CN106219895A - 一种利用烟气余热的水处理装置及水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用烟气余热的水处理装置，原水进预处理装置，预处理装置出水端与调节池进水端连，调节池出水端与换热器进水端连，换热器出水端与中间水池进水端连；换热器在脱硫塔烟气入口前，烟气进入除尘器的烟气入口，除尘器烟气出口与换热器烟气入口连，换热器烟气出口与脱硫塔烟气入口连；第二水泵进水端与中间水池出水端相连，出水端与膜蒸馏装置进水端相连，膜蒸馏装置产水端与产水池连。本发明还提供了一种利用烟气余热的水处理方法。本发明的有益效果：将电厂余热利用与膜蒸馏工艺相结合，采用脱硫前烟气作为膜蒸馏水处理系统的热源，在完成膜蒸馏水处理过程的同时，充分利用烟气余热，降低脱硫系统烟气温度，可大幅降低脱硫耗水量。
Description
技术领域
本发明涉及节能环保技术领域，具体而言，涉及一种利用烟气余热的水处理装置及水处理方法。
背景技术
膜蒸馏(MD)技术是一种高效的疏水性膜分离技术，是通过控制废水温度，以膜两侧蒸汽压差为传质推动力，实现废水浓缩和纯水回收的过程，MD技术与传统膜分离技术相比具有众多优点，如对盐的截留效率极高，对绝大多数非挥发性物质具有近100％截留效率，以及对进水水质要求低、操作条件温和(不需要高压设备)、运行维护方便、不容易发生膜污染和能耗比传统蒸发低等。此外，膜蒸馏对废水中含盐量变化适应性强，含盐量的增加对膜通量的影响较小。由于膜蒸馏需要对原水进行加热，因此能耗相对较高，这也是限制MD工艺大规模应用的重要因素之一。
燃煤发电在我国能源供给中占有重要地位。燃煤电厂每年要消耗大量的煤炭资源，因此电厂节能技术的研究和开发至关重要。目前大多数燃煤电厂的烟气经过除尘处理后进入脱硫塔进行脱硫处理，由于脱硫最佳反应温度为40～50℃，而目前大多数电厂脱硫塔入口烟气达到120℃以上，不仅影响脱硫反应，同时由于烟气温度过高，造成脱硫工艺耗水量增加。此外，适当降低除尘器入口烟气温度，也有利于提高除尘效率。
因此，为了减少电厂脱硫系统耗水量和节约能源，开发经济高效的烟气余热回收工艺具有重要意义。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种利用烟气余热的水处理装置及水处理方法，可以有效降低膜蒸馏运行成本，同时可以降低除尘器和脱硫塔入口烟气温度，提高脱硫效率和节约脱硫用水。
本发明提供了一种利用烟气余热的水处理装置，包括预处理装置、调节池、第一水泵、换热器、中间水池、膜蒸馏装置、第二水泵、产水池、除尘器和脱硫塔；
其中，
待处理的原水进入所述预处理装置的进水端，所述预处理装置的出水端与所述调节池的进水端相连，所述调节池的出水端通过所述第一水泵与所述换热器的进水端相连，所述换热器的出水端与所述中间水池的进水端相连；
所述换热器为单级换热器，设置在所述脱硫塔的烟气入口之前，烟气进入除尘器的烟气入口，所述除尘器的烟气出口与所述换热器的烟气入口连接，所述换热器的烟气出口与所述脱硫塔的烟气入口连接；
所述第二水泵位于所述中间水池和所述膜蒸馏装置之间，所述第二水泵的进水端与所述中间水池的出水端相连，所述第二水泵的出水端与所述膜蒸馏装置的进水端相连，所述膜蒸馏装置的产水端与所述产水池相连；或，所述中间水池的出水端与所述膜蒸馏装置的进水端相连，所述膜蒸馏装置的产水端与所述产水池相连，所述第二水泵的进水端与所述膜蒸馏装置的出水端相连，所述第二水泵的出水端与所述调节池的进水端相连。
作为本发明进一步的改进，所述换热器为双级换热器，包括高温换热器和低温换热器，其中，所述高温换热器设置在所述除尘器的烟气入口之前，所述低温换热器设置在所述脱硫塔的烟气入口之前，烟气进入所述高温换热器的烟气入口，所述高温换热器的烟气出口与除尘器的烟气入口连接，所述除尘器的烟气出口与所述低温换热器的烟气入口连接，所述低温换热器的烟气出口与所述脱硫塔的烟气入口连接。
作为本发明进一步的改进，所述换热器为耐腐蚀换热器。
作为本发明进一步的改进，所述换热器为氟塑料或耐腐蚀钢。
作为本发明进一步的改进，所述预处理装置为沉淀池、隔油池、氧化池、软化池、过滤器和生化池中的一种或几种的组合。
作为本发明进一步的改进，所述膜蒸馏装置采用气隙式膜蒸馏装置、气扫式膜蒸馏装置、真空气隙式膜蒸馏装置和直接接触式膜蒸馏装置中的一种或几种的组合。
本发明还提供了一种利用烟气余热的水处理方法，该方法包括以下步骤：
步骤1，待处理的原水经过所述预处理装置的预处理后，进入所述调节池中，其中，预处理为化学沉底、化学氧化、生物处理、过滤和吸附中的一种或几种，以满足后续加热和膜蒸馏处理的进水要求；
步骤2，所述调节池中的料液通过所述第一水泵进入所述换热器中，与所述换热器中的烟气逆向流换热，料液温度升高至50℃～95℃后进入所述中间水池，烟气经过所述除尘器处理后进入所述换热器，烟气温度降至80℃以上，然后进入所述脱硫塔进行脱硫处理；
步骤3，所述中间水池中的料液在所述第二水泵的抽吸作用下被抽吸进入所述膜蒸馏装置进行膜蒸馏浓缩处理；或，所述中间水池的出水在所述第二水泵的压力作用下进入所述膜蒸馏装置进行膜蒸馏浓缩处理；
步骤4，经过所述膜蒸馏装置膜蒸馏浓缩后的料液通过所述第二水泵回流到所述调节池中，并重复步骤2和步骤3；
步骤5，所述膜蒸馏装置产生的蒸馏水进入所述产水池中进行收集利用。
作为本发明进一步的改进，步骤2中，所述换热器为单级换热器，设置在所述除尘器的烟气入口之前，用于控制所述除尘器的入口烟气温度高于酸露点温度。
作为本发明进一步的改进，步骤2中，所述换热器为双级换热器，包括高温换热器和低温换热器，其中，所述高温换热器设置在所述除尘器的烟气入口之前，控制所述除尘器的入口烟气温度高于酸露点温度，所述低温换热器设置在所述脱硫塔的烟气入口之前，控制所述脱硫塔的入口烟气温度高于80℃以上。
本发明的有益效果为：
1、可以有效降低膜蒸馏运行成本，同时可以降低除尘器和脱硫塔入口烟气的温度，有利于提高脱硫效率和节约脱硫用水；
2、由于电除尘器入口烟气温度降低，烟气的体积流量也相应减少，可以减少除尘器的除尘面积，减少除尘器的占地面积和用材；
3、飞灰的比电阻也随温度的降低而降低，促进除尘器的除尘效率提高，也有利于提高除尘效率和提高整个电厂的热利用效率。
附图说明
图1为本发明实施例所述的一种利用烟气余热的水处理装置的结构示意图。
图中，
1、预处理装置；2、调节池；3、第一水泵；4、换热器；5、中间水池；6、膜蒸馏装置；7、第二水泵；8、产水池；9、除尘器；10、脱硫塔。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
实施例1，如图1所示，本发明实施例的一种利用烟气余热的水处理装置，包括预处理装置1、调节池2、第一水泵3、换热器4、中间水池5、膜蒸馏装置6、第二水泵7、产水池8、除尘器9和脱硫塔10。
待处理的原水进入预处理装置1的进水端，预处理装置1的出水端与调节池2的进水端相连，调节池2的出水端通过第一水泵3与换热器4的进水端相连，换热器4的出水端与中间水池5的进水端相连。
换热器4为单级换热器，设置在脱硫塔10的烟气入口之前，烟气进入除尘器9的烟气入口，除尘器9的烟气出口与换热器4的烟气入口连接，换热器4的烟气出口与脱硫塔10的烟气入口连接。
第二水泵7位于中间水池5和膜蒸馏装置6之间，第二水泵7的进水端与中间水池5的出水端相连，第二水泵7的出水端与膜蒸馏装置6的进水端相连，膜蒸馏装置6的产水端与产水池8相连；或，中间水池5的出水端与膜蒸馏装置6的进水端相连，膜蒸馏装置6的产水端与产水池8相连，第二水泵7的进水端与膜蒸馏装置6的出水端相连，第二水泵7的出水端与调节池2的进水端相连。
预处理装置1为沉淀池、隔油池、氧化池、软化池、过滤器和生化池中的一种或几种的组合。
换热器4为耐腐蚀换热器，可为氟塑料或耐腐蚀钢，例如ND钢。
膜蒸馏装置6采用气隙式膜蒸馏装置、气扫式膜蒸馏装置、真空气隙式膜蒸馏装置和直接接触式膜蒸馏装置中的一种或几种的组合。
某沿海燃煤电厂(2台300MW)，以海水为处理对象，利用烟气余热进行海水的膜蒸馏淡化处理的吹处理方法，包括：
步骤1，海水(含盐量为3.1％)经过沉沙、絮凝沉淀、软化、过滤等海水(含盐量为3.1％)经过沉沙、絮凝沉淀、软化、过滤等预处理后，进入调节池2中，以满足后续加热和膜蒸馏处理的进水要求。
步骤2，调节池2中的海水通过第一水泵3进入换热器4中，与换热器4中的烟气逆向流换热，换热器4为单级换热器，设置在脱硫塔10的烟气入口之前，换热器4材质为ND钢，换热器4入口温度为135℃，出口温度为110℃，海水温度由20℃升高至90℃后进入中间水池5，烟气经过除尘器9处理后进入换热器4，烟气温度降至80℃以上，然后进入脱硫塔10进行脱硫处理。
步骤3，第二水泵7设置在膜蒸馏装置6的进水端，中间水池5的出水在第二水泵7的压力作用下进入膜蒸馏装置6进行膜蒸馏浓缩处理。
步骤4，经过膜蒸馏装置6膜蒸馏浓缩后的海水通过第二水泵7回流到调节池2中，并重复步骤2和步骤3。当膜蒸馏浓水含盐量达到22％时，排出浓水进一步处理。
步骤5，膜蒸馏装置6产生的蒸馏水进入产水池8中进行收集利用，作为电厂生产和居民生活用水。
其中，换热器4为单级换热器，设置在脱硫塔10的烟气入口之前，用于控制除尘器9的入口烟气温度高于酸露点温度。
通过对脱硫系统耗水量检测分析表明，2台机组在安装烟气余热利用及膜蒸馏水处理系统前后，脱硫系统耗水量由105t/h降低至82t/h，年节约用水约13万吨。此外，由于电除尘器入口烟气温度降低，除尘器的除尘效率提高了4.5％。
实施例2，与实施例1不同之处在于，换热器4为双级换热器，包括高温换热器和低温换热器，其中，高温换热器设置在除尘器9的烟气入口之前，低温换热器设置在脱硫塔10的烟气入口之前，烟气进入高温换热器的烟气入口，高温换热器的烟气出口与除尘器9的烟气入口连接，除尘器9的烟气出口与低温换热器的烟气入口连接，低温换热器的烟气出口与脱硫塔10的烟气入口连接。
以西北某燃煤电厂(1台600MW)为例，利用烟气余热进行苦咸水的膜蒸馏淡化处理的水处理方法，包括以下步骤：
步骤1，苦咸水(含盐量为1％)经过絮凝沉淀、软化、过滤等预处理后，进入调节池2中，以满足后续加热和膜蒸馏处理的进水要求。
步骤2，调节池2中的苦咸水通过第一水泵3进入换热器4中，与换热器4中的烟气逆向流换热，换热器4位于除尘器9和脱硫塔10之间的烟道，换热器4材质为氟塑料，换热器入口温度为130℃，出口温度为85℃，料液温度由18℃～25℃升高至80℃～85℃后进入中间水池5，烟气经过除尘器9处理后进入换热器4，烟气温度降至80℃以上，然后进入脱硫塔10进行脱硫处理。
步骤3，中间水池5中的苦咸水在第二水泵7的抽吸作用下被抽吸进入膜蒸馏装置6进行膜蒸馏浓缩处理，第二水泵7设置在膜蒸馏装置6的浓水出水端，即采用吸入式进水方式。采用抽吸的进水方式，有利于降低膜组件内的海水压力，避免疏水膜发生穿透，同时，可以在同等操作条件下增大膜两侧蒸汽压差，有利于提高膜的产水通量。
步骤4，经过膜蒸馏装置6膜蒸馏浓缩后的苦咸水通过第二水泵7回流到调节池2中，并重复步骤2和步骤3，当膜蒸馏浓水含盐量浓缩至20％时，排出浓水进一步处理。
步骤5，膜蒸馏装置6产生的蒸馏水进入产水池8中进行收集利用，作为电厂附近居民生活用水。
其中，换热器4为双级换热器，包括高温换热器和低温换热器，其中，高温换热器设置在除尘器9的烟气入口之前，用于控制除尘器9的入口烟气温度高于酸露点温度，低温换热器设置在脱硫塔10的烟气入口之前，用于控制脱硫塔10的入口烟气温度高于80℃以上。
通过对脱硫系统耗水量检测分析表明，在安装烟气余热利用及膜蒸馏水处理系统前后，脱硫系统耗水量由125t/h降低至62t/h，年节约用水约35万吨。
本发明将电厂余热利用与膜蒸馏工艺相结合，采用脱硫前的烟气作为膜蒸馏水处理系统的热源，在完成膜蒸馏水处理过程的同时，充分利用烟气余热，降低脱硫系统烟气温度，可以大幅降低脱硫耗水量。
本发明适用于处理废水和海水淡化等纯水生产或溶液脱盐处理。可以有效降低膜蒸馏运行成本，同时可以降低除尘器和脱硫塔入口烟气温度，有利于提高脱硫效率和节约脱硫用水。此外，由于电除尘器入口烟气温度降低，烟气的体积流量也相应减少，可以减少除尘器的除尘面积，减少除尘器的占地面积和用材。飞灰的比电阻也随温度的降低而降低，促进除尘器的除尘效率提高。也有利于提高除尘效率和提高整个电厂的热利用效率。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种利用烟气余热的水处理装置，其特征在于，包括预处理装置(1)、调节池(2)、第一水泵(3)、换热器(4)、中间水池(5)、膜蒸馏装置(6)、第二水泵(7)、产水池(8)、除尘器(9)和脱硫塔(10)；
其中，
待处理的原水进入所述预处理装置(1)的进水端，所述预处理装置(1)的出水端与所述调节池(2)的进水端相连，所述调节池(2)的出水端通过所述第一水泵(3)与所述换热器(4)的进水端相连，所述换热器(4)的出水端与所述中间水池(5)的进水端相连；
所述换热器(4)为单级换热器，设置在所述脱硫塔(10)的烟气入口之前，烟气进入除尘器(9)的烟气入口，所述除尘器(9)的烟气出口与所述换热器(4)的烟气入口连接，所述换热器(4)的烟气出口与所述脱硫塔(10)的烟气入口连接；
所述第二水泵(7)位于所述中间水池(5)和所述膜蒸馏装置(6)之间，所述第二水泵(7)的进水端与所述中间水池(5)的出水端相连，所述第二水泵(7)的出水端与所述膜蒸馏装置(6)的进水端相连，所述膜蒸馏装置(6)的产水端与所述产水池(8)相连；或，所述中间水池(5)的出水端与所述膜蒸馏装置(6)的进水端相连，所述膜蒸馏装置(6)的产水端与所述产水池(8)相连，所述第二水泵(7)的进水端与所述膜蒸馏装置(6)的出水端相连，所述第二水泵(7)的出水端与所述调节池(2)的进水端相连。
2.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，所述换热器(4)为双级换热器，包括高温换热器和低温换热器，其中，所述高温换热器设置在所述除尘器(9)的烟气入口之前，所述低温换热器设置在所述脱硫塔(10)的烟气入口之前，烟气进入所述高温换热器的烟气入口，所述高温换热器的烟气出口与除尘器(9)的烟气入口连接，所述除尘器(9)的烟气出口与所述低温换热器的烟气入口连接，所述低温换热器的烟气出口与所述脱硫塔(10)的烟气入口连接。
3.根据权利要求1或2所述的水处理装置，其特征在于，所述换热器(4)为耐腐蚀换热器。
4.根据权利要求3所述的水处理装置，其特征在于，所述换热器(4)为氟塑料或耐腐蚀钢。
5.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，所述预处理装置(1)为沉淀池、隔油池、氧化池、软化池、过滤器和生化池中的一种或几种的组合。
6.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，所述膜蒸馏装置(6)采用气隙式膜蒸馏装置、气扫式膜蒸馏装置、真空气隙式膜蒸馏装置和直接接触式膜蒸馏装置中的一种或几种的组合。
7.一种利用权利要求1所述的水处理装置的水处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1，待处理的原水经过所述预处理装置(1)的预处理后，进入所述调节池(2)中，其中，预处理为化学沉底、化学氧化、生物处理、过滤和吸附中的一种或几种，以满足后续加热和膜蒸馏处理的进水要求；
步骤2，所述调节池(2)中的料液通过所述第一水泵(3)进入所述换热器(4)中，与所述换热器(4)中的烟气逆向流换热，料液温度升高至50℃～95℃后进入所述中间水池(5)，烟气经过所述除尘器(9)处理后进入所述换热器(4)，烟气温度降至80℃以上，然后进入所述脱硫塔(10)进行脱硫处理；
步骤3，所述中间水池(5)中的料液在所述第二水泵(7)的抽吸作用下被抽吸进入所述膜蒸馏装置(6)进行膜蒸馏浓缩处理；或，所述中间水池(5)的出水在所述第二水泵(7)的压力作用下进入所述膜蒸馏装置(6)进行膜蒸馏浓缩处理；
步骤4，经过所述膜蒸馏装置(6)膜蒸馏浓缩后的料液通过所述第二水泵(7)回流到所述调节池(2)中，并重复步骤2和步骤3；
步骤5，所述膜蒸馏装置(6)产生的蒸馏水进入所述产水池(8)中进行收集利用。
8.根据权利要求7所述的水处理方法，其特征在于，步骤2中，所述换热器(4)为单级换热器，设置在所述除尘器(9)的烟气入口之前，控制所述除尘器(9)的入口烟气温度高于酸露点温度。
9.根据权利要求7所述的水处理方法，其特征在于，步骤2中，所述换热器(4)为双级换热器，包括高温换热器和低温换热器，其中，所述高温换热器设置在所述除尘器(9)的烟气入口之前，控制所述除尘器(9)的入口烟气温度高于酸露点温度，所述低温换热器设置在所述脱硫塔(10)的烟气入口之前，控制所述脱硫塔(10)的入口烟气温度高于80℃以上。
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