CN107335328A - 用于蒸发废水且减少酸性气体排放的仪器和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于蒸发废水且减少烟道气酸性气体排放的仪器，所述仪器包括配置为接纳从燃烧单元排出的烟道气的一部分和废水的蒸发器装置，用于使烟道气与废水直接接触，以使烟道气冷却且加湿，并且使废水蒸发。在废水与烟道气接触之前，可将碱性试剂以及活性炭与废水混合。干燥并且夹带在冷却且加湿的烟道气中的固体颗粒可经由颗粒收集器从烟道气中分离。

Description

用于蒸发废水且减少酸性气体排放的仪器和方法
技术领域
本公开内容涉及使用来自锅炉或其他燃烧单元的烟道气来蒸发废水且减少气体排放的仪器和方法。
背景技术
公共事业和工业工厂例如发电厂、电厂、废弃物-至-能源回收设施、水泥窑以及其他燃烧矿物燃料的设施可在空气排放和废水排放方面受到严格的限制，以帮助确保清洁和环境无害发电。传统上，通过使用湿法或干法烟道气脱硫系统来实现对空气排放限制的遵守。水处理系统可用于处理废水排放以符合适用的废水法规。烟道气清洁系统和/或废水处理系统的例子可从国际公开号WO 2006030398，美国专利申请公开号2009/0294377、2011/0262331、2012/0240761、2013/0248121和2013/0220792，美国专利号6,076,369、7,524,470、7,625,537、8,388,917和8,475,750，欧洲专利公开号EP 1 955 755和日本公开专利申请号JP 2012200721了解。
利用湿法或干法烟道气脱硫系统和工厂系统(例如管道、风扇、散装材料处理系统等)的相关平衡的空气排放系统的资本成本通常可为相对昂贵的(例如，$200-500/千瓦(kW))。在改造情况下，与这种系统相关的资本成本可使工厂不经济。除资本成本之外，湿法和干法烟道气脱硫系统还涉及与试剂消耗、辅助电力使用以及操作和管理人员配置相关的大量操作成本。
废水处理系统可被配置为中和且沉淀重金属，执行废水的生物处理，并且还过滤废水以净化水用于输出水。与废水处理系统的操作相关的成本在资本成本和操作成本方面可以是相对重要的。
发明内容
根据本文所示的方面，提供了用于蒸发废水且减少酸性气体排放的方法，所述方法包括至少下述步骤：使烟道气与废水接触，以使烟道气冷却且加湿并且使废水内的固体颗粒干燥；以及使固体颗粒与冷却且加湿的烟道气分离。
根据本文所示的其他方面，用于蒸发废水且减少酸性气体排放的仪器包括：被配置用于接纳从锅炉单元排出的烟道气的至少第一部分的蒸发器装置、碱性试剂、固体颗粒以及废水，以使烟道气与废水直接接触，以使烟道气冷却且加湿并且使固体颗粒干燥。
根据本文所示的其他方面，工厂包括配置为燃烧燃料以排出蒸汽和烟道气中的至少一种的燃烧单元，碱性试剂源，液体废水源，配置为使固体材料与烟道气分离的颗粒收集器，以及连接到液体废水源、碱性试剂源和颗粒收集器的混合器装置，以接纳液体废水、碱性试剂和通过颗粒收集器分离的固体材料的至少一部分。混合器装置可配置为混合液体废水、碱性试剂和固体材料的一部分以形成混合物。工厂还可包括连接到燃烧单元和混合器装置的导管或容器，以接纳来自混合器装置的混合物和来自燃烧单元的烟道气的至少第一部分。导管或容器可配置为使混合物与烟道气直接接触预定时间段，以在烟道气和固体材料进料到颗粒收集器之前，使烟道气冷却且加湿并且使混合物内的固体颗粒干燥。
此外，公开了用于蒸发废水且减少燃烧烟道气中的酸性气体排放的方法，所述方法包括将废水供应到用于加热废水的热交换器，以产生经加热的废水，在闪蒸器中蒸发经加热的废水，收集闪蒸器中剩余的废水，将剩余的废水供应到蒸发器装置，蒸发器装置布置有通过蒸发器装置的烟道气流，用于蒸发蒸发器装置中的剩余废水，并且将烟道气供应到湿法烟道气脱硫系统，用于从烟道气吸收酸性气体，以产生经处理的烟道气用于释放到环境中。该方法还包括在废水的加热和蒸发之前，将来自活性炭、活性焦、碱性试剂和防垢剂中的至少一种加入废水中。另外，该方法还包括将吸收剂液体供应到湿法烟道气脱硫系统，用于在与烟道气接触时从烟道气吸收酸性气体。根据该方法，在热交换器中的废水在约175°F至约350°F、或约80℃至约180℃的温度下，以及在约1巴(绝对)至约10巴(绝对)、或约1.4巴(绝对)至约6巴(绝对)的压力下加热。根据该方法，蒸发器装置可以是喷雾干燥器。另外根据该方法，蒸发器装置可以是具有吸湿剂材料分散的系统。再进一步地，公开的是用于蒸发废水且减少来自燃烧烟道气的酸性气体排放的系统，所述系统包括湿法烟道气脱硫系统，用于从烟道气吸收酸性气体，由此产生废水并且产生经处理的烟道气，用于释放到环境中，供应废水的热交换器，用于加热供应的废水，以产生经加热的废水，用于蒸发经加热的废水并且用于收集闪蒸器中剩余的废水的闪蒸器，以及在湿法烟道气脱硫系统上游的蒸发装置，用于蒸发流过蒸发器装置的烟道气流中的剩余废水。另外，该系统还包括流体连接到蒸发器装置的产生烟道气的燃烧单元，使得烟道气的至少第一部分被供应到蒸发器装置。根据该系统，蒸发器装置可以是喷雾干燥器。另外，蒸发器装置可以是具有吸湿剂材料分散的系统。此外，该系统包括可操作用于调节系统操作条件的控制装置。控制装置可操作以接纳来自一个或多个系统传感器的测量，用于间歇或连续测量温度、流速和湿度中的至少一种系统操作条件。系统热交换器可在约175°F至约350°F、或约80℃至约180℃的温度，以及约1巴(绝对)至约10巴(绝对)、或约1.4巴(绝对)至约6巴(绝对)的压力下操作，用于加热废水。上述和其他特征由下述附图和详细说明例示。
附图说明
现在参考其为示例性实施例的附图，并且其中相似的元件是相似编号的：
图1是用于蒸发废水且减少酸性气体排放的仪器的第一示例性实施例的方框图；
图2是用于蒸发废水且减少酸性气体排放的仪器的第二示例性实施例的方框图；
图3是用于蒸发废水且减少烟道气酸性气体排放的仪器的另一个示例性实施例的示意性方框图；和
图4是用于蒸发废水且减少烟道气酸性气体排放的仪器的另外一个示例性实施例的示意性方框图。
根据示例性实施例和相关示例性方法的下述描述，本文公开的创新的实施例的其他细节、目的和优点将变得显而易见。
具体实施方式
本文公开的是可配置为减少排放例如空气污染并且还减少废水排放的发电厂或工业工厂，用于蒸发废水以减少酸性气体排放的仪器，及其实践方法。用于蒸发废水以减少酸性气体排放的仪器的实施例可在发电厂、公共事业工厂和工业工厂中利用。
参考图1，发电厂或工业工厂可包括燃烧燃料以排出蒸汽和/或烟道气的燃烧单元，例如燃气涡轮机或锅炉单元1。锅炉单元1可进料至少一种含氧气流(例如氧化剂流，例如空气、O2气或包含O2气的另一类气体)和燃料，以燃烧燃料。燃料可以是化石燃料，例如煤、油或天然气。除蒸汽之外，烟道气可经由燃料的燃烧形成并且由锅炉单元1排出。蒸汽可被输送到涡轮机(未示出)，用于发电或其他用途(例如区域供热、过程加热等)。在将烟道气的至少一部分排出到大气之前，烟道气可被输送到其他元件以使用烟道气的热。
一个或多个导管可将锅炉单元1连接到氮氧化物去除单元3，使得烟道气可从锅炉单元1传送到氮氧化物去除单元3。氮氧化物去除单元3可配置为选择性催化还原(SCR)单元、选择性非催化还原(SNCR)单元、或配置为从烟道气中去除氮氧化物(例如NO2、NO3、NOx)的另一类元件。
在通过氮氧化物去除单元3之后，烟道气可分成多个流用于进一步加工或使用。例如，烟道气的第一部分可通过旁路导管4，用于绕过预热器5并将烟道气进料到蒸发器装置7。在仪器的一些实施例中，烟道气的第一部分可视为“滑流”。烟道气的第二部分可经由至少一个导管通过预热器5，所述至少一个导管将氮氧化物去除单元3连接到预热器5，以在流体进料到用于燃烧燃料的锅炉单元1之前加热流体流。烟道气的第二部分可在进料到颗粒收集器9之前通过预热器5。
蒸发器装置7可以是尺寸形成为接纳来自废水容器19的烟道气和液体废水的容器。至少一个废水导管23可将蒸发器装置7连接到废水容器19，用于接纳液体废水。废水容器19可以是废水容纳槽或其他容器，其配置为接纳来自工厂的一个或多个元件的液体废水，并且保留该废水用于以预定流速或受控流速将废水供应到蒸发器装置7。
蒸发器装置7可被配置为喷雾干燥器吸收器(SDA)，或能够使废水流与烟道气以使得烟道气冷却至降低的温度并且通过蒸发废水而增加烟道气的湿度水平的方式直接接触的其他装置或容器。蒸发器装置7可包括旋转雾化器、双流体喷嘴或其他分散元件，以将液体废水喷射或以其他方式分散到烟道气内，用于冷却且加湿烟道气以及蒸发废水。
在将烟道气进料到预热器5用于进料到蒸发器装置7之前，由锅炉单元1排出的烟道气的一部分的转向可允许相对热的烟道气(例如具有700°F、370℃、600°F至800°F、或300℃至450℃的温度的烟道气)进料到蒸发器装置。上述温度范围代表产生蒸汽的发电厂应用，其他工业或燃气应用可具有不同的温度范围。这种热烟道气的使用可允许输送到蒸发器装置7的烟道气蒸发与在其他热传递操作中先前已使用的较冷的烟道气(例如在烟道气已通过预热器5之后)相比较更大量的废水。通过在进入预热器5之前使烟道气转向而可用的较高烟道气温度可允许蒸发器装置7以较低的成本制造，因为与可被配置为利用更冷的烟道气的其他实施例相比较，蒸发器装置7的尺寸可能无需容纳较大体积的烟道气以蒸发所需量的废水。除节省成本之外，较小的蒸发器装置7的使用可允许蒸发器装置7、旁路导管4和输出导管8利用较小的占地面积，这可有利于改造发电厂或工业工厂内的仪器的实施例，所述仪器可具有相对低的空间可用性。
从预热器5的上游获取的热烟道气的使用具有另外的优点，因为在该位置处的烟道气压力高于在预热器后的烟道气压力。较高的压力可促进通过旁路导管4的烟道气的自然循环，用于进料到蒸发器装置7并输出到输出导管8，使得不需要泵或风扇来驱动烟道气来往蒸发器装置的流动。当然，泵或风扇仍可用作备用措施或用于确保烟道气流速的控制可维持在所需流速范围内。当在这样的实施例中使用泵或风扇时，由于通过使用较热的烟道气提供的较大的压力降，泵或风扇可能能够在较低的功率水平下操作。
进入蒸发器装置7的烟道气的流速、烟道气的温度和/或离开蒸发器装置7的烟道气的湿度可经由下述来监测：邻近蒸发器装置7的入口的至少一个流量传感器、至少一个温度传感器和/或至少一个湿度传感器(其放置邻近蒸发器装置7的出口或放置在蒸发器装置7的输出导管8内)，以控制蒸发器装置的操作，以确保烟道气被冷却到至少预先指定的温度并且具有预先指定的湿度水平。基于由一个或多个传感器检测到的烟道气的流速、温度和湿度水平，可调节进入旁路导管4内的烟道气的流速和/或进料到蒸发器装置7的废水。可替代地，可维持烟道气流速，同时控制废水流以达到烟道气的所需温度和湿度条件。
例如，可监测烟道气，以将输出导管8内的烟道气维持在预先指定的温度范围下，例如在180°F至300°F的温度下、或在80℃至150℃的温度下。作为另一个例子，可监测蒸发器装置7内和/或输出导管8内的烟道气的温度，以确保烟道气高于其绝热饱和温度至少10℃或30°F，以避免固体颗粒的润湿和/或腐蚀。在烟道气测定为低于预先指定的温度阈值的情况下，较大量的烟道气可被转向到旁路导管4内，用于进料到蒸发器装置7，和/或进料到蒸发器装置的废水量可减少，使得较少的废水与烟道气接触。在烟道气测定为高于预先指定的温度阈值的情况下，更多的废水可进料到蒸发器装置7和/或更少的烟道气可通过旁路导管4被输送到蒸发器装置。
进料到蒸发器装置7的液体废水可包括固体材料，例如悬浮在废水中的固体颗粒。废水还可包括在水中的成分，其可随着液体废水被加热而从水中沉淀出来并且随后在蒸发器装置7中蒸发。当固体存在于废水中时，固体可改善干燥操作。
在可优选用于至少一些应用的示例性实施例中，将固体材料加入废水中以促进废水的蒸发和溶解和悬浮的固体的干燥，因此避免潮湿颗粒在下游导管和容器中沉积。例如，来自颗粒收集器9的固体颗粒或来自烟道气脱硫系统的固体副产物可被进料到废水中，或与废水混合以将固体颗粒加入废水中。在废水进料到蒸发器装置之前，废水内的固体颗粒的混合可在废水容器19(例如容纳罐)中发生。
液体废水还可包括在其中混合或添加的其他成分。例如，可将含有碱性试剂的材料如石灰、熟石灰、碳酸钠、天然碱或碱性飞灰加入废水中。碱性试剂源17例如保留这种材料的容器可通过一个或多个管道或其他进料导管连接到废水容器19，用于将碱性试剂进料到废水，同时其保留在废水容器19中。在可替代实施例中，在烟道气进入蒸发器装置7之前、或在蒸发器装置7内或在烟道气已离开蒸发器装置之后，碱性试剂可与导管中的烟道气分开进料(例如碱性试剂可与废水分开进料到烟道气并且进入旁路导管4或输出导管8或蒸发器装置7内)。
可将预先指定量的碱性试剂进料到废水，使得废水是富碱的并且超过当废水经由与蒸发器7中的烟道气接触而蒸发时沉淀不溶性和重金属化合物所需的量。通过捕获烟道气内的酸性气体成分(例如氯化氢(HCl)、氟化氢(HF)、二氧化硫(SO2)、三氧化硫(SO3)和硫酸(H2SO4))，并且形成固体颗粒(例如亚硫酸钙(CaSO3)、硫酸钙(CaSO4)、氯化钙(CaCl2)和氟化钙(CaF2))，废水内过量的碱性试剂的存在还可帮助防止腐蚀且减少污染物排放。另外，固体内的任何未反应的碱性试剂可提供在烟道气内继续反应的吸附剂，以在烟道气传递出蒸发器装置7并进料到出口导管8时，继续捕获另外的酸性气体成分，在烟道气流已传递出预热器5之后，其将冷却且加湿的烟道气和固体颗粒进料到第一烟道气流。通过捕获烟道气内的酸性成分，这种吸附剂元件的存在可帮助防止下游设备的腐蚀，并且为酸性气体相关成分的下游收集提供另外的吸附剂，以防止这些成分排放到大气内。
在其中湿法烟道气脱硫系统13位于蒸发器装置下游的实施例中，由于碱性试剂在烟道气上游中的HCl捕获可减少净化废水的需要。蒸发器装置7的尺寸对于那些实施例因此可减小，因为将需要较少量的烟道气来蒸发较少量的废水。
另外，可将活性炭或活性焦加入废水容器19中，以在废水进料到蒸发器装置7之前，将活性炭或活性焦加入液体废水中。活性炭或活性焦的存在可导致金属化合物(例如汞、硒和砷)的吸附，并且当废水在蒸发器装置7中蒸发时，可抑制这些化合物蒸发的可能性。另外，液体废水中的活性炭或活性焦的存在可导致金属化合物(例如汞)的吸附，所述金属化合物可能存在于通过蒸发器装置7的烟道气中。
在一些实施例中，活性炭或活性焦可在将材料进料到废水容器19之前与碱性试剂混合。在其他实施例中，活性焦或活性炭可保持与碱性试剂分离并可分开加入废水中。
来自蒸发器装置7的输出导管8的烟道气的第一部分和固体颗粒可在导管或容器中与从预热器5输出的烟道气的第二部分合并，然后将烟道气的第一部分和第二部分与固体颗粒的组合进料到颗粒收集器9。颗粒收集器9可经由一个或多个导管连接到蒸发器装置7和预热器5，用于接纳合并的烟道气和固体颗粒。颗粒收集器9可被配置为沉淀器例如静电除尘器，或过滤器例如织物过滤器。颗粒收集器9可替代地可被配置为另一类颗粒收集器，其被配置为使固体颗粒与烟道气分离，和/或将固体颗粒从烟道气中沉淀出来，以使那些固体与烟道气分离。
分离的烟道气随后可经由至少一个导管进料到湿法烟道气脱硫系统13，所述至少一个导管将颗粒连接器9连接到湿法烟道气脱硫系统，用于在烟道气被输送到烟囱15例如烟筒或热回收蒸汽发生器用于排出到大气中之前，从烟道气中去除硫。至少一个导管可将湿法烟道气脱硫系统连接到烟囱15，用于将烟道气输送到烟囱15。在可替代实施例中，可利用干法烟道气脱硫系统代替湿法烟道气脱硫系统。
来自湿法烟道气脱硫系统13的废水可作为废水源被进料到废水容器19。例如，来自清洗流反应罐的废水、初级水力旋流器溢流或真空滤液可经由一个或多个导管进料到废水容器19，所述一个或多个导管将废水容器19互连到湿法烟道气脱硫系统13。另外，来自至少一个其他废水源21的废水可被进料到废水容器19。例如，来自冷却塔排污、暴雨径流和煤堆径流的废水，化学清洁废物和/或发电厂的灰池溢流可被收集或以其他方式输送到废水容器19中以保留在其中。还考虑废水源可来自其为仪器操作者的客户的另一工业方，其将废水输送到用于处理废水的仪器的操作者。
与烟道气分离的来自颗粒收集器的固体颗粒可包括在锅炉单元1中在化石燃料的原始燃烧期间产生的固体材料，所述固体材料可夹带在烟道气中。另外，由与烟道气接触以冷却且加湿烟道气的废水形成的固体，以及可经由颗粒收集器9形成或以其他方式提取的烟道气的沉淀物，例如飞灰，可经由颗粒收集器9与烟道气分离。通过颗粒收集器9分离的固体颗粒可经由至少一个固体颗粒导管11输送用于贮存、处理或其他分配。
在可替代实施例中，废水可进料到混合器装置，用于与碱性试剂、活性焦或活性炭、以及由颗粒收集器9分离的固体中的至少一部分混合。图2示出了这样的可替代实施例。
如由图2可见的，用于蒸发废水且减少酸性气体排放的仪器的实施例可这样配置，使得在烟道气已通过氮氧化物去除单元3以去除烟道气的氮氧化物组分之后，从锅炉单元1排出的烟道气的一部分被进料到旁路导管6以绕过预热器5。来自湿法烟道气脱硫系统13的废水和至少一个其他废水源21可暂时保留在废水容器19例如废水容纳槽中，然后通过导管23进料到混合器装置25，用于与从碱性试剂源17进料到混合器装置25的碱性试剂混合。对于这些实施例，考虑混合器装置25可被配置为由Alstom Power提供的NIDTM系统的混合器。当然，可替代地可使用其他类型的混合器装置。
导管可将碱性试剂源17和废水容器19连接到混合器装置25，用于将这些成分供应到混合器装置25。活性炭源28或活性焦源也可经由一个或多个导管连接到混合器装置25，所述一个或多个导管用于将活性炭或活性焦进料到混合器装置用于与废水混合。混合器装置25还可通过至少一个固体颗粒再循环导管29连接到颗粒收集器9，使得由颗粒收集器9分离的固体颗粒的至少一部分可进料到混合器装置25。固体颗粒再循环导管29的一部分可包括一个或多个筒仓或容器，其配置为在将固体颗粒进料到混合器装置25之前，用于暂时贮存由颗粒收集器9分离的固体颗粒。在可替代实施例中，来自颗粒收集器9的固体颗粒可贮存于远程筒仓或固体颗粒贮存装置内，其连接到固体颗粒再循环导管，用于将固体颗粒再循环到混合器装置25。
混合器装置25可接纳碱性试剂、来自颗粒收集器9的固体材料(例如固体颗粒)、活性炭或活性焦和液体废水。混合器装置25可搅动或以其他方式混合这些成分，以组合这些成分而形成混合物。由混合器装置25形成的混合物可形成为潮湿粉末(例如湿粉尘或潮湿粉尘)或浆料。当形成为潮湿粉末时，混合物可具有按重量计至少1％水的水含量，或更优选地，可具有按重量计2％至5％的水含量。还考虑实施例可配置为使得混合器装置形成具有按重量计1％至8％水的混合物。在另外其他实施例中，考虑混合器装置可配置为形成具有含水量的潮湿粉末，所述含水量范围为按重量计1％水到按重量计超过8％水的含量值。
经由混合器装置25形成的混合物随后可从混合器装置输出。至少一个混合物分配导管27可将混合器装置25连接到旁路导管6，以将废水、碱性试剂、活性炭或活性焦和固体颗粒的混合物进料到通过旁路导管的烟道气。一个或多个喷嘴或其他分散机构可被配置为将混合物分散或喷射在旁路导管6内，以将混合物进料到烟道气。混合物分配导管27可这样配置，使得由混合器装置25形成的混合物可分散在旁路导管6的一个离散位置内，或可分散在旁路导管6中的多个不同间隔开的位置处，以接触通过旁路导管6的烟道气。烟道气和混合物随后可通过旁路导管的剩余部分，并且随后与传递出预热器5的烟道气合并。仪器的可替代实施例可被配置为允许废水流或碱性物流或来自颗粒收集器9的固体颗粒中的任何一个分开加入旁路导管6或蒸发器容器31内。
烟道气和混合物两者均通过其的旁路导管6的一部分可视为一类蒸发器装置，因为当烟道气暴露于并直接接触混合物内的废水时，烟道气被冷却且加湿，并且混合物内的固体颗粒在暴露于热烟道气并直接接触热烟道气时被干燥。
考虑旁路导管6可包括至少一个蒸发器容器31(在图2中以折线显示)，其被配置为接纳烟道气和来自混合器装置25的混合物，以使这些成分在蒸发器容器31内保留预先指定的停留时间，以确保混合物与烟道气的充分混合，以确保来自混合物的废水被充分蒸发，混合物的固体颗粒被充分干燥，并且烟道气被充分冷却且加湿，以满足特定的一组设计标准。像这样，蒸发器容器31可视为一类蒸发器装置。烟道气在进料混合物之后且在进料到颗粒收集器9(例如，蒸发器容器31)之前穿过其的导管一部分可以是Alstom Power NIDTM系统的J管道反应器或J管道，或具有至少一个垂直延伸部分的其他类型的管道，所述管道为烟道气和混合物提供足够的停留时间，以确保当烟道气和颗粒物通过管道垂直移动到颗粒收集器9时，烟道气被冷却到预先指定的温度，并且固体颗粒被干燥到预先指定干燥的程度。来自混合器装置25的混合物可直接进料到蒸发器容器31内，或可在烟道气和混合物通过蒸发器容器31之前进料到旁路导管6。
在传递出预热器5的烟道气流与来自旁路导管6的烟道气、蒸发的废水和固体颗粒合并之后，这些组合的材料可被进料到颗粒收集器9，用于使固体颗粒与烟道气分离。固体颗粒可这样分离，使得经分离的固体材料中的至少一部分经由再循环导管29再循环到混合器装置。固体材料的另一部分可输出用于后续处理和分配。
与固体颗粒分离的烟道气可从颗粒收集器9传递到湿法烟道气脱硫系统13，用于在从烟囱15(例如热蒸汽回收发生器或烟筒)排出之前的后续加工。来自湿法烟道气脱硫系统13的废水以及来自其他工厂操作的废水或来自另一废水源21的废水可被进料到废水容器19，用于保留和随后在混合器装置25中使用。在可替代实施例中，可利用干法烟道气脱硫系统代替湿法烟道气脱硫系统。
考虑除来自发电厂或工业工厂操作的废水之外，来自其他工业设施的废水可经由管、管道或其他导管输送到废水容器19。在一些实施例中，在用于蒸发废水且减少酸性气体排放的仪器的操作中，除利用其自身的废水之外，发电厂操作者因此还可收取服务费用于处理来自工业客户或需要废水去除的其他第三方的废水。
在一些实施例中，考虑在烟道气已经由至少一个混合物进料导管27a(在图2中以折线显示)通过预热器5之后，并且在烟道气、蒸发的废水和固体颗粒通过颗粒收集器9之前，在混合器装置25中形成的混合物可传递至烟道气，在通过预热器5之后使得烟道气可被冷却且加湿，并且混合物内的固体颗粒可在将烟道气输送到预加热器5下游的颗粒收集器9的导管或容器内被干燥(例如在烟道气已通过预热器5之后)。这种仪器实施例可以是有利的，因为它可提供相对小的占地面积，其允许发电厂或工业工厂以最小资本成本用该仪器进行改造。
例如，对于这样配置使得由混合器装置25形成的混合物在其已离开预加热器5之后并且在其已经由至少一个混合物进料导管27a进料到颗粒收集器9之前进料到所有烟道气的仪器实施例，可能不需要旁路导管6。此外，考虑可利用将来自预热器的烟道气输送到颗粒收集器的发电厂或工业工厂内的预先存在的导管，伴随对于将混合物和烟道气输送到颗粒收集器9的最小修改。输送混合物和烟道气两者的该导管的一部分可这样配置，使得混合物具有使烟道气通过该导管的足够停留时间，以确保在进入颗粒收集器9之前，烟道气被充分冷却，并且在混合物内的固体颗粒被充分干燥。例如，烟道气在传递出预热器5之后可在250°F至400°F、或120℃至205℃的温度下，并且随后在接触来自混合器装置25的混合物时进一步冷却到180°F至300°F或80℃至150℃的温度，使得在进料到颗粒收集器9之前，固体颗粒被充分干燥并且烟道气被冷却且加湿。
在仪器的一些实施例中，考虑多个不同的混合物进料导管可用于将来自混合器装置25的混合物进料到在仪器或发电厂内的多个不同间隔开的位置处的烟道气。例如，在烟道气通过预热器5之前，可将混合物的一部分经由混合物进料导管进料到烟道气中，并且可在烟道气通过预热器5之后，将混合物的另一部分进料到烟道气中。
在旁路导管6内或在将烟道气进料到颗粒收集器9的另一个导管内的烟道气的流速、温度和/或湿度可经由至少一个流量传感器、至少一个温度传感器、和/或至少一个湿度传感器进行监测，以控制混合器装置25的操作，以确保烟道气被冷却到至少预先指定的温度并且具有预先指定的湿度水平。例如，基于由一个或多个传感器检测到的温度和/或湿度水平，可调节进料到混合器装置25的废水的流速或进料到烟道气的在混合物内混合的水量，以使在旁路导管6内或在将烟道气进料到颗粒收集器9的导管内的烟道气维持在预先指定的温度范围，例如在200°F至300°F的温度下、在90°至150℃的温度下、或在高于其绝热饱和温度至少10℃或30°F的温度下，以避免固体颗粒的润湿和/或腐蚀。
参考图3，发电厂或工业工厂系统10包括燃烧燃料F产生蒸汽和/或烟道气FG的燃烧单元1，例如燃气涡轮机或锅炉单元。燃烧单元1经由管2a供应来自气体供应源2的至少一个含氧气流O，例如氧化剂流例如空气、O2气或包含O2气的另一类气体，并且经由管道4a供应来自燃料供应源4的燃料F，用于在燃烧单元1内燃烧燃料F。燃烧的燃料F可以是化石燃料，例如煤、油或天然气。除蒸汽之外，烟道气FG可经由燃料F的燃烧形成并且由燃烧单元1排出。所产生的蒸汽可被输送到涡轮机(未示出)，用于发电或其他用途，例如区域供热、过程加热等等。在处理烟道气FG后将烟道气FG的至少一部分排出到大气之前，所生成的烟道气FG可被输送到其他系统10设备，用于传递来自烟道气FG的热能。
一个或多个导管1a将燃烧单元1连接到氮氧化物去除单元3，用于从燃烧单元1到氮氧化物去除单元3的烟道气FG流。氮氧化物去除单元3被配置为选择性催化还原(SCR)单元、选择性非催化还原(SNCR)单元、或配置为从烟道气FG中去除氮氧化物(例如NO2、N2O3、NOx)的另一类系统10的设备。
在流过氮氧化物去除单元3之后，烟道气FG经由至少一个导管3a流入预热器5内，所述至少一个导管3a将氮氧化物去除单元3连接到预热器5。在经加热的流体P经由管道5a供应到燃烧单元1用于燃烧燃料F之前，来自流体供给源16的流体P例如来自大气的空气，经由管16a供应到预热器5以产生经加热的流体P。烟道气FG在被分成多个流用于进一步处理或使用之前流过预热器5。例如，烟道气FG的第一部分从预热器5通过旁路导管51，用于将其供应到流体连接的蒸发器装置7。从蒸发器装置7，烟道气FG经由管道7a流动到管道5b，所述管道5b将预热器5流体连接到颗粒收集器9。在系统10的一些实施例中，流动到蒸发器装置7的烟道气FG的第一部分视为“滑流”。烟道气FG的第二部分经由流体连接的管道5b直接从预热器5流动到颗粒收集器9。
蒸发器装置7可以是尺寸设计为接收来自湿法烟道气脱硫系统13的烟道气FG和液体废水WW的容器，所述湿法烟道气脱硫系统13布置在蒸发器装置7的下游。像这样，来自湿法烟道气脱硫系统13的液体废水WW流过废水导管57、热交换器53、废水导管55、阀75、闪蒸器77和流体连接到蒸发器装置7的管道77a。废水WW从湿法烟道气脱硫系统13以预先指定的流速或受控的流速供应到蒸发器装置7，如下文更详细地描述的。
蒸发器装置7可被配置为喷雾干燥器，或者能够使废水流与烟道气FG以使得烟道气FG冷却至约180°F至约300°F或约80℃至约150℃的降低温度的方式直接接触的其他装置或容器。蒸发器装置7可包括旋转雾化器、双流体喷嘴或其他分散元件90，以将废水WW喷射或以其他方式分散到烟道气FG内，用于冷却且加湿烟道气FG并且用于蒸发废水WW。同样地，扩散元件90可用于将吸湿剂材料AM分散在蒸发器装置7内。
在用于供应到蒸发器装置7的预热器5之后，供应由燃烧单元1生成的烟道气FG的一部分实现相对热的烟道气FG的使用，例如在蒸发器装置7中具有约250°F至约400°F或约120℃至约205℃的温度的烟道气FG。上述温度范围代表来自产生蒸汽的发电厂系统10应用的烟道气FG温度。其他工业或燃气系统应用可生成具有不同温度和/或温度范围的烟道气FG。与在一致但较低温度条件下蒸发的废水WW的量相比较，在蒸发器装置7中的上述温度或温度范围的相对热的烟道气FG的使用实现了相对较大量的废水WW的蒸发。废水WW在热交换器53中的加热和/或蒸发进一步增加了蒸发装置7的废水WW蒸发能力。离开热交换器53的废水WW的温度为约175°F至约350°F、或约80℃至约180℃。如上所述，为了达到所需的废水WW温度，废水WW通过热交换器53。还通过热交换器53的是热交换剂HA，所述热交换剂HA通常在与废水WW相反的方向上循环通过热交换器53。热交换剂HA由热源69例如系统10蒸汽进行加热。在热交换剂HA被加热后，其经由导管71流动到热交换器53，其中热能从热交换剂HA传递到废水WW，由此加热废水WW。在将热能传递到废水WW后，冷却的传热剂HA经由导管73循环回到热源69用于再加热。
在主题系统10中，热交换器53操作用于加热和/或蒸发在湿法烟道气脱硫系统13中产生的废水WW，以产生经加热的废水WW和/或蒸汽。在操作中，来自湿法烟道气脱硫系统13的废水WW通过流体连接的废水导管57泵送到热交换器53的内部53a内。当废水WW流过热交换器53的内部53a时，废水WW的加热和/或蒸发将取决于热交换器53中存在的特定温度和压力条件而发生，以产生经加热的废水WW和/或蒸汽。在热交换器53的内部53a内，热交换剂HA用于将热能传递到在其中流动的废水WW，以产生经加热的废水WW和/或蒸汽。所得的冷却的热交换剂HA经由流体连接的导管73从热交换器53继续循环到热源69。由热交换器53产生的经加热的废水WW和/或蒸汽经由废水导管55流过阀75进入流体连接的闪蒸器77内。阀75可操作用于废水导管55中的压力降低。废水导管55经由阀75的压力降低导致闪蒸器77中的废水WW的膨胀和闪蒸，其中任何剩余的废水WW收集在闪蒸器77中。在废水导管55中的阀75上游的是约1巴(绝对)至约10巴(绝对)，或更优选地，约1.4巴(绝对)至约6巴(绝对)的压力。在废水导管55中的阀75下游的是约大气压至约1.3巴(绝对压力)，或更优选地，约负1000mm水柱至约环境压力的压力。在闪蒸器77中收集的任何剩余的废水WW连同悬浮颗粒物质一起经由管道77a流入流体连接的蒸发器装置7内。此外，来自闪蒸器77的蒸发的废水WW可经由管道77c流动到颗粒收集器9上游的流体连接的管道5b，以润湿流过其中的烟道气FG。任选地，热交换器53可以是再沸器或釜式锅炉，其中废水WW上方的再沸器或釜式锅炉中的开放空间也充当闪蒸器77，由此将闪蒸器77并入其中。像这样，不需要分开的闪蒸器77。
主题系统10的优点在于较低质量的热能可用于废水WW蒸发。废热和/或较低质量的蒸汽可用作热交换器53中的热源，所述热源由此允许在蒸发器装置7中使用较低温度的烟道气FG。总体效应是系统10热效率的显著改善。
由预热器5下游的管道5b供应的烟道气FG可具有的压力低于由预热器5上游的导管3a供应的烟道气FG的压力。因此，为了促进烟道气FG的循环通过导管51、蒸发器装置7和输出导管7a，泵或风扇61布置在导管7a中。泵或风扇61可操作用于驱动烟道气FG流动通过蒸发器装置7。泵或风扇61根据需要用于系统10中，用于烟道气FG流速控制，以将烟道气FG流速维持在所需预定流速范围内。
进入蒸发器装置7的烟道气FG的流速、烟道气FG的温度和离开蒸发器装置7的烟道气FG的湿度可各自经由下述来监测：邻近蒸发器装置7的入口7b的至少一个流量传感器50、至少一个温度传感器52和至少一个湿度传感器54(其放置邻近蒸发器装置7的出口7c或放置在蒸发器装置7的输出导管7a内)，以控制蒸发器装置7的操作条件。蒸发器装置7的操作条件的控制使得烟道气FG能够冷却到至少预先指定的温度或温度范围，并且任选地或除此之外，至预定水平的湿度。流过导管51的烟道气FG和/或经由管道77a从闪蒸器77和经由导管55从热交换器53供应到蒸发器装置7的废水WW的流速，可使用手动控制或通过控制装置81电子控制的一个或多个阀79进行调节。一个或多个阀79的控制装置81调节基于如由一个或多个传感器50、52、54测量的烟道气FG的流速、温度和湿度水平。由一个或多个传感器50、52、54测量的测量结果被电子发送到控制装置81。控制装置81被编程有用于系统10的所需预定测量，用于控制阀79。像这样，烟道气FG流速可在经由一个或多个阀79控制废水WW流速的同时加以维持，以实现如由闪蒸器77中的温度传感器77b测量的废水WW的所需预定温度，以及如由至少一个温度传感器52和至少一个湿度传感器54(其放置邻近蒸发器装置7的出口7c或放置在蒸发器装置7的输出导管7a内)测量的烟道气FG的所需预定温度和湿度条件。
例如，可连续或间歇地测量烟道气FG，以将输出导管7a内的烟道气FG维持在预先指定的温度范围下，例如约180°F至约300°F或约80℃至约150℃的温度范围。作为另一个例子，蒸发器装置7内和/或输出导管7a内的烟道气FG的温度可连续或间歇地测量，以将烟道气FG维持在高于其绝热饱和温度至少约30°F、约10℃的温度下，以避免其中夹带的任何固体颗粒的润湿和/或由此的腐蚀。在烟道气FG被测量为处于低于预定温度阈值的温度的情况下，通过调节阀79，增加的或相对较大量的烟道气FG可被转向导管51内，用于供应到蒸发器装置7，和/或减少的或相对较小量的废水WW可供应到蒸发器装置7，使得较少量或较小量的废水WW接触烟道气FG，由此减少其冷却。在烟道气FG被测量为处于高于预定温度阈值的温度的情况下，通过调节阀79，增加的或相对较大量的废水WW可供应到蒸发器装置7，和/或减少的或相对较小量的烟道气FG可通过导管51供应到蒸发器装置7，使得废水WW接触较少量或较小量的烟道气FG，由此增加其冷却。作为选择，除手动控制或由控制装置81电子控制的一个或多个阀79之外，其他系统设备例如其他阀、泵、风扇、传感器、风门、供应源等等可手动控制，或与控制装置81连通和/或由控制装置81电子控制。涉及控制装置81的这种进一步的电子连通/电子控制在图3中未示出，为了保持图3中的清晰度。然而，控制装置81可用于与其他系统设备例如其他阀、泵、风扇、传感器、风门、供应源等等连通并且控制其他系统设备，以根据被编程到控制装置81内的系统10的预定所需操作参数影响电子系统10操作参数调节用于系统10的操作。
进料到蒸发器装置7的废水WW可包括在废水WW内的悬浮颗粒物质。废水WW还可包括成分例如不溶性和重金属化合物，当废水WW在闪蒸器77中闪蒸和在蒸发器装置7中的蒸发之前，在热交换器53中被加热和/或蒸发时，所述成分可从废水WW中沉淀出来。当悬浮颗粒物质存在于废水WW中时，悬浮颗粒物质可改善干燥操作。
在可优选用于系统10的至少一些应用的例子中，将颗粒物质加入废水WW中，以促进废水WW的蒸发并且实现溶解和悬浮的颗粒物质的干燥，以避免其在下游导管和容器中的沉积。例如，在颗粒收集器9中收集的分离固体和/或在湿法烟道气脱硫系统13中产生的固体副产物可组合，并且作为防垢剂AS从防垢剂源63经由导管64供应到废水WW用于与其混合。在废水WW被进料到热交换器53、闪蒸器77和蒸发器装置7之前，在废水WW中的防垢剂AS混合可在废水导管57中发生。
如上所述，液体废水WW还可包括可在其中混合或添加的其他材料。例如，可将碱性试剂AR例如石灰、熟石灰、碳酸钠、天然碱或碱性飞灰加入废水WW中。碱性试剂源65例如保留碱性试剂AR的容器可通过一个或多个管67或其他导管连接到废水导管57，所述一个或多个管67或其他导管用于在废水WW流过废水导管57的同时将碱性试剂AR进料到废水WW。
可将预先指定量的碱性试剂AR进料到废水WW，使得废水WW是富碱的并且超过当废水WW经由与蒸发器装置7中的烟道气FG接触而蒸发时，沉淀来自废水WW的成分例如不溶性和重金属化合物所需的量。通过捕获烟道气FG内的酸性气体(例如氯化氢(HCl)、氟化氢(HF)、二氧化硫(SO2)、三氧化硫(SO3)和硫酸(H2SO4))，并且形成在废水WW中携带的悬浮颗粒物质(例如亚硫酸钙(CaSO3)、硫酸钙(CaSO4)、氯化钙(CaCl2)和氟化钙(CaF2))，废水WW内过量的碱性试剂AR的存在还可帮助防止腐蚀且减少排放。另外，在烟道气FG内夹带的任何未反应的碱性试剂AR继续在烟道气FG内反应，以在烟道气FG从蒸发器装置7流过供应冷却且加湿的烟道气FG的出口导管7a到导管5b中从预热器5流出的烟道气流FG流时，捕获另外的酸性气体。通过捕获烟道气FG内的酸性气体，夹带在烟道气FG内的这种未反应的碱性试剂AR的存在可帮助防止下游系统10设备的腐蚀，并且由此防止酸性气体排放到大气中。
如在主题系统10中，其中湿法烟道气脱硫系统13位于蒸发器装置7的下游，由于未反应的碱性试剂AR的存在，湿法烟道气脱硫系统13上游的烟道气FG中酸性气体的捕获可减少经常净化来自湿法烟道气脱硫系统13的废水WW的需要。
另外，经由流体连接到导管57和/或导管55的管道82，活性炭或活性焦AC可经由碳供应源80加入废水WW中。像这样，在废水WW被进料到闪蒸器77和蒸发器装置7之前，可将活性炭或活性焦AC加入液体废水WW中。活性炭或活性焦的存在可导致成分例如不溶性和重金属化合物(例如汞、硒和砷)的吸附，并且当废水WW在蒸发器装置7中蒸发时，可抑制这些成分蒸发的可能性。另外，液体废水WW中的活性炭或活性焦AC的存在可导致成分例如不溶性和重金属化合物(例如汞)的吸附，所述成分可存在于流过蒸发器装置7的烟道气FG中。
在一些实施例中，在将混合材料从碱性试剂源65经由管67进料到废水导管57之前，活性炭或活性焦AC可与碱性试剂AR混合。在其他实施例中，活性焦或活性炭AC可保持与碱性试剂AR分离，并且可如上文示出且描述的分开加入废水WW中。
来自蒸发器装置7的输出导管7a的烟道气FG的第一部分可在导管5b中与从预热器5输出的烟道气FG的第二部分合并，然后将烟道气FG的这些组合第一部分和第二部分即合并的烟道气FG进料到颗粒收集器9。颗粒收集器9经由导管7a和5b流体连接到蒸发器装置7，并且经由导管5b流体连接到预热器5，用于接纳合并的烟道气FG。颗粒收集器9可被配置为沉淀器例如静电除尘器，或过滤器例如织物过滤器。颗粒收集器9可替代地可被配置为另一类颗粒收集器，其被配置为使固体颗粒和/或颗粒物质作为分离的固体与烟道气FG分离。
从颗粒收集器9流出的烟道气FG经由至少一个导管9a流动到湿法烟道气脱硫系统13，所述至少一个导管9a将颗粒连接器9连接到湿法烟道气脱硫系统13。湿法烟道气脱硫系统13使用分散的吸收剂液体AL，例如在水中的碱性试剂，以在经处理的烟道气FG经由导管13a流动到烟囱15(例如烟筒或热回收蒸汽发生器，用于将经处理的烟道气FG排放到大气中)之前，从烟道气FG中去除硫氧化物以产生经处理的烟道气FG。在湿法烟道气脱硫系统13中产生的废水WW经由废水导管57供应到热交换器53。
来自颗粒收集器9的分离固体可包括在烟道气FG内夹带的在燃烧单元1中的化石燃料F的最初燃烧期间产生的固体颗粒。另外，在冷却且加湿烟道气FG的同时，由废水WW与烟道气FG接触形成并且由此夹带在烟道气FG内的任何颗粒物质，经由颗粒收集器9与烟道气FG分离。由颗粒收集器9分离的经分离固体可经由至少一个固体导管11输送用于贮存、处理或其他分配。作为另一选择，由颗粒收集器9分离的经分离固体可经由管道9b输送到闪蒸器77，并且经由管道77a输送到蒸发器装置7，以增强蒸发器装置7中的废水WW的蒸发。
本文还公开的是使用系统10用于湿烟道气脱硫的方法，不含废水WW排放。使用系统10的方法包括使用具有吸收剂液体AL(例如，在水中的碱性试剂)流的湿法烟道气脱硫系统13，用于流过其中的烟道气FG的湿烟道气脱硫，以减少烟道气酸性气体，并且由此产生经处理的烟道气，加热和/或蒸发在热交换器53中来自烟道气脱硫系统13的废水WW，以产生经加热的废水WW和/或蒸汽，减压，至少部分地蒸发废水WW，并且收集在闪蒸器77中任何剩余的废水WW，将收集的废水WW从闪蒸器77供应到蒸发器装置7用于其蒸发，并且将经处理的烟道气FG从湿法烟道气脱硫系统13释放到环境中。
参考图4，发电厂或工业工厂系统10包括燃烧燃料F产生蒸汽和/或烟道气FG的燃烧单元1，例如燃气涡轮机或锅炉单元。燃烧单元1经由管2a供应来自气体供应源2的至少一个含氧气流O，例如氧化剂流例如空气、O2气或包含O2气的另一类气体，并且经由管道4a供应来自燃料供应源4的燃料F，用于在燃烧单元1内燃烧燃料F。燃烧的燃料F可以是化石燃料F，例如煤、油或天然气。除蒸汽之外，烟道气FG可经由燃料F的燃烧形成并且由燃烧单元1排出。所产生的蒸汽可被输送到涡轮机(未示出)，用于发电或其他用途，例如区域供热、过程加热等等。在处理烟道气FG后将烟道气FG的至少一部分排出到大气之前，所生成的烟道气FG可被输送到其他系统10设备，用于传递来自烟道气FG的热能。
一个或多个导管1a将燃烧单元1连接到氮氧化物去除单元3，用于从燃烧单元1到氮氧化物去除单元3的烟道气FG流。氮氧化物去除单元3被配置为选择性催化还原(SCR)单元、选择性非催化还原(SNCR)单元、或配置为从烟道气FG中去除氮氧化物(例如NO2、N2O3、NOx)的另一类设备。
在流过氮氧化物去除单元3之后，烟道气FG经由至少一个导管3a流过预热器5，所述至少一个导管3a将氮氧化物去除单元3连接到预热器5。在经加热的流体P经由管道5a供应到燃烧单元1用于燃烧燃料F之前，来自流体供给源6的流体P例如来自大气的空气，经由管6a供应到预热器5以产生经加热的流体P。烟道气FG流过预热器5并经由管道5b流动到颗粒收集器9。在烟道气FG流过颗粒收集器9之后，其中固体作为分离的固体与烟道气FG分离并且收集在颗粒收集器9中，烟道气FG流过导管9a，并且分成多个流用于进一步处理或使用。例如，烟道气FG的第一部分流过旁路导管96，用于将其供应到流体连接的蒸发器装置7。从蒸发器装置7，烟道气FG经由管道7a流动到流体连接的管道5b。相应地，当烟道气FG在导管9a中分流时，流动到蒸发器装置7的烟道气FG的第一部分在系统10的一些实施例中视为“滑流”。烟道气FG的第二部分直接从颗粒收集器9经由流体连接的导管9a流动到湿法烟道气脱硫系统13。
蒸发器装置7可以是尺寸设计为接收来自湿法烟道气脱硫系统13的烟道气FG和液体废水WW的容器，所述湿法烟道气脱硫系统13布置在蒸发器装置7的下游。像这样，来自湿法烟道气脱硫系统13的液体废水WW流过废水导管57、热交换器53、废水导管55、阀75、闪蒸器77和流体连接到蒸发器装置7的管道77a。废水WW从湿法烟道气脱硫系统13以预先指定的流速或受控的流速供应到蒸发器装置7，如下文更详细地描述的。
蒸发器装置7可被配置为喷雾干燥器，或者能够使废水WW流与烟道气FG以使得烟道气FG冷却至约180°F至约300°F或约80℃至约150℃的降低温度的方式直接接触的其他装置或容器。蒸发器装置7可包括旋转雾化器、双流体喷嘴或其他分散元件90，以将废水WW喷射或以其他方式分散到烟道气FG内，用于冷却且加湿烟道气FG以及蒸发废水WW。同样地，扩散元件90可用于将吸湿剂材料AM分散在蒸发器装置7内。
在用于供应到蒸发器装置7的颗粒收集器9之后，供应由燃烧单元1生成的烟道气FG的一部分实现在蒸发器装置7中具有约250°F至约400°F或约120℃至约205℃的温度的烟道气FG的使用。上述温度范围代表来自产生蒸汽的发电厂系统10应用的烟道气FG温度。其他工业或燃气系统应用可生成具有不同温度和/或温度范围的烟道气FG。废水WW在热交换器53中的加热和/或蒸发进一步增加了蒸发装置7的废水WW蒸发能力。离开热交换器53的废水WW的温度为约175°F至约350°F、或约80℃至约180℃。如上所述，为了达到所需的废水WW温度，废水WW通过热交换器53。还通过热交换器53的是热交换剂HA，所述热交换剂HA在通常与废水WW相反的方向上循环通过热交换器53。热交换剂HA由热源69例如系统10蒸汽进行加热。在热交换剂HA被加热以产生加热的热交换试剂HA之后，加热的热交换试剂HA经由导管71流动到热交换器53，其中热能从加热的热交换剂HA传递到废水WW，由此加热和/或蒸发废水WW。在将热能传递到废水WW后，冷却的传热剂HA经由导管73循环回到热源69用于再加热。
在主题系统10中，热交换器53操作用于加热和/或蒸发废水WW，所述废水WW在湿法烟道气脱硫系统13中产生且由湿法烟道气脱硫系统13收集。在操作中，来自湿法烟道气脱硫系统13的废水WW流过流体连接的废水导管57进入热交换器53的内部53a内。当废水WW流过热交换器53的内部53a时，废水WW的加热和/或蒸发将取决于热交换器53中存在的特定温度和压力条件而发生，以产生经加热的废水WW和/或蒸汽。在热交换器53的内部53a内，加热的热交换剂HA用于将热能传递到在其中流动的废水WW。所得的冷却的热交换剂HA经由流体连接的导管73从热交换器53继续循环到热源69。在热交换器53中的废水WW的加热和/或蒸发之后，蒸汽和/或经加热的废水WW经由废水导管55流过阀75并且进入流体连接的闪蒸器77内。阀75可操作用于废水导管55中的压力降低。废水导管55经由阀75的压力降低导致闪蒸器77中经加热的废水WW的膨胀和闪蒸，其中任何剩余的废水WW收集在闪蒸器77中。闪蒸在本文中定义为在约175°F至约350°F或约80℃至约180℃的温度下，在约部分真空至约1.3巴(绝对)压力下，以约40至约1000升废水WW/分钟的速率的蒸发。在废水导管55中的阀75上游的是约1巴(绝对)至约10巴(绝对)，或更优选地，约1.4巴(绝对)至约6巴(绝对)的压力。在废水导管55中的阀75下游的是约部分真空至约1.3巴(绝对压力)，或更优选地，约负1000mm水柱至约环境压力的压力，用于在闪蒸器77中经加热的废水WW的膨胀和闪蒸。在闪蒸器77中收集的任何剩余的废水WW连同悬浮颗粒物质一起经由管道77a流入流体连接的蒸发器装置7内。此外，来自闪蒸器77的蒸发的废水WW可经由管道77c流动到颗粒收集器9上游的流体连接的管道5b，以润湿流过其中的烟道气FG。任选地，热交换器53可以是再沸器或釜式锅炉，其中废水WW上方的再沸器或釜式锅炉中的开放空间也充当闪蒸器77，由此将闪蒸器77并入其中。像这样，不需要分开的闪蒸器77。
主题系统10的优点在于加热和/或蒸发在热交换器53中的废水WW以产生经加热的废水WW和/或蒸汽用于闪蒸器77中的下游膨胀和闪蒸，减少了在蒸发器装置7中蒸发的废水WW的量。像这样，由于其相对较小的尺寸要求，蒸发器装置7可以相对较低的成本制造。由于与配置为利用相对较大量的相对较低温度的废水WW的系统相比较，相对较高温度的废水WW相对较小的量，蒸发器装置7的尺寸在主题系统10中可减小。使用热和压力加热和/或蒸发在热交换器53中的废水WW，实现了使用相对较小尺寸的蒸发器装置7的有效废水WW蒸发。除基于相对较小的蒸发器装置7的制造和使用的资本和操作费用减少之外，主题系统10的相对较小的蒸发器装置7也占据相对较小的占地面积。较小占地面积的设备在改造可能具有相对低的空间可用性的发电厂或工业工厂内的现有系统方面是特别有利的。
由颗粒收集器9下游的导管9a供应的烟道气FG可具有的压力低于由预热器5上游的导管3a供应的烟道气FG的压力。因此，为了促进烟道气FG的循环通过导管96、蒸发器装置7和输出导管7a，泵或风扇61布置在导管7a中。泵或风扇61可操作用于驱动烟道气FG流动通过导管96、蒸发器装置7和输出导管7a。泵或风扇61可根据需要用于系统10中，用于烟道气FG流速控制，以将烟道气FG流速维持在所需预定流速范围内。由于在热交换器53和/或闪蒸器77中已发生至少部分蒸发之后，使蒸发器7中的剩余废水WW蒸发所需的相对较小量的烟道气FG，主题系统10中的泵或风扇61使用相对较少的功率来操作。许多时候，系统10将具有在导管9a中的相对大的风扇92，以增加烟道气FG上的导管9a中的压力，用于使其流过湿法烟道气脱硫系统13。在这些情况下，将烟道气FG的一部分从风扇92的下游带到蒸发器装置7可以是有利的，从而避免对泵或风扇61的需要。
进入蒸发器装置7的烟道气FG的流速、烟道气FG的温度和离开蒸发器装置7的烟道气FG的湿度可经由下述来监测：邻近蒸发器装置7的入口7b的至少一个流量传感器50、至少一个温度传感器52和至少一个湿度传感器54(其放置邻近蒸发器装置7的出口7c或放置在蒸发器装置7的输出导管7a内)，以控制蒸发器装置7的操作条件。蒸发器装置7的操作条件的控制使得烟道气FG能够冷却到至少预先指定的温度，并且任选地或除此之外，至预定水平的湿度。使用一个或多个风门或阀94和/或使用泵或风扇61用于控制，可调节流过导管96到蒸发器装置7的烟道气FG的流速。经由管道77a从闪蒸器77和经由导管55从热交换器53供应到蒸发器装置7的废水WW的流速，可基于由一个或多个传感器50、52、54测量的烟道气FG的流速、温度和湿度水平，使用手动控制或通过控制装置81电子控制的一个或多个阀79进行调节。由一个或多个传感器50、52、54测量的测量结果被电子发送到控制装置81。控制装置81被编程有用于系统10的所需预定测量，用于控制阀79。同样地，烟道气FG流速可在经由一个或多个阀79控制废水WW流速的同时加以维持，以实现如由闪蒸器77中的温度传感器77b测量的废水WW的所需预定温度，以及如由至少一个温度传感器52和至少一个湿度传感器54(其放置邻近蒸发器装置7的出口7c或放置在蒸发器装置7的输出导管7a内)测量的烟道气FG的所需预定温度和湿度条件。
例如，可连续或间歇地测量烟道气FG，以将输出导管7a内的烟道气FG维持在预先指定的温度范围下，例如约180°F至约300°F或约80℃至约150℃的温度范围。作为另一个例子，蒸发器装置7内和/或输出导管7a内的烟道气FG的温度可连续或间歇地测量，以将烟道气FG维持在高于其绝热饱和温度至少约30°F或约10℃的温度下，以避免其中夹带的任何固体颗粒的润湿和/或由此的腐蚀。在烟道气FG被测量为处于低于预定温度阈值的温度的情况下，通过调节阀79，增加的或相对较大量的烟道气FG可被转向导管96内，用于供应到蒸发器装置7，和/或减少的或相对较小量的废水WW可供应到蒸发器装置7，使得较少量或较小量的废水WW接触烟道气FG，由此减少烟道气FG的冷却。在烟道气FG被测量为处于高于预定温度阈值的温度的情况下，通过调节阀79，增加的或相对较大量的废水WW可供应到蒸发器装置7，和/或减少的或相对较小量的烟道气FG可通过导管96供应到蒸发器装置7，使得废水WW接触较少量或较小量的烟道气FG，由此增加烟道气FG的冷却。作为选择，除手动控制或由控制装置81电子控制的一个或多个阀79之外，其他系统设备例如其他阀、泵、风扇、传感器、风门、供应源等等可手动控制，或与控制装置81连通和/或由控制装置81电子控制。涉及控制装置81的这种进一步的电子连通/电子控制在图4中未示出，为了保持图4中的清晰度。然而，控制装置81可用于与其他系统设备例如其他阀、泵、风扇、传感器、风门、供应源等等连通并且控制其他系统设备，以根据被编程到控制装置81内的系统10的预定所需操作参数影响电子系统10操作参数调节用于系统10的操作。
进料到蒸发器装置7的废水WW可包括在废水WW内的悬浮颗粒物质。废水WW还可包括成分例如不溶性和重金属化合物，当废水WW在闪蒸器77中闪蒸和在蒸发器装置7中的蒸发之前，在热交换器53中被加热和/或蒸发时，所述成分可从废水WW中沉淀出来。当悬浮颗粒物质存在于废水WW中时，悬浮颗粒物质可改善干燥操作。
在可优选用于系统10的至少一些应用的例子中，将颗粒物质加入废水WW中，以促进废水WW的蒸发并且实现溶解和悬浮的颗粒物质的干燥，以避免其在下游导管和容器中的沉积。例如，在颗粒收集器9中收集的分离固体和/或在湿法烟道气脱硫系统13中产生的固体副产物可组合，并且作为防垢剂AS从防垢剂源63经由导管64供应到废水WW用于与其混合。在废水WW被进料到热交换器53、闪蒸器77和蒸发器装置7之前，在废水WW中的防垢剂AS混合可在废水导管57中发生。
如上所述，废水WW还可包括可在其中混合或添加的其他材料。例如，可将碱性试剂AR例如石灰、熟石灰、碳酸钠、天然碱或碱性飞灰加入废水WW中。碱性试剂源65例如保留碱性试剂AR的容器可通过一个或多个管67或其他导管连接到废水导管57，所述一个或多个管67或其他导管用于在废水WW流过废水导管57的同时将碱性试剂AR进料到废水WW。
可将预先指定量的碱性试剂AR进料到废水WW，使得废水WW是富碱的并且超过当废水WW经由与蒸发器装置7中的烟道气FG接触而蒸发时，沉淀来自废水WW的成分例如不溶性和重金属化合物所需的量。通过捕获烟道气FG内的酸性气体(例如氯化氢(HCl)、氟化氢(HF)、二氧化硫(SO2)、三氧化硫(SO3)和硫酸(H2SO4))，并且形成在废水WW中携带的悬浮颗粒物质(例如亚硫酸钙(CaSO3)、硫酸钙(CaSO4)、氯化钙(CaCl2)和氟化钙(CaF2))，废水WW内过量的碱性试剂AR的存在还可帮助防止腐蚀且减少排放。另外，在烟道气FG内夹带的任何未反应的碱性试剂AR继续在烟道气FG内反应，以在烟道气FG从蒸发器装置7流过供应冷却且加湿的烟道气FG的出口导管7a到导管5b中从预热器5流出的烟道气流FG流时，捕获另外的酸性气体。通过捕获烟道气FG内的酸性气体，夹带在烟道气FG内的这种未反应的碱性试剂AR的存在可帮助防止下游系统10设备的腐蚀，并且由此防止酸性气体排放到大气中。
如在主题系统10中，其中湿法烟道气脱硫系统13位于蒸发器装置7的下游，由于未反应的碱性试剂AR的存在，湿法烟道气脱硫系统13上游的烟道气FG中酸性气体的捕获可减少经常净化来自湿法烟道气脱硫系统13的废水WW的需要。
另外，经由流体连接到导管57和/或导管55的管道82，活性炭或活性焦AC可经由碳供应源80加入废水WW中。像这样，在废水WW被进料到闪蒸器77和蒸发器装置7之前，可将活性炭或活性焦AC加入废水WW中。活性炭或活性焦的存在可导致成分例如不溶性和重金属化合物(例如汞、硒和砷)的吸附，并且当废水WW在蒸发器装置7中蒸发时，可抑制这些成分蒸发的可能性。另外，废水WW中的活性炭或活性焦AC的存在可导致成分例如不溶性和重金属化合物(例如汞)的吸附，所述成分可存在于流过蒸发器装置7的烟道气FG中。
在一些实施例中，在将混合材料从碱性试剂源65经由管67进料到废水导管57之前，活性炭或活性焦AC可与碱性试剂AR混合。在其他实施例中，活性焦或活性炭AC可保持与碱性试剂AR分离，并且可如上文示出且描述的分开加入废水WW中。
来自蒸发器装置7的输出导管7a的烟道气FG的第一部分可在导管5a中与从预热器5输出的烟道气FG的第二部分合并，然后将烟道气FG的这些组合第一部分和第二部分即合并的烟道气FG进料到颗粒收集器9。颗粒收集器9经由管道9b流体连接到蒸发器装置7、管道77a、蒸发器装置7和导管7a。颗粒收集器9可被配置为沉淀器例如静电除尘器，或过滤器例如织物过滤器。颗粒收集器9可替代地可被配置为另一类颗粒收集器，其被配置为使固体颗粒和/或颗粒物质作为分离的固体与烟道气FG分离。作为选择，由颗粒收集器9分离的经分离固体可经由管道9b输送到闪蒸器77，并且经由管道77a输送到蒸发器装置7，以增强蒸发器装置7中的废水WW的蒸发。
从颗粒收集器9流出的烟道气FG被分流，其中烟道气FG的第一部分流过管道96到达蒸发器装置7，并且流过导管7a用于流入导管5a内。烟道气FG的第二部分经由至少一个导管9a从颗粒收集器9直接流动到湿法烟道气脱硫系统13。导管9a将颗粒连接器9流体连接到湿法烟道气脱硫系统13，用于在经处理的烟道气FG经由导管13a流动到烟囱15(例如烟筒或热回收蒸汽发生器，用于将经处理的烟道气FG排放到大气中)之前，从烟道气FG中去除硫氧化物以产生经处理的烟道气FG。由湿法烟道气脱硫系统13产生的废水WW经由废水导管57供应到热交换器53。
来自颗粒收集器9的分离固体可包括在烟道气FG内夹带的在燃烧单元1中的化石燃料F的最初燃烧期间产生的颗粒。另外，在冷却且加湿烟道气FG的同时，由废水WW与烟道气FG接触形成并且由此夹带在烟道气FG内的任何颗粒物质，经由颗粒收集器9与烟道气FG分离。由颗粒收集器9分离的经分离固体可经由至少一个固体导管11输送用于贮存、处理或其他分配。作为另一选择，由颗粒收集器9分离的经分离固体可经由管道9b输送到闪蒸器77，以增强蒸发器装置7中的废水WW的蒸发。
本文还公开的是使用系统10用于湿烟道气脱硫的方法，不含废水WW排放。使用系统10的方法包括使用具有吸收剂液体AL(例如，在水中的碱性试剂)流的湿法烟道气脱硫系统13，用于流过其中的烟道气FG的湿烟道气脱硫，以减少烟道气酸性气体，并且由此产生经处理的烟道气FG，在热交换器53中使用热和压力来加热和/或蒸发从湿法烟道气脱硫系统13对其供应的废水WW，以产生经加热的废水WW和/或蒸汽，使在闪蒸器77中的经加热的废水WW和蒸汽减压且闪蒸，收集在闪蒸器77中任何剩余的废水WW，将收集的废水WW从闪蒸器77供应到蒸发器装置7用于其蒸发，并且将经处理的烟道气FG从湿法烟道气脱硫系统13释放到环境中。
用于蒸发废水WW和用于减少烟道气FG酸性气体排放的系统10的实施例被配置为避免与常规废水WW处理相关的资本和操作成本，以减少或消除废水WW排放的许可和报告，以减少与遵守空气排放法规相关的资本和操作成本，以通过在颗粒收集器9的上游冷却且加湿烟道气FG来改善颗粒收集，并且与干燥吸附剂注入系统相比较减少碱性试剂AR消耗。如公开的系统10的实施例还通过将碱性试剂AR(例如石灰、熟石灰、碳酸氢钠或天然碱)加入废水WW中，来避免系统10设备的腐蚀，如上文讨论的。如公开的系统10的实施例还由于相对较低的烟道气FG压力降而减少功率消耗，因为较低的烟道气FG压力降减少了对风扇或泵动力操纵的烟道气FG通过系统10的运动的需要以及与其相关的成本。如公开的系统10的实施例还基于烟道气FG温度的下降而提供了在较低体积下的颗粒收集器9的操作，这可提供再进一步的操作成本降低。
应当了解可对用于蒸发废水WW且减少烟道气FG酸性气体排放的系统10的实施例作出不同改变，以考虑不同的设计标准。例如，用于输送不同流体通过系统10的导管的尺寸、形状或配置可以是多种合适的形状、尺寸或配置中的任一种，并且包括多种不同容器、阀、管、导管、罐或管道中的任一种，其具有受泵或风扇影响的流体流速，所述泵或风扇连接到系统10的设备或与系统10的设备流体连通。烟道气FG、废水WW和其他流体流动维持在其下的温度和/或压力也可以是满足特定的一组设计目标的多个合适范围中的任一个。作为另一个例子，任何类型的合适的碱性试剂AR可注入废水WW内或与废水WW混合，以中和由废水WW吸收的酸性气体。另外，系统10的一些实施例可被配置为使得不需要氮氧化物去除单元3。
总之，本公开内容是用于蒸发废水WW且减少烟道气FG酸性气体排放的方法，所述方法包括将来自湿法烟道气脱硫系统13的废水WW供应到热交换器53，用于在压力下加热和/或蒸发废水WW，以产生经加热的废水WW和/或蒸汽，使在闪蒸器77中经加热的废水WW和/或蒸汽减压且至少部分蒸发，收集在闪蒸器77中任何剩余的废水WW，将收集的废水WW供应到具有通过其中的烟道气FG流的蒸发器装置7，用于蒸发废水WW，并且将烟道气FG供应到湿法烟道气脱硫系统13，用于吸收来自烟道气FG的酸性气体，以产生经处理的烟道气FG，然后将经处理的烟道气FG释放到环境。主题方法还包括在废水WW的加热和蒸发之前，将活性炭和活性焦AC中的至少一种加入废水WW中。主题方法还包括将碱性试剂AR供应到湿法烟道气脱硫系统13，用于在与烟道气FG接触时吸收来自烟道气FG的酸性气体。另外，根据本公开内容，在热交换器53中的废水WW的加热和/或蒸发在约175°F至约350°F或约80℃至约180℃的温度下，在约1巴(绝对)至约10巴(绝对)，或更优选地，约1.4巴(绝对)至约6巴(绝对)的压力下进行。本公开内容的蒸发器装置7是喷雾干燥器或垂直反应器干法烟道气脱硫系统，其具有用于将吸湿剂材料AM分散在垂直反应器内的分散元件90。
总之，本公开内容还是用于蒸发废水WW且减少来自燃烧烟道气FG的酸性气体排放的系统10，所述系统10包括用于吸收来自烟道气FG的酸性气体的湿法烟道气脱硫系统13，由此产生废水WW和经处理的烟道气FG用于释放到环境中，供应废水WW的热交换器53，用于加热和/或蒸发废水WW，以产生经加热的废水WW和/或蒸汽，用于进一步蒸发和收集剩余废水WW的闪蒸器77，以及在湿法烟道气脱硫系统13上游的蒸发器装置7，用于蒸发流过蒸发器装置7的烟道气FG流中的剩余废水WW。如公开的主题系统10还包括燃烧单元1，其产生烟道气FG并且流体连接到蒸发器装置7，使得烟道气FG的至少第一部分被供应到蒸发器装置7。根据本公开内容，蒸发器装置7是具有分散元件90的喷雾干燥器或垂直反应器干法烟道气脱硫系统，所述分散元件90用于在垂直反应器内分散吸湿剂材料AM。另外，主题系统10还包括控制装置81，其可操作用于调节系统操作条件并且可操作以接纳来自一个或多个系统传感器50、52、54的测量。主题系统10还包括一个或多个传感器50、52、54，用于间歇或连续测量温度、流速和湿度的系统操作条件。此外，主题系统的热交换器53可在175°F至约350°F或约80℃至约180℃的温度下，在约1巴(绝对)至约10巴(绝对)，或更优选地，约1.4巴(绝对)至约6巴(绝对)的压力下操作，用于加热和/或蒸发对其供应的废水WW，以产生经加热的废水WW和/或蒸汽。
虽然本发明已参考不同示例性实施例进行描述，但本领域技术人员将理解可作出不同改变并且可用等价物替换其特征，而不背离本公开内容的范围。另外，可作出许多修改以使特定情况或材料适应本公开内容的教导，而不背离其基本范围。因此，预期本公开内容并不限于作为考虑的最佳模式在本文公开的特定例示实施例，而是本公开内容将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种用于蒸发废水且减少燃烧烟道气中的酸性气体排放的方法，所述方法包括：
将废水供应到用于加热所述废水的热交换器，以产生经加热的废水；
在闪蒸器中蒸发所述经加热的废水，收集所述闪蒸器中剩余的废水；
将所述剩余的废水供应到蒸发器装置，所述蒸发器装置布置有通过所述蒸发器装置的所述烟道气流，用于蒸发所述蒸发器装置中的所述剩余废水；和
将所述烟道气供应到湿法烟道气脱硫系统，用于从所述烟道气吸收酸性气体，以产生经处理的烟道气用于释放到环境中。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
在所述废水的加热和蒸发之前，将来自活性炭、活性焦、碱性试剂和防垢剂中的至少一种加入所述废水中。
3.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
将吸收剂液体供应到所述湿法烟道气脱硫系统，用于在与所述烟道气接触时从所述烟道气吸收酸性气体。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述热交换器中的所述废水在约175°F至约350°F、或约80℃至约180℃的温度下加热。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述热交换器中的所述废水在约1巴(绝对)至约10巴(绝对)、或约1.4巴(绝对)至约6巴(绝对)的压力下加热。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述蒸发器装置是喷雾干燥器。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述蒸发器装置是具有吸湿剂材料分散的系统。
8.一种用于蒸发废水且减少来自燃烧烟道气的酸性气体排放的系统，所述系统包括：
湿法烟道气脱硫系统，用于从烟道气吸收酸性气体，由此产生废水并且产生经处理的烟道气，用于释放到环境中；
供应废水的热交换器，用于加热所述供应的废水，以产生经加热的废水；
用于蒸发所述经加热的废水并且用于收集所述闪蒸器中剩余的废水的闪蒸器；和
在所述湿法烟道气脱硫系统上游的蒸发装置，用于蒸发流过所述蒸发器装置的烟道气流中的所述剩余废水。
9.根据权利要求8所述的系统，所述系统还包括：
流体连接到所述蒸发器装置的产生烟道气的燃烧单元，使得所述烟道气的至少第一部分被供应到所述蒸发器装置。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述蒸发器装置是喷雾干燥器。
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