CN107935292A - 低负荷工况下利用排烟余热蒸发脱硫废水的系统和方法 - Google Patents

低负荷工况下利用排烟余热蒸发脱硫废水的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种在燃煤电厂低负荷工况下利用排烟余热蒸发脱硫废水的系统和方法。所述系统包括省煤器烟气旁路子系统和脱硫废水高温烟道旁路蒸发子系统。所述省煤器烟气旁路子系统包括省煤器旁路烟道。所述脱硫废水高温烟道旁路蒸发子系统包括通过废水管道依次连接的软化池、浓缩装置、废水泵、废水预热器和双流体雾化喷射器，软化池连接脱硫塔；还包括空预器旁路烟道，所述空预器旁路烟道上设有蒸发器，所述双流体雾化喷射器设置在蒸发器的内部顶端。本发明还涉及一种基于所述的利用排烟余热蒸发脱硫废水的系统实现低负荷工况下脱硫废水零排放的方法。本发明可提高机组能量利用率，并实现废水的零排放。

Description

低负荷工况下利用排烟余热蒸发脱硫废水的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种在燃煤电厂低负荷工况下利用排烟余热蒸发脱硫废水的系统和方法，该系统可提高机组能量利用率，并实现废水的零排放，属于火力发电节能减排领域。
背景技术
近年来，国内燃煤机组调峰任务艰巨，多数机组长期处于低负荷运行状态。负荷的降低导致了锅炉排烟温度的下降，当省煤器出口烟气温度过低时，SCR脱硝装置的效率将大幅降低，甚至整体退出运行，烟气氮氧化物的浓度将无法达到国家超低排放的要求。省煤器烟气旁路技术是提升机组低负荷脱硝效率的重要方法之一，其原理是设置与省煤器并联的烟气旁路，从省煤器之前的主烟道引部分烟气直接汇入省煤器之后的主烟道，由于给水和烟气在省煤器中的换热量降低，SCR脱硝装置的进口烟气温度得到提高，确保了机组在低负荷工况下的脱硝效率。然而，烟气温度的上升也导致了锅炉排烟热损失的增大，降低了系统能量利用率。
高温烟道旁路蒸发技术是实现燃煤电厂脱硫废水零排放的主要技术手段之一，其原理是设置与空预器并联的烟道旁路和废水蒸发器，从空预器入口处引部分高温烟气进入旁路和蒸发器，同时将脱硫废水雾化喷射于蒸发器内，利用高温烟气余热将水分蒸发。由于该技术需引空预器之前的高温烟气作为废水蒸发热源，所以会降低锅炉进风温度和效率。当机组降负荷运行时，锅炉排烟温度降低，为了确保脱硫废水的蒸发，需引更多的高温烟气进入旁路烟道，导致锅炉进风温度和效率的进一步降低。若能提高低负荷工况下SCR脱硝装置出口烟气的温度，则可以减少废水蒸发需消耗的高温烟气量，提升锅炉进风温度和效率。
综上所述，在机组降负荷运行时，由于烟气温度的降低，脱硫废水需要消耗更多的高温烟气才能完全蒸发，会降低锅炉效率；省煤器烟气旁路技术在提升脱硝效果的同时也提高了烟气温度，增大了锅炉排烟热损失。若能将该部分排烟热损失用于脱硫废水蒸发，则不仅可以实现废水零排放，更能降低系统能耗。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种在燃煤电厂低负荷工况下利用排烟余热蒸发脱硫废水的系统和方法，该系统包括省煤器烟气旁路子系统和脱硫废水高温烟道旁路蒸发子系统，可在机组低负荷工况下高效利用机组排烟余热实现废水的零排放。其中，省煤器烟气旁路子系统可提升机组低负荷脱硝效率和排烟温度，降低脱硫废水蒸发对高温烟气的需求量；脱硫废水高温烟道旁路蒸发子系统可对废水进行软化、浓缩减量和预热等，降低其蒸发过程对热能的需求，并实现废水零排放。
为了达到上述目的，本发明采用的具体技术方案是：
一种低负荷工况下利用排烟余热蒸发脱硫废水的系统，包括：包括通过烟道依次连接的锅炉、省煤器、SCR脱硝装置、空预器、电除尘器和脱硫塔，还包括省煤器烟气旁路子系统和脱硫废水高温烟道旁路蒸发子系统；其中，
所述省煤器烟气旁路子系统包括省煤器旁路烟道；
所述脱硫废水高温烟道旁路蒸发子系统包括通过废水管道依次连接的软化池、浓缩装置、废水泵、废水预热器和双流体雾化喷射器，其中，所述软化池一端通过废水管道连接所述脱硫塔，所述废水预热器安装于电除尘器和脱硫塔之间的烟道内；
所述脱硫废水高温烟道旁路蒸发子系统还包括空预器旁路烟道，所述省煤器旁路烟道入口与省煤器前的主烟道连接，连接处设置可调节开度的省煤器旁路烟道挡板，所述省煤器旁路烟道的出口与省煤器后的主烟道连接；所述空预器旁路烟道上设有蒸发器，所述双流体雾化喷射器设置在蒸发器的内部顶端。
进一步的，所述空预器旁路烟道一端连接SCR脱硝装置与空预器之间的烟道，连接处设有空预器旁路烟道挡板；所述空预器旁路烟道另一端连接空预器与电除尘器之间的烟道。
进一步的，所述蒸发器外还设有空气压缩机，所述双流体雾化喷射器与空气压缩机相通。
进一步的，所述浓缩装置采用反渗透原理，将脱硫废水过滤为高浓度废水和清水，所述浓缩装置还接有清水管道。
进一步的，所述空预器旁路烟道由蒸发器的上部进入，从蒸发器的下部引出。
进一步的，所述蒸发器底端还接有灰渣管道。
基于所述的利用排烟余热蒸发脱硫废水的系统实现低负荷工况下脱硫废水零排放的方法，包括以下步骤：
步骤1，当机组负荷降低时，打开省煤器旁路烟道挡板，通过控制挡板开度调整烟气进入省煤器旁路烟道的流量，使SCR脱硝装置的入口烟气温度保持在320-420℃之间；
步骤2，脱硫废水由脱硫塔进入软化池，向软化池中投加软化药剂，去除废水中镁离子和钙离子，将废水硬度调整在150mg/L以下，得到软化废水；
步骤3，所述软化废水进入浓缩装置，通过其中的反渗透膜过滤为高浓度废水和清水，清水经清水管道排出回收利用；其中，高浓度废水占废水总量的50％-70％；
步骤4，所述高浓度废水经废水泵进入废水预热器，与电除尘器和脱硫塔之间的烟气进行充分换热，所述高浓度废水温度提升40-70℃；
步骤5，预热后的高浓度废水与来自空气压缩机的高压空气共同进入双流体雾化喷射器，废水被雾化为平均粒径为40-100μm的液滴，并沿着烟气流向喷射于蒸发器内部的顶端；
步骤6，打开空预器旁路烟道挡板，通过控制其开度调整进入空预器旁路烟道的烟气流量，确保其热能足够维持当前脱硫废水的蒸发；
步骤7，空预器之前的部分高温烟气经所述空预器旁路烟道进入蒸发器上部，与雾化废水充分换热并将其蒸发，产生的大部分固体颗粒物随烟气由蒸发器的下部排至空预器后的主烟道，进入电除尘器被捕捉；蒸发器中产生的其余固体颗粒物沉降至蒸发器底部，经灰渣管道排出，完成脱硫废水零排放。
进一步的，步骤2中，向所述软化池中投加的软化药剂为熟石灰和纯碱。
进一步的，所述空气压缩机提供的高压空气压强为0.4-0.8MPa。
本发明的有益效果为：
1.提高了机组低负荷工况下的排烟温度，为脱硫废水蒸发提供了稳定而充足的热源，并利用电除尘器和脱硫塔之间烟气的废热对废水进行了预热，在实现废水零排放的同时提高了系统能量有效利用率；
2.提高了空预器之前烟气的温度，减少了低负荷工况下脱硫废水蒸发对高温烟气的需求量，缓解了由负荷降低和废水蒸发导致的锅炉进风温度的下降，提高锅炉效率；
3.提高了SCR脱硝装置进口烟气的温度，提升了机组在低负荷工况下的脱硝效率；
4.脱硫废水的蒸发增大了烟气湿度，有利于烟气细小颗粒物的团聚，减少了细小颗粒物的排放；
5.废水浓缩产生了部分清水，节约了水资源。
附图说明
图1为本发明所述利用排烟余热蒸发脱硫废水的系统结构示意图；
其中，1-锅炉，2-省煤器，3-SCR脱硝装置，4-空预器，5-电除尘器，6-脱硫塔，7-软化池，8-浓缩装置，9-废水泵，10-废水预热器，11-空气压缩机，12-双流体雾化喷射器，13-蒸发器，14-省煤器旁路烟道，15-省煤器旁路烟道挡板，16-主烟道，17-废水管道，18-清水管道，19-空预器旁路烟道，20-空预器旁路烟道挡板，21-灰渣管道，22-给水管道。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种低负荷工况下利用排烟余热蒸发脱硫废水的系统，如图1所示，包括：包括通过烟道依次连接的锅炉1、省煤器2、SCR脱硝装置3、空预器4、电除尘器5和脱硫塔6，其特征在于，还包括省煤器烟气旁路子系统和脱硫废水高温烟道旁路蒸发子系统；其中，
所述省煤器烟气旁路子系统包括省煤器旁路烟道14；所述省煤器旁路烟道14入口连接锅炉1与省煤器2之间的主烟道16，连接处设置可调节开度的省煤器旁路烟道挡板15，所述省煤器旁路烟道14的出口连接省煤器2与SCR脱硝装置3的主烟道。
所述脱硫废水高温烟道旁路蒸发子系统包括通过废水管道17依次连接的软化池7、浓缩装置8、废水泵9、废水预热器10和双流体雾化喷射器12，其中，所述软化池7一端通过废水管道17连接所述脱硫塔6，所述废水预热器10安装于电除尘器5和脱硫塔6之间的烟道内。
所述脱硫废水高温烟道旁路蒸发子系统还包括空预器旁路烟道19，所述空预器旁路烟道19一端连接SCR脱硝装置3与空预器4之间的烟道，连接处设有空预器旁路烟道挡板20，所述空预器旁路烟道19另一端连接空预器4与电除尘器5之间的烟道；所述空预器旁路烟道19上设有蒸发器13，所述双流体雾化喷射器12设置在蒸发器13的内部顶端。所述蒸发器13外还设有空气压缩机11，所述双流体雾化喷射器12与空气压缩机11相通，空气压缩机11可向双流体雾化喷射器12提供压强约为0.4-0.8MPa的压缩空气。所述蒸发器13底端还接有灰渣管道21。
所述浓缩装置8采用反渗透原理，将脱硫废水过滤为高浓度废水和清水，所述浓缩装置8还接有清水管道18。
基于所述的利用排烟余热蒸发脱硫废水的系统实现低负荷工况下脱硫废水零排放的方法，包括以下步骤：
步骤1，当机组负荷降低时，打开省煤器旁路烟道挡板15，通过控制挡板开度调整烟气进入省煤器旁路烟道14的流量，使SCR脱硝装置3的入口烟气温度保持在320-420℃之间(具体开度调整方式需针对机组具体情况计算)，确保SCR脱硝装置3高效运行；
步骤2，脱硫废水由脱硫塔6进入软化池7，向软化池7中投加熟石灰(或烧碱)和纯碱等软化药剂，去除废水中镁离子和钙离子，将废水硬度调整在150mg/L以下(以碳酸钙计)，得到软化废水；
步骤3，所述软化废水进入浓缩装置8，通过其中的反渗透膜过滤为高浓度废水和清水，清水经清水管道18排出回收利用；其中，高浓度废水占废水总量的50％-70％；
步骤4，所述高浓度废水经废水泵9进入废水预热器10，与电除尘器5和脱硫塔6之间的烟气进行充分换热，所述高浓度废水温度提升40-70℃；
步骤5，预热后的高浓度废水与来自空气压缩机11的高压空气共同进入双流体雾化喷射器12，废水被雾化为平均粒径为40-100μm的液滴，并沿着烟气流向喷射于蒸发器13内部的顶端；
步骤6，打开空预器旁路烟道挡板20，通过控制其开度调整进入空预器旁路烟道19的烟气流量，确保其热能足够维持当前脱硫废水的蒸发(具体控制方式需针对机组具体情况计算)；
步骤7，空预器4之前的部分高温烟气经所述空预器旁路烟道19进入蒸发器13上部，与雾化废水充分换热并将其蒸发，产生的大部分固体颗粒物随烟气由蒸发器13的下部排至空预器4后的主烟道，进入电除尘器5被捕捉；蒸发器13中产生的其余固体颗粒物沉降至蒸发器13底部，经灰渣管道21排出，完成脱硫废水零排放。
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)

1.一种低负荷工况下利用排烟余热蒸发脱硫废水的系统，其特征在于，包括：包括通过烟道依次连接的锅炉(1)、省煤器(2)、SCR脱硝装置(3)、空预器(4)、电除尘器(5)和脱硫塔(6)，其特征在于，还包括省煤器烟气旁路子系统和脱硫废水高温烟道旁路蒸发子系统；其中，
所述省煤器烟气旁路子系统包括省煤器旁路烟道(14)；
所述脱硫废水高温烟道旁路蒸发子系统包括通过废水管道(17)依次连接的软化池(7)、浓缩装置(8)、废水泵(9)、废水预热器(10)和双流体雾化喷射器(12)，其中，所述软化池(7)一端通过废水管道(17)连接所述脱硫塔(6)，所述废水预热器(10)安装于电除尘器(5)和脱硫塔(6)之间的烟道内；
所述脱硫废水高温烟道旁路蒸发子系统还包括空预器旁路烟道(19)，所述空预器旁路烟道(19)一端连接SCR脱硝装置(3)与空预器(4)之间的烟道，所述空预器旁路烟道(19)另一端连接空预器(4)与电除尘器(5)之间的烟道；所述空预器旁路烟道(19)上设有蒸发器(13)，所述双流体雾化喷射器(12)设置在蒸发器(13)的内部顶端。
2.根据权利要求1所述的低负荷工况下利用排烟余热蒸发脱硫废水的系统，其特征在于，所述省煤器旁路烟道(14)入口与省煤器(2)前的主烟道(16)连接，连接处设置可调节开度的省煤器旁路烟道挡板(15)，所述省煤器旁路烟道(14)的出口与省煤器(2)后的主烟道连接。
3.根据权利要求1所述的低负荷工况下利用排烟余热蒸发脱硫废水的系统，其特征在于，所述空预器旁路烟道(19)与空预器(4)前主烟道的连接处设有空预器旁路烟道挡板(20)。
4.根据权利要求1所述的低负荷工况下利用排烟余热蒸发脱硫废水的系统，其特征在于，所述蒸发器(13)外还设有空气压缩机(11)，所述双流体雾化喷射器(12)与空气压缩机(11)相通。
5.根据权利要求1所述的低负荷工况下利用排烟余热蒸发脱硫废水的系统，其特征在于，所述浓缩装置(8)采用反渗透原理，将脱硫废水过滤为高浓度废水和清水，所述浓缩装置(8)还接有清水管道(18)。
6.根据权利要求1所述的低负荷工况下利用排烟余热蒸发脱硫废水的系统，其特征在于，所述空预器旁路烟道(19)由蒸发器(13)的上部进入，从蒸发器(13)的下部引出；所述蒸发器(13)底端还接有灰渣管道(21)。
7.基于权利要求1～6任一项所述的利用排烟余热蒸发脱硫废水的系统实现低负荷工况下脱硫废水零排放的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，当机组负荷降低时，打开省煤器旁路烟道挡板(15)，通过控制挡板开度调整烟气进入省煤器旁路烟道(14)的流量，使SCR脱硝装置(3)的入口烟气温度保持在320-420℃之间；
步骤2，脱硫废水由脱硫塔(6)进入软化池(7)，向软化池(7)中投加软化药剂，去除废水中镁离子和钙离子，将废水硬度调整在150mg/L以下，得到软化废水；
步骤3，所述软化废水进入浓缩装置(8)，通过其中的反渗透膜过滤为高浓度废水和清水，清水经清水管道(18)排出回收利用；其中，高浓度废水占废水总量的50％-70％；
步骤4，所述高浓度废水经废水泵(9)进入废水预热器(10)，与电除尘器(5)和脱硫塔(6)之间的烟气进行充分换热，所述高浓度废水温度提升40-70℃；
步骤5，预热后的高浓度废水与来自空气压缩机(11)的高压空气共同进入双流体雾化喷射器(12)，废水被雾化为平均粒径为40-100μm的液滴，并沿着烟气流向喷射于蒸发器(13)内部的顶端；
步骤6，打开空预器旁路烟道挡板(20)，通过控制其开度调整进入空预器旁路烟道(19)的烟气流量，确保其热能足够维持当前脱硫废水的蒸发；
步骤7，空预器(4)之前的部分高温烟气经所述空预器旁路烟道(19)进入蒸发器(13)上部，与雾化废水充分换热并将其蒸发，产生的大部分固体颗粒物随烟气由蒸发器(13)的下部排至空预器(4)后的主烟道，进入电除尘器(5)被捕捉；蒸发器(13)中产生的固体颗粒物沉降至蒸发器(13)底部，经灰渣管道(21)排出，完成脱硫废水零排放。
8.根据权利要求7所述的低负荷工况下脱硫废水零排放的方法，其特征在于，步骤2中，向所述软化池(7)中投加的软化药剂为熟石灰和纯碱。
9.根据权利要求7所述的低负荷工况下脱硫废水零排放的方法，其特征在于，所述空气压缩机(11)提供的高压空气压强为0.4-0.8MPa。
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