CN108328683A - 火电厂废水浓缩结晶零排放系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于火电厂废水处理技术领域，具体涉及一种火电厂废水浓缩结晶零排放系统。本系统包括脱硝装置、主除尘器、脱硫塔；所述脱硝装置与所述主除尘器之间烟道上设置有空气预热器；所述主除尘器与所述脱硫塔之间烟道上设置有引风机；还包括利用主除尘器与脱硫塔之间烟道内的低温烟气热量对脱硫废水进行喷雾浓缩的脱硫废水喷雾浓缩装置以及利用脱硝装置与空气预热器之间烟道内的高温烟气热量对浓缩后的废水进行喷雾结晶的浓缩废水喷雾结晶装置。本系统浓缩结晶过程无需消耗额外热源，能够大大节省运行能耗，并有效实现火电厂废水的零排放。

Description

火电厂废水浓缩结晶零排放系统
技术领域
本发明属于火电厂废水处理技术领域，具体涉及一种火电厂废水浓缩结晶零排放系统。
背景技术
石灰石-石膏湿法脱硫技术是目前火电厂应用最广泛的烟气脱硫技术。脱硫装置运行过程中定期排放大量废水，即脱硫废水。该废水具有悬浮物浓度高、无机盐及重金属离子浓度高等特点。
传统脱硫废水处理工艺化学加药法：常采用中和、沉淀、絮凝及浓缩与澄清的传统化学处理方法进行处理，其虽然能够减少重金属和悬浮物含量、酸度及需氧量，但是不能减少氯含量和总溶解固体，最终排放废水是高含盐废水，仍然对环境造成危害，处理后水中氯离子无法去除，难以进入系统回用，同时该法还存在工艺流程长、占地面积大、运行不稳定、水质不达标、污泥产量大等诸多缺点。
随着水资源短缺及环保压力不断加大，环保部门已要求燃煤机组逐步减排废水，最终实现废水零排放。采用化学加药法处理废水，已无法满足燃煤锅炉用户经济效益和日益苛刻的环保要求。目前，火电厂废水零排放的解决思路主要是通过热蒸发法把液固两相的废水中水分蒸发出去，盐分结晶得以分离，从而使得废水中的悬浮物、盐分等以固体形式进入固废处理的范畴。但是由于水分蒸发需要耗费巨大的能源，再加上脱硫废水中氯离子含量很高(达20000ppm)，所以设备投资很大、腐蚀严重，能耗巨大，给火电企业带来很大的成本压力和设备维护压力。这些成为制约火电厂废水零排的瓶颈，到目前为止，尚没有低成本、成熟的废水零排解决方案得以推广应用。
具体来说，目前几种主要的蒸发技术有：
(1)多效蒸发结晶工艺：多效蒸发将几个蒸发器串联运行的蒸发操作，使蒸汽热能得到多次利用，从而提高热能的利用率，多用于水溶液的处理。
(2)MVR蒸发结晶工艺：MVR蒸发器的原理是利用高能效蒸汽压缩机压缩蒸发产生的二次蒸汽，提高二次蒸汽的压力和温度，被提高热能的二次蒸汽打入加热器对原液再进行加热，受热的原液继续蒸发产生二次蒸汽，从而实现持续的蒸发状态。
上述两项技术(多效蒸发、MVR蒸发)都存在设备投资巨大、运行能耗巨大、设备腐蚀严重的缺点。更为严重的是，这两种蒸发方式为了防止废水中的Ca、Mg离子在受热面上结垢，需要预先加入置换药剂(如Na2CO3等)把Ca、Mg离子从废水中置换出来，这种置换的药剂费用很高。
(3)废水直接喷入烟道蒸发技术：将废水通过气液两相流喷嘴喷入主除尘器前烟道内，废水中的水分完全蒸发，溶解盐结晶成为颗粒物被主除尘器捕集。
这种蒸发方式虽然系统简单、投资和能耗都很低，但是对烟气温度的要求和对烟道内蒸发行程要求很高；若不满足蒸发条件，废水会以液态的方式进入电主除尘器等下游设备而造成损坏，存在很大风险，国内少数电厂曾经做过中试装置，但现在基本已停运或拆除。
综上所述，要实现火电厂废水零排放的关键问题是降低能耗、降低设备结垢风险。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种浓缩过程无需消耗额外热源、能够大大节省运行能耗并有效实现废水零排放的火电厂废水浓缩结晶零排放系统。
为实现上述技术目的，本发明采用以下的技术方案：
火电厂废水浓缩结晶零排放系统，包括对锅炉所排放的烟气进行脱硝的脱硝装置、对脱硝后的烟气进行除尘的主除尘器、对除尘后的烟气进行脱硫的脱硫塔；
其中，所述脱硝装置与所述主除尘器之间烟道上设置有空气预热器；所述主除尘器与所述脱硫塔之间烟道上设置有引风机；
还包括：
脱硫废水喷雾浓缩装置，利用主除尘器与脱硫塔之间烟道内的低温烟气热量对脱硫废水进行喷雾浓缩；
浓缩废水喷雾结晶装置，利用脱硝装置与空气预热器之间烟道内的高温烟气热量对浓缩后的废水进行喷雾结晶。
作为优选的技术方案，所述脱硫废水喷雾浓缩装置包括喷雾浓缩塔，所述喷雾浓缩塔内设置有将脱硫废水进行雾化的脱硫废水雾化装置，所述喷雾浓缩塔上位于所述脱硫废水雾化装置的下方设置有浓缩塔烟气入口，所述浓缩塔烟气入口连接有增压风机，所述增压风机与所述引风机相连接；所述喷雾浓缩塔上部设置有浓缩塔烟气出口，所述浓缩塔烟气出口与所述脱硫塔相连接；所述喷雾浓缩塔底部设置有废水浓缩循环系统。
作为优选，所述喷雾浓缩塔内位于所述脱硫废水雾化装置的上方设置有除雾器。
作为优选，所述废水浓缩循环系统包括设置于所述喷雾浓缩塔底部的废水储液槽，所述废水储液槽通过废水循环泵与所述脱硫废水雾化装置相连通，所述废水储液槽连接有氧化风机；所述废水储液槽的底部设置有分离澄清浓缩废水的废水澄清池，所述废水澄清池内澄清的浓缩废水经加压泵输送至所述浓缩废水喷雾结晶装置。
作为优选，所述浓缩废水喷雾结晶装置包括喷雾结晶塔，所述喷雾结晶塔内设置有将废水澄清池输送来的浓缩废水雾化的浓缩废水雾化装置，所述喷雾结晶塔的上部设置有结晶塔烟气入口，所述结晶塔烟气入口连通脱硝装置与空气预热器之间的烟道；所述喷雾结晶塔的下部设置有结晶塔烟气出口，所述结晶塔烟气出口连接有副除尘器，所述副除尘器的烟气出口与所述主除尘器的出口烟道相连接。
由于采用上述技术方案，本火电厂废水浓缩结晶零排放系统具有至少以下有益效果：
(1)低温段的废水浓缩过程的热源来自于引风机后100～150℃的烟气，在电厂中这部分烟气热量属于无法利用的废热，所以浓缩过程无需消耗额外热源，大大节省了能耗。
(2)喷雾浓缩塔内烟气温度为100～150℃，绝对湿度约6～9％，烟气流速约为3-4m/s，属于高温高速低湿度气流，与喷淋层的雾化废水液滴直接接触发生传热传质过程的速率很快，通过调节增压风机控制不同的烟气进入量，调节废水循环泵控制不同的废水循环喷淋量，可以控制单位时间的蒸发量，从而方便有效的控制废水的浓缩倍率。
(3)本系统无需进行Ca、Mg离子的Na盐置换，从而节省了大量的置换药剂(如Na2CO3等)费用。
(4)高温段的废水结晶过程在主烟道外独立的喷雾结晶塔内进行，避免了废水蒸发结晶不完全对烟道、除尘器及其他下游设备可能带来的负面影响。
(5)运行过程中，控制喷雾结晶塔出口温度接近原除尘器出口烟气温度，所以对烟气温度没有明显影响。
(6)喷雾结晶塔热源为空气预热器前抽取的一部分旁路烟气，当蒸发结晶系统故障检修时，只需切断旁路烟气实现解列，不会对主机运行造成任何影响。
(7)系统简单，投资与运行费用较低，占地面积较小，运行稳定，可以有效的实现火电厂废水的零排放。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1是本发明实施例的系统结构示意图。
图中：
1-脱硝装置；2-主除尘器；3-脱硫塔；4-空气预热器；5-引风机；
6-脱硫废水喷雾浓缩装置；61-喷雾浓缩塔；62-脱硫废水雾化装置；64-浓缩塔烟气入口；65-增压风机；66-浓缩塔烟气出口；67-除雾器；68-废水储液槽；69-废水循环泵；
7-浓缩废水喷雾结晶装置；71-加压泵；72-喷雾结晶塔；73-浓缩废水雾化装置；74-结晶塔烟气入口；75-结晶塔烟气出口；76-副除尘器；
8-氧化风机；9-废水澄清池；10-锅炉。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。
如图1所示，火电厂废水浓缩结晶零排放系统，包括对锅炉10所排放的烟气进行脱硝的脱硝装置1、对脱硝后的烟气进行除尘的主除尘器2(优选采用电除尘器)、对除尘后的烟气进行脱硫的脱硫塔3；
其中，所述脱硝装置1与所述主除尘器2之间烟道上设置有空气预热器4；所述主除尘器2与所述脱硫塔3之间烟道上设置有引风机5；
还包括脱硫废水喷雾浓缩装置6，利用主除尘器2与脱硫塔3之间烟道内的低温(温度为100～150℃)烟气热量对脱硫废水进行喷雾浓缩；
浓缩废水喷雾结晶装置7，利用脱硝装置1与空气预热器4之间烟道内的高温(温度为300～400℃)烟气热量对浓缩后的废水进行喷雾结晶。
本实施例中，所述脱硫废水喷雾浓缩装置6包括喷雾浓缩塔61，所述喷雾浓缩塔61内设置有将脱硫废水进行雾化的脱硫废水雾化装置62(可以采用多个布满塔截面的雾化喷头)，利于雾化废水液滴与烟气充分接触，提高传质传热效果；所述喷雾浓缩塔61内位于所述脱硫废水雾化装置62的上方设置有除雾器67，所述喷雾浓缩塔61内位于所述脱硫废水雾化装置62的下方设置有浓缩塔烟气入口64，所述浓缩塔烟气入口64连接有增压风机65，所述增压风机65与所述引风机5相连接；所述喷雾浓缩塔61上部设置有浓缩塔烟气出口66，所述浓缩塔烟气出口66与所述脱硫塔3相连接；所述喷雾浓缩塔61底部设置有废水浓缩循环系统。
其中，所述废水浓缩循环系统包括设置于所述喷雾浓缩塔61底部的废水储液槽68，所述废水储液槽68通过废水循环泵69与所述脱硫废水雾化装置62相连通，所述废水储液槽68连接有氧化风机8；所述废水储液槽68的底部设置有分离澄清浓缩废水的废水澄清池9，所述废水澄清池9内澄清的浓缩废水经加压泵71输送至所述浓缩废水喷雾结晶装置7。
本实施例中，所述浓缩废水喷雾结晶装置7包括喷雾结晶塔72，所述喷雾结晶塔72内设置有将废水澄清池输送来的浓缩废水雾化的浓缩废水雾化装置73(如雾化喷头或旋转喷雾器等)，所述喷雾结晶塔72的上部设置有结晶塔烟气入口74，所述结晶塔烟气入口74连通脱硝装置1与空气预热器4之间的烟道；所述喷雾结晶塔72的下部设置有结晶塔烟气出口75，所述结晶塔烟气出口75连接有副除尘器76(优选采用布袋除尘器)，所述副除尘器76的烟气出口与所述主除尘器2的出口烟道相连接，运行过程中，控制结晶塔烟气出口温度接近主除尘器出口烟气温度，所以对烟气温度没有明显影响。
由于脱硫废水直接蒸发需要消耗大量热源，为了节能降耗，需在废水结晶之前进行浓缩。
参考图1，脱硫岛废水经过三联箱处理后，其中大部分的重金属、悬浮物得以去除，进入低温段的喷雾浓缩塔61，与引风机5出口引出的一部分低温烟气在浓缩塔内发生传热传质过程，通常引风机出口烟气温度为100～150℃，利用这部分未饱和烟气的蒸发能力，使得废水中的水分由液相进入气相并随着浓缩塔出口烟道进入脱硫塔3进一步脱硫，同时废水得以浓缩。
喷雾浓缩塔61下部设置废水储液槽68存储浓缩后的废水，浓缩后的废水浓度控制在10～30％，由于废水浓缩过程中，CaSO4会首先结晶析出形成固体，在废水储液槽68底部浓缩废水出口设置废水澄清池9以分离不断析出的CaSO4.2H2O，浓缩后的废水得到大幅减量。由于进入喷雾浓缩塔61的烟气是未经脱硫烟气，其中SO2含量较高，经过浓缩塔内废水的不断循环洗涤，会使SO2溶解进废水槽中而使得废水槽中废水pH值持续下降，同时溶解的SO2会与废水中的Ca2+反应生成粘性较强的CaSO3和CaHSO3。所以在喷雾浓缩塔的废水储液槽68中通入氧化空气，目的在于：一是通过空气鼓泡作用赶走溶解的SO2,；二是氧化其中的CaSO3和CaHSO3，以防止在后继的喷雾结晶塔中出现亚硫酸盐堵塞结垢等问题。
浓缩废水输送至浓缩结晶塔72继续处理，结晶塔热源是在脱硝装置1与空气预热器4之间引出温度300～400℃的烟气，当蒸发结晶系统故障检修时，只需切断旁路烟气实现解列，不会对主机运行造成任何影响。废水在喷雾结晶塔72内由雾化装置雾化进入蒸发区被高温烟气蒸发，结晶塔烟气出口75连接布袋除尘器，把结晶产物和烟气中的飞灰一起捕集，实现结晶盐与烟气的分离，布袋除尘器(副除尘器)出口与主除尘器后的烟道相连接，烟气与废水蒸发后的水蒸气一起返回主烟道。
综上所述，本系统简单，投资与运行费用较低，占地面积较小，运行稳定，可以有效的实现废水的零排放。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域内的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.火电厂废水浓缩结晶零排放系统，包括对锅炉所排放的烟气进行脱硝的脱硝装置(1)、对脱硝后的烟气进行除尘的主除尘器(2)、对除尘后的烟气进行脱硫的脱硫塔(3)；其特征在于：
所述脱硝装置(1)与所述主除尘器(2)之间烟道上设置有空气预热器(4)；所述主除尘器(2)与所述脱硫塔(3)之间烟道上设置有引风机(5)；
还包括：
脱硫废水喷雾浓缩装置(6)，利用主除尘器(2)与脱硫塔(3)之间烟道内的低温烟气热量对脱硫废水进行喷雾浓缩；
浓缩废水喷雾结晶装置(7)，利用脱硝装置(1)与空气预热器(4)之间烟道内的高温烟气热量对浓缩后的废水进行喷雾结晶。
2.如权利要求1所述的火电厂废水浓缩结晶零排放系统，其特征在于：所述脱硫废水喷雾浓缩装置(6)包括喷雾浓缩塔(61)，所述喷雾浓缩塔(61)内设置有将脱硫废水进行雾化的脱硫废水雾化装置(62)，所述喷雾浓缩塔(61)上位于所述脱硫废水雾化装置(62)的下方设置有浓缩塔烟气入口(64)；
所述浓缩塔烟气入口(64)连接有增压风机(65)，所述增压风机(65)与所述引风机(5)相连接；所述喷雾浓缩塔(61)上部设置有浓缩塔烟气出口(66)，所述浓缩塔烟气出口(66)与所述脱硫塔(3)相连接；所述喷雾浓缩塔(61)底部设置有废水浓缩循环系统。
3.如权利要求2所述的火电厂废水浓缩结晶零排放系统，其特征在于：所述喷雾浓缩塔(61)内位于所述脱硫废水雾化装置(62)的上方设置有除雾器(67)。
4.如权利要求3所述的火电厂废水浓缩结晶零排放系统，其特征在于：所述废水浓缩循环系统包括设置于所述喷雾浓缩塔(61)底部的废水储液槽(68)，所述废水储液槽(68)通过废水循环泵(69)与所述脱硫废水雾化装置(62)相连通；
所述废水储液槽(68)连接有氧化风机(8)；所述废水储液槽(68)的底部设置有分离澄清浓缩废水的废水澄清池(9)，所述废水澄清池(9)内澄清的浓缩废水经加压泵(71)输送至所述浓缩废水喷雾结晶装置(7)。
5.如权利要求4所述的火电厂废水浓缩结晶零排放系统，其特征在于：所述浓缩废水喷雾结晶装置(7)包括喷雾结晶塔(72)，所述喷雾结晶塔(72)内设置有将废水澄清池输送来的浓缩废水雾化的浓缩废水雾化装置(73)；
所述喷雾结晶塔(72)的上部设置有结晶塔烟气入口(74)，所述结晶塔烟气入口(74)连通脱硝装置(1)与空气预热器(4)之间的烟道；所述喷雾结晶塔(72)的下部设置有结晶塔烟气出口(75)，所述结晶塔烟气出口(75)连接有副除尘器(76)，所述副除尘器(76)的烟气出口与所述主除尘器(2)的出口烟道相连接。
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