CN108059294A - 用于湿法脱硫的废水处理工艺系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于湿法脱硫的废水处理工艺系统和方法，所述系统的主烟道内设置有第一组喷嘴，与空预器并联设置的旁路烟道内设置有第二组喷嘴，可调风门设置在所述旁路烟道的入口处；控制阀设置在所述给料泵与所述第一组喷嘴和第二组喷嘴之间，以控制压力废水输出至所述第一组喷嘴和/或第二组喷嘴；第一温度传感器设置在所述主烟道的蒸发区首端；控制器根据所述第一温度传感器获取的温度和预设的主烟道起喷温度阀值，输出控制信号至所述控制阀和所述可调风门的控制端，以调节匹配所述第一组喷嘴和第二组喷嘴的启停控制。本发明可充分利用烟气余热合理调配两个蒸发区，并可大大降低系统投资和运行成本，且无新的固废产生。

Description

用于湿法脱硫的废水处理工艺系统及方法

技术领域

本发明涉及火力燃煤机组环保技术领域，具体涉及一种用于湿法脱硫废水处理工艺系统及方法。

背景技术

随着环境保护力度的不断加大，在火力发电行业已经普遍装设了烟气脱硫装置。众所周知，石灰石-石膏湿法烟气脱硫(WFGD)技术，因其具有煤种适用范围广、脱硫效率高等一系列优点，已成为国内外烟气脱硫的主导技术。在湿法脱硫洗涤烟气的过程中，烟气飞灰被洗涤进入石膏浆液中，其中含有的氯离子、重金属离子等有害物质也随之进入烟气脱硫系统；并在石膏处理工艺过程中，随着冲洗水进入脱硫废水环节，也即形成了富含重金属和氯离子的脱硫废水。

运行过程中，为了维持脱硫装置浆液循环系统的物质平衡，防止脱硫设备的腐蚀和保证石膏质量，需要从系统中排放一定量的废水。脱硫废水具有总量相对较少，难以处理以及易于产生二次污染等问题，因此，系统全烟气全负荷脱硫废水的可靠零排放是行业内普遍关注的技术难点。

目前，现有技术大多利用空预器前主烟道或空预器后主烟道内烟气热量，对雾化废水进行蒸发处理。其中，空预器后主烟道喷雾蒸干所处理的废水量有限，无法实现废水零排，往往需要对脱硫废水进行浓缩减量；而任何浓缩减量的设备系统都非常庞大复杂，设备投资成本很高，占用场地大，维护量也大，且有新的固废产生。其中，空预器前高温旁路烟道喷雾蒸干可处理的废水量很大，但抽取的高温烟气量大，一、二次风温降副大，因此对锅炉效率的影响也就很大，折算运行成本很高；此外，一、二次风温降低过大，空预器流速降低，则会出现积灰增加、冷端低温腐蚀加重以及硫酸氢铵粘附堵塞加重等次生问题。

有鉴于此，亟待针对现有湿法脱硫的废水处理工艺进行优化设计，在满足排放要求的基础上，有效控制系统运行成本。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于湿法脱硫的废水处理工艺系统及方法，该系统和方法能够有效控制系统制造成本和运行成本，且无新的固废产生，可最大限度的利用烟气余热，满足环保排放要求。

本发明提供的用于湿法脱硫的废水处理工艺系统，包括空预器后的主烟道、给料泵、与空预器并联设置的旁路烟道、可调风门、控制阀、第一温度传感器和控制器；其中，所述主烟道内设置有第一组喷嘴，所述旁路烟道内设置有第二组喷嘴，所述可调风门设置在所述旁路烟道的入口处；所述控制阀设置在所述给料泵与所述第一组喷嘴和第二组喷嘴之间，以控制压力废水输出至所述第一组喷嘴和/或第二组喷嘴；所述第一温度传感器设置在所述主烟道的蒸发区首端；所述控制器根据所述第一温度传感器获取的温度和预设的主烟道起喷温度阀值，输出控制信号至所述控制阀和所述可调风门的控制端，以调节匹配所述第一组喷嘴和第二组喷嘴的启停控制。

优选地，还包括：第二温度传感器，设置在所述主烟道的蒸发区末端；且所述控制器根据所述第二温度传感器获取的温度和预设的主烟道蒸发区末端温度下限阀值，输出控制信号至所述控制阀的控制端，以调节输出至所述第一组喷嘴和/或所述第二组喷嘴的压力废水。

优选地，还包括：第三温度传感器，设置在所述旁路烟道的蒸发区末端；且所述控制器根据所述第三温度传感器采集的温度和预设的旁路烟道蒸发区末端温度下限阀值，输出控制信号至所述控制阀和/或所述可调风门的控制端，以调节输出至所述第二组喷嘴的压力废水和所述可调风门的开度。

优选地，所述第一组喷嘴均采用插拔式侧喷喷枪。

优选地，还包括：压缩空气产生装置，用于提供压力空气；且所述控制阀为气水调节阀，其气体入口与所述压缩空气产生装置的输出端口连通。

优选地，所述旁路烟道的蒸发段为垂直布置圆形管段，所述第二组喷嘴沿所述圆形管段的侧壁呈螺旋梯级布置。

本发明提供的用于湿法脱硫的废水处理工艺方法，以空预器后的主烟道和与所述空预器并联设置的旁路烟道分别作为蒸发区，所述方法包括以下步骤：预设主烟道起喷温度阀值；获取主烟道蒸发区首端温度；以当前主烟道蒸发区的首端温度是否不低于所述起喷温度阀值为条件，获得所述主烟道蒸发区是否具备启用条件的判断结果；当判断结果表征所述主烟道蒸发区不具备启用条件时，输出关停主烟道蒸发区的废水喷入、开启旁路烟道蒸发区的废水喷入及开通旁路烟道的控制信号。

优选地，还包括：预设主烟道蒸发区末端温度下限阀值；获取主烟道蒸发区末端温度；以当前主烟道蒸发区末端温度是否不低于所述主烟道蒸发区末端温度下限阀值为条件，获得所述主烟道蒸发区内废水是否蒸干的判断结果；当判断结果表征所述主烟道蒸发区内废水未蒸干时，输出调小主烟道蒸发区的废水喷入量的控制信号。

优选地，还包括：预设旁路烟道蒸发区末端温度下限阀值；获取旁路烟道蒸发区末端温度；以当前旁路烟道蒸发区末端温度是否不低于所述旁路烟道蒸发区末端温度下限阀值为条件，获得所述旁路烟道蒸发区内废水是否蒸干的判断结果；当判断结果表征所述旁路烟道蒸发区内废水未蒸干时，输出调大旁路烟道的通烟量和/或调小旁路烟道蒸发区的废水喷入量的控制信号。

优选地，所述旁路烟道蒸发区末端温度下限阀值与所述主烟道起喷温度阀值相同。

针对现有技术所存在的废水处理效果不理想的现状，本发明另辟蹊径提出了一种废水处理工艺方案，构建了空预器后主烟道和旁路烟道两个废水蒸发区，并将旁路烟道与空预器并联设置，在主烟道和旁路烟道内的蒸发区分别设置相应的喷嘴组，以便实现废水喷入蒸发。同时，根据第一温度传感器获取的温度和预设的主烟道起喷温度阀值，输出控制信号至控制阀和可调风门的控制端，以调节匹配第一组喷嘴和第二组喷嘴的启停控制；也就是说，当第一温度传感器所获取的主烟道蒸发区首端温度低于主烟道起喷温度阀值时，则停用主烟道蒸发区并启用旁路烟道蒸发区。与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、充分利用烟气余热合理调配两个蒸发区。

首先，本方案充分利用了空预器后主烟道的烟气余热作为废水蒸发热源，当主烟道内温度低于起喷温度时，再启用旁路烟道蒸发区；如此设置，一方面可确保在可实现废水蒸干的烟温状态下启用主烟道蒸发区，从而可规避由于蒸不干而导致烟道内灰板结的现象出现；另一方面，旁路烟道蒸发区的启用基于主烟道蒸发区的烟温状态进行控制，根据实际处理需求控制旁路烟道通流的启用成本，充分利用系统烟气余热的同时，还可有效平衡旁路烟道喷雾技术抽气量对锅炉效率的影响。

2、无需软化及浓缩减量等前置设备，系统投资成本较低。

通过合理匹配主烟道蒸发区和旁路烟道蒸发区，仅需要传统的脱硫废水处理工艺采用中和、反应、絮凝及沉淀的处理设备即可实施本方案，无需软化及浓缩减量等前置设备，即可充分利用系统烟气余热满足排放要求。系统简单可靠，占地少，设备投资低。

3、无新的固废产生。

本方案未采用软化工艺，在满足排放要求有效控制系统运行成本的基础上，可完全规避传统脱硫废水软化所产生的固废。

4、烟气余热利用率的最大化。

在本发明的优选方案中，基于主烟道蒸发区末端温度判断蒸干程度，并根据预设的主烟道蒸发区末端温度下限阀值，调节输出至第一组喷嘴和/或第二组喷嘴的压力废水。也就是说，主烟道蒸发区末端温度低于阀值时，可调小输出至第一组喷嘴的压力废水量，从而使得主烟道蒸发区在系统运行全程均处于其内烟气余温充分被利用的工作状态下；同时，调大输出至第二组喷嘴的压力废水量，提高旁路烟道的蒸发能力，最大限度的利用系统烟气余热，真正实现全烟气全负荷脱硫废水零排放。

5、旁路烟道通流启用成本的最优化。

在本发明的另一优选方案中，基于旁路烟道蒸发区末端温度判断旁路烟道的最优烟气通流量，并根据预设的旁路烟道蒸发区末端温度下限阀值，调节输出至第二组喷嘴的压力废水和可调风门的开度。也就是说，旁路烟道蒸发区末端温度低于阀值时，则调大风门开度提高蒸干能力，或者调小输出至第二组喷嘴的压力废水量，从而在满足排放要求的基础上，合理控制旁路烟道的通流启动，确保其启用成本的最优化。

附图说明

图1为具体实施方式所述用于湿法脱硫的废水处理工艺系统原理图；

图2为具体实施方式所述处理工艺系统的控制方框图。

图中：

锅炉1、脱硝设备2、主烟道3、除尘器4、脱硫吸收塔5、烟囱6、浆液循环泵7、石膏脱水装置8、废水箱9、废水缓冲箱10、给料泵11、第一组喷嘴12、空预器13、旁路烟道14、第二组喷嘴15、可调风门16、控制阀17、压缩空气产生装置18；

第一温度传感器21、控制器22、存储单元23、第二温度传感器24、第三温度传感器25。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

不失一般性，本实施方式以图1中所示烟气湿法脱硫系统作为描述主体，详细说明本申请提出的湿法脱硫的废水处理工艺系统。工作过程中，锅炉1燃烧产生的烟气经脱硝设备2处理后，经空预器后主烟道3进入除尘器4，进入湿法脱硫吸收塔5中，最后通过脱硫后烟道经烟囱6排入大气中。

其中，湿法脱硫系统经浆液循环泵7建立脱硫水循环，经石膏脱水装置8去除石膏的脱硫废水进入废水处理流程。如图1所示，脱硫废水首先进入废水箱9，并经废水缓冲箱10沉淀后，通过给料泵11泵送压力废水至蒸干区。

该用于湿法脱硫的废水处理工艺系统，建立有两个蒸发区。如图1所示，空预器后的主烟道3内设置有第一组喷嘴12，与空预器13并联设置的旁路烟道14内设置有第二组喷嘴15，分别布置在相应的蒸发区，以通过双相流雾化喷嘴获得待蒸发粒径。其中，旁路烟道14的入口处设置有一可调风门16，以实现旁路烟道14支路导通或关闭，以及通过可调风门16开度变化的调整旁路烟道14的抽气量。

本方案在液源与两个蒸发区之间设置一控制阀17。如图所示，该控制阀设置在给料泵11与主烟道蒸发区的第一组喷嘴12和旁路烟道蒸发区的第二组喷嘴15之间，以控制压力废水输出至第一组喷嘴12和/或第二组喷嘴15；

同时，在主烟道3的蒸发区首端设置有第一温度传感器21，以根据控制程序设定采集蒸发区首端的烟气温度。同时，控制器22根据第一温度传感器21获取的温度和预设的主烟道起喷温度阀值，输出控制信号至控制阀17控制端和可调风门16的控制端，以调节匹配第一组喷嘴12和第二组喷嘴15的启停控制。

请一并参见图2，该图为本实施方式所述处理系统的控制方框图。

除前述处理系统外，本实施方式还提供一种用于湿法脱硫的废水处理工艺方法，结合图1所示，该方法以空预器后的主烟道和与所述空预器并联设置的旁路烟道分别作为蒸发区，所述方法包括以下步骤：预设主烟道起喷温度阀值，并可保存在存储单元23中；获取主烟道蒸发区首端温度，利用第一温度传感器21进行采集，具体可以根据具体工程需要进行选择；以当前主烟道3蒸发区的首端温度是否不低于起喷温度阀值为条件，获得主烟道3蒸发区是否具备启用条件的判断结果；当判断结果表征主烟道31蒸发区不具备启用条件时，输出关停主烟道蒸发区的废水喷入、开启旁路烟道14蒸发区的废水喷入及开通旁路烟道14的控制信号。请一并参见图2。

系统工作过程中，在可实现废水蒸干的烟温状态下启用主烟道蒸发区，例如，可预设主烟道起喷温度阀值为110℃，主烟道3的起喷条件为烟温达到110℃，由此可规避由于蒸不干而导致烟道内灰板结的现象出现；此外，高负荷下主烟道3蒸发区即可满足要求，旁路烟道14蒸发区的启用基于主烟道蒸发区的烟温状态进行控制，可根据实际处理需求控制旁路烟道通流的启用成本，充分利用系统烟气余热的同时，能够有效平衡旁路烟道喷雾技术抽气量对锅炉效率的影响。

为了确保主烟道蒸发区在系统运行全程均处于充分可靠地利用，进一步地可在主烟道3蒸发区末端增设第二温度传感器24，控制器22根据第二温度传感器24获取的温度和预设的主烟道3蒸发区末端温度下限阀值，输出控制信号至控制阀17的控制端，以调节输出至第一组喷嘴12和/或第二组喷嘴15的压力废水。

具体执行时，可以预设主烟道3蒸发区末端温度下限阀值，存储在存储单元23内；利用第二温度传感器24获取主烟道蒸发区末端温度；并以当前主烟道3蒸发区末端温度是否不低于主烟道3蒸发区末端温度下限阀值为条件，获得主烟道3蒸发区内废水是否蒸干的判断结果；当判断结果表征主烟道3蒸发区内废水未蒸干时，输出调小主烟道3蒸发区的废水喷入量的控制信号。例如，预设主烟道3蒸发区末端温度下限阀值为105℃，主烟道蒸发区末端温度低于阀值105℃时，可通过控制阀17调小输出至第一组喷嘴12的压力废水量，使得主烟道3蒸发区在系统运行全程均处于其内烟气余温充分被利用的工作状态下；同时，通过控制阀17调大输出至第二组喷嘴15的压力废水量，提高旁路烟道的蒸发能力，最大限度的利用系统烟气余热，确保全烟气全负荷脱硫废水零排放。这里，主烟道蒸发区(第一组喷嘴12)和旁路烟道蒸发区(第二组喷嘴12)的喷入量，可同时调节控制也可以根据运行工况的负荷情况择一进行选择性调节。

可以理解的是，旁路烟道14的启用直接影响到系统运行成本，旁路烟道14的通烟量与锅炉效率成反比。为了在获得较佳排放效果的基础上，有效兼顾锅炉效率，可以在旁路烟道14蒸发区末端设置第三温度传感器25，控制器22根据第三温度传感器25采集的温度和预设的旁路烟道14蒸发区末端温度下限阀值，输出控制信号至控制阀13和/或可调风门16的控制端，以调节输出至第二组喷嘴15的压力废水和可调风门16的开度。

具体执行时，预设旁路烟道14蒸发区末端温度下限阀值，并保存在存储单元23内；利用第三温度传感器25获取旁路烟道14蒸发区末端温度；并以当前旁路烟道14蒸发区末端温度是否不低于旁路烟道14蒸发区末端温度下限阀值为条件，获得旁路烟道14蒸发区内废水是否蒸干的判断结果；当判断结果表征旁路烟道14蒸发区内废水未蒸干时，输出调大旁路烟道14的通烟量和/或调小旁路烟道14蒸发区的废水喷入量的控制信号。例如，预设旁路烟道14蒸发区末端温度下限阀值为110℃，旁路烟道14蒸发区末端温度低于阀值时110℃，则调大可调风门16的开度提高旁路烟道14蒸发区蒸干能力，或者通过控制阀17调小输出至第二组喷嘴15的压力废水量，从而在满足排放要求的基础上，合理控制旁路烟道的通流启动，确保其启用成本的最优化。

应当理解，这里的控制策略可以同时调大可调风门16开度、调小输出至旁路烟道蒸发区(第二组喷嘴15)的压力废水量，以使得主烟道3和旁路烟道14喷入量在运行时根据各参数进行关联调整，确保系统始终工作在最经济最可靠状态；当然，也可以根据实际工程及运行负荷择一进行调节控制，例如，仅根据需处理量来调节进气风门控制烟气量即可满足蒸发要求，只要满足排放效果与锅炉效率间的良好平衡均在本申请请求保护的范围内。

作为优选，旁路烟道14蒸发区末端温度下限阀值与主烟道3起喷温度阀值相同，例如两者均为110℃。如此设置，经旁路烟道14蒸发区降温后烟气混入空预器后主烟道3时，对主烟道3的起喷温度无任何干扰，从而可避免蒸发区启用频繁切换，便于控制的同时确保系统运行更加平稳可靠。另外，通过热力计算可得出主烟道烟气的可蒸发量，再根据喷嘴的限定流量，确定主烟道需要布置的喷嘴数量，最终确定空预器后主烟道能处理的废水量，确定了主烟道的废水处理量后，即可根据总废水量计算旁路烟道所需处理的废水量，根据这一废水量通过热力计算可得所需的抽气量和旁路烟道规格尺寸和喷嘴数量，以充分利用烟气余热。

此外，第一组喷嘴12可均采用插拔式侧喷喷枪，以便于实现在线检修；侧喷喷枪不会过长，具有振动小、雾化效果好，使用寿命长的特点。另外，喷管内的废水由于未伸入高温烟气中，不会因温升而结垢堵塞；同时，喷射角度易于调整，可实现快速蒸干的最佳喷射角度。作为进一步优选，旁路烟道14的蒸发段为垂直布置圆形管段，第二组喷嘴12沿圆形管段的侧壁呈螺旋梯级布置，可增大总体雾滴和烟气的混合度。

如图1所示，该废水处理工艺系统还包括一压缩空气产生装置18，用于提供压力空气至废水蒸发区，以获得较佳的雾化效果；在此基础上，控制阀17为气水调节阀，其气体入口与压缩空气产生装置18的输出端口连通，其液体入口与给料泵11的输出端口连通。需要说明的是，该气水调节阀的具体结构非本申请的核心发明点所在，本领域普通技术人员可以根据本申请的发明构思结合具体系统具体参数进行配置，故本文不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于以计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。

需要说明的是，本实施方式提供的上述实施例，并非局限于图1所示烟气湿法脱硫系统作为优化基础，应当理解，本申请提出的技术方案并非局限于图1所示烟气湿法脱硫系统，只要核心构思与本方案一致均在本申请请求保护的范围内。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.用于湿法脱硫的废水处理工艺系统，包括：

空预器后的主烟道，其内设置有第一组喷嘴；和

泵送压力废水的给料泵；其特征在于，还包括：

与空预器并联设置的旁路烟道，其内设置有第二组喷嘴；

可调风门，设置在所述旁路烟道的入口处；

控制阀，设置在所述给料泵与所述第一组喷嘴和第二组喷嘴之间，以控制压力废水输出至所述第一组喷嘴和/或第二组喷嘴；

第一温度传感器，设置在所述主烟道的蒸发区首端；和

控制器，根据所述第一温度传感器获取的温度和预设的主烟道起喷温度阀值，输出控制信号至所述控制阀和所述可调风门的控制端，以调节匹配所述第一组喷嘴和第二组喷嘴的启停控制。

2.如权利要求1所述的用于湿法脱硫的废水处理工艺系统，其特征在于，还包括：

第二温度传感器，设置在所述主烟道的蒸发区末端；且

所述控制器根据所述第二温度传感器获取的温度和预设的主烟道蒸发区末端温度下限阀值，输出控制信号至所述控制阀的控制端，以调节输出至所述第一组喷嘴和/或所述第二组喷嘴的压力废水。

3.如权利要求1所述的用于湿法脱硫的废水处理工艺系统，其特征在于，还包括：

第三温度传感器，设置在所述旁路烟道的蒸发区末端；且

所述控制器根据所述第三温度传感器采集的温度和预设的旁路烟道蒸发区末端温度下限阀值，输出控制信号至所述控制阀和/或所述可调风门的控制端，以调节输出至所述第二组喷嘴的压力废水和所述可调风门的开度。

4.如权利要求1至3中任一项所述的用于湿法脱硫的废水处理工艺系统，其特征在于，所述第一组喷嘴均采用插拔式侧喷喷枪。

5.如权利要求4所述的用于湿法脱硫的废水处理工艺系统，其特征在于，还包括：

压缩空气产生装置，用于提供压力空气；且

所述控制阀为气水调节阀，其气体入口与所述压缩空气产生装置的输出端口连通。

6.如权利要求1所述的用于湿法脱硫的废水处理工艺系统，其特征在于，所述旁路烟道的蒸发段为垂直布置圆形管段，所述第二组喷嘴沿所述圆形管段的侧壁呈螺旋梯组布置。

7.用于湿法脱硫的废水处理工艺方法，其特征在于，以空预器后的主烟道和与所述空预器并联设置的旁路烟道分别作为蒸发区，所述方法包括以下步骤：

预设主烟道起喷温度阀值；

获取主烟道蒸发区首端温度；

以当前主烟道蒸发区的首端温度是否不低于所述起喷温度阀值为条件，获得所述主烟道蒸发区是否具备启用条件的判断结果；当判断结果表征所述主烟道蒸发区不具备启用条件时，输出关停主烟道蒸发区的废水喷入、开启旁路烟道蒸发区的废水喷入及开通旁路烟道的控制信号。

8.如权利要求7所述的用于湿法脱硫的废水处理工艺方法，其特征在于，还包括：

预设主烟道蒸发区末端温度下限阀值；

获取主烟道蒸发区末端温度；

以当前主烟道蒸发区末端温度是否不低于所述主烟道蒸发区末端温度下限阀值为条件，获得所述主烟道蒸发区内废水是否蒸干的判断结果；当判断结果表征所述主烟道蒸发区内废水未蒸干时，输出调小主烟道蒸发区的废水喷入量的控制信号。

9.如权利要求7或8所述的用于湿法脱硫的废水处理工艺方法，其特征在于，还包括：

预设旁路烟道蒸发区末端温度下限阀值；

获取旁路烟道蒸发区末端温度；

以当前旁路烟道蒸发区末端温度是否不低于所述旁路烟道蒸发区末端温度下限阀值为条件，获得所述旁路烟道蒸发区内废水是否蒸干的判断结果；当判断结果表征所述旁路烟道蒸发区内废水未蒸干时，输出调大旁路烟道的通烟量和/或调小旁路烟道蒸发区的废水喷入量的控制信号。

10.如权利要求9所述的用于湿法脱硫的废水处理工艺系统，其特征在于，所述旁路烟道蒸发区末端温度下限阀值与所述主烟道起喷温度阀值相同。