CN104085934A - 一种火电厂脱硫废水高效喷雾蒸发成核的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火电厂脱硫废水高效喷雾蒸发成核的方法，将脱硫废水引入废水流道，含尘烟气与添加剂混合后引入内侧风道；将高压高流速的压缩空气引入外侧风道，脱硫废水喷出后先与喷出的含尘烟气及添加剂混合后发生化学反应，脱硫废水再被外侧风道喷出的高速空气破碎雾化进而进入烟道蒸发并成核。该发明采用内外侧风道模式，先使脱硫废水与含尘烟气及添加剂混合物发生化学反应形成沉淀微粒，再利用烟气中的粉尘颗粒、沉淀微粒的成核效应加强废水雾化、蒸发和结晶成核，最后液滴被高速空气破碎雾化；该发明可有效减少废水液滴在锅炉尾部烟道中的蒸发成核时间，蒸发结晶成核后的颗粒物易于在除尘器中被捕获，从而实现脱硫废水的零排放。

Description

一种火电厂脱硫废水高效喷雾蒸发成核的方法

技术领域

本发明涉及一种火电厂脱硫废水高效喷雾蒸发成核的方法，主要适用火电厂烟气湿法脱硫废水的处理。

背景技术

在石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺过程中产生一定量的脱硫废水，它与火电厂一般的工业废水相比，水质比较特殊，主要表现在以下几个方面：（1）废水呈弱酸性，PH为4～6；（2）悬浮物含量高，但颗粒细小，主要成份是石膏，其次还有来自烟气的飞灰、脱硫过程中加入的碳酸钙以及亚硫酸钙等；（3）废水中含有可溶性的氯化物、氟化物等，氟化物含量一般超过50mg/L；（4）废水中含有Pb、Cd、Cr、Ni、Hg、Co、Cu、Al、Zn、Mn等重金属元素，其中大部分是火电厂现行污水排放标准（GB8978-1996）中限制的重金属元素。（5）从水质指标看，脱硫废水中化学耗氧量（COD）也是超标项目之一。由此带来的脱硫废水处理问题也成为火力发电厂设计、生产和科研中的一个新问题。

根据脱硫废水水质特点和电厂实际情况，目前，火电厂湿法烟气脱硫废水的处理方法综合起来主要有六种：

①将脱硫废水与经浓缩的副产品石膏混合后排至灰场堆放。这种方法适用于石膏副产品完全抛弃，不综合利用的湿法脱硫工艺系统。在我国一些电厂采用此方法进行脱硫废水处理；

②用于水力冲灰，即脱硫废水不经处理，直接进入水力除灰系统，脱硫废水中的重金属或酸性物质与灰中的氧化钙反应生成固体而得到去除，从而达到以废治废的目的；

③传统的化学沉淀法，即设置专门的脱硫废水处理系统，处理后排放或回收利用。该方法处理系统各异，国外主要由NaOH中和沉淀、Na₂S沉淀处理、FeCL₃凝聚和砂滤等部分组成，国内主要由氢氧化钙中和、有机硫(TMT15)沉淀、FeCLSO₄絮凝等部分组成。该方法在我国一些电厂也已经应用；

④化学沉淀-微滤膜法，即分别用亲水和疏水微滤膜对化学沉淀后的脱硫废水进行深度处理。该法处理效果好，能满足高要求的排放标准，操作简单可以实现自动化，但由于澄清池出水仍有较多的悬浮颗粒，微滤膜污堵现象比较严重，所以目前仍没有推广。

⑤流化床法，其原理为：废水通过流化床时，向流化床中连续加入二价锰、亚铁离子和氧化剂，二价锰和亚铁离子吸附在金属载体上，之后在氧化剂作用下被氧化成二氧化锰和氢氧化铁，并在金属表面形成一层覆盖层，二氧化锰和氢氧化铁对无机溶解性离子具有很强的吸附特性，通过连续增加覆盖层，被吸收的可溶性离子共聚成颗粒沉降下来形成污泥。由于脱硫废水中含有大量的二价锰和亚铁离子，只需向流化床中加入一定量的高锰酸钾即可。该方法与传统的化学沉淀法相比，处理效果和费用基本相当，但是产生的污泥量将少于25%。目前该法已在丹麦爱德屋电厂试验运行。

⑥喷雾蒸发处理方法，该方法有两种方案，一种方案是通过设置专门的蒸发和干燥装置，使脱硫废水分离成高品质的水(蒸汽)和固体废物。另一种方案是将脱硫废水通过喷嘴雾化喷入电除尘器和空气预热器之间的烟道，雾化液滴吸收烟气余热在烟道中迅速蒸发，废水蒸发后剩余的微米级细小固体颗粒物主要包括重金属、杂质和各种金属盐，其中重金属主要是Pb、Cd、Cr、Ni、Hg、Co、Cu、Al、Zn和Mn等，杂质主要是石膏和飞灰，金属盐主要是碳酸钙和亚硫酸钙。这些微米级细小固体颗粒物和灰一起悬浮在烟气中并随烟气进入电除尘器，在电除尘器中被电极捕捉，随灰一起外排，因为脱硫废水中固体量和各种金属盐含量极低，对灰的物性及综合利用不会产生影响。

针对喷雾蒸发处理脱硫废水的方法，冉景煜等人申请专利《火电厂湿法烟气脱硫废水喷雾蒸发处理方法》，该发明公开了一种火电厂湿法烟气脱硫废水喷雾蒸发处理方法，在锅炉尾部烟道内烟气速度为5-11m/s，且温度在413K-470K的区域内设置雾化喷嘴;利用水泵抽取脱硫废水，空压机压缩空气，压缩空气与脱硫废水进入雾化喷嘴内的压力比为0.25-0.6;经雾化喷嘴雾化后的液滴速度为50-80m/s，液滴粒径小于50μm；蒸发后随烟气排出烟囱。潘良明等人申请专利《脱硫废水零排放处理方法及系统》，该发明公开了一种脱硫废水零排放处理方法，包括以下步骤:1)将经脱硫塔脱硫后的脱硫废水排入预沉池，在预沉池中经过初步分离，将分离出的上部清液经浆液泵输运至缓冲池中;2)将缓冲池中的脱硫废水依次通过雾化装置和静电除尘器;3)将预沉池下部含固量较大的废水经污泥泵输运至污泥缓冲池，污泥缓冲池中的含固量较大的废水经另一污泥泵输运至压滤机;4)将过滤后的废水经浆液泵送回预沉池。

但是，由于锅炉尾部烟气温度相对较低，以上发明专利中向锅炉尾部烟道喷雾后需要较长的烟道使得废水雾化后的液滴完全蒸发并结晶成核，而实际锅炉尾部烟道距离非常有限，在进入除尘器之前，如果液滴没有完全蒸发成核，将会造成除尘器积灰、除尘效率降低等问题。因此希望通过某些措施提高雾化、蒸发及结晶成核的效果，以此来减少废水液滴在烟道中的蒸发、结晶成核时间或者减小蒸发、结晶成核所需烟道长度，保证能够在除尘器中被捕获。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种火电厂脱硫废水高效喷雾蒸发成核的方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种火电厂脱硫废水高效喷雾蒸发成核的方法，在该方法中采用了一种喷嘴，所述喷嘴的中部设置一贯穿喷嘴的废水通道，所述喷嘴内且在废水通道的上方和下方分别设置一内侧风道，所述喷嘴内且在废水通道的上方和下方分别设置一外侧风道，所述外侧风道位于内侧风道的外侧，所述废水通道的出口为废水喷口，所述内侧风道和外侧风道的一端均伸向废水喷口；

该方法为：将脱硫废水池中的废水在水泵的作用下引入喷嘴中的废水流道；含尘烟气与添加剂存储器中的添加剂混合均匀后引入喷嘴中的内侧风道；将高压高流速的压缩空气引入喷嘴中的外侧风道；脱硫废水经废水流道从废水喷口喷出，先与内侧风道喷出的含尘烟气及添加剂混合后发生化学反应，使脱硫废水中的可溶性硫酸盐发生沉淀形成微粒，同时烟气中的粉尘颗粒物及沉淀微粒与废水形成成核效应；废水被喷嘴中的外侧风道喷出的高速空气破碎雾化并进入烟道蒸发并成核。

作为本发明的一种优选方案，在停机时，关闭烟气通道，通入压缩空气，防止粉尘在管路中沉积；关闭脱硫废水管道，通入清水，防止脱硫废水在管路中沉积发生腐蚀。

作为本发明的另一种优选方案，所述内侧风道中引入烟气是从空气预热器之后锅炉尾部烟道中引出。

作为本发明的一种改进方案，所述添加剂存储器中的添加剂种类要求为碱性且能与脱硫废水发生沉淀化学反应的物质，其颗粒的研磨细度要求在28-32um，废水雾化成核后的液滴粒径控制在45-55um。

作为本发明的进一步改进方案，所述外侧风道内通入的压缩空气压力高于内侧风道内通入的含尘烟气及添加剂混合物的压力。

本发明与原有的脱硫废水喷雾方式相比具有如下优点：

1、本发明在内侧风道中通入含尘烟气和添加剂，烟气中含有碱性物质，添加剂（例如Na₂CO₃）可以与废水中的CaSO₄等物质发生化学反应，反应后的沉淀颗粒物粒径较小，有利于废水雾化后成核，可以提高雾化效果，同时减少雾化后的废水在锅炉尾部烟道中的蒸发、结晶成核时间。

2、本发明在内侧风道中通入的含尘烟气是从锅炉尾部烟道（空预器之后除尘器之前）引出，有一定温度，可以对废水有一定的加热作用，提高其蒸发效果。

3、本发明采用内外侧风道结构，内侧风道中通入压力、流速相对较低的烟气和添加剂，外侧风道中通入高压高流速的空气，利用内外侧风道结构和压力差使得烟气混合物和废水充分反应。

4、本发明具有调节功能，可以利用阀门开闭，保持流道清洁，使得整个系统保持较高的工作效率。

5、本发明环保，且投资小，结构简单，利用化学反应后的沉淀颗粒及烟气中的粉尘成核，加强雾化效果，减小废水蒸发、结晶成核时间，同时该模型可广泛推广应用与其他同类需要增加添加剂反应的系统中。

附图说明

图1为喷嘴的结构示意图。

附图中：1—清水池； 2—脱硫废水池； 3—添加剂存储器； 4—外侧风道； 5—内侧风道； 6—外壁面； 7—废水流道； 8—废水喷口； 9—阀门； 10—阀门； 11—阀门； 12—阀门； 13—阀门； 14—阀门； 15—水泵； 16—喷嘴。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

一种火电厂脱硫废水高效喷雾蒸发成核的方法，在该方法中采用了一种喷嘴16，喷嘴的结构如图1所示，喷嘴16的中部设置一贯穿喷嘴16的废水通道7，喷嘴16内且在废水通道7的上方和下方分别设置一内侧风道5，喷嘴16内且在废水通道7的上方和下方分别设置一外侧风道4，外侧风道4位于内侧风道5的外侧，废水通道7的出口为废水喷口8，内侧风道5和外侧风道4的一端均伸向废水喷口8。

该方法为：将脱硫废水池2中的废水在水泵15的作用下引入喷嘴16中的废水流道7；含尘烟气与添加剂存储器3中研磨均匀且细度与含尘烟气中粉尘细度相近的添加剂（本例可采用Na₂CO₃）混合均匀后引入喷嘴16中的内侧风道5；将高压高流速的压缩空气引入喷嘴16中的外侧风道4；当系统正常工作雾化时关闭阀门9和阀门14，打开阀门10、阀门11、阀门12和阀门13。首先利用水泵15从脱硫废水池2中引出脱硫废水到喷嘴16的废水流道7中，脱硫废水经废水流道7从废水喷口8喷出，先与内侧风道5喷出的含尘烟气及添加剂混合后发生化学反应，废水与烟气中的碱性物质及添加剂发生化学放热（Na₂CO₃与废水中的CaSO₄反应生成沉淀CaCO₃并放出热量），使脱硫废水中的可溶性硫酸盐发生沉淀形成微粒，并由于内外侧风道气体压力差的原因可以使得烟气与废水有充分的时间反应，同时烟气中的粉尘颗粒物及沉淀微粒可以与废水形成成核效应，有利于废水雾化蒸发后成核，有利于蒸发；废水被喷嘴16中的外侧风道4喷出的高速空气破碎雾化并进入烟道蒸发并成核。外侧风道4通过外壁面6与外界相隔同时调整外壁面6在废水喷口8处的长度，保证在内外侧风道压力差作用下，可使得废水与内侧风道5流出的烟气和添加剂与废水反应充分，同时保证废水在充分反应后由于受到四周高速流体的冲击后废水的液滴破碎雾化。

由于内侧风道5内流动的是烟气及反应试剂，废水流道7内流动的是含有杂质较多的脱硫废水，所有本发明还可以通过阀门9-14的开闭使得高压高流速的空气通入内侧风道5使其不会有颗粒堵塞；使得清水池1的清水冲洗废水流道7使其不会有废水杂质残留堵塞流道。当内侧风道5和外侧风道4需要清理吹灰时，关闭阀门9、阀门10、阀门11和阀门12，打开阀门13和阀门14。使得烟气及添加剂停止引入内侧风道5，空气通进内侧风道5，同时在外侧风道4中也通入空气防止灰尘流入外侧风道4，防止粉尘在管路中沉积。当废水流道7需要清洗时，关闭阀门10、阀门12、阀门13和阀门14，打开阀门9和阀门11。使得脱硫废水池2中的废水停止流出，利用水泵15引入清水池1中的清水清洗废水流道7及废水喷口8，防止脱硫废水在管路中沉积发生腐蚀。

在内侧风道5中通入的烟气粉尘中的碱性物质及添加剂可以与脱硫废水发生化学反应形成沉淀等细小微粒，烟气中的粉尘及化学反应后的细小微粒，可利于废水雾化成核，减少废水在锅炉尾部烟道中的蒸发时间，易于被电除尘捕获。内侧风道5中引入烟气是从锅炉尾部烟道（空气预热器之后，除尘器之前）中引出，同时烟气具有一定的温度，可以起到加热废水的作用。

喷嘴16采用内侧风道5和外侧风道4形式，内侧风道5输送烟气及添加剂，外侧风道4输送高压高流速的空气，利用空气与废水的流速不同，使得废水雾化。同时外侧风道4的气压高于内侧风道5，保证内侧风道5的气流可与废水充分反应。添加剂存储器3中的添加剂颗粒的研磨细度要求在28-32um，以便废水雾化成核后的液滴粒径控制在45-55um，达到控制蒸发时间的目的。添加剂种类要求为可以与废水中离子发生沉淀反应的碱性物质，本例为Na₂CO₃。

由于本发明采用了内侧风道5和外侧风道4模式，先使废水与烟气及添加剂混合物发生化学反应形成沉淀微粒，再利用烟气中的粉尘颗粒、沉淀微粒的成核效应加强废水雾化、蒸发和结晶成核。该发明可有效减少废水液滴在锅炉尾部烟道中的蒸发成核时间，蒸发结晶成核后的颗粒物易于在除尘器中被捕获，从而实现脱硫废水的零排放。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种火电厂脱硫废水高效喷雾蒸发成核的方法，其特征在于：在该方法中采用了一种喷嘴（16），所述喷嘴（16）的中部设置一贯穿喷嘴（16）的废水通道（7），所述喷嘴（16）内且在废水通道（7）的上方和下方分别设置一内侧风道（5），所述喷嘴（16）内且在废水通道（7）的上方和下方分别设置一外侧风道（4），所述外侧风道（4）位于内侧风道（5）的外侧，所述废水通道（7）的出口为废水喷口（8），所述内侧风道（5）和外侧风道（4）的一端均伸向废水喷口（8）；

该方法为：将脱硫废水池（2）中的脱硫废水在水泵（15）的作用下引入喷嘴（16）中的废水流道（7）；含尘烟气与添加剂存储器（3）中的添加剂混合均匀后引入喷嘴（16）中的内侧风道（5）；将高压高流速的压缩空气引入喷嘴（16）中的外侧风道（4）；脱硫废水经废水流道（7）从废水喷口（8）喷出，先与内侧风道（5）喷出的含尘烟气及添加剂混合后发生化学反应，使脱硫废水中的可溶性硫酸盐发生沉淀形成微粒，同时烟气中的粉尘颗粒物及沉淀微粒与废水形成成核效应；废水被喷嘴（16）中的外侧风道（4）喷出的高速空气破碎雾化并进入烟道蒸发并成核。

2.根据权利要求1所述的一种火电厂脱硫废水高效喷雾蒸发成核的方法，其特征在于：在停机时，关闭烟气通道，通入压缩空气，防止粉尘在管路中沉积；关闭脱硫废水管道，通入清水，防止脱硫废水在管路中沉积发生腐蚀。

3.根据权利要求1或2所述的一种火电厂脱硫废水高效喷雾蒸发成核的方法，其特征在于：所述内侧风道（5）中引入烟气是从空气预热器之后锅炉尾部烟道中引出。

4.根据权利要求1或2所述的一种火电厂脱硫废水高效喷雾蒸发成核的方法，其特征在于：所述添加剂存储器（3）中的添加剂种类要求为碱性且能与脱硫废水发生沉淀化学反应的物质，其颗粒的研磨细度要求在28-32um，废水雾化成核后的液滴粒径控制在45-55um。

5.根据权利要求1或2所述的一种火电厂脱硫废水高效喷雾蒸发成核的方法，其特征在于：所述外侧风道（4）内通入的压缩空气压力高于内侧风道（5）内通入的含尘烟气及添加剂混合物的压力。