浅谈低温闪蒸技术在脱硫废水中的应用

浅谈低温闪蒸技术在脱硫废水中的应用

低温闪蒸技术在脱硫废水处理中，特别是在实现废水“零排放”的目标中，扮演着越来越重要的角色。它主要用于浓缩废水，为后续的结晶或固化处理创造条件。以下是其应用原理、优势、流程和注意事项：

一、 应用原理

利用水的沸点随压力降低而降低的特性，其工作过程：

预热：脱硫废水首先被预热(通常利用系统内产生的二次蒸汽或工艺余热)。
降压闪蒸：预热后的废水被引入一个维持较低绝对压力(通常低于大气压)的闪蒸室。
瞬间蒸发：由于压力远低于废水在该温度下的饱和蒸汽压，部分废水瞬间汽化(闪蒸)，产生低温蒸汽(通常温度在60-80°C左右)。
浓缩：未蒸发的废水因失去热量(潜热)而温度略有下降，但浓度显著提高。
蒸汽利用：产生的低温蒸汽通常被引入下一效闪蒸室作为热源，用于预热进料废水，或者被冷凝器冷凝回收成蒸馏水。
浓缩液排出：浓缩后的废水从闪蒸室底部排出，进入后续处理单元(如进一步浓缩、结晶器、蒸发塘或固化)。

二、 在脱硫废水处理中的优势

1. 有效浓缩：能显著提高脱硫废水的含盐量浓度(TDS)，浓缩倍率可达数倍甚至十几倍，极大减少了需要最终固化处理的废液体积。

2. 低品位热能利用：闪蒸过程主要依靠降压而非外部高温热源驱动蒸发。它特别适合利用电厂的低压蒸汽、汽轮机抽汽、烟气余热等作为初始热源，或利用多效设计回收利用自身产生的二次蒸汽。这使得其运行能耗远低于需要高温蒸汽或高电能驱动的技术(如传统多效蒸发、机械蒸汽再压缩)。
3. 相对较低的运行温度：操作温度较低(一般在60-80°C)，有助于减轻腐蚀，脱硫废水通常含有高浓度Cl?、SO???等腐蚀性离子，低温运行可减缓对设备材质的腐蚀速率，降低对昂贵耐腐蚀材料(钛合金、双相钢)的依赖程度。虽然结垢风险依然存在(尤其是硫酸钙、硅酸盐等)，但较低温度下某些盐分的溶解度变化趋势可能更有利，且结垢速率通常比高温蒸发慢一些。但仍需有效防垢措施。
4. 产生高品质产水：闪蒸产生的蒸汽冷凝后得到的是蒸馏水，水质纯净，可以回收利用，作为锅炉补给水、脱硫工艺补水、循环冷却水补水等，实现水资源循环利用。
5. 适用于高盐废水：对脱硫废水的高含盐量、高硬度、高腐蚀性有较好的适应性。
6.模块化设计：可以设计成多效形式，进一步提高热能利用效率。效数越多，单位蒸汽消耗量越低，但设备投资和复杂性增加。

三、典型应用流程（多效低温闪蒸）

1. 预处理：脱硫废水首先经过必要的预处理(化学软化、沉淀、过滤、pH调节)，去除大部分悬浮物、硬度离子(Ca??、Mg??)、重金属和部分硅，以减轻后续蒸发浓缩过程中的结垢和污堵风险。

2. 预热：利用系统产水或闪蒸产生的二次蒸汽预热进料废水。
3. 多效闪蒸系统：废水依次进入压力逐级降低的多个闪蒸室(效)，第一效通常利用外部提供的低温热源(如低压蒸汽)加热进料水或直接作为热源。前一效产生的二次蒸汽作为后一效的热源，在后一效的换热管束或直接接触中冷凝，同时加热/蒸发后一效的废水，废水在每一效都经历一次闪蒸浓缩，末效产生的二次蒸汽通常在冷凝器(表面式或混合式)中被冷却水冷凝成产水。
4. 浓液处理：从末效排出的高浓度浓液(通常接近饱和状态)被送往：
结晶器：如强制循环结晶器，进一步蒸发水分使盐分结晶析出，实现盐分离和固化。
蒸发塘/自然蒸发：在气候条件允许的地区，可排入蒸发塘自然蒸发干燥，但受环保政策限制越来越多。
固化处理：如喷雾干燥、与飞灰/灰渣混合固化等，如利用压缩空气配合，喷入空预器后烟道再次被热烟气蒸干，随飞灰被电除尘收集到灰斗。
5. 产水回用：各效换热器冷凝水，通常是纯净的蒸馏水和冷凝器产水收集后，经过必要的后处理，如pH调节、除碳、精处理等，回用于电厂或其他工艺。

四、挑战与注意事项

1. 结垢与污堵：尽管温度较低，但高浓度的CaSO?、SiO?、CaF?、以及有机物等仍可能在换热表面和闪蒸室内结垢或污堵。强化预处理，尤其是软化除硅和有效的在线清洗，如晶种法、酸洗、水冲洗至关重要。换热器设计也需要考虑防垢。

2. 腐蚀：高Cl?浓度和低pH仍是严重腐蚀风险。必须选用耐蚀材料如钛、双相不锈钢、高级合金、或内衬防腐层。良好的运行控制(如pH稳定)也能减轻腐蚀。
3. 真空系统：维持闪蒸室的低压需要真空泵或蒸汽喷射器，这本身消耗能量。系统的气密性要求高。
4. 投资成本：虽然运行能耗相对较低，但多效闪蒸系统本身设备，特别是耐蚀材料的初期投资成本较高。
5. 系统复杂性：多效系统流程较长，设备较多，控制和维护相对复杂。
6. 浓液处理：最终浓液的处理结晶，往往是整个零排放链条中能耗和成本最高的环节之一，需要配套可靠的技术。
7.  热能来源稳定性：对稳定可靠的低温热源有依赖性。

【结语】低温闪蒸技术凭借其高效利用低品位热能、较低的操作温度，减轻腐蚀结垢、有效浓缩高盐废水、产出高品质回用水等优势，成为脱硫废水零排放处理中浓缩段的关键技术之一。它通常以多效形式应用，与强化的预处理和最终的结晶/固化技术组合，构成完整的零排放链条。虽然存在结垢、腐蚀、投资高等挑战，但通过优化预处理、选用合适材料、精心设计和运行维护，低温闪蒸在脱硫废水处理领域已经取得了成功的工程应用，是实现电厂环保合规和水资源循环利用的有效手段。