CN105879414A - 一种燃煤锅炉的脱硫废水处理装置 - Google Patents

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刘玉涛
吴龙海
刘鹏
杨超
龙伟荣
陈飞云
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赵新华
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Abstract

本发明公开了一种燃煤锅炉的脱硫废水处理装置，属于废水处理技术领域。该处理装置包括锅炉、与锅炉相连接的空气预热器和电除尘器，空气预热器上还设置有空气预热器出口烟道，空气预热器出口烟道的总长度L1与空气预热器的长度L2之间的长度比为2～5:1。且通过空气预热器出口烟道将空气预热器与电除尘器相连；在空气预热器出口烟道的内部设有若干个均匀布置的喷枪，喷枪为具有双流体流动的喷枪，且喷枪的气体压力控制在0.05～0.15Mpa之间，喷枪的液体压力控制在0.1Mpa～0.5Mpa之间。该处理装置实现脱硫废水中水和杂质的分离，同时分离的杂质可以被回收利用，因此达到了经济环保的要求。

Description

一种燃煤锅炉的脱硫废水处理装置
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体地涉及一种燃煤锅炉的脱硫废水处理装置。
背景技术
燃煤电厂脱硫处理后会产生一定的废水，该废水重金属含量超标，含悬浮物并呈弱酸性，直接排放会对环境产生较大的危害，需经处理达标后才能排放。
现有的脱硫废水处理方法有水力冲灰法、膜法、流化床法、化学沉淀法等。目前世界上应用最为广泛的方法为化学沉淀法。该方法利用单独的废水处理系统对废水进行化学处理，水质达到排放标准后进行排放或者回收利用。化学沉淀法的工艺过程包括：1)匀质；2)废水中和沉淀；3)重金属沉淀；4)混凝处理；5)澄清；6)对泥渣进行脱水，压滤成污泥滤饼后进行特殊处理。
化学沉淀法处理后的水质能够达到较高的标准，对副产品石膏能够进行综合利用，有较好的经济性，但是这种方法也存在许多缺点：1)投资较大，需要单独的化学加药系统，也需要大量的化学药剂；2)系统庞大，维护费用较高；3)对溶解性Cl-、F-没有有效的去除方法，而且Cl-在酸性条件下有很大的腐蚀性，因此处理后的废水无法回收利用。
近年来发展的以液滴蒸发进行能量转化的工业应用，其共同特征是利用喷嘴将液体均匀雾化，液滴从气流中吸收热量，然后在极短的时间内蒸发完毕。这种以液滴蒸发从而吸收热量的喷雾蒸发处理技术具有换热充分、用时短、节能等显著优势。因此，如果将脱硫废水喷雾后利用锅炉烟气余热进行蒸发排放，只要控制烟气温度高于酸露点温度，就不会对烟道及电除尘器产生腐蚀，脱硫废水中的汞、铅、镍、锌等重金属以及砷、氟等非金属污染物经烟气干燥后成细小粉尘，随烟气中的粉尘一起进入除尘系统，由除尘器捕获从烟气中分离出来，脱硫废水蒸发成蒸汽后与烟气一起排放，不会对环境造成染污，符合节能环保的现实要求。
中国发明专利申请(申请公布号：CN101844819A，申请公布日：2010-9-29)公开了一种脱硫废水喷雾蒸发处理方法。该处理方法在空气预热器后部的烟道内设置了雾化喷嘴，脱硫废水由雾化喷嘴雾化后在烟道内蒸发，然后随烟气一起排出烟囱。但是，由于空气预热器后部烟道空间狭小，而废水的有效蒸发需要较大的气液接触面积和一定的停留时间，因此脱硫废水常常不能完全蒸发，不仅影响了废水的处理效果，而且未蒸发的废水还会对烟道及后续除尘装置造成腐蚀。该方法的另一缺点是不能控制空气预热器后部烟道内的烟气温度，废水喷雾蒸发后可能会使烟气温度降低到酸露点以下，致使烟气中的酸性物质凝结，加快烟道及后续除尘装置的腐蚀，从而增加了废水处理费用和燃煤电厂的发电成本，也影响锅炉发电系统安全。
中国发明专利申请(申请公布号：CN104819465A，申请公布日：2015-08-05)提供了一种两级高效雾化油枪。该发明公开了一种两级高效雾化油枪，其中枪头设有气泡室和喷口，枪身设有内管和外管，枪身头部设有分别与内管和外管相连通的连接器，内管和外管分别与进油口和雾化气进口相连。气泡室尾部和连接器头部之间设有油气分配器，油气分配器依次设有同轴相连的喷油口、涡旋室和聚能室，喷油口与内管和连接器形成燃油通路，涡旋室尾部侧壁沿周向均布径向进气口，涡旋室中部沿周向均布送气孔，涡旋室尾部侧壁环绕空气分离腔，连接器沿周向均布有连通外管的环状内腔和空气分离腔的轴向连通孔，送气孔连通聚能室内腔和空气分离腔，径向进气口连通涡旋室与空气分离腔。本发明具有油颗粒小、燃烧效率更高、更环保的特点，可以用于电站锅炉上。
发明内容
本发明的目的在于公开了一种燃煤锅炉的脱硫废水处理装置。该装置将脱硫废水瞬间汽化，脱硫废水中的水被蒸发形成水蒸气，而固体颗粒及废水中的盐和重金属被析出，随着粉煤灰粉尘颗粒被电除尘器吸收。而电除尘器收集的材料可以用作建筑材料。因此，该脱硫废水处理装置不仅能对脱硫废水中的污染物进行高效利用，还能达到回收利用的目的。
本发明提供了一种燃煤锅炉的脱硫废水处理装置，该处理装置包括锅炉(1)、与锅炉(1)相连接的空气预热器(2)和电除尘器(6)，其特征在于：空气预热器(2)上还设置有空气预热器出口烟道(3)，空气预热器出口烟道(3)的总长度L1与空气预热器(2)的长度L2之间的长度比为2～5:1，且通过空气预热器出口烟道(3)将空气预热器(2)与电除尘器(6)相连；
在空气预热器出口烟道(3)的内部设有若干个均匀布置的喷枪(4)，喷枪(4)为具有双流体流动的喷枪，且喷枪的气体压力控制在0.05～0.15Mpa之间，喷枪的液体压力控制在0.1Mpa～0.5Mpa之间。
进一步地，燃煤锅炉的脱硫废水经过喷枪(4)被雾化形成水雾(5)，且水雾(5)的颗粒度索泰尔系数SMD≤10μm。
再进一步地，所述空气预热器出口烟道(3)为“几”字型或“U”型或“L”型，空气预热器出口烟道(3)的总长度L1与空气预热器(2)的长度L2之间的长度比为2～3:1。
更进一步地，所述喷枪(4)通过螺栓连接或者铆接或法兰连接的方式固定在空气预热器出口烟道(3)内，可方便的抽出、插入检修。
更进一步地，所述喷枪(4)的气体压力控制在0.07～0.1Mpa之间，喷枪(4)的液体压力控制为0.3Mpa。
更进一步地，所述喷枪(4)的气体压力控制在0.07～0.1Mpa之间，喷枪(4)的液体压力控制为0.3Mpa。
更进一步地，所述喷枪(4)为具有低压双流体气泡雾化喷嘴的雾化喷枪，在雾化喷枪的喷枪喷头(21)的外沿设置有一个或两个或两个以上的喷枪喷口(13)。
更进一步地，所述喷枪喷口(13)的孔径为2～3mm。
本发明的脱硫废水处理装置的工作原理在于：
脱硫废水经过空气预热器出口烟道上设置的喷枪的雾化处理，最终破碎形成颗粒度索泰尔系数SMD≤10μm的液体颗粒，该液体颗粒被燃煤锅炉中的烟气余热受热蒸发。其中脱硫废水中的液态水被汽化成为水蒸气。脱硫废水中除水以外的其他物质，如难溶于水的颗粒杂质、溶于水的盐类和重金属离子被析出而粘附在具有一定温度的锅炉烟气中的粉煤灰颗粒上，变成大颗粒的粉煤灰，接着，大颗粒的粉煤灰会被电除尘器的阴阳极捕获，从而落入电除尘器的灰斗中，实现循环利用。与此同时，具有一定温度的锅炉烟气被除掉粉煤灰，变成干净的烟气，干净的烟气连通水蒸气通过电除尘器出口排至烟囱，最终进入到大气中。
本发明的处理装置的有益效果在于：
1、本发明的脱硫废水处理装置，主要是利用烟道中烟气余热完成废水烟道蒸发进行雾化，实现脱硫废水中水和杂质的分离，同时分离的杂质可以被回收利用，因此达到了经济环保的要求。
2、本发明的脱硫废水处理装置，采用的喷枪，其中喷枪喷口的孔径大，能有效防止脱硫废水中的杂质堵塞，且气液分配器中的气体分配腔的气压较低，控制在0.07～0.1Mpa之间，使用普通的氧化风机即可使脱硫废水中的液态水雾化，雾化效果精细均匀。
3、本发明的脱硫废水处理装置，采用的喷枪可以在运行过程中抽出、插入，实现在线维修和更换，因此使用和维修方便。
4、本发明的脱硫废水处理装置，可以通过对脱硫废水输送、废水喷雾，雾化系统、烟气流场温度等参数进行精确控制，实时反馈系统运行参数，优化系统运行性能，最终实现自动化控制，节省人力和物力。
附图说明
图1为本发明脱硫废水处理装置的结构示意图；
图2为图1中雾化喷枪的结构示意图；
其中，1—锅炉、2—空气预热器、3—空气预热器出口烟道、4—喷枪、5—水雾、6—电除尘器、7—电除尘器出口、8—灰斗；9—气体输入口、10—液体输入口、11—气体输送通道、12—液体输送通道、13—喷枪喷口、14—气泡发生室、15—聚能环、16—涡旋室、17—液体分配腔、18—气液分配器、19—第二气体分配腔、20—第一气体分配腔、21—喷枪喷头。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
如图1所示，本发明提供了一种燃煤锅炉的脱硫废水处理装置，该处理装置包括锅炉1，本实施例中的锅炉优选为燃煤锅炉，其作用主要在于煤粉在其中实现充分燃烧。与锅炉1相连接的是空气预热器2和电除尘器6，且空气预热器2上还设置有空气预热器出口烟道3，结合图1可知，空气预热器出口烟道3的总长度L1与空气预热器2的长度L2之间的长度比为2～3：1，且空气预热器出口烟道3为“几”字型或“U”型或“L”型，本实施例优选为“几”字型的空气预热器出口烟道，且空气预热器出口烟道的总长度L1与空气预热器的长度L2之间的长度比为2:1。将空气预热器出口烟道的长度设置一定长度，其目的是保证脱硫废水的蒸发空间足够大，从而保障脱硫废水完全蒸发，避免未蒸发的废水对烟道及后续除尘装置造成腐蚀。
且通过空气预热器出口烟道3将空气预热器2与电除尘器6相连；本实施中在锅炉1中燃烧后的煤粉，会产生温度高达1400℃左右的高温烟气，该高温烟气顺着燃煤锅炉的受热面放热降温，然后进入空气预热器2中实现最后一次的放热降温，变成降温后的锅炉烟气，该降温后的锅炉烟气进入空气预热器出口烟道3中，变成温度为125℃的锅炉烟气。
在空气预热器出口烟道3的内部设有若干个均匀布置的喷枪4，该喷枪4通过螺栓连接或者铆接或法兰连接的方式固定在空气预热器出口烟道3内，因此很容易实现在线维修和更换。本实施例中优先选用具有低压双流体的气泡雾化喷嘴的雾化喷枪，且燃煤锅炉的脱硫废水中的经过雾化喷枪4，变成精细的水雾5，水雾的颗粒度索泰尔系数SMD≤10μm，平均值在8～10μm。水雾5接触到温度为125℃的锅炉烟气，水雾5中的液态水会在瞬间被蒸发为水蒸气，水雾5中除水以外的其它物质，如难溶于水的颗粒杂质、溶于水的盐类和重金属离子被析出而粘附在温度为125℃的锅炉烟气中的粉煤灰颗粒上，变成大颗粒的粉煤灰，接着，大颗粒的粉煤灰会被电除尘器6的阴阳极捕获，从而落入电除尘器6的灰斗8中，实现循环利用。例如可以将电除尘器收集到的大颗粒的粉煤灰作为建筑材料，其中，大颗粒的粉煤灰中的重金属经过在水泥炉窑中焙烧后，被形成的玻璃体包裹，从而实现了永久的无害化处理。与此同时，温度为125℃的锅炉烟气被除掉粉煤灰，变成干净的烟气，而干净的烟气通过电除尘器出口7排至烟囱，最终进入到大气中。
本发明的脱硫废水处理装置，利用烟道中烟气余热完成废水烟道蒸发进行雾化，实现脱硫废水中水和杂质的分离，同时分离的杂质可以被回收利用，因此达到了经济环保的要求。
如图2所示，本发明采用的喷枪4包括气液分配器18、设置在气液分配器18上的液体分配腔17、第一气体分配腔20和第二气体分配腔19，且第一气体分配腔20与第二气体分配腔19保持内部不相通，第一气体分配腔20与涡旋室相连接，第二气体分配腔19与聚能环15相连；其中，燃煤锅炉的脱硫废水从喷枪4的液体输入口10流入，此时的水压只有0.3Mpa，经过液体输送通道12进入气液分配器18中的液体分配腔17，在液体分配腔17中实现压力及流量分配后，喷入与液体分配腔17相连接的涡旋室16，脱硫废水在涡旋室16中实现高速涡旋。与此同时，来自氧化风机的低压空气，该低压空气的气压优选为0.1Mpa，低压空气的气压还可以控制在0.07～0.1Mpa之间，因此，普通的氧化风机就可以满足，而不需要压缩机对空气进行压缩。
该低压空气通过气体输入口9进入气体输送通道11中，然后分别进入气液分配器18中的第一气体分配腔20和第二气体分配腔19，通过优先控制第一气体分配腔20中的低压气体的压力和流速，使其优先进入涡旋室16，并与涡旋室16中的脱硫废水形成高速旋转的涡旋气-液两相流，该高速旋转的涡旋气-液两相流冲出涡旋室16的出口的瞬间，完成第一次破碎并被雾化形成颗粒度索泰尔系数SMD≤100μm的液体颗粒，颗粒度索泰尔系数SMD≤100μm的液体颗粒进入与涡旋室16相连接的聚能环15中，得到能量的缓冲与聚集，并形成均匀的“水包气”的气泡。
然后通过控制第二气体分配腔19中的低压气体的压力和流速，使第二气体分配腔19中的低压气体直接进入与第二气体分配腔19直接相连接的聚能环15中，聚能环15中的“水包气”的气泡受到低压气体的冲击，冲出聚能环15，进入与聚能环15相连接的气泡发生室14，并在气泡发生室14中减速、扩张、流动及变形。最终，“水包气”的气泡从喷枪喷头21上设置的喷枪喷口13中高速喷出，本实施例中的喷枪喷口13均匀设置在喷枪喷头21上，可以是一个，两个或者两个以上，本实施例优选为两个，如图2所示，该喷枪喷口13的孔径较大，达到2～3mm，因此可以有效防止脱硫废水中的杂质堵塞。
由于该“水包气”的气泡中的压力与外界空气压力相比相差较大，且远远大于外界空气压力，因此“水包气”的气泡在喷出喷枪喷口13的瞬间，就会立即爆炸，并形成颗粒度索泰尔系数SMD≤10μm的液体颗粒，完成第二次破碎和雾化。又由于液体颗粒的颗粒度索泰尔系数SMD≤10μm，使得其在0.5S的时间内会被全部蒸发，俗称为闪蒸，且无水滴产生，烟道不湿底，不湿边，对烟道无腐蚀、无冲刷，因此对设备具有保护作用。
以上实施例仅为最佳举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。除上述实施例外，本发明还有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种燃煤锅炉的脱硫废水处理装置，该处理装置包括锅炉(1)、与锅炉(1)相连接的空气预热器(2)和电除尘器(6)，其特征在于：空气预热器(2)上还设置有空气预热器出口烟道(3)，空气预热器出口烟道(3)的总长度L1与空气预热器(2)的长度L2之间的长度比为2～5:1，且通过空气预热器出口烟道(3)将空气预热器(2)与电除尘器(6)相连；在空气预热器出口烟道(3)的内部设有若干个均匀布置的喷枪(4)，喷枪(4)为具有双流体流动的喷枪，且喷枪的气体压力控制在0.05～0.15Mpa之间，喷枪的液体压力控制在0.1Mpa～0.5Mpa之间。
2.根据权利要求1所述的燃煤锅炉的脱硫废水处理装置，其特征在于：燃煤锅炉的脱硫废水经过喷枪(4)被雾化形成水雾(5)，且水雾(5)的颗粒度索泰尔系数SMD≤10μm。
3.根据权利要求1或2所述的燃煤锅炉的脱硫废水处理装置，其特征在于：所述空气预热器出口烟道(3)为“几”字型或“U”型或“L”型，空气预热器出口烟道(3)的总长度L1与空气预热器(2)的长度L2之间的长度比为2～3:1。
4.根据权利要求1或2所述的燃煤锅炉的脱硫废水处理装置，其特征在于：所述喷枪(4)通过螺栓连接或者铆接或法兰连接的方式固定在空气预热器出口烟道(3)内，可方便的抽出、插入检修。
5.根据权利要求1或2所述的燃煤锅炉的脱硫废水处理装置，其特征在于：所述喷枪(4)的气体压力控制在0.07～0.1Mpa之间，喷枪(4)的液体压力控制为0.3Mpa。
6.根据权利要求4所述的燃煤锅炉的脱硫废水处理装置，其特征在于：所述喷枪(4)的气体压力控制在0.07～0.1Mpa之间，喷枪(4)的液体压力控制为0.3Mpa。
7.根据权利要求1或2或6所述的燃煤锅炉的脱硫废水处理装置，其特征在于：所述喷枪(4)为具有低压双流体气泡雾化喷嘴的雾化喷枪，在雾化喷枪的喷枪喷头(21)的外沿设置有一个或两个或两个以上的喷枪喷口(13)。
8.根据权利要求7所述的燃煤锅炉的脱硫废水处理装置，其特征在于：所述喷枪喷口(13)的孔径为2～3mm。
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