CN107129094A - 基于多热源蒸发脱硫废水的零排放系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多热源蒸发脱硫废水的零排放系统，系统包括沉淀过滤预处理系统、废水预热系统、空气加热压缩系统和烟道旁路蒸发系统。利用曝气池、混凝沉淀池及过滤装置对废水进行初步处理并且可以保护设备不被磨损；将电站热力型除氧器排出的乏汽通过管式换热器将脱硫废水进行预热，以提高废水的初温，减少不完全蒸发的可能性；出于预热的目的，在空压机之前加装平板式太阳能集热装置将空气进行预热，在此基础上设置烟气旁路蒸发塔，利用锅炉尾部烟道余热将雾化的脱硫废水蒸干后送入烟道，随着烟气一起被除尘器捕集，实现了脱硫废水零排放的目的。不产生二次污染，并且解决当前烟道蒸发技术中存在的对除尘器的腐蚀和降低机组经济性等问题。

Description

基于多热源蒸发脱硫废水的零排放系统

技术领域

本发明涉及一种高盐废水处理技术，特别涉及一种基于多热源蒸发脱硫废水的零排放系统。

背景技术

我国的水资源不足已成为制约国民经济和社会发展的重要因素。电力、冶金、化工等行业是工业用水的大户。随着水资源短缺的加剧和日益严重的环境污染，废水处理在这些行业占有越来越重要的位置。

石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺因其适用煤种范围广、适用煤种含硫量范围大、脱硫效率高、系统可用率高、吸收剂利用率高、石灰石来源丰富且廉价、工艺成熟、运行可靠性高等优势，成为现阶段世界范围内应用最为广泛的烟气脱硫工艺。

脱硫废水来源于持液槽或者石膏脱水系统排放水。在脱硫装置运行过程中，由于吸收液是循环使用的，其中盐分和悬浮杂质浓度越来越高，而PH值的降低会引起SO₂吸收率下降；过高的杂质浓度会影响副产品石膏的品质。因此，脱硫浆液不能无限的浓缩；当杂质浓度达到一定值后，需要定时从系统内排出一部分废水，以保持吸收液的杂质浓度，维持循环系统的物料平衡。

废水呈弱酸性，PH为4—6；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；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(按F^-)；废水中含有Pb, Cd, Cr, Ni, Hg, Co, Cu,Al, Zn, Mn等重金属元素，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。

火电厂湿法烟气脱硫废水处理技术的研究现状

①目前，火力发电厂脱硫废水的处理主要采用传统的化学处理方法，该方法是目前采用最多的方法。这种方法处理后，水质已经达到较高的标准。但是，随着环保要求的逐渐提高，经化学沉淀方法处理后的废水氯离子（目前尚无化学药剂可以去除氯离子）仍无法去除，并且氯离子具有在偏酸性水环境中腐蚀性大的特点，导致处理后的废水无法进入系统回用。因此，随着环保标准的提高，该方法在未来废水处理中受到限制。

②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。

③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。该方法没有对石膏进行综合利用，一定程度上也降低了火力发电厂的经济性。

④流化床法，该方法处理效果和费用与传统化学沉淀法基本相当，但是仍产生一定量污泥，容易造成二次环境污染，所以目前仍没有大量使用。

⑤目前有些电站采用软化预处理+膜浓缩+机械蒸发结晶技术。这种方式存在着膜的价格高、运行稳定性、受压磨损等问题亟待解决；换热管和蒸发器外壳均采用钛材，压缩机耗电高，每处理一吨废水耗电达50度，系统对压缩机能力要求高，基本需要进口，因此设备结构复杂，投资、运行费用高昂。

发明内容

本发明是针对脱硫废水处理成本高、易出现二次污染的问题，提出了一种基于多热源蒸发脱硫废水的零排放系统，以实现脱硫废水零排放，不产生二次污染，并且解决当前烟道蒸发技术中存在的对除尘器的腐蚀和降低机组经济性等问题。

本发明的技术方案为：一种基于多热源蒸发脱硫废水的零排放系统，包括沉淀过滤预处理系统，废水预热系统，空气加热系统和烟道旁路蒸发塔蒸发系统；

沉淀过滤预处理系统包括曝气池、中和沉淀池、污泥泵及板式压滤机，将湿法脱硫系统排出的浆液及石膏脱水产生的废水排入曝气池中进行曝气，保持废液混合均匀、降低废水COD含量后通入下一级中和沉淀池中，通过加药系统加入软化剂、混凝剂，中和调节废水PH值，并使大部分悬浮物沉淀，中和沉淀反应池沉淀池底部的污泥经污泥泵送入压滤机进行泥渣脱水，压滤成泥饼外运，浓水返回曝气池；中和沉淀反应池上层液通过板式压滤机进一步去除废水中的悬浮物、胶体杂质，使废水浊度降到2NTU以下；

废水预热系统采用管壳式涡流热膜换热器，对经过沉淀过滤预处理后的脱硫废水进行预热，预热后的废水经废水泵送到蒸发塔；

空气加热系统包括太阳能空气加热器、送风机、空压机，太阳能空气加热器收集太阳能，获取热量来提升空气温度，预热后的空气经送风机送入空压机压缩空气输送到蒸发塔中雾化设备内与废水相互作用，确保废水被高度雾化及减少从空气预热器前端抽烟气；

烟道旁路蒸发塔蒸发系统包括蒸发塔和除雾器，锅炉中烟气通过空气预热器和除尘器到脱硫塔，在空气预热器和除尘器之间的设立独立的烟道旁路蒸发塔蒸发系统，蒸发塔结构为上部圆柱下部圆锥，雾化喷嘴布置在蒸发塔上部，空气预热器前端和蒸发塔上端用管道相连，同时空气预热器前后端相连，蒸发塔下部通过管道经过除雾器与除尘器之前的烟道相连，雾化喷嘴将原液雾化后，从空气预热器后端和前端抽取一定量的烟气，蒸发塔利用锅炉烟气余热使得废水蒸干，形成的颗粒物，随烟气一起进入烟道，被除尘器捕集去除，蒸发掉的水蒸气随烟气进入脱硫塔被回用，结晶物随粉煤灰一同排出。

所述中和沉淀池中混凝剂为聚合氯化铝PAC、FeCl3、聚合铝铁中的一种或多种，软化剂为加入的NaCO₃与NaOH。

所述管壳式涡流热膜换热器的热源采用机组回热系统中热力型除氧器所排乏汽，通过保温管道输送到涡流热膜换热器的管程。

所述涡流热膜换热器与废水泵之间增加缓冲水箱，预热完的废水流经缓冲水箱缓解水流，控制进入蒸发塔蒸发的水量。

所述雾化喷嘴采用双流体雾化喷嘴，烟气从喷嘴周围的四个角上以旋流的方式进入蒸发塔。

所述系统加装冲洗系统，从电厂工艺水管路取水，引至废水泵出口端管道内，利用工艺水本身压力，冲洗系统整条废水主管路和沿程设备。

本发明的有益效果在于：本发明基于多热源蒸发脱硫废水的零排放系统，实现了脱硫废水零排放，投资少、能耗低、运行费用少，其带来的水耗、电耗的降低、废水零排放带来的运行费用的节省必将产生极大的经济和环境效益。

附图说明

图1为本发明基于多热源蒸发脱硫废水的零排放系统结构示意图。

具体实施方式

基于多热源蒸发脱硫废水的零排放系统，整个系统包括沉淀过滤预处理系统，废水预热系统，空气加热系统，烟道旁路蒸发塔蒸发系统。沉淀过滤预处理去除脱硫废水中的悬浮物，胶体、COD等杂质并提高PH值，废水预热系统及空气加热系统都是提高水与空气的各自初始温度，然后利用烟道中的烟气热量蒸发脱硫废水，废水中的溶解性液体以结晶盐的方式与蒸汽进行分离，实现脱硫废水的零排放。

如图1所示基于多热源蒸发脱硫废水的零排放系统结构示意图，该系统包括通过管道依次相连的曝气池、压滤机、中和沉淀池，机械过滤器、涡流热膜换热器、缓冲水箱、太阳能空气加热器、空压机、蒸发塔及相应的风机、水泵、管道组成。其中曝气风机及曝气池来使废水水质均匀及降低COD，中和沉淀池是将酸性废水中和及使杂质沉降，压滤机将污泥进行脱水、固化，深度过滤进一步去除废水中的悬浮物及胶体等杂质，涡流热膜换热器对预处理后的废水进行预热，太阳能平板集热器及空气压缩机对空气进行加热及压缩，喷嘴在蒸发塔中将废水雾化，从空气预热器后端和前端抽出的烟气将雾化的废水蒸发，蒸发后的固体颗粒物及蒸汽随着烟气进入除尘器之前的烟道，废水进入烟道之前设有除雾器，以防止有少量液滴被带入除尘器，固体颗粒物被除尘器捕集，捕集的粉煤灰被综合利用，除尘后的水蒸气进入脱硫塔与脱硫浆液混合。

沉淀过滤预处理系统包括曝气池、中和沉淀池、污泥泵及板式压滤机。将湿法脱硫系统排出的浆液及石膏脱水产生的废水排入曝气池中进行曝气，由于废水杂质浓度比较高，通过曝气操作保持废液混合均匀、降低废水COD含量，以利于后续处理；后通入下一级中和沉淀反应池中，通过加药系统加入软化剂、混凝剂，使废水中和及大部分悬浮物沉淀，混凝剂为聚合氯化铝（PAC）、FeCl3、聚合铝铁中的一种或多种，有助于废水中不溶性固体沉降，池中再加入NaCO₃与NaOH软化中和，调节废水PH值；中和沉淀反应池沉淀池底部的污泥经污泥泵送入压滤机进行泥渣脱水，压滤成泥饼外运，浓水返回曝气池；中和沉淀反应池上层液通过深层过滤进一步去除废水中的悬浮物、胶体等杂质，深层过滤采用压力式过滤器除残留的悬浮物及部分不溶性固体，粒状滤料为石英砂、无烟煤、蛇纹石等，使废水浊度降到2NTU以下。经过沉淀过滤预处理之后，杂质的浓度降低，对缓解后续系统结垢、腐蚀等问题起到关键作用。

废水预热系统采用管壳式涡流热膜换热器，这种换热器适用广泛，使用寿命长具有抗弱酸腐蚀、防结垢等优点，适用于对经过沉淀过滤预处理后的脱硫废水进行预热。涡流热膜换热器的热源采用机组回热系统中热力型除氧器所排乏汽，通过保温管道输送到换热器的管程，这部分蒸汽流量约为除盐水量的0.2～0.3%，按照一般600MW机组热力除氧器除盐水进水量1500t/h，所排乏汽约为3～4.5t/h，满足10～15t/h脱硫废水的预热量。废水预热的目标温度为80℃以上，预热后的废水经废水泵与压缩空气送到蒸发塔，乏汽由于是干净的水蒸气，冷却后可送入凝汽器热井作为给水再利用。预热完的废水流经缓冲水箱缓解水流，防止废水从热膜加热器出来的太多来不及到蒸发塔蒸发，即控制进入蒸发塔的水量。

空气加热系统作用是提升空气温度，加快废水雾化蒸发。空气加热系统包括管道依次相连的太阳能空气加热器、送风机、空压机。太阳能空气加热器包括集热板、透明盖和保温箱,集热板可竖直布置在建筑外墙，根据哈尔滨工业大学高立新等实验研究，系统可提升温度14.54～32.55℃；太阳能空气加热器收集太阳能，获取热量来提升空气温度，预热后的空气经送风机送入空压机，空气管路系统管路采用无缝管，压缩空气输送到蒸发塔中雾化设备内与废水相互作用，确保废水被高度雾化成微米级颗粒，同时减少从空气预热器前端抽烟气。

锅炉中烟气通过空气预热器和除尘器到脱硫塔，在空气预热器和除尘器之间的设立独立的烟道旁路蒸发塔蒸发系统，蒸发塔为上部圆柱下部圆锥，防磨、防腐蚀的雾化喷嘴布置在蒸发塔上部，为达到较好的雾化效果，喷嘴粒径在40～80μm之间。空气预热器前端和蒸发塔上端用管道相连，中间加装烟气调节装置和引风机，空气预热器后端与蒸发塔也同样相连。蒸发塔下部用管道与除尘器之前的烟道相连，由于烟道中是负压，因此无需加装送风机。空气预热器后端烟气温度在150～130℃之间，空气预热器前端温度在300～350℃之间，由于废水和空气分别被预热，初步设计计算废水温度可提升至80～90℃，空气温度被预热到50℃左右，因此，烟道旁路蒸发系统可以减少空气预热器前端的所抽的烟气量，将其作为备用热源，使其不影响电厂机组整体运行性能。雾化喷嘴将原液雾化后，从空气预热器后端和前端抽取一定量的烟气，蒸发塔利用锅炉烟气余热使得废水蒸干，形成的颗粒物，随烟气一起进入烟道，被除尘器捕集去除，在进入烟道之前，加装一个除雾器，以防止有少量的液滴混入烟气跑到除尘器中。蒸发掉的水蒸气随烟气进入脱硫塔被回用，结晶物随粉煤灰一同排出。

雾化喷嘴是系统最核心的部件，喷嘴的雾化效果直接关系到电厂除尘器的安全运行，采用双流体雾化喷嘴以达到细密的雾化效果，烟气可以从喷嘴周围的四个角上以旋流的方式进入蒸发塔，这样可以包裹着雾化液滴，形成强烈的扰动与换热，促进雾化液滴蒸发结晶。

蒸发后的蒸汽及颗粒物随着烟气一同进入除尘器之前的烟道，被除尘器捕集，为保证蒸发后的液滴进入烟道不腐蚀除尘器，一般控制蒸发后的烟气温度高于酸露点温度15～20℃，系统加装除雾器以防止少量液滴被带入烟道，废水的结晶颗粒物落入除尘器底部的粉煤灰中被综合利用，脱出颗粒物的蒸汽进入脱硫塔中溶入脱硫浆液中被回收利用。

为防止装置停运期间，积留在管路的脱硫废水对管路造成污堵，系统加装冲洗系统，在废水处理装置停运前，自动采用清水冲洗废水管路和管路沿程设备。从电厂工艺水管路取水，引至废水泵出口端管道内，利用工艺水本身压力，冲洗系统整条废水主管路和沿程设备。管路采用无缝钢管，在管路中安装有手动截止阀、电动截止阀，通过控制系统实现对废水管路和沿程设备的自动清洗。

整个系统设置自动控制系统，采用集中控制，通过采集分布在脱硫废水烟气蒸发处理装置多部位的传感器信号，将数据传入数据处理单元和数据运算单元进行综合分析，从而控制废水喷雾单元运行参数，在不影响低温省煤器和除尘器正常运行的前提下，最大限度利用烟气余热、除氧器乏汽及太阳能等多热源蒸发废水；设置与用保护模块，在机组负荷低、烟气流量小和排烟温度低等不具备蒸发条件时，喷雾单元减少直至停止喷雾，确保系统运行不对机组正常运行造成不利影响。

本发明考虑到未来废水废气排放标准越来越严格，并且传统通过软化过滤预处理加膜浓缩加蒸发器蒸发结晶这种系统冗长、复杂、设备投资及运行费用高昂等问题，设计了本发明基于多热源蒸发脱硫废水的零排放系统，系统技术投资少、能耗低、运行费用少以及在经济技术上的可行性，在未来蒸发处理将是一种被广泛使用的方法，其带来的水耗、电耗的降低、废水零排放带来的运行费用的节省必将产生极大的经济和环境效益。

本发明利用中低温太阳能对进入蒸发塔的空气进行预热，满足“品味对口”的能源利用机理，减少了空气预热器前端烟气热量的损耗，不影响电站机组的整体运行的经济性，并且有助于减少废水蒸发时间。

本发明预处理采用曝气、混凝澄清、中和、过滤等方法，提高废水的水质，减少后续设备如换热器、蒸发塔内喷嘴及废水泵的腐蚀、堵塞等问题。

本发明系统设置的涡流热膜换热器，加热废水的热源是从机组热力型除氧器所排出的乏汽，有些电厂没有装乏汽回收装置，则可以用这部分蒸汽来加热废水，提高了废水的初温，有利于喷嘴的雾化蒸发，减少从空气预热器前端烟气热量的损耗。

本发明系统设立蒸发塔而不是直接喷入烟道，可以有效保护烟道及除尘器不被腐蚀。

本发明系统废水蒸发相变促进烟道中PM2.5凝并，便于除尘器和FGD系统对PM2.5的捕捉和脱除，减少了颗粒物向大气排放及雾霾天气的产生。

高浓度含盐废水可用此法一并处理，易于在现有设备上进行改造，且改造费用不高，可单独隔离与拆卸。

整个系统所用热源基本为烟气余热、除氧器所排乏汽、及可再生的太阳能，做到了在保证废水零排放的同时，极大限度的利用废热，不影响电厂机组整体的经济性，既减排又节能。

Claims (6)

1.一种基于多热源蒸发脱硫废水的零排放系统，其特征在于，包括沉淀过滤预处理系统，废水预热系统，空气加热系统和烟道旁路蒸发塔蒸发系统；

沉淀过滤预处理系统包括曝气池、中和沉淀池、污泥泵及板式压滤机，将湿法脱硫系统排出的浆液及石膏脱水产生的废水排入曝气池中进行曝气，保持废液混合均匀、降低废水COD含量后通入下一级中和沉淀池中，通过加药系统加入软化剂、混凝剂，中和调节废水PH值，并使大部分悬浮物沉淀，中和沉淀反应池沉淀池底部的污泥经污泥泵送入压滤机进行泥渣脱水，压滤成泥饼外运，浓水返回曝气池；中和沉淀反应池上层液通过板式压滤机进一步去除废水中的悬浮物、胶体杂质，使废水浊度降到2NTU以下；

废水预热系统采用管壳式涡流热膜换热器，对经过沉淀过滤预处理后的脱硫废水进行预热，预热后的废水经废水泵送到蒸发塔；

空气加热系统包括太阳能空气加热器、送风机、空压机，太阳能空气加热器收集太阳能，获取热量来提升空气温度，预热后的空气经送风机送入空压机压缩空气输送到蒸发塔中雾化设备内与废水相互作用，确保废水被高度雾化及减少从空气预热器前端抽烟气；

烟道旁路蒸发塔蒸发系统包括蒸发塔和除雾器，锅炉中烟气通过空气预热器和除尘器到脱硫塔，在空气预热器和除尘器之间的设立独立的烟道旁路蒸发塔蒸发系统，蒸发塔结构为上部圆柱下部圆锥，雾化喷嘴布置在蒸发塔上部，空气预热器前端和蒸发塔上端用管道相连，同时空气预热器前后端相连，蒸发塔下部通过管道经过除雾器与除尘器之前的烟道相连，雾化喷嘴将原液雾化后，从空气预热器后端和前端抽取一定量的烟气，蒸发塔利用锅炉烟气余热使得废水蒸干，形成的颗粒物，随烟气一起进入烟道，被除尘器捕集去除，蒸发掉的水蒸气随烟气进入脱硫塔被回用，结晶物随粉煤灰一同排出。

2.根据权利要求1所述基于多热源蒸发脱硫废水的零排放系统，其特征在于，所述中和沉淀池中混凝剂为聚合氯化铝PAC、FeCl3、聚合铝铁中的一种或多种，软化剂为加入的NaCO₃与NaOH。

3.根据权利要求1所述基于多热源蒸发脱硫废水的零排放系统，其特征在于，所述管壳式涡流热膜换热器的热源采用机组回热系统中热力型除氧器所排乏汽，通过保温管道输送到涡流热膜换热器的管程。

4.根据权利要求1所述基于多热源蒸发脱硫废水的零排放系统，其特征在于，所述涡流热膜换热器与废水泵之间增加缓冲水箱，预热完的废水流经缓冲水箱缓解水流，控制进入蒸发塔蒸发的水量。

5.根据权利要求1所述基于多热源蒸发脱硫废水的零排放系统，其特征在于，所述雾化喷嘴采用双流体雾化喷嘴，烟气从喷嘴周围的四个角上以旋流的方式进入蒸发塔。

6.根据权利要求1所述基于多热源蒸发脱硫废水的零排放系统，其特征在于，所述系统加装冲洗系统，从电厂工艺水管路取水，引至废水泵出口端管道内，利用工艺水本身压力，冲洗系统整条废水主管路和沿程设备。