng)難以保證廢水液滴良好蒸發(fā)；在入口煙氣溫度為340℃、氣液比在大于10000m³/m³（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）時(shí)，塔底灰分含水率小于2%，蒸發(fā)效果良好。

關(guān)鍵詞：脫硫廢水；蒸發(fā)特性；停留時(shí)間；懸浮物濃度；可視化實(shí)驗(yàn)

0 引言

目前，燃煤電廠普遍采用石灰石˗石膏濕法脫硫工藝，該工藝具有脫硫效率高及運(yùn)行成本低等特點(diǎn)，但運(yùn)行過程中會(huì)排放一定量的脫硫廢水，排放量約為15～20kg/(MW•h)。脫硫廢水一般具有懸浮物含量高、水質(zhì)為弱酸性、含鹽量高等特點(diǎn)，因此不能直接排放。近年來，隨著“水十條”的發(fā)布，工業(yè)水的排放標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格，脫硫廢水作為工業(yè)水的一種，其排放控制引起了廣泛關(guān)注。

旋轉(zhuǎn)噴霧干燥技術(shù)是利用旋轉(zhuǎn)霧化器將液滴霧化成粒徑為10～60μm的細(xì)小液滴噴入干燥塔，從空預(yù)器前引出高溫?zé)煔庾鳛闊嵩磳⒁旱卧诟稍锼?nèi)快速蒸干，可有效解決主、旁路煙道蒸發(fā)技術(shù)積灰和噴嘴堵塞的問題，相較于主煙道蒸發(fā)技術(shù)和旁路煙道蒸發(fā)技術(shù)有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，具有良好的應(yīng)用前景。

本文開展了不同懸浮物及含鹽量的脫硫廢水蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)，并采用可視化手段觀察了脫硫廢水在干燥塔內(nèi)的蒸發(fā)特性，在此基礎(chǔ)上考察了脫硫廢水噴霧蒸發(fā)所需要的停留時(shí)間，從而為脫硫廢水旋轉(zhuǎn)噴霧蒸發(fā)工藝的工程應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

2 實(shí)驗(yàn)裝置及分析測(cè)試

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置

脫硫廢水旋轉(zhuǎn)噴霧干燥系統(tǒng)如圖1所示，由脫硫廢水供液系統(tǒng)、模擬煙氣系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)噴霧干燥系統(tǒng)和尾氣處理系統(tǒng)組成。干燥塔的頂部布置有LPG-50型旋轉(zhuǎn)霧化器以及蝸殼式煙氣分布器，在干燥塔沿程布置熱電偶以及觀察孔和采樣孔。干燥塔塔高6.5m、塔徑1.6m，額定處理煙氣量600m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，下同），額定廢水處理量50L/h。廢水干燥的工藝流程為：脫硫廢水經(jīng)脫硫廢水供液系統(tǒng)進(jìn)入到干燥塔頂部的旋轉(zhuǎn)霧化器霧化為細(xì)小液滴，在干燥塔內(nèi)與經(jīng)過電加熱器加熱的中高溫模擬煙氣接觸進(jìn)行傳質(zhì)傳熱，干燥后的顆粒部分被干燥塔自身分離進(jìn)入塔底，部分隨煙氣進(jìn)入尾氣處理系統(tǒng)處理后排放。圖2為干燥塔測(cè)點(diǎn)的布置圖，沿程共布置6個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)之間的距離為60cm，之外有塔進(jìn)口煙道測(cè)點(diǎn)，塔出口煙道測(cè)點(diǎn)和塔底測(cè)點(diǎn)。

2.2 分析測(cè)試方法

實(shí)驗(yàn)過程中需要測(cè)試沿程煙氣溫度、濕度、沿程灰分含水率以及塔底與塔出口灰分含水率。沿程溫度采用熱電偶（WRP-130）在線檢測(cè)；沿程濕度采用煙氣水分儀（HMS545P）測(cè)試；沿程灰分含水率采用自制采樣槍采樣，將采集的樣品收集到塑封袋進(jìn)行保存。塔出口煙氣中固體顆粒依據(jù)GB/T16157—1996《固定污染源排氣中顆粒物測(cè)定與氣態(tài)污染物采樣方法》、采用WJ-60B型皮托管平行全自動(dòng)煙塵采樣器，在等速采樣條件下由加裝于采樣槍中的玻璃纖維濾筒采集；塔底固相顆粒在一組實(shí)驗(yàn)結(jié)束后打開塔底灰斗閥門用塑封袋收集并保存。采集到的灰樣取部分稱重后放置烘箱在120℃的環(huán)境下烘干30~60min，之后再次稱重?？梢暬瘜?shí)驗(yàn)通過在脫硫廢水中加入熒光劑，在紫外燈的照射下經(jīng)具有耐高溫玻璃板的觀察孔進(jìn)行觀察。

3 結(jié)果與分析

3.1 脫硫廢水原水旋轉(zhuǎn)噴霧蒸發(fā)特性

實(shí)驗(yàn)選取中鹽廢水（Cl-質(zhì)量濃度為13489mg/L），在噴霧干燥塔進(jìn)口煙氣溫度為350℃、脫硫廢水處理量為50L/h、進(jìn)口煙氣流量為600m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，下同）的工況下進(jìn)行脫硫廢水的旋轉(zhuǎn)噴霧蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行2次，一次煙氣含粉塵（粉塵質(zhì)量濃度約為10g/m3），一次是不含粉塵。實(shí)驗(yàn)記錄每個(gè)工況下沿程煙氣溫度、濕度以及對(duì)沿程灰分的含水率和塔底灰分進(jìn)行采樣并測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3、圖4和圖5所示。

由圖3、圖4以及圖5可以看出，沿程溫度、濕度和沿程灰分的含水率在測(cè)點(diǎn)1和測(cè)點(diǎn)2之間的變化最為劇烈，隨后沿程溫度、濕度及沿程灰分的含水率變化趨勢(shì)逐漸平緩，這表明脫硫廢水經(jīng)霧化盤霧化噴出之后在測(cè)點(diǎn)1與測(cè)點(diǎn)2之間區(qū)域迅速蒸干，屬于主蒸發(fā)區(qū)域（距離霧化盤約1.0m）。此外，從圖3、圖4以及圖5還可以看出，燃煤粉塵對(duì)塔內(nèi)煙氣溫度和濕度分布影響不大，但含燃煤粉塵時(shí)，塔中下部固體顆粒的蒸干速率略有降低，這是由于在含粉煤灰的工況下，部分粉煤灰顆粒會(huì)與脫硫廢水液滴接觸并附著在液滴表面，在液滴蒸發(fā)過程中，這部分粉塵會(huì)逐漸形成一層硬殼限制液滴的繼續(xù)蒸發(fā)，在主蒸發(fā)區(qū)內(nèi)，由于硬殼尚未完全成型，對(duì)液滴蒸發(fā)的限制不大，對(duì)沿程顆粒含水率的影響并不明顯，當(dāng)液滴隨著煙氣離開主蒸發(fā)區(qū)至塔體中下部時(shí)，硬殼基本完全成型，限制了液滴的蒸發(fā)，這時(shí)添加粉煤灰的工況其塔體中下部的灰分含水率會(huì)比未添加粉煤灰的工況高。另外由圖5可知，至塔中部區(qū)域（測(cè)點(diǎn)3），顆粒的含水率基本在10%~15%，之后逐步蒸干，至塔底時(shí)灰分含水率均在2%以下。

3.2 含懸浮物的脫硫廢水的蒸發(fā)特性

實(shí)驗(yàn)選取中鹽脫硫廢水，采用不含懸浮物的原始脫硫廢水，以及在其中加入粉煤灰和石膏顆粒配制成懸浮性固體（suspendedsolid,SS）含量分別為3%、6%和10%的脫硫廢水，在塔入口煙溫約為345℃，煙氣流量為600m3/h，煙氣不含燃煤粉塵，脫硫廢水液量為50L/h的工況下開展蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)并測(cè)試沿程煙氣溫度、濕度、干燥塔沿程、出口和塔底粉塵含水率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6、圖7和圖8所示。

由圖6、圖7及圖8可知，在蒸干不同懸浮物含量的脫硫廢水時(shí)，干燥塔沿程煙氣溫度和濕度變化不大，但隨著懸浮物含量的增加，塔體中下部灰分的含水率有所增加，這是由于在主蒸發(fā)區(qū)大部分水分被直接蒸發(fā)，而離開主蒸發(fā)區(qū)后，由于水分的減少，脫硫廢水霧化液滴粒徑會(huì)減少，脫硫廢水中含有的懸浮物顆粒之間的距離會(huì)減小至接觸形成一層硬殼，這層硬殼的存在會(huì)嚴(yán)重限制剩余水分的蒸發(fā)，而脫硫廢水中懸浮物含量越高，硬殼的厚度越大，對(duì)液滴繼續(xù)蒸發(fā)的限制效果越強(qiáng)。因此，在塔體中下部時(shí)，隨著懸浮物含量的增加，灰分含水率會(huì)增大。對(duì)比圖5可以發(fā)現(xiàn)，脫硫廢水中懸浮性固體對(duì)脫硫廢水蒸發(fā)的影響高于燃煤粉塵，這是因?yàn)檫M(jìn)入干燥塔的燃煤粉塵屬于高溫干燥顆粒，而脫硫廢水中的懸浮性固體屬于高濕低溫顆粒，同時(shí)，脫硫廢水中懸浮物對(duì)廢水蒸發(fā)后期存在較大影響。但在該工況下，塔底的含水率均小于2%，蒸干效果尚可。