CN107777820A - 将空冷岛乏汽余热用于火力发电厂废水零排放处理的工艺 - Google Patents

将空冷岛乏汽余热用于火力发电厂废水零排放处理的工艺 Download PDF

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Abstract

一种将空冷岛乏汽余热用于火力发电厂废水零排放处理的工艺，将进入空冷岛的乏汽分流一部分引入乏汽凝汽器壳侧，经冷凝后乏汽凝结水回用，循环冷却水经乏汽凝汽器加热后，进入水‑水换热器壳侧作为加热热源，经换热降温后，通过淡水循环泵送入乏汽凝汽器管侧吸收热能，经除过固体悬浮物的废水先进入废水池，再经废水循环泵进入水‑水换热器，吸收热量后经过收球网后分两路，一路经胶球泵到胶球投加器后进入水‑水换热器管侧，另一路进入废水冷却塔配水系统进行喷淋蒸发，经蒸发后的浓废水落入废水池，然后经雾化泵送入静电除尘器前的烟道段进行喷雾蒸发，干燥的颗粒与烟气一起进入电除尘器，随粉尘一起被捕集，本发明适用于火电厂废水的处理。

Description

将空冷岛乏汽余热用于火力发电厂废水零排放处理的工艺
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及到一种将空冷岛乏汽余热用于火力发电厂废水零排放处理的工艺。
背景技术
发电厂空冷技术是一种节水型火力发电技术。采用空冷系统,可使电厂的全厂总耗水量较湿冷系统降低70％以上。但是空冷机组汽轮机排汽要由大直径的管道引出，用空气作为直接冷却介质，通过钢制散热器进行表面热交换、冷凝、排汽，需要较大的冷却面积，故而真空系统庞大。空冷机组风机耗能大，根据国外资料，直接空冷系统自耗电占机组发电容量的1.5％左右。空冷系统冷凝热的效率较湿冷系统低，汽机乏汽能量通过换热由空气直接排入大气造成热污染影响环境。乏汽余热的回收利用利国利民。
我国发电装机容量中火电约占80％左右，已突破10亿千瓦，火电机组以燃煤为主，随着装机容量的大幅增长，火电耗煤量比逐步增长。煤炭作为一种低品位化石能源，其煤炭中灰分及硫含量较高。我国排放的SO2约90％来自于燃煤，酸沉降污染危害生态系统和公众健康。随着国家环保政策的日益严格，大部分在役火电机组和新建火电机组都配备了烟气脱硫装置，保证锅炉烟气达标排放。目前，燃煤电厂烟气脱硫装置应用最广泛的是石灰-石膏湿法脱硫工艺，该工艺的主要副产物是脱硫石膏和脱硫废水，其脱硫废水含有大量的杂质，如悬浮物、无机盐离子、重金属离子等，脱硫废水需要水质处理达标才能回收或排放。
除脱硫废水外，火电厂污水还包括工业冷却水排水、化学水处理系统酸碱再生污水、过滤器反洗污水、锅炉清洗污水、输煤冲洗和除尘污水、含油污水、冷却塔排污污水等。由于工业污水的种类多，各类污水的污染物种类、含量和排量不固定，致使工业污水的成分相当复杂，其主要污染物有：悬浮物、油、有机物和硫化物等，这类污水排入受纳水体将会引起不同程度的环境污染，造成生态破坏。
目前，水资源越来越紧缺，如果采用一定的工艺把脱硫废水及其它污水变成可循环利用的水资源，其产生的意义及产生的效益将不言而喻。脱硫废水处理工艺基本步骤无外乎中和、絮凝、沉淀和外排。近几年新开发了不少脱硫废水处理工艺，基本上包含预处理、浓缩、固化、回用或外排几个环节。浓缩有膜浓缩、MVR蒸发、MED蒸发、静电吸附等工艺，固化有自然蒸发结晶、蒸发塘、机械雾化蒸发、烟道喷雾蒸发、旁路烟气蒸发等，这类工艺各有优缺点，比如膜浓缩配MVR蒸发结晶工艺需新增大量的设备设施且投资消耗大、蒸发塘占地面积大、静电吸附虽节能但不能处理含盐分40000mg/L以上的废水、旁路烟气蒸发需引入空预器入口侧高温烟气而影响空预器热效率且增加煤耗，一些传统工艺设计复杂，设备故障率高、运行效果不理想、脱水效果不佳、污泥处理处置不方便、存在高盐废水外排现象等。如果这些问题得不到很好的解决，将严重影响各种脱硫废水处理工艺的工业应用。
现在也有相对较好的脱硫废水处理技术，如公开日为2014年03月19日，公开号为CN103641259A的中国专利中，公开了一种脱硫废水处理装置，该脱硫废水处理装置包括pH调节区、反应区、沉淀区，所述pH调节区包括相互独立设置的碱调区和酸调区，该碱调区的一端设置上进水口，酸调区的一侧设置下出水口，酸调区的另一侧安装下进水口，碱调区通过出水管与反应区连通，反应区与沉淀区相连通，沉淀区的出口端通过沉淀池出水管与下进水口相连通，该脱硫废水处理装置设置了较大的絮凝吸附区，工艺过程中有絮凝沉淀环节，需要加入絮凝剂，处理成本高。又如公开日为2015年07月01日，公开号为CN201510128914.0的中国专利中，公开了一种电厂脱硫废水零排放回用的方法，该工艺过程包含以下个过程：1)电厂脱硫废水进入原水调节池稳定水量和水质；2)将原水调节池的出水通过电絮凝反应器去除悬浮固体和杂质，并且将可分解化学物质分解；3)电絮凝反应器出水进入膜蒸馏单元；电絮凝反应器的反冲洗水回流至原水调节池；4)膜蒸馏单元将废水转化为水蒸气，未转化为水蒸气的剩余废水进入电磁结晶反应器进行结晶；5)电磁结晶反应器上清液出水经膜过滤反应器过滤后进入正渗透反应器浓缩；6)电磁结晶反应器内固体残渣定期刮除；膜过滤反应器反冲洗水回流至膜蒸馏单元；7)经正渗透反应器浓缩后的废水浓缩液回流至电磁结晶反应器；8)正渗透反应器汲取液吸收废水中的纯水后进入膜蒸馏单元进行汲取液与纯水的分离；9)膜蒸馏单元纯水出水回用；10)膜蒸馏单元汲取液蒸汽冷凝回流至正渗透反应器循环使用。该处理工艺采用膜浓缩，能源消耗大，成本高。
综上所述，目前还没有一种结构设计合理，运行成本低，运行稳定性高，能有效去除废水中的高盐分(含盐量15000mg/L～110000mg/L)、重金属离子和固体悬浮物等污染因子的脱硫废水处理装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷,提供一种设计合理、结构简单、运行成本低、运行稳定性高、能有效去除废水中的高盐分和重金属离子以及固体悬浮物等污染因子的环保节能的脱硫废水处理工艺。
解决上述技术问题采用的技术方案是：汽轮机的低压缸排气母管与乏汽凝汽器的壳侧进汽管相连通，将进入空冷岛的乏汽分流一部分引入乏汽凝汽器，乏汽凝汽器壳侧凝结水出水管与凝结水泵入口相连通、管侧出水管通过管道与水‐水换热器壳侧进水管相连通，水‐水换热器壳侧出水管通过管道与水箱入口相连通，水箱出口通过安装在管道上的淡水循环泵与乏汽凝汽器的管侧进水管相连通；水‐水换热器管侧出水管通过管道与收球网入口相连通，收球网球侧出口通过安装在管道上的胶球泵与胶球投加器的入口相连通，胶球投加器的出口通过管道与水‐水换热器管侧进水管相连通；收球网水侧出口通过管道与机力通风冷却塔的配水系统入口相连通，机力通风冷却塔下部设置有废水池，经过机力通风冷却塔喷淋蒸发的浓废水落入废水池内，经除过固体悬浮物的废水原液通过安装在管道上的泵进入废水池内；废水池的一个出口通过安装在管道上的过滤器与废水循环泵的入口相连通，废水循环泵的出口通过管道与水‐水换热器的管侧进水管相连通，阻垢剂投放点设置在废水循环泵之前的管道上；雾化泵的入口通过安装在管道上的过滤器与废水池的另一出口相连通、出口通过管道与雾化装置相连通，废水汇入压缩空气后经雾化装置出口喷咀进行喷雾，雾化装置设置在静电除尘器之前的烟道上。
本发明的乏汽凝汽器为：凝汽器壳体上部设置有壳侧进汽管、下部设置有热井，凝汽器壳体左右两端均设置有凝汽器管板，凝汽器壳体内部设置有安装在壳体两端凝汽器管板上的凝汽器换热管，凝汽器管板外侧均设置有水室，一侧水室上设置有凝汽器管侧进水管，另一侧水室上设置有凝汽器管侧出水管，凝汽器壳体底部设置有凝结水出水管。
本发明的水-水换热器为：换热器壳体左右两端均设置有换热器管板，换热器壳体内部设置有安装在换热器两端换热器管板上的换热器换热管，一端换热器管板外侧设置有管箱、另一端换热器管板外侧设置有封头，换热器壳体上部设置有壳侧进水管、下部设置有壳侧出水管，管箱上部设置有换热器管侧进水管、下部设置有换热器管侧出水管。
本发明的机力通风冷却塔为：在混凝土塔身顶部设置有冷却风机，混凝土塔身中部设置有收水器，混凝土塔身内收水器下方设置有配水系统，配水系统与收球网水侧出口相连通，混凝土塔身内配水系统下方设置有填料层，混凝土塔身下方设置有V型支柱，运行时空气由支柱间引入，V型支柱底部设置有废水池。
本发明具有以下优点：
1、乏汽凝汽器用作乏汽余热回收有以下优点：(1)提高了能源的利用率，将汽轮机乏汽热量通过乏汽凝汽器加热循环水，既减少了直接将乏汽热量通过换热由空气直接排入大气的能源浪费，同时也提供了热源需求，能源利用率得到大大提高；(2)增加发电量，旁路抽气可提高真空泵的抽真空度，增加高品位能量的利用，降低发电煤耗；(3)节电，旁路分流部分乏汽后节省了空冷岛风机耗电；(4)环保，通过以上改造，实现了空冷机组冷凝热的回收利用，降低了汽机乏汽能量通过换热由空气直接排入大气造成的热污染，产生相应的节能环保效益。
2、水-水换热器壳侧介质是除盐水或软化水，作为乏汽凝汽器循环冷却水用，将除盐水或软化水作为闭式循环冷却水用，杜绝了废水直接冷却式凝汽器渗漏或泄漏污水进入凝结水主系统造成水质污染的现象发生。
3、浓废水送入空预器后、电除尘前的烟道段进行喷雾蒸发，喷雾蒸发处理技术设计可靠，压缩空气与浓废水以合适的气液两相比混合后雾化喷出，雾化液滴直径及液滴初速度都经优化设计，确保液滴在进入电除尘前被全部蒸干；应用喷雾蒸发处理技术后，烟气湿度的适量增加和烟气温度的适量下降降低了烟气中灰的比电阻，可提高电除尘的效率，烟气温度的适量下降也降低了电除尘的冷却水耗；应用喷雾蒸发处理技术后，烟气中粉尘粒径增大，也提高了除尘效率；应用喷雾蒸发处理技术后，废水中的氯离子以颗粒物的形式被电除尘捕捉，克服了传统技术中氯离子在偏酸性水环境中腐蚀大的缺点。本工艺中喷雾蒸发处理的浓缩水量小，对电除尘除灰有益无害。本工艺中喷雾蒸发处理的浓缩水量小，以300MW的火电厂为例，喷雾处理浓水量小于2吨/小时，对电除尘除灰有益无害。
本发明工艺吸收了传统工艺在浓缩、固化处理技术的优点，每个环节优先考虑节能措施，工艺设计合理、初期投资小、运行成本低、维护量少，优于传统脱硫废水处理工艺，本工艺技术是一种节能型零排放废水处理技术，本发明适用于火电厂石灰-石膏湿法脱硫废水的处理，也适用于火电厂其它废水的处理。
附图说明
图1是本发明一个实施例的结构示意图。
图2是图1中乏汽凝汽器3的结构示意图。
图3是图1中机力通风冷却塔7的结构示意图。
图4是图1中水-水换热器12的结构示意图。
图5是图4的左视图。
图中：1、汽轮机；2、空冷岛；3、乏汽凝汽器；4、收球网；5、胶球泵；6、胶球投加器；7、机力通风冷却塔；8、废水池；9、雾化泵；10、废水循环泵；11、雾化装置；12、水-水加热器；13、水箱；14、淡水循环泵；3-1、凝汽器管侧出水管；3-2、凝汽器换热管；3-3、凝汽器管板；3-4、壳侧进汽管；3-5、凝汽器壳体；3-6、水室；3-7、凝汽器管侧进水管；3-8、热井；3-9、凝结水出水管；7-1、冷却风机；7-2、混凝土塔身；7-3、收水器；7-4、配水系统；7-5、填料层；7-6、V型支柱；12-1、管箱；12-2、换热器管侧进水管；12-3、壳侧进水管；12-4、换热器壳体；12-5、封头；12-6、壳侧出水管；12-7、换热器换热管；12-8、换热器管板；12-9、换热器管侧出水管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。
实施例1
在图1、2、3、4、5中，本发明将空冷岛乏汽余热用于火力发电厂废水零排放处理的工艺，汽轮机1的低压缸排气母管与乏汽凝汽器3的壳侧进汽管相连通，将进入空冷岛2的乏汽分流一部分引入乏汽凝汽器3的壳侧进汽管，乏汽凝汽器3壳侧凝结水出水管与凝结水泵入口相连通、乏汽凝汽器管3管侧循环冷却水为软化水或除盐水，循环冷却水经乏汽凝汽器3加热后，乏汽凝汽器3管侧出水管热水通过管道进入水-水换热器12壳侧进水管内作为加热热源，水-水换热器12壳侧出水管通过管道与水箱13入口相连通，水箱13出口通过安装在管道上的淡水循环泵14与乏汽凝汽器3的管侧进水管相连通；本实施例的乏汽凝汽器由凝汽器管侧出水管3-1、凝汽器换热管3-2、凝汽器管板3-3、壳侧进汽管3-4、凝汽器壳体3-5、水室3-6、凝汽器管侧进水管3-7、热井3-8、凝结水出水管3-9连接构成，凝汽器壳体3-5上部安装有壳侧进汽管3-4、下部安装有热井3-8，凝汽器壳体3-5左右两端均安装有凝汽器管板3-3，凝汽器壳体3-5内部设置有安装在壳体两端凝汽器管板3-3上的凝汽器换热管3-2，凝汽器管板3-3外侧均安装有水室3-6，一侧水室3-6上安装有凝汽器管侧进水管3-7，另一侧水室上安装有凝汽器管侧出水管3-1，凝汽器壳体3-5底部安装有凝结水出水管3-9，乏汽由壳侧进汽管3-4进入凝汽器壳体3-5内对由凝汽器管侧进水管3-7进入的冷却循环水进行加热，乏汽冷凝后由凝结水出水管3-9排出回用；水-水换热器由管箱12-1、换热器管侧进水管12-2、壳侧进水管12-3、换热器壳体12-4、封头12-5、壳侧出水管12-6、换热器换热管12-7、换热器管板12-8、换热器管侧出水管12-9连接构成，换热器壳体12-4左右两端均安装有换热器管板12-8，换热器壳体12-4内部设置有安装在换热器两端换热器管板12-8上的换热器换热管12-7，一端换热器管板12-8外侧安装有管箱12-1、另一端换热器管板12-8外侧安装有封头12-5，换热器壳体12-4上部安装有壳侧进水管12-3、下部安装有壳侧出水管12-6，管箱12-1上部安装有换热器管侧进水管12-2、下部安装有换热器管侧出水管12-9，水-水换热器12壳侧介质为除盐水或者软化水，作为乏汽凝汽器3循环冷却水用，水-水换热器12管侧介质是废水。
水-水换热器12管侧出水管通过管道与收球网4入口相连通，收球网4球侧出口通过安装在管道上的胶球泵5与胶球投加器6的入口相连通，胶球投加器6的出口通过管道与水-水换热器12管侧进水管相连通；收球网4水侧出口通过管道与机力通风冷却塔7的配水系统入口相连通，水-水换热器12将废水升温，为下一步的塔式散热蒸发提供条件，机力通风冷却塔由冷却风机7-1、混凝土塔身7-2、收水器7-3、配水系统7-4、填料层7-5、V型支柱7-6连接构成，在混凝土塔身7-2顶部安装有冷却风机7-1，混凝土塔身7-2中部安装有收水器7-3，混凝土塔身7-2内收水器7-3下方安装有配水系统7-4，配水系统7-4与收球网4水侧出口相连通，混凝土塔身7-2内配水系统7-3下方安装有填料层7-5，混凝土塔身底部安装有V型支柱7-7。
机力通风冷却塔7下部设置有废水池8，经过机力通风冷却塔7喷淋蒸发的浓废水落入废水池8内，经除过固体悬浮物的废水原液通过安装在管道上的泵进入废水池8内；废水池8的一个出口通过安装在管道上的过滤器与废水循环泵10的入口相连通，废水循环泵10的出口通过管道与水-水换热器12的管侧进水管相连通，阻垢剂投放点设置在废水循环泵10之前的管道上，投加阻垢剂可减缓冷却水管内部结垢；雾化泵9的入口通过安装在管道上的过滤器与废水池8的另一出口相连通、出口通过管道与雾化装置11相连通，雾化装置12设置在静电除尘器之前的烟道上，将浓废水用雾化泵9送入造雾喷嘴与空压机压缩后的空气以一定的气液两相比混合，雾化后垂直于烟气流向喷入烟道内，雾化液滴吸收烟道内烟气余热后蒸发，随烟气排放，废水中的固体物和烟道流灰一起进入电除尘，被电极捕捉，随灰一起外排。
本发明的工作原理如下：
从汽轮机1的低压缸排气母管上开孔，引入部分乏汽进入乏汽凝汽器3壳侧进汽管，经冷凝后由凝汽器下部热井3-8的凝结水出水管3-9引出，与凝结水泵入口母管连通。乏汽凝汽器3管侧循环冷却水为软化水或除盐水，循环冷却水经乏汽凝汽器3加热后，进入水-水换热器12壳侧进水管，经换热降温后，从水-水换热器12壳侧出水管进入水箱13，然后经淡水循环泵14送入乏汽凝汽器3管侧进水管，吸收热能后从乏汽凝汽器3管侧出水管引出，形成闭式循环。经除过固体悬浮物的废水先进入废水池8，再经废水循环泵10进入水-水换热器12管侧进水管，吸收热量后由水-水换热器12管侧出水管流出，经过收球网4后分两路，一路经胶球泵5到胶球投加器5后进入水-水换热器12管侧进水管，另一路进入机力通风冷却塔7的配水系统进行喷淋蒸发。经蒸发后的浓废水落入废水池8，然后经雾化泵9送入雾化装置11，汇入压缩空气后送到静电除尘器前的烟道进行喷雾蒸发，干燥的颗粒与烟气一起进入静电除尘器，随粉尘一起被捕集，随灰一起外排。

Claims (4)

1.一种将空冷岛乏汽余热用于火力发电厂废水零排放处理的工艺，其特征在于：汽轮机的低压缸排气母管与乏汽凝汽器的壳侧进汽管相连通，将进入空冷岛的乏汽分流一部分引入乏汽凝汽器，乏汽凝汽器壳侧凝结水出水管与凝结水泵入口相连通、管侧出水管通过管道与水‐水换热器壳侧进水管相连通，水‐水换热器壳侧出水管通过管道与水箱入口相连通，水箱出口通过安装在管道上的淡水循环泵与乏汽凝汽器的管侧进水管相连通；水‐水换热器管侧出水管通过管道与收球网入口相连通，收球网球侧出口通过安装在管道上的胶球泵与胶球投加器的入口相连通，胶球投加器的出口通过管道与水‐水换热器管侧进水管相连通；收球网水侧出口通过管道与机力通风冷却塔的配水系统入口相连通，机力通风冷却塔下部设置有废水池，经过机力通风冷却塔喷淋蒸发的浓废水落入废水池内，经除过固体悬浮物的废水原液通过安装在管道上的泵进入废水池内；废水池的一个出口通过安装在管道上的过滤器与废水循环泵的入口相连通，废水循环泵的出口通过管道与水‐水换热器的管侧进水管相连通，阻垢剂投放点设置在废水循环泵之前的管道上；雾化泵的入口通过安装在管道上的过滤器与废水池的另一出口相连通、出口通过管道与雾化装置相连通，废水汇入压缩空气后经雾化装置出口喷咀进行喷雾，雾化装置设置在静电除尘器之前的烟道上。
2.根据权利要求1所述的将空冷岛乏汽余热用于火力发电厂废水零排放处理的工艺，其特征在于所述的乏汽凝汽器为：凝汽器壳体上部设置有壳侧进汽管、下部设置有热井，凝汽器壳体左右两端均设置有凝汽器管板，凝汽器壳体内部设置有安装在壳体两端凝汽器管板上的凝汽器换热管，凝汽器管板外侧均设置有水室，一侧水室上设置有凝汽器管侧进水管，另一侧水室上设置有凝汽器管侧出水管，凝汽器壳体底部设置有凝结水出水管。
3.根据权利要求1所述的将空冷岛乏汽余热用于火力发电厂废水零排放处理的工艺，其特征在于所述的水-水换热器为：换热器壳体左右两端均设置有换热器管板，换热器壳体内部设置有安装在换热器两端换热器管板上的换热器换热管，一端换热器管板外侧设置有管箱、另一端换热器管板外侧设置有封头，换热器壳体上部设置有壳侧进水管、下部设置有壳侧出水管，管箱上部设置有换热器管侧进水管、下部设置有换热器管侧出水管。
4.根据权利要求1所述的将空冷岛乏汽余热用于火力发电厂废水零排放处理的工艺，其特征在于所述的机力通风冷却塔为：在混凝土塔身顶部设置有冷却风机，混凝土塔身中部设置有收水器，混凝土塔身内收水器下方设置有配水系统，配水系统与收球网水侧出口相连通，混凝土塔身内配水系统下方设置有填料层，混凝土塔身下方设置有V型支柱，运行时空气由支柱间引入，V型支柱底部设置有废水池。
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