CN109647121A - 一种烟气净化消白及脱硫废水处理一体化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种烟气净化消白及脱硫废水处理一体化系统，包括换热介质循环系统，换热介质循环系统包括第一换热器和第二换热器，第一换热器设置在吸收塔和/或净烟气烟道内，第二换热器设置在脱硫废水处理塔内；第一换热器和第二换热器相连通，使得换热介质在吸收塔和/或净烟气烟道内与经过第一换热器的烟气进行热量交换以使烟气降温冷凝，升温后的换热介质在脱硫废水处理塔内与经过第二换热器的脱硫废水喷淋液滴进行热量交换以使脱硫废水喷淋液滴升温蒸发成水汽。本发明能够完美的结合现有消白环保要求与废水零排放环保要求，利用脱硫废水处理塔作为消白中烟气冷凝装置的冷源装置，解决废水处理的同时也为烟气冷凝所需的冷源提供了新的渠道。
Description
技术领域
本发明涉及本发明涉及烟气净化和废水处理领域，尤其涉及一种用于火力发电厂、钢铁厂、造纸厂、玻璃厂、化工厂等烟气净化领域、烟气消白及脱硫废水或其他废水的处理。
背景技术
现有燃煤尾气排放时，要经过一系列环保工艺，如脱硝、脱硫、除尘等。现有烟气脱硫主流技术为湿法脱硫，湿法脱硫后的烟气为饱和湿烟气，从烟囱外排到大气中会产生“白烟”现象，并且湿法脱硫会产生脱硫废水。白烟现象可以通过烟气冷凝加烟气加热的方法解决。脱硫废水目前一般采取高温蒸发的技术手段，但此种方法存在许多弊端：1、取热难的问题，高温蒸发需要从脱硫前端高温烟气中取热，现在实施消白政策后，因消白也需要从此处取热，高温烟气热量会存在供给不足的问题。2、蒸发器材料腐蚀问题，高温蒸发方式的蒸发器基本上使用金属材质，但脱硫废水中含有大量盐类、腐蚀性物质，会对金属设备造成腐蚀。3、造价高，此方式要制作体积庞大的取热装置、蒸发装置及基础，以600MW机组为例，总造价超过4000万人民币甚至更高。4设备能耗高，设备运行不稳定，堵塞结垢问题大。其结构和实施方式，不利于冲洗或者清理，运行一段时间后，除了会遭遇腐蚀问题，设备本体也会产生堵塞结垢问题。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种能耗小、成本低、可靠性高、性能稳定的除尘除雾消烟气一体化系统。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提供一种低温蒸发、能耗小、成本低、可靠性高、性能稳定的烟气冷凝及脱硫废水处理一体化系统。
本发明提供了一种烟气净化消白及脱硫废水处理一体化系统，包括换热介质循环系统，换热介质循环系统包括第一换热器和第二换热器，第一换热器设置在吸收塔和/或净烟气烟道内，第二换热器设置在脱硫废水处理塔内；第一换热器和第二换热器相连通，使得换热介质在吸收塔和/或净烟气烟道内与经过第一换热器的烟气进行热量交换以使烟气降温冷凝，升温后的换热介质在脱硫废水处理塔内与经过第二换热器的脱硫废水喷淋液滴进行热量交换以使脱硫废水喷淋液滴升温蒸发。
进一步地，第一换热器和/或第二换热器设有多级。
进一步地，第二换热器的上方设置喷淋器，第二换热器的下方设有进风器和集液槽，进风器设在集液槽的上方，喷淋器与集液槽组成脱硫废水循环系统。
进一步地，集液槽内设有搅拌器。
进一步地，进风器设有多个。
进一步地，第一换热器和/或第二换热器的两侧设有除垢装置。
进一步地，第一换热器包括换热介质流动通道、烟气流动通道和用于间隔换热介质流动通道和烟气流动通道并用于换热介质流动通道和烟气流动通道之间交换热量的间隔部件。
进一步地，第二换热器包括换热介质流动通道、脱硫废水喷淋液滴流动通道和用于间隔换热介质流动通道和脱硫废水喷淋液滴流动通道并用于换热介质流动通道和脱硫废水喷淋液滴流动通道之间交换热量的间隔部件。
进一步地，间隔部件的数量为多个，并组成多个重复的间隔部件组，间隔部件组包括第一间隔部件和第二间隔部件，换热介质流动通道由第一间隔部件和第二间隔部件限定而成，烟气流动通道由相邻的两个间隔部件组限定而成，换热介质流动方向与烟气流动方向呈垂直错流形式。
进一步地，间隔部件的数量为多个，并组成多个重复的间隔部件组，间隔部件组包括第一间隔部件和第二间隔部件，换热介质流动通道由第一间隔部件和第二间隔部件限定而成，脱硫废水喷淋液滴流动通道由相邻的两个间隔部件组限定而成，换热介质流动方向与脱硫废水喷淋液滴流动方向呈垂直错流形式。
进一步地，相邻两个间隔部件之间的距离为10～80mm。
进一步地，第一间隔部件和第二间隔部件为一体成型，或者间隔部件组还包括用于连接第一间隔部件和第二间隔部件的连接件，或者间隔部件组还包括用于连接第一间隔部件和第二间隔部件的焊接材料。
进一步地，间隔部件为中空板，间隔部件组为多个中空板组件，每个中空板组件包括多个相互平行布置的中空板，每个换热介质流动通道由中空板的中空结构限定而成。
进一步地，多个中空板组件之间采用串联或并联连接。
进一步地，间隔部件的数量为多个，间隔部件为中空管，烟气流动通道为由相邻的两个间隔部件的外壁限定而成，换热介质流动通道由间隔部件的内壁限定而成，烟气流动通道由相邻的两个中空管的外壁限定而成，换热介质流动方向与烟气流动方向呈垂直错流形式。
进一步地，间隔部件的数量为多个，间隔部件为中空管，烟气流动通道为由相邻的两个间隔部件的外壁限定而成，换热介质流动通道由间隔部件的内壁限定而成，脱硫废水喷淋液滴流动通道由相邻的两个中空管的外壁限定而成，换热介质流动方向与脱硫废水喷淋液滴流动方向呈垂直错流形式。
进一步地，中空管为带翅片式中空管。
本发明还提供了一种烟气净化消白及脱硫废水处理一体化方法，包括如下步骤：
(a)提供一种换热器，换热器包括第一换热器和第二换热器，
(b)将第一换热器设置在脱硫吸收塔和/或净烟气烟道内，将第二换热器设置在脱硫废水处理塔内；
(c)换热介质在第一换热器中与烟气进行热量交换以升温；
(d)升温的换热介质从第一换热器流动至第二换热器中，并与脱硫废水喷淋液滴进行热量交换以使脱硫废水喷淋液滴升温蒸发并且换热介质降温；
(e)降温的换热介质从第二换热器流动至第一换热器，如此形成循环。
进一步地，步骤(d)中包括步骤(f)：脱硫废水喷淋液滴与脱硫废水处理塔内引入的不饱和的环境空气逆向相遇，不饱和的环境空气促进脱硫废水喷淋液滴蒸发成水汽，水汽经由不饱和的环境空气携带出脱硫废水处理塔。
进一步地，步骤(d)中还包括步骤(g)：未蒸发的脱硫废水喷淋液滴落入集液槽中，经过脱硫废水循环系统抬升至喷淋器，进行再一次喷淋蒸发，而集液槽中的脱硫废水会不断的浓缩，直至最终被排放至干燥结晶装置中。
与现有技术相比，本发明的烟气净化消白及脱硫废水处理一体化系统能够完美的结合现有消白环保要求与废水零排放环保要求，利用脱硫废水处理塔作为“消白”中烟气冷凝装置的冷源装置，解决废水处理的同时也为烟气冷凝所需的冷源提供了新的渠道；
本发明将烟气冷凝所需的冷源与废水蒸发结合，相较于原有单独设置的冷源和单独设置的废水高温蒸发系统，总投资节省50％以上；
本发明运行能耗低，符合国家节能减排发展战略；
本发明以废水代替烟气冷凝冷源所消耗的常规水，节约水资源；
本发明的换热介质冷却系统中的换热器最优地采用耐腐蚀塑料材质，可靠性高，避免了化学和电化学腐蚀现象；
本发明引入的不饱和的环境空气的流动能够促进废水蒸发，并且不饱和的环境空气吸湿，能携带蒸发的水汽出塔；
本发明设置的气液分离器能够去除随气流外排的脱硫废水以防止二次污染；
本发明布置合理，均匀，适合冲洗及吹扫清洁，避免了堵塞结垢现象。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的换热介质循环系统在净烟气烟道和脱硫废水处理塔间的工作原理图；
图2是本发明的一个较佳实施例的中空管和中空板的截面图；
图3是本发明的一个较佳实施例的中空管和中空板布置的截面图；
图4是本发明的一个较佳实施例的换热介质循环系统在脱硫吸收塔和脱硫废水处理塔间的工作原理图；
图5是本发明的一个较佳实施例的换热介质在脱硫吸收塔、净烟气烟道和脱硫废水处理塔间的工作原理图。
1-烟气雾滴预分离器，2-第一换热器，3-集液槽，4-第二换热器，5-喷淋器，6-气液分离器，7-搅拌器，8-除垢装置，9-进风器，10-箭头，11-净烟气烟道，12-脱硫废水处理塔，13-脱硫吸收塔，14-中空管，15-中空板。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
如图1-3所示，第一换热器2安装在净烟气烟道11内，第二换热器4安装在脱硫废水处理塔12内。在脱硫废水处理塔12内还安装有喷淋器5，进风器9和集液槽3。喷淋器5设置在第二换热器4的上方，进风器9设在第二换热器4的下方，优选的，进风器9设有多个。集液槽3设在进风器9的下方。集液槽3用于存放废水及收集喷淋下未蒸发的废水。进风器9包括风机设备、进风格栅，通过风机设备引进环境空气。喷淋器5包括喷淋管和喷嘴，喷淋器5与集液槽3组成脱硫废水循环系统。脱硫废水循环系统将脱硫废水从集液槽3处抬升至喷淋器5，喷淋器5将脱硫废水喷淋雾化。集液槽3内设有搅拌器7，搅拌器7为带动力的自动搅拌器，对集液槽3内的废水进行搅拌以防止废水结晶。
脱硫废水流入集液槽3内，经过脱硫废水循环系统抬升至喷淋器5。喷淋器5对脱硫废水进行喷淋雾化。向下雾化喷淋的脱硫废水经过第二换热器4，与第二换热器4中流动的换热介质进行热量交换以升温。优选的，第二换热器4设有多级，以使雾化喷淋的脱硫喷水的蒸发量增加。其中，第二换热器4中流动的换热介质的温度为40℃～60℃。升温的脱硫废水与向上流动的不饱和的环境空气逆向混合，不饱和的环境空气促进脱硫废水喷淋液滴蒸发成水汽，水汽由不饱和的环境空气从气液分离器6中携带出脱硫废水处理塔。同时环境空气进一步带走第二换热器4中换热介质的热量，使换热介质温度降低至环境空气的温度，从而起到对换热介质的冷却效果。未蒸发的脱硫废水落入集液槽3中，以备下一次脱硫废水的循环。集液槽3中的废水浓缩到设定要求时排出，最终浓缩后的废水进入干燥结晶装置中。
降温后的换热介质通过换热介质冷却系统进入第一换热器2中，与高温的烟气进行热量交换以使烟气冷凝降温，从而达到除尘除雾的效果。此时，第一换热器2中的换热介质升温。优选的，第一换热器2设有多级，以使烟气冷凝效果最佳。锅炉尾烟气经电除尘器后烟尘浓度以≤20mg/Nm3进入脱硫吸收塔13。在脱硫吸收塔13内设4～5层喷淋层，烟气经过喷淋层后成饱和湿烟气。饱和湿烟气依次经过烟气雾滴预分离器1和第一换热器2后降温从而析出尘和/或雾，变成不饱和的净烟气，不饱和的净烟气经过烟气升温装置的升温，降低了烟囱排放冷凝现象，减少白烟产生。箭头10代表烟气流动的方向。
第一换热器2与脱硫吸收塔13内的饱和湿烟气发生热交换，以使饱和湿烟气降温从而析出大量的水汽。产生的水汽自动寻找残余微小雾滴和烟气中的微小粉尘作为凝结核，微小雾滴和微小粉尘吸附大量水汽后长大，对烟气进行冷凝能够起到“消白”的作用同时达到去除湿烟气雾滴和粉尘的效果。与此同时，换热介质吸收热量后升温，升温的换热介质经由换热介质循环系统输出到第二换热器4。升温的换热介质在第二换热器4中流动与喷淋而下的脱硫废水冷源间壁式换热以降温，降温后的换热介质再次进入第一换热器2，如此形成循环。
在第一换热器2和第二换热器4的两侧设有除垢装置8，除垢装置8为配有喷嘴的冲洗管路或配有毛刷的除垢设备，避免了堵塞结垢现象。
第二换热器4包括换热介质流动通道、脱硫废水喷淋液滴流动通道和用于间隔换热介质流动通道和脱硫废水喷淋液滴流动通道并用于换热介质流动通道和脱硫废水喷淋液滴流动通道之间交换热量的间隔部件。间隔部件具有用于与脱硫废水进行热量交换的接触面。换热介质能够在换热介质流动通道内流动，优选的，换热介质为水或油。换热介质流动方向与脱硫废水喷淋液滴流动方向呈垂直错流形式。
第一换热器2包括换热介质流动通道、烟气流动通道和用于间隔换热介质流动通道和烟气流动通道并用于换热介质流动通道和烟气流动通道之间交换热量的间隔部件。间隔部件具有用于与烟气进行热量交换的接触面。换热介质流动方向与烟气流动方向呈垂直错流形式。
间隔部件的数量为多个，并组成多个重复的间隔部件组。间隔部件还可以采用板状，板状的截面(见图2a)优选为直线形、正弦波形和弯折形。间隔部件组包括第一间隔部件和第二间隔部件。换热介质流动通道由第一间隔部件和第二间隔部件限定而成。脱硫废水喷淋液滴流动通道由相邻的两个间隔部件组限定而成。其中，烟气流动通道的结构与脱硫废水喷淋液滴流动通道的结构一样。第一间隔部件和第二间隔部件为一体成型，或者间隔部件组还包括用于连接第一间隔部件和第二间隔部件的连接件，或者间隔部件组还包括用于连接第一间隔部件和第二间隔部件的焊接材料。优选地，间隔部件组件为中空板15，换热介质流动通道由中空板15的中空结构限定而成。相邻两个中空板15的间距为10～80mm，优选为40mm。多个中空板15之间采用串联或并联连接。多个中空板15在竖直方向采用平行方式布置(见图3c)。在第一换热器2中，中空板15上布置有多个钩部，钩部的开口方向与烟气的流动方向相反。
优选地，中空板15具有正弦波形截面。其中，正弦波形为包括半个或以上波长的正弦波形状。优选地，正弦波形为包括1.0～2.5个波长的正弦波形状。中空板15的壁面在垂直于正弦波形截面的方向上以直线、折线、曲线或圆弧形状延伸。
优选地，中空板15具有弯折形截面，弯折形包括1～10折。中空板15的壁面在垂直于弯折形截面的方向上以直线、折线、曲线或圆弧形状延伸。
优选地，中空板15为直线形截面，中空板15的壁面在垂直于弯折形截面的方向上以直线、折线、曲线或圆弧形状延伸。
中空板15靠近脱硫废水流动入口的一端和与其相对应的另一端分别具有延伸部。延伸部为实心结构。
在其它实施例中，间隔部件的数量为多个。间隔部件采用中空管14，中空管14的截面为类圆形封闭曲线。中空管14具有光滑外壁(见图2a)，在其它实施例中，中空管14的外壁上布置有翅片(见图2b)。脱硫废水喷淋液滴流动通道或烟气流动通道由相邻中空管14的外壁限定而成。换热介质流动通道由中空管14的内壁限定而成。中空管14的一端为换热介质的流动入口，中空管14的另一端为换热介质的流动出口。优选地，脱硫废水喷淋液滴流动通道或烟气流动通道为相邻中空管14的外壁间构成的文丘里式流道。中空管14的壁面在垂直于正弦波形截面的方向上以直线、折线、曲线或圆弧形状延伸。相邻两个中空管14之间的距离为10～80mm，优选为40mm。多个中空管14组成一个或多个重复的中空管组件，每个中空管组件的中空管14的数量优选为4～200个。多个中空管组件之间采用串联或并联连接。多个中空管14在截面方向上以对齐(见图3a)或错开(见图3b)的方式布置。
如图4所示，第一换热器2安装在脱硫吸收塔13内，设置在烟气雾滴预分离器1的上方。第二换热器4安装在脱硫废水处理塔12内。第一换热器2和第二换热器4构成换热介质循环系统。其它本实施各项设计参见如图1-3的描述。
如图5所示，第一换热器2安装在脱硫吸收塔13和净烟气烟道11内。第一换热器2在脱硫吸收塔13内设置在烟气雾滴预分离器1的上方。第一换热器2在净烟气烟道11内设置在烟气升温装置的前方。第二换热器4安装在脱硫废水处理塔13内。第一换热器2和第二换热器4构成换热介质循环系统。其它本实施各项设计参见如图1-3的描述。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种烟气净化消白及脱硫废水处理一体化系统，其特征在于，包括换热介质循环系统，所述换热介质循环系统包括第一换热器和第二换热器，所述第一换热器设置在吸收塔和/或净烟气烟道内，所述第二换热器设置在脱硫废水处理塔内；所述第一换热器和所述第二换热器相连通，使得换热介质在所述吸收塔和/或净烟气烟道内与经过所述第一换热器的烟气进行热量交换以使所述烟气降温冷凝，升温后的换热介质在所述脱硫废水处理塔内与经过所述第二换热器的脱硫废水喷淋液滴进行热量交换以使所述脱硫废水喷淋液滴升温蒸发。
2.如权利要求1所述的烟气净化消白及脱硫废水处理一体化系统，其中，所述第一换热器和/或所述第二换热器设有多级。
3.如权利要求1所述的烟气净化消白及脱硫废水处理一体化系统，其中，所述第二换热器的上方设置喷淋器，所述第二换热器的下方设有进风器和集液槽，所述进风器设在所述集液槽的上方，所述喷淋器与所述集液槽组成脱硫废水循环系统。
4.如权利要求3所述的烟气净化消白及脱硫废水处理一体化系统，其中，所述集液槽内设有搅拌器。
5.如权利要求4所述的烟气净化消白及脱硫废水处理一体化系统，其中，所述进风器设有多个。
6.如权利要求1所述的烟气净化消白及脱硫废水处理一体化系统，其中，所述第一换热器和/或所述第二换热器的两侧设有除垢装置。
7.如权利要求1-6任意一项所述的烟气净化消白及脱硫废水处理一体化系统，其中，所述第一换热器包括换热介质流动通道、烟气流动通道和用于间隔所述换热介质流动通道和所述烟气流动通道并用于所述换热介质流动通道和所述烟气流动通道之间交换热量的间隔部件。
8.如权利要求1-6任意一项所述的烟气净化消白及脱硫废水处理一体化系统，其中，所述第二换热器包括换热介质流动通道、脱硫废水喷淋液滴流动通道和用于间隔所述换热介质流动通道和所述脱硫废水喷淋液滴流动通道并用于所述换热介质流动通道和所述脱硫废水喷淋液滴流动通道之间交换热量的间隔部件。
9.如权利要求7所述的烟气净化消白及脱硫废水处理一体化系统，其中，所述间隔部件的数量为多个，并组成多个重复的间隔部件组，所述间隔部件组包括第一间隔部件和第二间隔部件，所述换热介质流动通道由所述第一间隔部件和所述第二间隔部件限定而成，所述烟气流动通道由相邻的两个所述间隔部件组限定而成，换热介质流动方向与烟气流动方向呈垂直错流形式。
10.如权利要求8所述的烟气净化消白及脱硫废水处理一体化系统，其中，所述间隔部件的数量为多个，并组成多个重复的间隔部件组，所述间隔部件组包括第一间隔部件和第二间隔部件，所述换热介质流动通道由所述第一间隔部件和所述第二间隔部件限定而成，所述脱硫废水喷淋液滴流动通道由相邻的两个所述间隔部件组限定而成，换热介质流动方向与脱硫废水喷淋液滴流动方向呈垂直错流形式。
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