CN109607907A - 一种脱硫废水多热源耦合处理系统及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种脱硫废水多热源耦合处理系统及处理方法，属于燃煤电厂废水治理领域，包括蒸发浓缩、药剂中和、干燥固化三个流程单元。其中蒸发浓缩过程中利用增压风机抽取脱硫塔前90～150℃的低温烟气作为热源，在喷淋洗涤方式下实现蒸发浓缩减量；干燥固化过程中抽取空预器出口250～350℃热风作为干燥热源，利用流化床干燥器将含盐浆液快速干燥，干燥后的含尘气体进入原电厂除尘器前烟道，在除尘器内实现固体收集。本发明利用脱硫塔前的低温烟气和空预器出口的高温热风两种介质作为热源，通过耦合高低品位的热源，实现了废水的固化，低能耗、低成本的实现了脱硫废水的干燥固化，解决了脱硫废水外排的问题。

Description

一种脱硫废水多热源耦合处理系统及处理方法

技术领域

本发明涉及燃煤电厂废水治理技术领域，具体涉及一种脱硫废水多热源耦合处理系统及处理方法。

背景技术

随着2015年1月1日起新环保法的正式施行，以及2015年4月《水污染防治行动计划》即“水十条”的颁布，我国加强了对水污染的治理力度，针对燃煤电厂提出了全厂废水零排放的要求。目前，燃煤电厂对外的废水排放主要有循环排污水、精处理浓盐水和湿法脱硫废水，其中湿法脱硫废水是水质最差的一种，具有高盐、高TDS、高氯离子、高悬浮物及受煤质影响波动等特点，是实现全厂废水零排放的关键处理对象。

目前燃煤电厂对于湿法脱硫废水的处理主要借鉴了盐化工行业的技术，通过加药软化、膜浓缩及MVR浓缩等，最后利用多效蒸发实现分盐过程，完成废水固化。此类技术在化工行业已经十分成熟，但应用在燃煤电厂具有一系列问题，如：

（1）软化剂添加量大，使用成本高，尤其在水质波动情况下，加药运行成本迅速提高；

（2）采用高附加值的蒸汽作为干燥/结晶的热源，能量消耗大，运行成本高；

（3）最终产生氯化钠等低附加值的盐类，终端处理渠道少。

由于存在上述诸多难题，目前脱硫废水的处理成本通常在80～120元/吨，给燃煤电厂带来了较重的经济负担。鉴于此，开发一种低能耗、低成本的脱硫废水固化技术，是实现燃煤电厂废水处理的当务之急。

发明内容

本发明目的在于公开了一种脱硫废水多热源耦合处理系统及处理方法，解决现有脱硫废水处理技术成本高、能量消耗大、终端产品处理渠道少的技术问题，利用燃煤电厂的低温排放烟气和高温热风两种热源，通过有效耦合匹配，低能耗的实现了脱硫废水的干燥，实现综合利用，同时解决终端处理问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种脱硫废水多热源耦合处理系统，包括脱硫塔，所述脱硫塔前端的送风管道上沿烟气输送方向依次设锅炉、空预器、除尘器和引风机，所述脱硫塔的前烟道与引风机的烟气出口连通，后烟道连接烟囱，其特征在于：

还包括蒸发浓缩单元、药剂中和单元和干燥固化单元；

所述蒸发浓缩单元包括预澄清池和浓缩塔，所述预澄清池的液体入口连接脱硫塔的脱硫废水出口，预澄清池的液体出口连接浓缩塔的进液口；所述浓缩塔的烟气入口与脱硫塔的前烟道连通，通过增压风机抽取脱硫塔前烟道的低温烟气作为热源，浓缩塔的烟气出口也与脱硫塔的前烟道连通，降温后的湿烟气经过除雾器后返回脱硫塔前烟道，浓缩塔底部的浆液出口与药剂中和单元通过管道连通；

所述药剂中和单元包括调质箱和固液分离器，所述调质箱上设加药口，调质箱的浆液入口与浓缩塔的浆液出口连通，调质箱的浆液出口与固液分离器的浆液入口连通；所述固液分离器的底部设污泥排出口，中间设含盐浆液输出口与干燥固化单元连通；

所述干燥固化单元包括干燥床，所述干燥床的浆液入口与固液分离器的含盐浆液输出口连通，所述干燥床的烟气入口与空预器的气体出口连通，通过增压风机抽取空预器气体出口中的高温热风作为干燥热源，所述干燥床的烟气出口与除尘器的前烟道连通，干燥后的含尘气体进入除尘器的前烟道。

作为本发明的优选技术方案，所述蒸发浓缩单元中，从脱硫塔的前烟道抽取的低温烟气的温度为90～150℃。

进一步的，所述干燥固化单元中，从空预器的气体出口抽取的高温热风的温度为250～350℃。

进一步的，所述浓缩塔为圆形或方形的玻璃钢材料塔，塔内气体流速2.0～4.0m/s，出口的湿烟气为50～65℃的饱和湿烟气。

进一步的，所述浓缩塔的喷淋层与塔底浆液池之间设循环泵，实现浆液循环喷淋，喷淋层采用空心锥压力雾化喷嘴，塔顶除雾器为机械式除雾器。

进一步的，所述干燥床采用流化床干燥器，床内气体流速3～6m/s，出口含尘气体的温度为120～180℃。

本发明还提供一种利用上述系统进行的多热源耦合脱硫废水处理方法，其特征在于：包括蒸发浓缩、药剂中和与干燥固化三大步；

（一）蒸发浓缩流程

脱硫塔内的脱硫废水进入预澄清池进行预澄清，之后进入浓缩塔，所述浓缩塔通过增压风机抽取脱硫塔前烟道90～150℃的低温烟气作为热源，降温后的湿烟气经过除雾器后返回脱硫塔前烟道；脱硫废水在浓缩塔内通过循环泵、喷淋层实现循环喷淋洗涤，并与低温烟气逆流换热进行浓缩，脱硫废水减量80～90%后形成浓缩浆液，进入药剂中和流程；

（二）药剂中和流程

浓缩浆液进入调质箱，从加药口添加消石灰作为中和剂，将浓缩浆液的PH中和至7～13，然后混合浆液进入固液分离器进行固液分离，固体以污泥形式存在，含盐浆液进入后续干燥固化单元；

（三）干燥固化流程

含盐浆液进入干燥床，通过增压风机抽取空预器出口250～350℃的高温热风作为干燥热源，将含盐浆液快速干燥，干燥后的含尘气体进入原电厂除尘器前烟道，在除尘器内实现固体收集，与粉煤灰均匀掺混，实现后续综合利用。

其中，所述蒸发浓缩流程中，浓缩浆液的PH值为0～2，氯离子浓度100～300g/L，含盐量150～600g/L，密度1050～1300kg/m³。

进一步的，所述药剂中和流程中，消石灰的纯度不低于85%，中和后的浆液PH值为7～12；经过固液分离后的污泥固含量10～60%，含盐浆液的固含量为5～30%，密度1050～1300kg/m³。

更进一步的，所述干燥固化流程中，干燥床干燥后的固体以粉末态存在，粒度5～100μm，由热风携带进入除尘器的前烟道。

燃煤电厂使用煤炭作为燃料，在锅炉炉膛中燃烧，产生的高温烟气通过炉膛水冷壁、再热器、过热器和省煤器等换热面后，将锅炉补水加热至一定温度的蒸汽，实现能量转化；经过省煤器的300～400℃的高温烟气经过空预器降温至90～130℃，回收热量用于加热空气，用于煤炭燃烧，高温热风的温度通常为250～300℃；空预器出口的烟气依次经过除尘器除尘、石灰石/石膏湿法脱硫实现烟气净化后，经过烟囱排放。由于进入湿法脱硫的烟气中含有粉尘、HCl等各种杂质，为保持较高的脱硫效率，需要连续的排放脱硫废水，以降低脱硫浆液中的氯离子、悬浮物浓度。本发明耦合了燃煤电厂两种不同品位的热源，经过低温蒸发浓缩、浆液中和、高温快速干燥等系列过程，实现了脱硫废水的粉末态固化，最终解决了脱硫废水的排放问题。与现有技术相比，本发明的技术优势在于：

（1）采用了高低品位两种热源，先利用90～130℃的低温烟气实现浓缩减量，再利用少量250～350℃的高温烟气实现废水干燥固化，两步法实现了废水的干燥固化，通过两种热源的匹配耦合，实现了节能降耗。

（2）脱硫废水经过干燥后，结晶水以水蒸气形式进入烟气回用；干燥后的固体粉末形式混入粉煤灰，实现综合利用。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述和/或其他方面和优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：

图1是本发明涉及的脱硫废水多热源耦合处理系统的工艺流程示意图。

附图标记： 1-锅炉、2-空预器、3-除尘器、4-引风机、5-脱硫塔、6-烟囱、7-预澄清池、8-浓缩塔、9-增压风机、10-循环泵、11-浆液排出泵、12-调质箱、13-固液分离器、14-含盐浆液、15-干燥床、16-脱硫废水、17-低温烟气、18-湿烟气、19－浓缩浆液、20-消石灰、21-污泥、22-粉煤灰、23-高温热风、24-含尘气体。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的脱硫废水多热源耦合处理系统及处理方法的实施例。

在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。本发明有效利用燃煤电厂的现有热源，通过耦合低温烟气和高温热风两种热源，低成本的实现了脱硫废水的干燥固化，解决了脱硫废水外排的问题。如图1所示， 本发明的脱硫废水多热源耦合处理系统，包括脱硫塔5，脱硫塔5前端的送风管道上沿烟气输送方向依次设锅炉1、空预器2、除尘器3和引风机4，脱硫塔5的前烟道与引风机4的烟气出口连通，后烟道连接烟囱6，还包括蒸发浓缩单元、药剂中和单元和干燥固化单元；

蒸发浓缩单元包括预澄清池7和浓缩塔8，预澄清池7的液体入口连接脱硫塔5的脱硫废水出口，预澄清池7的液体出口连接浓缩塔8的进液口；浓缩塔8的烟气入口与脱硫塔5的前烟道连通，通过增压风机9抽取脱硫塔5前烟道的低温烟气17作为热源，浓缩塔8的烟气出口也与脱硫塔5的前烟道连通，降温后的湿烟气18经过除雾器后返回脱硫塔前烟道，浓缩塔8底部的浆液出口与药剂中和单元通过管道连通；未经处理的脱硫废水16进入预澄清池澄清后进入浓缩塔，通过循环泵、喷淋层实现循环喷淋；利用增压风机抽取脱硫塔前90～150℃的低温烟气17作为热源，在喷淋洗涤方式下实现蒸发浓缩减量，降温后的湿烟气18经过除雾器后返回脱硫塔前烟道，废水减量80～90%后形成浓缩浆液19。除去利用脱硫塔5前90～130℃的低温余热作为热源、实现废水蒸发浓缩、回收废热外，还存在如下特点：

（1）浓缩塔8采用圆形或方形玻璃钢FRP材料，塔内气体流速2.0～4.0m/s，出口为温度50～65℃的饱和湿烟气；

（2）浓缩塔8内利用循环泵与喷淋层实现浆液喷淋，喷淋层采用空心锥压力雾化喷嘴；

（3）浓缩塔8顶部布置机械式除雾器，降低湿烟气18出口液滴携带量；

（4）浓缩塔内的浓缩浆液19洗涤了烟气中的HCL，典型参数为PH值为0～2，氯离子浓度100～300g/L，含盐量150～600g/L，密度1050～1300kg/m³。

药剂中和单元包括调质箱12和固液分离器13，调质箱12上设加药口，调质箱12的浆液入口与浓缩塔8的浆液出口连通，调质箱12的浆液出口与固液分离器13的浆液入口连通；固液分离器13的底部设污泥排出口，中间设含盐浆液输出口与干燥固化单元连通；采用消石灰20作为中和剂，将浓缩浆液19的PH中和至7～13并经过固液分离，固体以污泥21形式存在，含盐浆液14进入后续干燥固化单元。此阶段存在如下特点：

（1）采用消石灰固体粉末作为中和剂，中和后的浆液PH值为7～12；

（2）消石灰粉末的纯度不低于85%；

（3）经过固液分离后的污泥固含量10～60%；含盐浆液固含量5～30%，密度1050～1300kg/m³。

干燥固化单元包括干燥床15，干燥床15的浆液入口与固液分离器13的含盐浆液输出口连通，干燥床15的烟气入口与空预器2的气体出口连通，通过增压风机9抽取空预器2气体出口中的高温热风23作为干燥热源，干燥床15的烟气出口与除尘器3的前烟道连通，干燥后的含尘气体24进入除尘器3的前烟道。此阶段干燥床15抽取空预器出口250～350℃热风23作为干燥热源，利用流化床干燥器将含盐浆液14快速干燥，干燥后的含尘气体24进入原电厂除尘器前烟道，在除尘器内实现固体收集，与粉煤灰22均匀掺混，实现后续综合利用。干燥床15采用流化床干燥器，其典型特征在于床内气体流速3～6m/s，出口温度120～180℃；浆液干燥后的固体以粉末态形式存在，粒度5～100μm，全部由热风携带进入除尘器前烟道。

下面结合实施案例进一步说明。

某1000MW燃煤机组脱硫废水处理装置为例，结合附图对本发明的工作原理、过程和实现形式做进一步说明：

本案例设计出力脱硫废水15吨/小时，其中废水固含量0.5%，PH值4～6，密度1050kg/m³,氯离子浓度20000～30000mg/L。

（1） “蒸发浓缩”流程单元：

未经处理的脱硫废水进入预澄清池澄清后，澄清池直径8米，高度12米，澄清后的废水固含量降低至0.2%，进入浓缩塔作为补水；

设置一座玻璃钢浓缩塔，塔径6.5米，塔内布置两层喷淋层（配套两台循环泵）、一层除雾器；通过增压风机抽取360000Nm³/h烟气作为蒸发介质进入浓缩塔，烟气温度110℃，经过废水喷淋洗涤后烟气温度降低至55℃，湿烟气通过除雾器后返回脱硫塔前烟道；

废水在浓缩塔内蒸发浓缩后减量90%，浓缩浆液流量1.5吨/小时， PH值为0.2，密度1250kg/m³,氯离子浓度295g/L。

（2）“药剂中和”流程单元：

采用消石灰作为中和剂，将浓缩浆液的PH调整至9～11，消石灰的耗量为10kg/m³浓缩浆液，中性浆液经过固液分离后，污泥输送至煤场掺烧，固含量较低的含盐浆液输送至“干燥固化”单元。

（3）“干燥固化”流程单元：

抽取15000Nm³/h的热二次风（300℃）作为干燥热源，在流化床内实现含盐浆液的快速干燥， 流化床内流速3m/s，床体直径1.6米，高度8米，干燥后的含尘气体温度约为150℃，含尘浓度30g/Nm³。

干燥后的粉尘sauter直径为15μm，最终混入粉煤灰中，占全厂粉煤灰的质量比例0.6%；最终化验粉煤灰中氯离子浓度0.3%，不影响出售和下游综合利用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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)

1.一种脱硫废水多热源耦合处理系统，包括脱硫塔（5），所述脱硫塔（5）前端的送风管道上沿烟气输送方向依次设锅炉（1）、空预器（2）、除尘器（3）和引风机（4），所述脱硫塔（5）的前烟道与引风机（4）的烟气出口连通，后烟道连接烟囱（6），其特征在于：

还包括蒸发浓缩单元、药剂中和单元和干燥固化单元；

所述蒸发浓缩单元包括预澄清池（7）和浓缩塔（8），所述预澄清池（7）的液体入口连接脱硫塔（5）的脱硫废水出口，预澄清池（7）的液体出口连接浓缩塔（8）的进液口；所述浓缩塔（8）的烟气入口与脱硫塔（5）的前烟道连通，通过增压风机（9）抽取脱硫塔（5）前烟道的低温烟气（17）作为热源，浓缩塔（8）的烟气出口也与脱硫塔（5）的前烟道连通，降温后的湿烟气（18）经过除雾器后返回脱硫塔前烟道，浓缩塔（8）底部的浆液出口与药剂中和单元通过管道连通；

所述药剂中和单元包括调质箱（12）和固液分离器（13），所述调质箱（12）上设加药口，调质箱（12）的浆液入口与浓缩塔（8）的浆液出口连通，调质箱（12）的浆液出口与固液分离器（13）的浆液入口连通；所述固液分离器（13）的底部设污泥排出口，中间设含盐浆液输出口与干燥固化单元连通；

所述干燥固化单元包括干燥床（15），所述干燥床（15）的浆液入口与固液分离器（13）的含盐浆液输出口连通，所述干燥床（15）的烟气入口与空预器（2）的气体出口连通，通过增压风机（9）抽取空预器（2）气体出口中的高温热风（23）作为干燥热源，所述干燥床（15）的烟气出口与除尘器（3）的前烟道连通，干燥后的含尘气体（24）进入除尘器（3）的前烟道。

2.根据权利要求1所述的脱硫废水多热源耦合处理系统，其特征在于：所述蒸发浓缩单元中，从脱硫塔（5）的前烟道抽取的低温烟气（17）的温度为90～150℃。

3.根据权利要求1所述的脱硫废水多热源耦合处理系统，其特征在于：所述干燥固化单元中，从空预器（2）的气体出口抽取的高温热风（23）的温度为250～350℃。

4.根据权利要求1所述的脱硫废水多热源耦合处理系统，其特征在于：所述浓缩塔（8）为圆形或方形的玻璃钢材料塔，塔内气体流速2.0～4.0m/s，出口的湿烟气（18）为50～65℃的饱和湿烟气。

5.根据权利要求1所述的脱硫废水多热源耦合处理系统，其特征在于：所述浓缩塔（8）的喷淋层与塔底浆液池之间设循环泵（10），实现浆液循环喷淋，喷淋层采用空心锥压力雾化喷嘴，塔顶除雾器为机械式除雾器。

6.根据权利要求1所述的脱硫废水多热源耦合处理系统，其特征在于：所述干燥床（15）采用流化床干燥器，床内气体流速3～6m/s，出口含尘气体（9）的温度为120～180℃。

7.一种利用权利要求1～6任意一项所述的系统进行的多热源耦合脱硫废水处理方法，其特征在于：包括蒸发浓缩、药剂中和与干燥固化三大步；

（一）蒸发浓缩流程

脱硫塔（5）内的脱硫废水（16）进入预澄清池（7）进行预澄清，之后进入浓缩塔（8），所述浓缩塔（8）通过增压风机（9）抽取脱硫塔（5）前烟道90～150℃的低温烟气（17）作为热源，降温后的湿烟气（18）经过除雾器后返回脱硫塔前烟道；脱硫废水（16）在浓缩塔（8）内通过循环泵、喷淋层实现循环喷淋洗涤，并与低温烟气（17）逆流换热进行浓缩，脱硫废水（16）减量80～90%后形成浓缩浆液（19），进入药剂中和流程；

（二）药剂中和流程

浓缩浆液（19）进入调质箱（12），从加药口添加消石灰（20）作为中和剂，将浓缩浆液（19）的PH中和至7～13，然后混合浆液进入固液分离器（13）进行固液分离，固体以污泥（21）形式存在，含盐浆液（14）进入后续干燥固化单元；

（三）干燥固化流程

含盐浆液（14）进入干燥床（15），通过增压风机（9）抽取空预器（2）出口250～350℃的高温热风（23）作为干燥热源，将含盐浆液（14）快速干燥，干燥后的含尘气体（24）进入原电厂除尘器（3）前烟道，在除尘器（3）内实现固体收集，与粉煤灰（22）均匀掺混，实现后续综合利用。

8.根据权利要求7所述的多热源耦合脱硫废水处理方法，其特征在于：所述蒸发浓缩流程中，浓缩浆液（19）的PH值为0～2，氯离子浓度100～300g/L，含盐量150～600g/L，密度1050～1300kg/m³。

9.根据权利要求7所述的多热源耦合脱硫废水处理方法，其特征在于：所述药剂中和流程中，消石灰（20）的纯度不低于85%，中和后的浆液PH值为7～12；经过固液分离后的污泥（21）固含量10～60%，含盐浆液（14）的固含量为5～30%，密度1050～1300kg/m³。

10.根据权利要求7所述的多热源耦合脱硫废水处理方法，其特征在于：所述干燥固化流程中，干燥床（15）干燥后的固体以粉末态存在，粒度5～100μm，由热风携带进入除尘器（3）的前烟道。