CN110272082B - 脱硫废水蒸发结晶耦合烟气再热一体化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于工业节能环保技术领域，涉及一种湿法脱硫工艺中的脱硫废水蒸发结晶耦合烟气再热一体化系统。该系统包括气‑水换热器、蒸发结晶器、汽‑气换热器和疏水膨胀箱；气‑水换热器将高温未脱硫烟气中的热量转移至脱硫废水中，蒸发结晶器将脱硫废水中的热量转移至汽化后的水蒸汽中，汽‑气换热器将水蒸汽中的热量转移至脱硫后的净烟气中，疏水膨胀箱将蒸汽冷凝后的液态水进行储存，以备厂区其他工艺回用。本发明实现了洁净处理脱硫废水、消除烟囱石膏雨和白烟的目标，解决了脱硫塔水平衡失衡问题，保障了脱硫塔的长期安全可靠运行，降低了企业的运行成本。
Description
技术领域
本发明属于工业节能环保技术领域，具体涉及一种脱硫废水蒸发结晶耦合烟气再热一体化系统，可用于湿法脱硫工艺的烟气再热和脱硫废水的蒸发结晶。
背景技术
中国的能源结构特点是富煤、贫油、少气，这就决定了国内工业生产所需的能量来源以煤炭为主，在总能源消费中占比约70％左右。燃煤排烟是大气环境中二氧化硫、氮氧化物和烟尘的主要来源，燃煤型污染在未来一段时间内仍是我国大气污染的重要特征。
为了改善国民的生活环境，经过近些年的努力，国内大部分燃煤生产工艺已陆续完成了脱硫、脱硝和除尘工程改造，这对提升大气质量起到了重要作用。为了进一步改善大气质量，从2017年至今，针对湿法脱硫生产工艺，多地又先后颁布了治理石膏雨和有色烟羽的环保政策要求，业内俗称“烟气脱白”。随着烟气脱白项目实施的越来越多，在工程应用中又出现一些了新的问题，其中，比较突出的问题之一是因烟气脱白系统设计或运行不当而导致的脱硫塔水平衡失衡问题，这也带来了脱硫废水排放量增加的现象，增大了运行人员的操控难度，提升了企业运行成本，同时对自然环境也造成了不同程度的污染。
此外，目前关于脱硫废水的终端处理方面，主要处理技术有蒸发塘、多级闪蒸、低温多效蒸发结晶、机械蒸汽再压缩技术、烟道蒸发法和旁路烟道干燥法等，其中蒸发塘法占地面积大，水分排入大气无法回收，造成水资源浪费和环境污染；多级闪蒸、低温多效蒸发结晶、机械蒸汽再压缩技术法能耗高，系统复杂，投资大；烟道蒸发和旁路烟道干燥法一方面影响原烟风系统的运行，且无法回收废液中的水分，另一方面增大了进入湿法脱硫塔的烟气含水率，影响脱硫的运行参数。随着环保政策要求的不断升级，对原系统影响小，清洁、环保、低能耗的废水处理技术亟待研发和应用。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种脱硫废水蒸发结晶耦合烟气再热一体化系统，首先将高温烟气余热作为废水蒸发的热源进行利用，通过合理的系统参数设计，实现脱硫废水的蒸发结晶处理；其次将汽化后的蒸汽余热作为净烟气升温的热源进行回用，最后将蒸汽的冷凝水作为厂区其他工艺的补水进行循环利用，由此实现烟气再热和脱硫废水的洁净处理。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种脱硫废水蒸发结晶耦合烟气再热一体化系统，该系统包括气-水换热器1、蒸发结晶器6、汽-气换热器15和疏水膨胀箱18。
所述气-水换热器1为管壳式换热器，包括壳体和布置在壳体的内部换热管，所述气-水换热器1的壳体具有换热器烟气入口23和换热器烟气出口24；所述气-水换热器1设置在脱硫塔25与原烟气烟道之间，换热器烟气入口23与原烟气烟道连通，换热器烟气出口24与脱硫塔25的烟气进口连通。
所述蒸发结晶器6包括蒸发室3和结晶室7，所述蒸发室3上部设有汽液分离器4，顶部设有排汽管14，中部设有废水进口；所述结晶室7的上部设有废水出口；所述蒸发室3的废水进口通过废水供水母管2与气-水换热器1的换热管的出水口连通，所述结晶室7的废水出口通过废水回水母管12与气-水换热器1的换热管的回水口连通。
所述汽-气换热器15为管壳式换热器，包括壳体和换热管，所述汽-气换热器15的壳体具有净烟气入口26和净烟气出口27；所述汽-气换热器15设置在脱硫塔25与烟囱28之间，净烟气入口26通过烟道与脱硫塔25的烟气出口连通，净烟气出口27通过烟道与烟囱28连通；所述汽-气换热器15的换热管的入口与蒸发结晶器6的蒸发室3的排汽管14连通。
所述疏水膨胀箱18的顶部设有蒸汽冷凝水入口和排气管22，底部设有排水口；所述蒸汽冷凝水入口通过疏水管16与汽-气换热器15的换热管的出口连通；疏水膨胀箱18的排水口与供水管19连接。
所述气-水换热器1中的烟气流向与换热管的布置方向垂直。
所述蒸发室3与结晶室7之间设有用于平衡压力的衡压管5。
所述结晶室7的底部设有结晶物排出口8；所述结晶物排出口8连通的管道上设有结晶物排出阀9。
所述废水回水母管12连通一废水补水管11，用于向气-水换热器1的换热管中补充新的脱硫废水；所述废水补水管11上设有废水补水阀10。
所述汽-气换热器15中的烟气流向与换热管的布置方向垂直。
所述废水回水母管12上设有废水循环泵13。
所述排气管22上设有真空泵21。
所述供水管19上设有疏水泵17和供水阀20。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明的脱硫废水蒸发结晶耦合烟气再热一体化系统，一般应用于电力、建材、钢铁、化工等高耗能行业的节能环保领域，工作位置在烟气湿法脱硫工艺系统，以脱硫废水为基本载热介质，基于能量梯级利用原理，将未脱硫的高温烟气热量依次用于脱硫废水的蒸发结晶和脱硫后净烟气的再热升温过程，由此达到洁净处理脱硫废水、消除烟囱石膏雨和白烟的目标。
2、本发明的脱硫废水蒸发结晶耦合烟气再热一体化系统解决了烟气脱白系统设计、运行不当等一系列因素引起的脱硫塔水平衡失衡问题，降低了脱硫塔入口烟温，提高了脱硫塔的脱硫效率，节约了脱硫系统的运行耗水率，保障了脱硫塔的长期安全可靠运行，降低了企业的运行成本。
3、本发明的脱硫废水蒸发结晶耦合烟气再热一体化系统有效利用了未脱硫的高温烟气热量，提升了烟囱的排烟温度，显著改善了烟囱冒白现象，同时达到了保护尾部烟道和烟囱的效果。
4、本发明的脱硫废水蒸发结晶耦合烟气再热一体化系统有效回收了脱硫废水中的水分，达到了脱硫废水清洁回用的效果，减少了企业的污水排放量，对工业企业的节能环保具有重要意义。
附图说明
图1为本发明的脱硫废水蒸发结晶耦合烟气再热一体化系统的结构示意图。
其中的附图标记为：
1气-水换热器 2废水供水母管
3蒸发室 4汽液分离器
5衡压管 6蒸发结晶器
7结晶室 8结晶物排出口
9结晶物排出阀 10废水补水阀
11废水补水管 12废水回水母管
13废水循环泵 14排汽管
15汽-气换热器 16疏水管
17疏水泵 18疏水膨胀箱
19供水管 20供水阀
21真空泵 22排气管
23换热管烟气入口 24换热管烟气出口
25脱硫塔 26净烟气入口
27净烟气出口 28烟囱
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
如图1所示，一种脱硫废水蒸发结晶耦合烟气再热一体化系统，该系统包括气-水换热器1、蒸发结晶器6、汽-气换热器15和疏水膨胀箱18。
所述气-水换热器1为管壳式换热器，包括壳体和布置在壳体的内部换热管，所述气-水换热器1的壳体具有换热器烟气入口23和换热器烟气出口24；所述气-水换热器1设置在脱硫塔25与原烟气烟道之间，换热器烟气入口23与原烟气烟道连通，换热器烟气出口24与脱硫塔25的烟气进口连通。所述气-水换热器1中的烟气流向与换热管的布置方向垂直。
所述蒸发结晶器6包括蒸发室3和结晶室7，所述蒸发室3上部设有汽液分离器4，顶部设有排汽管14，中部设有废水进口；所述结晶室7的底部设有结晶物排出口8，上部设有废水出口。所述结晶物排出口8连通的管道上设有结晶物排出阀9。所述蒸发室3的废水进口通过废水供水母管2与气-水换热器1的换热管的出水口连通，所述结晶室7的废水出口通过废水回水母管12与气-水换热器1的换热管的回水口连通，所述废水回水母管12上设有废水循环泵13。所述蒸发室3与结晶室7之间设有用于平衡压力的衡压管5。
优选地，所述废水回水母管12连通一废水补水管11，用于向气-水换热器1的换热管中补充新的脱硫废水。所述废水补水管11上设有废水补水阀10。
所述汽-气换热器15为管壳式换热器，包括壳体和换热管，所述汽-气换热器15的壳体具有净烟气入口26和净烟气出口27；所述汽-气换热器15设置在脱硫塔25与烟囱28之间，净烟气入口26通过烟道与脱硫塔25的烟气出口连通，净烟气出口27通过烟道与烟囱28连通。所述汽-气换热器15的换热管的入口与蒸发结晶器6的蒸发室3的排汽管14连通。所述汽-气换热器15中的烟气流向与换热管的布置方向垂直。
所述疏水膨胀箱18的顶部设有蒸汽冷凝水入口和排气管22，底部设有排水口；所述蒸汽冷凝水入口通过疏水管16与汽-气换热器15的换热管的出口连通，所述排气管22上设有真空泵21；疏水膨胀箱18的排水口与供水管19连接，供水管19与厂区其他工艺系统(例如脱硫工艺水箱的补水母管等)连接，所述供水管19上设有疏水泵17和供水阀20。
本发明的工作过程如下：
气-水换热器1将高温未脱硫烟气中的热量转移至脱硫废水中，蒸发结晶器6将脱硫废水中的热量转移至汽化后的水蒸汽中，汽-气换热器15将水蒸汽中的热量转移至脱硫后的净烟气中，疏水膨胀箱18将蒸汽冷凝后的液态水进行储存，以备厂区其他工艺回用。
高温未脱硫烟气由换热器烟气入口23进入气-水换热器1，高温未脱硫烟气横向冲刷换热管外壁，来自脱硫废水回水母管12的脱硫废水进入气-水换热器1的换热管内，脱硫废水纵向冲刷换热管内壁，高温未脱硫烟气通过换热管的管壁将热量传至脱硫废水中，高温原烟气放热降温后由换热器烟气出口24排入脱硫塔25内，低温脱硫废水吸热升温后由废水供水母管2进入蒸发结晶器6，由此完成高温烟气和低温脱硫废水的热交换过程。
高温脱硫废水由废水供水母管2进入蒸发结晶器6的蒸发室3内，高温脱硫废水中部分水吸热汽化后经汽液分离器4脱去夹带的雾滴，并由排汽管14排出进入汽-水换热器15，脱硫废水蒸发浓缩后的废液进入下部结晶室7进行结晶过程，结晶产物沉积在结晶室7底部并由结晶物排出口8排出，排出过程由结晶物排出阀9控制，液态脱硫废水浮在结晶室7上部由废水回水母管12经废水循环泵13进入气-水换热器1，由此完成脱硫废水的蒸发浓缩结晶过程，并将废水中热量转移到外排的蒸汽中。此外，为了补充蒸发结晶器6蒸发和外排结晶物所损失的水，将新的脱硫废水由废水补水管11向气-水换热器1的换热管进行补水操作，废水补水过程根据结晶室7的液位由废水补水阀10进行控制。
来自脱硫塔25的低温净烟气由净烟气入口26进入汽-气换热器15，净烟气横向冲刷换热管外壁，来自排汽管14的高温蒸汽进入汽-水换热器15的换热管内，低温净烟气通过换热管壁完成与高温蒸汽的换热过程，低温净烟气吸热升温后经净烟气出口27由烟囱28排空，高温蒸汽放热降温冷凝为液态水后经疏水管16进入疏水膨胀箱18进行储存，由此完成高温蒸汽和低温净烟气的换热过程。
来自汽-气换热器15的蒸汽冷凝水经疏水管16进入疏水膨胀箱18，通过真空泵21将疏水膨胀箱18内的不凝结气体由排气管22排出，疏水膨胀箱18设有上下液位，当液位高于设置上限时，开启疏水泵17经供水管19向厂区其他工艺系统供水，供水过程由供水阀20控制完成，由此实现蒸汽冷凝水的储存和回用。
130～150℃的高温未脱硫烟气先通过换热器烟气入口23进入气-水换热器1，高温未脱硫烟气放热降温至110℃以下后经换热器烟气出口24进入脱硫塔25，脱硫后48℃左右的低温净烟气经净烟气入口26进入汽-气换热器15，吸热升温至65℃以上的净烟气由净烟气出口27经烟囱28排空；80℃左右的低温脱硫废水在废水循环泵13的驱动下经废水回水母管12进入气-水换热器1，脱硫废水吸热升温至100℃左右后由脱硫废水供水母管2进入蒸发结晶器6；来自脱硫废水供水母管2的100℃左右的废水进入蒸发结晶器6上部的蒸发室3，100℃左右的废水中部分水吸热汽化为80℃左右的蒸汽，80℃左右的蒸汽经排汽管14进入汽-气换热器15，放热后降温至80℃左右的脱硫浓缩废水进入蒸发结晶器6下部的结晶室7，脱硫废水在结晶室7内完成结晶过程，结晶产物由结晶物排出管8排出，排出过程由结晶物排出阀9控制完成，未结晶的80℃左右的低温废水积存在结晶室7上部，经废水回水母管12进入气-水换热器1。为补充蒸发结晶器6损失的蒸发水和结晶产物机械携带水，通过设置脱硫废水补水管11将新的脱硫废水补充至废水回水母管12上，补水过程由废水补水阀10控制实现；来自排汽管14的80℃左右的蒸汽进入汽-气换热器15的换热管内，与管外低温净烟气进行热交换，蒸汽放热降温冷凝为75℃左右的液态水，液态水经疏水管16进入疏水膨胀箱18，疏水膨胀水箱18通过真空泵21将箱内不凝结气体经排气管22排空，冷凝水在疏水泵17的驱动下经供水管19排出，作为厂区其他工艺的补水进行回用，供水过程由供水阀20控制实现。
本发明脱硫废水蒸发结晶耦合烟气再热一体化系统利用气-水换热器1将高温未脱硫烟气中的热量转移至脱硫废水中，升温后的脱硫废水至蒸发结晶器6完成蒸发和结晶过程，蒸发后的蒸汽至汽-气换热器15加热净烟气，净烟气吸热升温后由烟囱28排空，蒸汽冷凝水排至疏水膨胀箱18，冷凝水由供水管19向厂区其他工艺系统进行补水操作。最终使得净烟气温度升至65℃以上，缓解工业烟囱的冒白现象，同时实现脱硫废水中水的清洁回用目标。
Claims (9)
1.一种脱硫废水蒸发结晶耦合烟气再热一体化系统，其特征在于：该系统包括气-水换热器(1)、蒸发结晶器(6)、汽-气换热器(15)和疏水膨胀箱(18)；
所述气-水换热器(1)为管壳式换热器，包括壳体和布置在壳体的内部换热管，所述气-水换热器(1)的壳体具有换热器烟气入口(23)和换热器烟气出口(24)；所述气-水换热器(1)设置在脱硫塔(25)与原烟气烟道之间，换热器烟气入口(23)与原烟气烟道连通，换热器烟气出口(24)与脱硫塔(25)的烟气进口连通；
所述蒸发结晶器(6)包括蒸发室(3)和结晶室(7)，所述蒸发室(3)上部设有汽液分离器(4)，顶部设有排汽管(14)，中部设有废水进口；所述结晶室(7)的上部设有废水出口；所述蒸发室(3)的废水进口通过废水供水母管(2)与气-水换热器(1)的换热管的出水口连通，所述结晶室(7)的废水出口通过废水回水母管(12)与气-水换热器(1)的换热管的回水口连通；
所述汽-气换热器(15)为管壳式换热器，包括壳体和换热管，所述汽-气换热器(15)的壳体具有净烟气入口(26)和净烟气出口(27)；所述汽-气换热器(15)设置在脱硫塔(25)与烟囱(28)之间，净烟气入口(26)通过烟道与脱硫塔(25)的烟气出口连通，净烟气出口(27)通过烟道与烟囱(28)连通；所述汽-气换热器(15)的换热管的入口与蒸发结晶器(6)的蒸发室(3)的排汽管(14)连通；
所述疏水膨胀箱(18)的顶部设有蒸汽冷凝水入口和排气管(22)，底部设有排水口；所述蒸汽冷凝水入口通过疏水管(16)与汽-气换热器(15)的换热管的出口连通；疏水膨胀箱(18)的排水口与供水管(19)连接。
2.根据权利要求1所述的脱硫废水蒸发结晶耦合烟气再热一体化系统，其特征在于：所述气-水换热器(1)中的烟气流向与换热管的布置方向垂直。
3.根据权利要求1所述的脱硫废水蒸发结晶耦合烟气再热一体化系统，其特征在于：所述蒸发室(3)与结晶室(7)之间设有用于平衡压力的衡压管(5)。
4.根据权利要求1所述的脱硫废水蒸发结晶耦合烟气再热一体化系统，其特征在于：所述结晶室(7)的底部设有结晶物排出口(8)；所述结晶物排出口(8)连通的管道上设有结晶物排出阀(9)。
5.根据权利要求1所述的脱硫废水蒸发结晶耦合烟气再热一体化系统，其特征在于：所述废水回水母管(12)连通一废水补水管(11)，用于向气-水换热器(1)的换热管中补充新的脱硫废水；所述废水补水管(11)上设有废水补水阀(10)。
6.根据权利要求1所述的脱硫废水蒸发结晶耦合烟气再热一体化系统，其特征在于：所述汽-气换热器(15)中的烟气流向与换热管的布置方向垂直。
7.根据权利要求1所述的脱硫废水蒸发结晶耦合烟气再热一体化系统，其特征在于：所述废水回水母管(12)上设有废水循环泵(13)。
8.根据权利要求1所述的脱硫废水蒸发结晶耦合烟气再热一体化系统，其特征在于：所述排气管(22)上设有真空泵(21)。
9.根据权利要求1所述的脱硫废水蒸发结晶耦合烟气再热一体化系统，其特征在于：所述供水管(19)上设有疏水泵(17)和供水阀(20)。
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