摘 要：隨(sui)著我國環保政策的(de)(de)(de)不斷完善和水(shui)資源的(de)(de)(de)嚴(yan)重缺乏，脫硫廢(fei)水(shui)的(de)(de)(de)深度(du)處理(li)及廢(fei)水(shui)中水(shui)分回收具(ju)有重要的(de)(de)(de)意義(yi)。本文構建了(le)脫硫廢(fei)水(shui)熱法零排放(fang)全流(liu)程系(xi)統(tong)，提出了(le)三種熱法濃(nong)縮工藝：生(sheng)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)驅動的(de)(de)(de)多(duo)效(xiao)(xiao)蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)系(xi)統(tong)（MEE-S），低溫(wen)煙氣(qi)驅動的(de)(de)(de)多(duo)效(xiao)(xiao)蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)系(xi)統(tong)（MEE-G）；單級機械蒸(zheng)(zheng)汽(qi)再壓縮系(xi)統(tong)（MVR-S）和耦合(he)MVR的(de)(de)(de)多(duo)效(xiao)(xiao)蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)系(xi)統(tong)（MEE-MVR）。以600 MW超臨界(jie)機組為(wei)例(li)，利用Aspen Plus軟件(jian)進行了(le)流(liu)程模擬和系(xi)統(tong)經(jing)濟(ji)性計算。計算結果表明：相(xiang)(xiang)對(dui)于(yu)(yu)傳(chuan)統(tong)的(de)(de)(de)以生(sheng)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)為(wei)熱源的(de)(de)(de)多(duo)效(xiao)(xiao)蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)系(xi)統(tong)，當采(cai)用低溫(wen)煙氣(qi)作為(wei)蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)系(xi)統(tong)熱源，則煙氣(qi)降溫(wen)5.5 ℃，如果忽略低溫(wen)煙氣(qi)成(cheng)本，則具(ju)有較低的(de)(de)(de)噸(dun)廢(fei)水(shui)處理(li)成(cheng)本；單級MVR系(xi)統(tong)由于(yu)(yu)利用熱泵蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)技術，能耗(hao)(hao)大(da)幅度(du)下降，但投(tou)資成(cheng)本為(wei)傳(chuan)統(tong)多(duo)效(xiao)(xiao)蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)113%；耦合(he)MVR的(de)(de)(de)多(duo)效(xiao)(xiao)蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)系(xi)統(tong)，由于(yu)(yu)在較低濃(nong)度(du)下蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)了(le)部分進料(liao)，因(yin)此(ci)其壓縮機功耗(hao)(hao)相(xiang)(xiang)對(dui)單級MVR下降了(le)30%，其噸(dun)廢(fei)水(shui)處理(li)成(cheng)本約為(wei)傳(chuan)統(tong)多(duo)效(xiao)(xiao)蒸(zheng)(zheng)發(fa)(fa)系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)58.2%。

關鍵詞：脫硫廢水;蒸發結晶;低能耗;零排放;機械蒸汽再壓縮;

0 引 言

隨著(zhu)我國(guo)環(huan)(huan)保政策(ce)的不(bu)斷完善和水(shui)資源(yuan)的嚴重缺乏(fa)，脫硫(liu)廢(fei)水(shui)的零(ling)排(pai)放(fang)(fang)技術（ZLD）成為了近(jin)年(nian)來(lai)的研究(jiu)熱點。ZLD是(shi)指：電(dian)廠不(bu)向地(di)面(mian)水(shui)域(yu)排(pai)放(fang)(fang)廢(fei)水(shui)，大部分(fen)水(shui)分(fen)回(hui)收利用(yong)，少量廢(fei)水(shui)進入固體廢(fei)物或固化在灰渣(zha)中(zhong)。根據國(guo)內(nei)外已有的脫硫(liu)廢(fei)水(shui)零(ling)排(pai)放(fang)(fang)工藝(yi)，可將ZLD可分(fen)解(jie)為三個關鍵環(huan)(huan)節(jie)(jie)：預處(chu)理，濃縮減量，轉(zhuan)移或固化。從廢(fei)水(shui)零(ling)排(pai)放(fang)(fang)系統的經(jing)濟性(xing)和能耗上來(lai)看，濃縮減量環(huan)(huan)節(jie)(jie)是(shi)關鍵。

目前國內已投入工(gong)業化應用(yong)的(de)(de)濃縮(suo)減量技術(shu)主要采用(yong)熱(re)法濃縮(suo)。按照加熱(re)方式(shi)不同，可分為：多(duo)效(xiao)蒸發(fa)(fa)結晶和機械蒸汽(qi)(qi)(qi)再壓(ya)縮(suo)技術(shu)（MVR）等。廣(guang)東河源電廠2×600MW超臨界(jie)(jie)燃煤機組(zu)，脫(tuo)硫(liu)廢(fei)水(shui)采用(yong)2級預處(chu)理+四效(xiao)蒸發(fa)(fa)結晶系統處(chu)理。蒸汽(qi)(qi)(qi)消耗(hao)(hao)0.28-0.35t/t廢(fei)水(shui)，電耗(hao)(hao)30kWh/t廢(fei)水(shui)。廣(guang)東三水(shui)恒(heng)益電廠2×600MW超臨界(jie)(jie)機組(zu)，脫(tuo)硫(liu)廢(fei)水(shui)處(chu)理采用(yong)兩級臥(wo)式(shi)機械蒸汽(qi)(qi)(qi)壓(ya)縮(suo)蒸發(fa)(fa)技術(shu)+2級臥(wo)式(shi)多(duo)效(xiao)蒸發(fa)(fa)技術(shu)工(gong)藝。蒸汽(qi)(qi)(qi)消耗(hao)(hao)0.3t/t廢(fei)水(shui)；電耗(hao)(hao)：30kWh/t廢(fei)水(shui)。如何降(jiang)低傳統熱(re)法濃縮(suo)環(huan)節(jie)的(de)(de)能耗(hao)(hao)，是脫(tuo)硫(liu)廢(fei)水(shui)零排放技術(shu)發(fa)(fa)展需要解決的(de)(de)重要問題之一。

段威等總結了(le)4種(zhong)不(bu)同的脫硫(liu)廢(fei)水(shui)零(ling)排放工(gong)路線并(bing)進行了(le)初步的技(ji)術-經濟性分析，研(yan)究結果表(biao)明(ming)熱法濃縮(suo)干(gan)燥工(gong)藝噸水(shui)運營成(cheng)本低(di)，更加(jia)適用于(yu)燃煤(mei)電(dian)廠脫硫(liu)廢(fei)水(shui)零(ling)排放工(gong)程。毛(mao)彥(yan)霞(xia)采用MVR對脫硫(liu)廢(fei)水(shui)進行了(le)中試實(shi)驗(yan)(yan)，試驗(yan)(yan)結果表(biao)明(ming)：MVR處理廢(fei)水(shui)效果較好，產水(shui)能力較高，其(qi)出水(shui)水(shui)質可以(yi)(yi)達到(dao)一級除(chu)鹽水(shui)的標(biao)準，脫鹽率可以(yi)(yi)達到(dao)99%以(yi)(yi)上，出水(shui)率可達80%。Dahmardeh等基(ji)于(yu)Aspen Plus軟件，設計并(bing)優化(hua)分析了(le)一種(zhong)基(ji)于(yu)多效蒸發-MVR耦(ou)合蒸發結晶系統(tong)，討論了(le)給定(ding)濃縮(suo)比下(xia)，關鍵參數對蒸發結晶系統(tong)性能和成(cheng)本的影響。

盡管(guan)目前針對(dui)燃煤電廠脫(tuo)硫廢(fei)水零(ling)(ling)排(pai)(pai)放工(gong)(gong)藝路線的(de)(de)(de)討論(lun)較多(duo)(duo)，但(dan)是在同一基(ji)準上，定量對(dui)比不同脫(tuo)硫廢(fei)水熱法(fa)零(ling)(ling)排(pai)(pai)放系(xi)統的(de)(de)(de)能耗(hao)和(he)經濟性的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)，并不多(duo)(duo)見。本文首(shou)先構建了(le)(le)基(ji)于熱法(fa)濃縮技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)脫(tuo)硫廢(fei)水零(ling)(ling)排(pai)(pai)放全流(liu)程；針對(dui)濃縮減(jian)量環節(jie)，提出了(le)(le)三(san)(san)種濃縮工(gong)(gong)藝：多(duo)(duo)效蒸(zheng)發(fa)（MEE）、單(dan)級MVR（MVR-S）和(he)耦合MVR的(de)(de)(de)多(duo)(duo)效蒸(zheng)發(fa)（MEE-MVR），利用流(liu)程模(mo)擬軟件Aspen plus建立了(le)(le)系(xi)統的(de)(de)(de)質量和(he)能量平衡(heng)，討論(lun)了(le)(le)不同工(gong)(gong)藝的(de)(de)(de)能耗(hao)；最(zui)后對(dui)三(san)(san)種廢(fei)水零(ling)(ling)排(pai)(pai)放流(liu)程進行了(le)(le)經濟性分析(xi)，以(yi)期為低能耗(hao)燃煤電廠廢(fei)水零(ling)(ling)排(pai)(pai)放技(ji)術(shu)提供(gong)了(le)(le)一定的(de)(de)(de)理(li)論(lun)指(zhi)導。

1 脫硫廢水處理系統流程

脫硫廢水零排(pai)放處理(li)系統主要分為預(yu)處理(li)單(dan)(dan)元、濃縮減(jian)量(liang)單(dan)(dan)元和(he)結(jie)晶(jing)分鹽(yan)單(dan)(dan)元，見圖1。針對不同的濃縮減(jian)量(liang)技術，假設(she)預(yu)處理(li)單(dan)(dan)元和(he)結(jie)晶(jing)分鹽(yan)單(dan)(dan)元都相同。

脫(tuo)硫廢水(shui)軟(ruan)化預處理環節采用Ca(OH)2 + Na2CO3雙(shuang)堿(jian)法(fa)，處理后的(de)水(shui)質(zhi)(zhi)指標(biao)見表1。由表1可以(yi)看出：經過(guo)軟(ruan)化處理后，廢水(shui)中鈣(gai)離子(zi)的(de)質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)分數(shu)(shu)(shu)小于(yu)0.005‰，鎂(mei)離子(zi)的(de)質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)分數(shu)(shu)(shu)小于(yu)0.001‰，懸浮(fu)物的(de)質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)分數(shu)(shu)(shu)小于(yu)0.001‰，可以(yi)避免下(xia)游蒸發濃(nong)縮結(jie)晶過(guo)程中結(jie)垢。

脫硫廢(fei)水(shui)經過預(yu)處理(li)后，廢(fei)水(shui)中主要的(de)無機離子(zi)為Na+、Cl-和SO42-，占溶解(jie)性總(zong)固(gu)體(ti)的(de)比(bi)例通常大于(yu)90%。直(zhi)接(jie)經蒸發(fa)濃(nong)縮處理(li)后得到混合(he)雜鹽(yan)(yan)(yan)。結(jie)(jie)晶(jing)(jing)雜鹽(yan)(yan)(yan)遇水(shui)易(yi)溶解(jie)，且通常含有有機物甚至重金屬(shu)，屬(shu)于(yu)固(gu)體(ti)廢(fei)棄(qi)物。因此在(zai)蒸發(fa)結(jie)(jie)晶(jing)(jing)過程中實現分(fen)鹽(yan)(yan)(yan)，可以(yi)提高結(jie)(jie)晶(jing)(jing)鹽(yan)(yan)(yan)的(de)資源(yuan)化效率，降低(di)綜(zong)合(he)處理(li)成本。分(fen)鹽(yan)(yan)(yan)結(jie)(jie)晶(jing)(jing)實質是(shi)利用(yong)NaCl、Na2SO4等(deng)物質濃(nong)度及溶解(jie)度差異，在(zai)蒸發(fa)過程中控制合(he)適(shi)的(de)運行溫(wen)度和濃(nong)縮倍(bei)數來實現鹽(yan)(yan)(yan)的(de)分(fen)離。

根據預(yu)處理后的脫硫廢水三元體系相平衡圖（Na+/Cl-、SO42--H2O）確定分鹽結晶工藝流程，如圖2所(suo)示，分為(wei)五個階(jie)段(duan)：蒸發(fa)濃縮(suo)階(jie)段(duan)、Na2SO4蒸發(fa)析(xi)(xi)(xi)晶階(jie)段(duan)（343.15 K）、Na2SO4·10H2O冷卻析(xi)(xi)(xi)晶階(jie)段(duan)（273.15 K）、NaCl蒸發(fa)析(xi)(xi)(xi)晶階(jie)段(duan)（343.15 K）、雜(za)鹽蒸發(fa)結晶（343.15 K）。

為(wei)了(le)減少(shao)結晶器的能耗，假(jia)設濃縮減量環節出口的液體(ti)中NaCl和Na2SO4濃度(du)為(wei)對(dui)應溫度(du)下飽(bao)和溶液的濃度(du)。

1.1 多(duo)效(xiao)蒸發系統(tong)

多效(xiao)(xiao)蒸(zheng)發系統(tong)采用三效(xiao)(xiao)蒸(zheng)發器(qi)對(dui)脫硫廢水進(jin)行濃縮(suo)，蒸(zheng)發器(qi)和物料流(liu)程(cheng)采用順流(liu)流(liu)程(cheng)，根據蒸(zheng)發器(qi)熱源不同，設計了兩種多效(xiao)(xiao)蒸(zheng)發流(liu)程(cheng)，見(jian)圖3。

圖3多效蒸發(fa)工藝流程

多效(xiao)(xiao)(xiao)蒸發系(xi)(xi)統的(de)(de)熱源(yuan)可以(yi)(yi)(yi)來自電廠(chang)低壓(ya)缸抽汽(qi)(qi)，也可以(yi)(yi)(yi)采(cai)用煙氣驅動的(de)(de)低溫多效(xiao)(xiao)(xiao)蒸發系(xi)(xi)統。圖3a為(wei)傳統的(de)(de)以(yi)(yi)(yi)生(sheng)蒸汽(qi)(qi)為(wei)熱源(yuan)的(de)(de)三(san)效(xiao)(xiao)(xiao)蒸發系(xi)(xi)統（MEE-S）流(liu)程示意圖。經(jing)過預處(chu)理的(de)(de)脫硫廢水分(fen)別經(jing)過一(yi)效(xiao)(xiao)(xiao)至三(san)效(xiao)(xiao)(xiao)蒸發后逐級濃縮；生(sheng)蒸汽(qi)(qi)（壓(ya)強：0.5 MPa，溫度(du)：151.9 ℃）由一(yi)效(xiao)(xiao)(xiao)加(jia)入，每效(xiao)(xiao)(xiao)包括加(jia)熱器(qi)與分(fen)離器(qi)，物料與生(sheng)蒸汽(qi)(qi)或(huo)者上級過來的(de)(de)二次蒸汽(qi)(qi)在(zai)加(jia)熱器(qi)中換熱，然(ran)后進入分(fen)離器(qi)閃蒸，形成的(de)(de)二次蒸汽(qi)(qi)進入下一(yi)效(xiao)(xiao)(xiao)。最(zui)后一(yi)效(xiao)(xiao)(xiao)的(de)(de)二次蒸汽(qi)(qi)通過冷(leng)凝器(qi)冷(leng)凝成液態(tai)水后匯流(liu)至二次冷(leng)凝水罐。一(yi)效(xiao)(xiao)(xiao)至三(san)效(xiao)(xiao)(xiao)蒸發器(qi)壓(ya)力分(fen)別為(wei)54 kPa、39 kPa、29 kPa。

基于煙氣驅動的低溫(wen)三效蒸(zheng)發(fa)濃縮工藝(yi)流(liu)程（MEE-G），見(jian)圖3b。約50%的多效蒸(zheng)發(fa)的冷凝液，經除(chu)塵(chen)器出口低溫(wen)煙氣（132 ℃）加熱(re)后，獲得90 ℃-97 ℃的飽和(he)蒸(zheng)汽作為(wei)一效蒸(zheng)發(fa)器熱(re)源。煙氣加熱(re)器的熱(re)量(liang)衡(heng)算，需要根據(ju)蒸(zheng)發(fa)任務確定生蒸(zheng)汽耗量(liang)進行(xing)計算。

1.2 MVR系(xi)統

對于MVR蒸發(fa)濃縮(suo)工藝來說(shuo)，當處理高(gao)(gao)(gao)濃度(du)含(han)鹽(yan)廢水時，如(ru)果沸點(dian)升高(gao)(gao)(gao)值過(guo)大，則使得換熱(re)器(qi)的(de)有(you)效(xiao)傳(chuan)熱(re)溫差降低，從(cong)而造成壓(ya)縮(suo)機需(xu)要(yao)提(ti)高(gao)(gao)(gao)較(jiao)高(gao)(gao)(gao)的(de)溫度(du)來克(ke)服沸點(dian)升高(gao)(gao)(gao)的(de)影(ying)響，使得系統能耗(hao)過(guo)高(gao)(gao)(gao)。文獻(xian)認為：對于MVR蒸發(fa)系統，當溶(rong)液沸點(dian)升高(gao)(gao)(gao)超過(guo)15 ℃時，單(dan)級蒸汽(qi)壓(ya)縮(suo)機提(ti)升的(de)二次蒸汽(qi)溫度(du)不能維持蒸發(fa)過(guo)程中的(de)有(you)效(xiao)傳(chuan)熱(re)溫差，需(xu)要(yao)采(cai)用二級MVR或分級壓(ya)縮(suo)系統。圖4給出了基于表(biao)1預(yu)處理后脫硫(liu)廢水水質(zhi)特性的(de)含(han)鹽(yan)溶(rong)液在不同蒸發(fa)溫度(du)下沸點(dian)升高(gao)(gao)(gao)值變化(hua)規律。可(ke)知蒸發(fa)濃縮(suo)階段沸點(dian)升高(gao)(gao)(gao)值不到10 ℃，因此本文采(cai)用單(dan)級MVR系統（MVR-S），見圖5。

預(yu)處理后(hou)的脫硫廢水(shui)首(shou)先在凝(ning)結水(shui)預(yu)熱(re)(re)器和濃縮液預(yu)熱(re)(re)器中(zhong)(zhong)進行預(yu)熱(re)(re)，預(yu)熱(re)(re)后(hou)廢水(shui)與(yu)循環液一起(qi)進入(ru)蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)(fa)器中(zhong)(zhong)，蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)(fa)壓(ya)力取(qu)29 kPa。在蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)(fa)器內被壓(ya)縮蒸(zheng)汽(qi)(qi)加熱(re)(re)，蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)(fa)器產出的二(er)(er)次(ci)蒸(zheng)汽(qi)(qi)經壓(ya)縮機壓(ya)縮至(zhi)45 kPa，作為蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)(fa)器熱(re)(re)源(yuan)。壓(ya)縮機出口蒸(zheng)汽(qi)(qi)一般為過熱(re)(re)蒸(zheng)汽(qi)(qi)，不利于蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)(fa)器中(zhong)(zhong)的換熱(re)(re)，因(yin)此在進入(ru)蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)(fa)器前，引入(ru)少量冷凝(ning)水(shui)，用于消除蒸(zheng)汽(qi)(qi)過熱(re)(re)度。與(yu)多(duo)效蒸(zheng)發(fa)(fa)(fa)(fa)系(xi)統相比，MVR系(xi)統不需要二(er)(er)次(ci)蒸(zheng)汽(qi)(qi)冷卻(que)水(shui)系(xi)統。

1.3 耦合(he)MVR的(de)多(duo)效蒸(zheng)發系統

對于單級MVR系(xi)統(tong)，壓縮機處理的(de)(de)蒸(zheng)汽量為濃縮階段(duan)需要產出的(de)(de)全部二次蒸(zheng)汽，且廢(fei)水沸點升高值較大(da)，因此耗功(gong)較大(da)。降低壓縮機功(gong)率的(de)(de)一(yi)(yi)個(ge)可行方法(fa)是：首先在較低濃度(du)(du)下對進料(liao)廢(fei)水進行預濃縮，然后再經MVR進一(yi)(yi)步蒸(zheng)發水分至(zhi)設定濃度(du)(du)。考慮(lv)到(dao)系(xi)統(tong)熱集成(cheng)，采用兩個(ge)閃蒸(zheng)罐(guan)和進料(liao)預熱器來降低系(xi)統(tong)能耗，設計了(le)耦合MVR的(de)(de)多效蒸(zheng)發系(xi)統(tong)（MEE-MVR），見圖6。

預(yu)處理后的脫硫廢水經預(yu)熱(re)(re)器(qi)(qi)被(bei)加熱(re)(re)至(zhi)74 ℃，然后送入低壓(ya)(ya)蒸(zheng)發(fa)器(qi)(qi)（60 kPa），產(chan)出的濃(nong)縮液送入高壓(ya)(ya)蒸(zheng)發(fa)器(qi)(qi)（76 kPa），最終得(de)到濃(nong)縮液送至(zhi)結晶單(dan)元。設(she)置了兩個閃蒸(zheng)罐(guan)(guan)，用于回收部分(fen)蒸(zheng)汽(qi)(qi)熱(re)(re)能(neng)。其中低壓(ya)(ya)蒸(zheng)發(fa)器(qi)(qi)產(chan)出的二次蒸(zheng)汽(qi)(qi)與來自閃蒸(zheng)罐(guan)(guan)-2出口蒸(zheng)汽(qi)(qi)混合(he)后，經壓(ya)(ya)縮機(ji)加壓(ya)(ya)升溫(wen)后（壓(ya)(ya)縮機(ji)出口壓(ya)(ya)力155 kPa），作為(wei)高壓(ya)(ya)蒸(zheng)發(fa)器(qi)(qi)蒸(zheng)發(fa)熱(re)(re)源(yuan)；然后經過閃蒸(zheng)罐(guan)(guan)-1后回收部分(fen)蒸(zheng)汽(qi)(qi)，與高壓(ya)(ya)蒸(zheng)發(fa)器(qi)(qi)產(chan)生的二次蒸(zheng)汽(qi)(qi)混合(he)，作為(wei)低壓(ya)(ya)蒸(zheng)發(fa)器(qi)(qi)的熱(re)(re)源(yuan)。此(ci)外(wai)，進料(liao)預(yu)熱(re)(re)器(qi)(qi)熱(re)(re)源(yuan)為(wei)閃蒸(zheng)罐(guan)(guan)-2出口冷凝水。與單(dan)效MVR系統相比(bi)，壓(ya)(ya)縮機(ji)處理的蒸(zheng)汽(qi)(qi)流(liu)量大大減小，盡管(guan)其壓(ya)(ya)比(bi)略有增加，但系統壓(ya)(ya)縮機(ji)功耗(hao)將會降低。

2 流程模擬及系統(tong)評價

2.1 系統模擬

以600 MW燃煤機組為例(li)，脫硫廢水處理量(liang)取10 t/h。對預處理后脫硫廢水不同(tong)熱(re)法蒸發(fa)結晶系統，利用流(liu)(liu)程模擬(ni)軟件Aspen plus進(jin)行了流(liu)(liu)程模擬(ni)，獲得了熱(re)法濃(nong)縮和分鹽結晶環節(jie)的物料和能量(liang)平(ping)衡。

預處理后的脫硫廢(fei)水(shui)屬于低硬度、高含(han)鹽量的水(shui)體系(xi)，采用(yong)ELECNRTL物(wu)性模(mo)型模(mo)擬廢(fei)水(shui)的無機電解質體系(xi)。系(xi)統流程中(zhong)各單(dan)元(yuan)功能模(mo)塊(kuai)的選取(qu)參考(kao)文(wen)獻。

2.2 系統評價(jia)指標

本文提出的脫硫廢水熱法零排放系(xi)統的評價指標包括以下(xia)幾(ji)種：

1）單位能(neng)(neng)耗(hao)(hao)SEC（kJ/kg凝水）：蒸發(fa)量(liang)是1 kg時系(xi)統(tong)能(neng)(neng)耗(hao)(hao)；SEC =N/W；式中，N表(biao)示(shi)系(xi)統(tong)能(neng)(neng)耗(hao)(hao)，包括熱(re)耗(hao)(hao)和(he)電耗(hao)(hao)；W表(biao)示(shi)蒸發(fa)量(liang)；

2）系(xi)統能效系(xi)數COP：原(yuan)料液蒸(zheng)發(fa)結晶過程吸收的(de)熱量和系(xi)統能耗之比；即：COP =Q/N；式(shi)中：Q表示蒸(zheng)發(fa)器熱負荷；

3）節能率(lv)e：以(yi)傳(chuan)統(tong)的以(yi)生蒸汽為熱源的三效蒸發(fa)系(xi)統(tong)為基準，其(qi)他系(xi)統(tong)相對基準系(xi)統(tong)的節能性。即(ji)：e=(SECre-SECob)/ SECre；式中，SECre表示基準系(xi)統(tong)的單位能耗(hao)；SECob表示其(qi)他系(xi)統(tong)的單位能耗(hao)。

對于多效蒸(zheng)發系(xi)統(tong)、MVR系(xi)統(tong)等濃(nong)縮減量系(xi)統(tong)來(lai)說，各系(xi)統(tong)消耗(hao)的(de)能(neng)源(yuan)種類(lei)不同。比如：電力；蒸(zheng)汽；煙氣(qi)熱(re)能(neng)；因此需要客觀、科學的(de)評價系(xi)統(tong)能(neng)耗(hao)。目前國內外(wai)的(de)能(neng)源(yuan)統(tong)計與(yu)折(zhe)算方(fang)法可歸納(na)為3類(lei)：

1）熱值當量(liang)法：以能源(yuan)所包(bao)含(han)的熱量(liang)為指標，直(zhi)接計算其能源(yuan)“數量(liang)”大小，不考慮其品(pin)位高(gao)低；

2）等價值法或發電煤耗(hao)法：生產單位數量的二次(ci)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)或耗(hao)能(neng)(neng)(neng)工(gong)質(zhi)所消耗(hao)的各種(zhong)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)折算(suan)成一(yi)次(ci)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)（比如：kg標煤）的數量。

3）等(deng)效電(dian)法：根據各種(zhong)形(xing)式的能源轉換為電(dian)力(li)時可能的最大轉換能力(li)，把各種(zhong)形(xing)式的能源同(tong)一轉換為等(deng)效電(dian)力(li)。

2.3 結果及討論

表2為不同濃縮工(gong)藝(yi)的(de)(de)模擬計(ji)算結(jie)果。各方案性能(neng)計(ji)算結(jie)果均是在(zai)相同的(de)(de)進料流量、組分，相同的(de)(de)蒸發規模（9481 kg/h）和相同的(de)(de)結(jie)晶過程下(xia)模擬獲得。從表2和圖7中(zhong)可以看出(chu)：

1）對于傳統的(de)(de)(de)三效(xiao)蒸(zheng)(zheng)(zheng)發系統（MEE-S）來說，需要(yao)生蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)耗量4551.7 kg/h，即單(dan)(dan)位蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)消耗量（單(dan)(dan)位蒸(zheng)(zheng)(zheng)發量消耗的(de)(de)(de)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)量）為(wei)0.48，與文獻中給出的(de)(de)(de)三效(xiao)蒸(zheng)(zheng)(zheng)發單(dan)(dan)位蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)消耗量經驗值相符。三效(xiao)蒸(zheng)(zheng)(zheng)發系統的(de)(de)(de)末效(xiao)產生的(de)(de)(de)二次蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)需要(yao)冷(leng)(leng)凝器冷(leng)(leng)凝，需要(yao)47904 kg/h冷(leng)(leng)凝水(shui)（假設冷(leng)(leng)凝水(shui)溫升為(wei)10 ℃）；

2）對(dui)(dui)于低(di)溫(wen)煙(yan)氣驅動的(de)三(san)效蒸發系統（MEE-G），其熱源為(wei)(wei)除塵器后的(de)低(di)溫(wen)煙(yan)氣；在給定(ding)后脫(tuo)硫(liu)廢水流量（10 m3/h）以及蒸發結晶(jing)過程需(xu)要(yao)的(de)熱量，計算得到：煙(yan)氣加熱器負荷為(wei)(wei)3200 kW，產出生蒸汽（飽和溫(wen)度92 ℃）1.26 kg/s。以600 MW機組為(wei)(wei)例(li)，BMCR工況下，煙(yan)氣標態(tai)體積流量為(wei)(wei)218萬m3/h，經(jing)煙(yan)氣換熱器后，煙(yan)氣溫(wen)降5.5 ℃。文獻對(dui)(dui)某(mou)600 MW電廠煙(yan)氣“消白(bai)”工程進行了現(xian)場測試，結果表明(ming)：煙(yan)氣“消白(bai)”工程中的(de)冷卻(que)降溫(wen)對(dui)(dui)濕(shi)(shi)法脫(tuo)硫(liu)（FGD）、濕(shi)(shi)式(shi)電除塵器（WESP）脫(tuo)除SO3的(de)影(ying)響很(hen)小，煙(yan)氣溫(wen)降與FGD、WESP、FGD+WESP對(dui)(dui)SO3的(de)脫(tuo)除效率之間沒有相關性。但MEE-G對(dui)(dui)電廠性能(neng)影(ying)響仍(reng)需(xu)進一步研(yan)究。

3）對于單級MVR系(xi)統（MVR-S），由(you)于利用壓縮機(ji)對蒸(zheng)發(fa)過程產出二(er)次蒸(zheng)汽加壓提質，因此不(bu)需要消(xiao)耗生蒸(zheng)汽，同時也(ye)取消(xiao)了冷凝器。與MEE-S相比，其單位能耗大(da)幅度下降；當采用不(bu)同能耗折算方法時，系(xi)統節(jie)能率67.7%~94.9%；當采用熱值當量法計(ji)算時，節(jie)能率最高，但是這種折算方法沒有考慮電力和(he)蒸(zheng)汽的能量品位差異。

4）與(yu)MVR-S相比，由于(yu)在較低濃度(du)下(xia)(xia)蒸(zheng)(zheng)發了(le)部(bu)分進料水分（總(zong)蒸(zheng)(zheng)發量的(de)40%左(zuo)(zuo)右），使得耦合MVR的(de)多效蒸(zheng)(zheng)發系(xi)統（MEE-MVR）壓縮機(ji)處理(li)的(de)蒸(zheng)(zheng)汽流量大(da)幅度(du)下(xia)(xia)降；此(ci)外利(li)用(yong)閃(shan)蒸(zheng)(zheng)罐(guan)回(hui)收部(bu)分蒸(zheng)(zheng)汽能，相對于(yu)MVR-S，MEE-MVR系(xi)統的(de)壓縮機(ji)功(gong)耗下(xia)(xia)降了(le)30%左(zuo)(zuo)右；COP提高了(le)24.5%。

3 經濟性(xing)分析

基(ji)于(yu)Aspen Plus流(liu)程(cheng)模擬，獲得(de)了不同熱法除鹽系統的物質和能量(liang)平(ping)衡(heng)數據(ju)，可用于(yu)系統經濟性評估(gu)。

設(she)備(bei)投(tou)資成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)包括(kuo)(kuo)：直(zhi)接(jie)(jie)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)和間接(jie)(jie)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)。其(qi)(qi)(qi)中直(zhi)接(jie)(jie)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)Cd指(zhi)主要設(she)備(bei)購置費(fei)(fei)，比如：預(yu)熱器；蒸發(fa)器；泵(beng)；冷凝器；結(jie)晶器等，可以采用規模因子法進行(xing)計(ji)算。各設(she)備(bei)的(de)投(tou)資成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)數(shu)據見文獻。間接(jie)(jie)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)Cid包括(kuo)(kuo)：預(yu)備(bei)費(fei)(fei)；工程費(fei)(fei)和監理費(fei)(fei)用；建(jian)設(she)承包合(he)同費(fei)(fei)等。為了(le)簡化起見，假設(she)間接(jie)(jie)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)為直(zhi)接(jie)(jie)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)的(de)0.55，即：Cid=0.8Cd。總(zong)投(tou)資成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)CTIC包括(kuo)(kuo)直(zhi)接(jie)(jie)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)、間接(jie)(jie)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)和其(qi)(qi)(qi)他費(fei)(fei)用。其(qi)(qi)(qi)中，其(qi)(qi)(qi)他費(fei)(fei)用包括(kuo)(kuo)：啟動費(fei)(fei)；流動資金(jin)；專利及研發(fa)費(fei)(fei)和建(jian)設(she)期(qi)利息。為了(le)簡化計(ji)算，假設(she)總(zong)投(tou)資成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)CTIC=2（Cd+Cid）。

為(wei)了(le)定量(liang)比較(jiao)不(bu)同(tong)系統的經(jing)濟性(xing)，本(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)文計(ji)算了(le)噸廢水的處理成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)LCOW。噸廢水處理成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)LCOW包(bao)括(kuo)：投(tou)資成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)Ccap和(he)(he)(he)運行成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)。年運行成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)包(bao)括(kuo)三(san)部分(fen)：用電(dian)(dian)成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)Cel；用蒸(zheng)汽(qi)成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)Cth；預處理成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)（加(jia)藥(yao)成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)）Cch和(he)(he)(he)運行維(wei)護費(fei)用CO&M。其中用電(dian)(dian)成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)、用蒸(zheng)汽(qi)成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)根(gen)據電(dian)(dian)和(he)(he)(he)蒸(zheng)汽(qi)單(dan)價及系統消耗量(liang)計(ji)算；加(jia)藥(yao)成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)(ben)(ben)根(gen)據預處理加(jia)藥(yao)量(liang)和(he)(he)(he)藥(yao)品(pin)單(dan)價計(ji)算；假設運行維(wei)護費(fei)用CO&M=3% Ccap。經(jing)濟性(xing)分(fen)析關鍵(jian)參(can)數見表(biao)3。

圖8描(miao)述了不同系統的噸廢水處理成(cheng)本（LCOW）及其組(zu)成(cheng)比較。可以看出：

1）傳統三效蒸發結晶工藝（MEE-S）的LCOW最高（52.0元/t），其中57%來自(zi)蒸汽成本；其次來自(zi)化學成本（36.2%）、電力(li)成本（4.9%）；投資成本和運行維護成本最低，僅(jin)占2.1%；

2）如果采(cai)用低(di)溫(wen)煙(yan)氣驅動的三效(xiao)蒸發(fa)系(xi)統（MEE-G），如果忽略低(di)溫(wen)煙(yan)氣成(cheng)本(ben)，盡(jin)管投資(zi)成(cheng)本(ben)相對于(yu)傳(chuan)統三效(xiao)蒸發(fa)系(xi)統增加了13.8%，但該系(xi)統的LCOW降(jiang)至2.5元/t。其中化(hua)學成(cheng)本(ben)占83.4%；電力(li)成(cheng)本(ben)占11.2%；

3）對于(yu)單級MVR系統(tong)（MVR-S），由于(yu)采用(yong)了(le)比較昂貴的蒸(zheng)汽再壓縮系統(tong)，其投資成(cheng)本相(xiang)對于(yu)MEE-S，增加了(le)113%，但是LCOW（32.5元/t）仍低于(yu)MEE-S，原因在于(yu)：MVR-S系統(tong)的單位能(neng)耗相(xiang)對于(yu)MEE-S系統(tong)，降低了(le)83.7%；

4）與(yu)MVR-S相比(bi)，由于(yu)(yu)MEE-MVR的(de)于(yu)(yu)壓(ya)縮機(ji)耗功較(jiao)低，盡管增加了(le)低壓(ya)蒸發器(qi)(qi)和(he)閃(shan)蒸器(qi)(qi)等設備，但總投資下降了(le)10%。此外由于(yu)(yu)單位能耗低于(yu)(yu)MVR-S系(xi)統(tong)，使(shi)得MEE-MVR系(xi)統(tong)的(de)LCOW為(wei)30.2元(yuan)/t，低于(yu)(yu)MVR-S系(xi)統(tong)，約(yue)為(wei)MEE-S系(xi)統(tong)的(de)58.2%。

4 結 論

提出了三種(zhong)脫硫廢水熱法零排放系統，以600 MW超臨(lin)界機(ji)組為例(li)（廢水處理量10 m3/h），對不同(tong)系統進行(xing)了流(liu)程模(mo)擬和經濟性分析。研究結果表明：

1）對(dui)于采用汽(qi)機抽汽(qi)作為熱(re)源的(de)三效蒸發濃(nong)縮工藝（MEE-S）來說，系(xi)統能耗為0.48 t蒸汽(qi)/t水；噸廢水成本(ben)(ben)52元，其中(zhong)熱(re)耗成本(ben)(ben)占57%；

2）如果(guo)采用低溫煙氣(qi)驅動(dong)的三效蒸(zheng)發濃縮系(xi)(xi)統（MEE-G），煙氣(qi)降(jiang)溫5.5 ℃。相對于MEE-S系(xi)(xi)統，投(tou)資成本增加了13.8%，但(dan)能耗(hao)成本大(da)幅(fu)度下(xia)降(jiang)；

3）與MEE-S相比，單級MVR系統（MVR-S）能耗大幅度(du)下降，但(dan)是投資成(cheng)本(ben)增加113%；

4）對于(yu)耦合MVR的多效蒸發系(xi)統（MEE-MVR），盡管(guan)投資成(cheng)(cheng)本略(lve)高于(yu)MVR-S系(xi)統，但(dan)噸(dun)廢水成(cheng)(cheng)本低(di)于(yu)MVR-S，約為MEE-S系(xi)統的58.2%。

作者簡介(jie)：安雪峰（1996-），男，河北衡(heng)水人(ren)，碩(shuo)士研(yan)究(jiu)生(sheng)，從(cong)(cong)事熱力系(xi)統(tong)建模優化研(yan)究(jiu)。E-mail:anxf@ncepu.edu.cn;劉廣建（1977-），男，河南新鄉(xiang)人(ren)，副(fu)教授，從(cong)(cong)事潔(jie)凈煤技術，熱力系(xi)統(tong)建模等(deng)研(yan)究(jiu)。E-mail:liugj@ncepu.edu.cn;

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