CN107473301B - 一种脱硫废水低温蒸发处理系统 - Google Patents

Abstract

一种脱硫废水低温蒸发处理系统，包括废水加热系统、废水闪蒸处理系统、闪蒸蒸汽冷却系统、废水加热热源系统；废水闪蒸处理系统中的脱硫废水流经废水加热系统被加热后，进入废水闪蒸处理系统的喷淋闪蒸机构进行闪蒸；废水闪蒸处理系统的闪蒸蒸汽分两路管路分别连接闪蒸蒸汽冷却系统和废水加热热源系统；废水加热热源系统提供加热蒸汽输出至废水加热系统；废水闪蒸处理系统的脱硫废水循环管路通过浓缩水输出管连接烟道喷入蒸发系统；对脱硫废水进行加热和低温闪蒸减量，实现了脱硫废水的零排放，提高了电除尘器运行的安全性，同时，回收了闪蒸出来的不含盐的水。

Description

一种脱硫废水低温蒸发处理系统

技术领域

本发明属于水处理领域，涉及一种脱硫(或含盐)废水的低温闪蒸蒸发处理系统。

背景技术

为了达到国家对SO2超低排放的要求，国内电厂或其它燃煤设备大多采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术，该技术在高效脱硫的同时产生了严重的废水排放。2015年4月，国务院发布《水污染行动计划》强化了对各类水污染的防治力度，脱硫废水由于成分复杂(含悬浮物、氟化物、重金属和盐分等)、排放危害大受到了业内的高度关注。

目前，脱硫废水处理大多采用化学沉淀的工艺(传统三联箱方法)去除脱硫废水污染物，但该方法运行费用高，对氯盐等可溶性盐分和硒等重金属离子去除率有限，其出水悬浮颗粒物和COD等也往往不能稳定达标排放，容易造成二次污染。

为了实现脱硫废水的零排放，烟道蒸发技术被提出并逐渐得到重视。该技术将脱硫废水雾化为液滴后喷入空预器和电除尘器之间的烟道，利用锅炉尾部排烟废热将含盐废水蒸干，产生的固体细颗粒物由电除尘器捕捉，其关键在于有效利用锅炉排烟废热将废水液滴在短时间内完全蒸发。

对于锅炉排烟温度较高的机组，其额定负荷下锅炉排烟废热一般都足够在短时间内蒸干脱硫废水液滴。

然而，近年来国内火电机组或其它燃煤设备，普遍长期处于低负荷运行状态，负荷的降低往往导致锅炉排烟温度的下降，当烟气所含热量不足以在短时间内蒸干脱硫废水时，液滴将附着于烟道内表面或进入电除尘器，极易引起腐蚀和设备故障，脱硫废水烟道蒸发技术将无法投入使用。

目前为实现废水预处理减量，采用高参数蒸汽的MED多效蒸发，需要额外消耗机组高参数蒸汽。还有采用机械蒸汽再压缩技术MVR，利用电驱动的增压风机，额外消耗厂用电。国内也有利用膜处理技术，先将脱硫废水过滤减量，然后喷入烟道蒸发。由于废水量减少了，所需蒸发热量减少，蒸发效果大大提高。但是，膜技术过滤减量方法的运行成本比较高，其运行安全稳定性不足。

发明内容

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下所述。

一种脱硫废水低温蒸发处理系统，包括废水加热系统、废水闪蒸处理系统、闪蒸蒸汽冷却系统、废水加热热源系统；其特征在于：脱硫装置的脱硫废水输出管连接废水闪蒸处理系统；废水闪蒸处理系统连接废水加热系统，废水闪蒸处理系统中的脱硫废水流经废水加热系统被加热后，进入废水闪蒸处理系统的喷淋闪蒸机构进行闪蒸；废水闪蒸处理系统的闪蒸蒸汽分两路管路分别连接闪蒸蒸汽冷却系统和废水加热热源系统：闪蒸蒸汽冷却系统接入闪蒸蒸汽和冷源，进行蒸汽冷却和凝结水回收；废水加热热源系统接入闪蒸蒸汽和工作蒸汽，并提供加热蒸汽输出至废水加热系统；废水加热系统还进行加热蒸汽冷却和凝结水回收；废水闪蒸处理系统的脱硫废水循环管路通过浓缩水输出管连接烟道喷入蒸发系统，到一定浓度的浓缩废水喷入烟道蒸发。

进一步地，废水加热系统包括，加热式凝汽器、加热式凝汽器水系统、加热式凝汽器抽真空系统、加热式凝汽器汽侧及凝水疏水系统；加热式凝汽器水系统接入废水闪蒸处理系统的脱硫废水循环管路，加热式凝汽器汽侧与废水加热热源系统排汽口相连接；加热式凝汽器壳侧为来自废水加热热源系统的蒸汽，管侧为脱硫废水，加热蒸汽被凝结成水回收。

进一步地，废水闪蒸处理系统包括闪蒸罐、闪蒸循环系统；闪蒸罐上部为喷淋闪蒸机构，底部设有水槽，通过脱硫废水循环管路连接；闪蒸罐侧面为蒸汽出口，出口设有液滴分离装置；废水以雾状或液滴状态喷入闪蒸罐，在滞空期间被蒸发、降温，未被闪蒸部分落入底部水槽；底部水槽中浓缩的脱硫废水以过滤处理后进入废水加热系统升温，再经过废水循环泵重新输送到闪蒸罐上部喷淋闪蒸机构。

进一步地，闪蒸罐设有两个，分别为A、B罐，闪蒸A罐蒸汽出口连接废水加热热源系统的增汽机，A罐的真空依靠废水加热热源系统的增汽机建立；闪蒸B罐蒸汽出口连接闪蒸蒸汽冷却系统的凝汽器，其真空由外部冷却水来维持，闪蒸出来的饱和蒸汽进入凝汽器，凝结成水回收。

进一步地，闪蒸罐的内部设计成一个压力腔或多个不同压力腔；进水方式设计为单层喷淋或多层喷淋。

进一步地，两个闪蒸罐底部出水管路合并后接入废水加热系统。

进一步地，闪蒸蒸汽冷却系统，包括凝汽器、凝汽器冷却系统、凝汽器抽真空系统、凝汽器汽侧及凝水疏水系统；B罐闪蒸出来的蒸汽进入外部凝汽器，被凝结成水回收；凝汽器壳侧为来自B闪蒸罐的蒸汽，管侧为冷却水。

进一步地，废水加热热源系统，包括增汽机、吸汽管路、工作蒸汽管路和排汽管路；增汽机经吸汽管路连接闪蒸A罐蒸汽出口，增汽机经工作蒸汽管路连接动力蒸汽，增汽机经排汽管路连接废水加热系统。

进一步地，废水加热系统的蒸汽管路还连接空冷汽轮机正常高背压运行或水冷汽轮机高背压运行后的汽轮机排汽；通过阀门控制，关闭工作蒸汽管路，增汽机停止，闪蒸A罐的真空由相应连接的加热式凝汽器建立和维持。

进一步地，烟道喷入蒸发系统雾化喷嘴安装于空预器与电除尘器之间的烟道内顶部，布置在靠近空预器的一侧烟道。

与现有的化学沉淀的工艺(传统三联箱方法)技术相比，本发明对脱硫废水采用物理处理的方式，不加药，对氯盐等可溶性盐分和硒等重金属离子去除率100％，其出水悬浮颗粒物和COD等稳定达标排放，实现脱硫废水零排放，而且不会造成二次污染。该方法运行成本也很低。

与现有的热交换技术相比，本发明可以实现脱硫废水零排放，而且不结垢、不堵塞、无能耗、不会造成二次污染。

与现有的膜技术过滤减量方法相比，本发明可以实现脱硫废水零排放，不堵塞、无能耗、具有预热浓缩废水的功能，低负荷适应新更强。而且该方法运行成本也很低。

附图说明

图1是火力发电厂水冷机组的脱硫废水闪蒸处理系统示意图；

图2是火力发电厂空冷机组的脱硫废水闪蒸处理系统示意图；

其中：1废水闪蒸处理系统、2废水加热热源系统、3闪蒸蒸汽冷却系统、4废水加热系统

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。

脱硫废水低温蒸发处理系统，其包括废水加热系统、废水闪蒸处理系统、闪蒸蒸汽冷却系统、废水加热热源系统。其基本工作原理是：脱硫废水在闪蒸罐外的废水加热系统中加热至50～70℃，再进行闪蒸(低温蒸发)减量，达到一定浓度的浓缩废水喷入烟道蒸发，水蒸气随烟气排出，产生的固体细颗粒物由电除尘器捕捉。

通过加热脱硫废水，既有利于废水闪蒸，同时向废水中传递增加热量，使其温度提升；通过闪蒸，脱硫废水中的部分水变为蒸汽，废水量减少。水量减少和加热升温，这两项措施的作用会使得脱硫废水喷入烟道蒸发所需热量大幅减少，喷入烟道后蒸发效果大大提高，特别是在机组低负荷运行的情况下。

另外，同时脱硫废水低温蒸发处理系统还提供了对闪蒸蒸汽及水的回收利用。脱硫废水输出管连接闪蒸罐下部水槽，从脱硫装置来的废水依次进入水槽、废水加热系统；脱硫废水在闪蒸罐外被加热后进入废水闪蒸处理系统的上部喷淋闪蒸机构进行闪蒸(低温蒸发)；闪蒸蒸汽分成两路分别连接闪蒸蒸汽冷却系统和废水加热热源系统：闪蒸蒸汽冷却系统接入闪蒸蒸汽和冷源，进行蒸汽冷却并对凝结水回收利用；废水加热热源系统接入闪蒸蒸汽、动力蒸汽，并连接至废水加热系统，通过换热实现废水加热和蒸汽冷却凝结；在废水加热系统中还可以回收闪蒸出来的不含盐的凝结水。

废水加热系统包括，脱硫废水接入系统、加热式凝汽器、加热式凝汽器水系统、加热式凝汽器抽真空系统、加热式凝汽器汽侧及凝水疏水系统、管道阀门等。加热蒸汽来自废水加热热源系统。加热式凝汽器与废水加热热源系统的增汽机排汽口相连接。加热式凝汽器壳侧为来自废水加热热源系统的蒸汽，管侧为脱硫废水。废水在闪蒸罐外的废水加热系统中被低温热源加热至50～70℃。罐外加热的温度受控，减缓Ca、Mg离子析出，罐体不容易结垢；同时加热蒸汽在加热式凝汽器被凝结成水回收利用。

废水闪蒸处理系统包括闪蒸罐、闪蒸循环系统；闪蒸罐上部为喷淋闪蒸机构，底部设有水槽。侧面设有蒸汽出口，蒸汽出口处设有液滴分离装置。废水以雾状或液滴状态喷入闪蒸罐，并在滞空时间内被蒸发、降温，未被闪蒸部分落入底部水槽。然后经过滤装置，并进入废水加热系统升温，再经过废水循环泵重新打到闪蒸罐上部为喷淋闪蒸机构。由此循环往复(根据所需浓缩比例不同而异)。闪蒸罐的压力设在10～20kpa，使得机组的凝结水可以作为闪蒸蒸汽冷却水回收热量。整套系统被设计为低温闪蒸，不加药，不耗能，不结垢，不堵塞，不产生二次污染，脱硫废水不断地循化闪蒸，同时，低浓度废水不断地补充进来，浓缩到一定程度的废水被输送到烟道喷入系统。闪蒸罐的蒸汽出口设有液滴分离装置。

还可构建其他型式处理系统：设有两个闪蒸罐(分别为A、B罐)，A罐连接增汽机，其内部真空依靠增汽机建立。B罐的真空产生机理与A罐不同：B罐连接外部凝汽器，其真空由外部冷却水来维持，闪蒸出来的饱和蒸汽进入外部凝汽器，凝结成水回收利用。B罐废水的流程与A罐相同，A、B罐分别浓缩后的废水在罐外进行管路合并。两个闪蒸罐底部出水合并，对两闪蒸罐的出水进行均质，并且起着联通管的作用，平衡两罐液位。废水闪蒸处理系统中的两个闪蒸罐，其大小既可以是相同的，也可以是不相同的。

闪蒸罐的内部可以设计成一个压力腔，也可以设计成2～5个不同压力腔。进水方式可以设计为单层喷淋，也可以设置为2～5层的多层喷淋，以增加水滴的滞空时间。

喷淋的方式也可以选择，根据废水的性质进行不同设计，可以采用高压喷嘴，低压喷嘴，气液两相流喷嘴，无喷嘴(淋水盘)等结构形式。液滴的大小也可以不同。采用喷嘴时，可以布置在罐体的顶部，腰部，中下部。喷出的方向也可以往上，往下，向心喷淋，径向喷淋等。

闪蒸罐的外形可以是圆柱形，梯形，锥形或它们的组合形式。闪蒸罐长宽比可以是粗胖型也可以是细高型。

闪蒸B罐连接闪蒸蒸汽冷却系统，包括凝汽器、凝汽器冷却系统、凝汽器抽真空系统、凝汽器汽侧及凝水疏水系统。B罐闪蒸出来的蒸汽进入外部凝汽器，被凝结成水回收利用。凝汽器壳侧为来自B闪蒸罐的蒸汽，管侧为冷却水。该凝汽器的冷却水优先采用大机的凝结水，使得潜热全部回收。当大机凝结水温度过高时，也可以采用其他冷却水，或其他冷却方式(比如空冷)。

闪蒸A罐连接废水加热热源系统，包括增汽机，管道阀门等；增汽机吸入口连接闪蒸装置，增汽机工作蒸汽入口连接动力蒸汽。喷射器可以采用可调喷嘴、也可以采用不可调喷嘴。增汽机工作蒸汽入口连接汽轮机中排汽、锅炉再热器冷段、锅炉再热器热段、或汽轮机抽汽管路。

废水加热系统的蒸汽也可以不来自于喷射器升压升温，可管路连接直接利用空冷汽轮机正常高背压运行或水冷汽轮机高背压运行后的汽轮机排汽(乏汽)，此时，喷射器停止运行，AB两个闪蒸罐的真空均由所连接的蒸汽冷却系统建立和维持。

一定浓度的浓缩废水喷入烟道时，其喷嘴安装位置点选择于空预器与电除尘器之间的烟道内顶部，布置在靠近空预器的一侧烟道。

本系统同样适用于脱硫废水之外的、需要进行废水零排放处理的其它“含盐废水”。

实施例1：

如图1所示，针对火力发电厂水冷机组。脱硫废水低温蒸发处理系统包括废水加热系统、废水闪蒸处理系统、闪蒸蒸汽冷却系统、废水加热热源系统。

第一闪蒸罐、第二闪蒸罐内部的上方设有喷淋闪蒸机构，下方为脱硫废水槽，中间空间形成闪蒸工作区域。在第一闪蒸罐的闪蒸工作区域罐体上设置开口，通过管路连接至第一凝汽器，在第二闪蒸罐的闪蒸工作区域罐体上设置开口，通过管路连接至增汽机吸入口。脱硫装置废水出口通过管路连接至第一闪蒸罐、第二闪蒸罐，脱硫废水接入第一闪蒸罐、第二闪蒸罐底部。第一闪蒸罐、第二闪蒸罐底部脱硫废水槽经管路连接循环水泵和喷淋闪蒸机构，内部的脱硫废水经循环水泵和喷淋闪蒸机构，进行重复循环喷淋。循环水泵的前端管路上还设有第二凝汽器，第二凝汽器连接增汽机出口，利用第二凝汽器对增汽机排出的蒸汽进行冷凝和废水加热。增汽机的工作蒸汽入口连接中排汽管路。

工作中，来自火力发电厂水冷机组脱硫装置的脱硫废水流量约为30t/h，通过管道阀门及泵输送至闪蒸罐底部水槽，然后进入废水加热系统，加压至0.2Mpa，温度加热至65℃；再进入第一和第二闪蒸罐内部上方的喷淋闪蒸机构向罐内形成喷淋水雾。闪蒸压力15kpa，温度约54℃；脱硫废水进行多次循环，循环水流量约为1030t/h。

第一闪蒸罐连接闪蒸蒸汽冷却系统，流量约为10t/h的闪蒸蒸汽进入凝汽器壳侧被冷却凝结，在凝汽器热井形成10t疏水，回收利用。凝汽器管侧的冷却水是大机凝结水旁路，进口水温＜46℃，出口水温＜54℃，循环流量700t/h。依靠凝汽器循环水冷却建立和维持闪蒸罐内15KPa压力。两股凝结水经过旁路调节阀的调节混合后流向轴封加热器。

第二闪蒸罐连接废水加热热源系统，流量约为10t/h的闪蒸蒸汽被吸入喷射器，增汽机的动力蒸汽来自汽轮机中排蒸汽，流量约为10t/h，增汽机出口的蒸汽压力26kpa，温度105℃。

来自增汽机出口的流量为20t/h、压力26kpa、温度105℃的蒸汽，进入加热式凝汽器壳侧，用于加热管侧流动的脱硫废水，并将蒸汽冷却成凝结水，并形成疏水20t/h的疏水，回收利用。

经闪蒸过程后的浓缩脱硫废水可进入喷入系统，进入喷入系统的浓缩脱硫废水为10t/h。

上述设备中与废水接触的部位均需用耐腐蚀材料制作。脱硫废水经废水闪蒸处理系统后变为升高了一定温度的高浓度废水与疏水，其中疏水可回收利用，高浓度废水(约占原输入废水总量的1/3)总量减小，再经过雾化喷嘴雾化成雾状(平均粒径≤70μm)，喷入烟道中的热烟气里。

在烟道中，雾化后的废水与烟气发生混合式换热，利用锅炉尾部排烟废热将废水蒸干，产生的固体细颗粒物由电除尘器捕捉，实现脱硫废水的零排放。在此蒸发过程中，烟气温度降低约3-8℃。由于烟温高于酸露点，所以不会发生低温腐蚀影响机组安全运行。

实施例2：

如图2所示，针对火力发电厂空冷机组(或水冷汽轮机高背压运行)。

本实施案例跟实施例1的不同之处，在于废水加热热源系统的设置。对于火力发电厂空冷机组或水冷汽轮机高背压运行的情况，废水加热系统的蒸汽也可以采用不经过喷射器升压升温，直接管路连接利用空冷汽轮机正常高背压运行或水冷汽轮机高背压运行后的汽轮机排汽(乏汽)，作为热源，进入加热式凝汽器，去加热废水。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的解释，并不用于限制本发明，尽管对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (10)

1.一种脱硫废水低温蒸发处理系统，包括废水加热系统、废水闪蒸处理系统、闪蒸蒸汽冷却系统、废水加热热源系统；其特征在于：脱硫装置的脱硫废水输出管连接废水闪蒸处理系统；废水闪蒸处理系统连接废水加热系统，废水闪蒸处理系统中的脱硫废水流经废水加热系统被加热后，进入废水闪蒸处理系统的喷淋闪蒸机构进行闪蒸；废水闪蒸处理系统的闪蒸蒸汽分两路管路分别连接闪蒸蒸汽冷却系统和废水加热热源系统：闪蒸蒸汽冷却系统接入闪蒸蒸汽和冷源，进行蒸汽冷却和凝结水回收；废水加热热源系统接入闪蒸蒸汽和工作蒸汽，并提供加热蒸汽输出至废水加热系统；废水加热系统还进行加热蒸汽冷却和凝结水回收；废水闪蒸处理系统的脱硫废水循环管路通过浓缩水输出管连接烟道喷入蒸发系统，到一定浓度的浓缩废水喷入烟道蒸发。

2.根据权利要求1所述的脱硫废水低温蒸发处理系统，其特征在于，废水加热系统包括，加热式凝汽器、加热式凝汽器水系统、加热式凝汽器抽真空系统、加热式凝汽器汽侧及凝水疏水系统；加热式凝汽器水系统接入废水闪蒸处理系统的脱硫废水循环管路，加热式凝汽器汽侧与废水加热热源系统排汽口相连接；加热式凝汽器壳侧为来自废水加热热源系统的蒸汽，管侧为脱硫废水，加热蒸汽被凝结成水回收。

3.根据权利要求1所述的脱硫废水低温蒸发处理系统，其特征在于，废水闪蒸处理系统包括闪蒸罐、闪蒸循环系统；闪蒸罐上部为喷淋闪蒸机构，底部设有水槽，通过脱硫废水循环管路连接；闪蒸罐侧面为蒸汽出口，出口设有液滴分离装置；废水以雾状或液滴状态喷入闪蒸罐，在滞空期间被蒸发、降温，未被闪蒸部分落入底部水槽；底部水槽中浓缩的脱硫废水以过滤处理后进入废水加热系统升温，再经过废水循环泵重新输送到闪蒸罐上部喷淋闪蒸机构。

4.根据权利要求3所述的脱硫废水低温蒸发处理系统，其特征在于，闪蒸罐设有两个，分别为A、B罐，闪蒸A罐蒸汽出口连接废水加热热源系统的增汽机，A罐的真空依靠废水加热热源系统的增汽机建立；闪蒸B罐蒸汽出口连接闪蒸蒸汽冷却系统的凝汽器，其真空由外部冷却水来维持，闪蒸出来的饱和蒸汽进入凝汽器，凝结成水回收。

5.根据权利要求3所述的脱硫废水低温蒸发处理系统，其特征在于，闪蒸罐的内部设计成一个压力腔或多个不同压力腔；进水方式设计为单层喷淋或多层喷淋。

6.根据权利要求4所述的脱硫废水低温蒸发处理系统，其特征在于，两个闪蒸罐底部出水管路合并后接入废水加热系统。

7.根据权利要求4所述的脱硫废水低温蒸发处理系统，其特征在于，闪蒸蒸汽冷却系统，包括凝汽器、凝汽器冷却系统、凝汽器抽真空系统、凝汽器汽侧及凝水疏水系统；B罐闪蒸出来的蒸汽进入外部凝汽器，被凝结成水回收；凝汽器壳侧为来自B闪蒸罐的蒸汽，管侧为冷却水。

8.根据权利要求4所述的脱硫废水低温蒸发处理系统，其特征在于，废水加热热源系统，包括增汽机、吸汽管路、工作蒸汽管路和排汽管路；增汽机经吸汽管路连接闪蒸A罐蒸汽出口，增汽机经工作蒸汽管路连接动力蒸汽，增汽机经排汽管路连接废水加热系统。

9.根据权利要求8所述的脱硫废水低温蒸发处理系统，其特征在于，废水加热系统的蒸汽管路还连接空冷汽轮机正常高背压运行或水冷汽轮机高背压运行后的汽轮机排汽；通过阀门控制，关闭工作蒸汽管路，增汽机停止，闪蒸A罐的真空由相应连接的加热式凝汽器建立和维持。

10.根据权利要求1所述的脱硫废水低温蒸发处理系统，其特征在于，烟道喷入蒸发系统雾化喷嘴安装于空预器与电除尘器之间的烟道内顶部，布置在靠近空预器的一侧烟道。