CN111068510B - 一种脱硫废水分盐零排放协同烟气脱汞系统及方法 - Google Patents

一种脱硫废水分盐零排放协同烟气脱汞系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种脱硫废水分盐零排放协同烟气脱汞系统及方法，包括预处理和纳滤系统、氯盐溶液预热及烟道喷淋系统、硫酸盐溶液多效蒸馏系统和冷冻结晶系统。采用纳滤装置实现脱硫废水盐分分离，氯盐溶液经冷凝器预热后喷入SCR附近烟道实现协同脱汞；硫酸盐溶液经多效蒸馏浓缩后冷冻结晶，硫酸盐预热器回收加热蒸汽冷凝水的余热。本发明可实现脱硫废水零排放，并协同提高烟气脱汞效率，环保效益显著；采用热泵提升冷冻结晶余热品位加热氯盐溶液，并利用冷凝水预热硫酸盐溶液，有效降低浓缩能耗；采用脱硫废水中的氯盐溶液喷淋促进烟气高效脱汞，具有良好经济效益；通过冷冻结晶系统回收脱硫废水盐分，实现脱硫废水资源化利用。

Description

一种脱硫废水分盐零排放协同烟气脱汞系统及方法
技术领域
本发明属于脱硫废水零排放和烟气脱汞领域，涉及一种脱硫废水分盐零排放协同烟气脱汞系统及方法。
背景技术
燃煤电厂在运行过程中会产生大量脱硫废水，脱硫废水含盐量高，直接排放会造成环境污染。目前主流的脱硫废水处理方法处理成本高，难以实现不同组分的盐的分离，造成资源的浪费。采用纳滤能够有效分离脱硫废水中的硫酸盐和氯盐，实现脱硫废水的资源化利用。但是浓缩结晶氯盐溶液需要消耗大量蒸汽及电能，结晶成本较高。若能实现氯盐盐水的直接利用，将有望降低处理脱硫废水的能耗及成本。
燃煤发电是我国主要的汞排放来源之一，约占我国汞排放量的40％。目前燃煤电厂主要采用吸收剂脱汞法和烟气协同脱汞法实现烟气中汞的脱除。吸收剂脱汞法采用活性炭作为吸收剂喷射入烟道实现汞的吸附与脱除，但活性炭成本较高，吸附后的活性炭易造成二次污染。协同脱汞法基于现有烟气处理设备，利用SCR将单质汞氧化成二价汞，通过ESP和FGD实现汞的脱除。但是SCR对单质汞的氧化能力有限，使得协同脱汞效率较低。在煤中添加氯化钙能够增加燃烧过程中活性氯的生成，能够有效实现汞的氧化，提高协同脱汞效率。但是在燃煤中添加氯化钙成本较高，同时易造成烟道的高温腐蚀。因此，需要一种高效、稳定、经济的烟气协同脱汞技术。
将脱硫废水喷入SCR前的烟道能够低成本的处理脱硫废水，同时脱硫废水中的氯盐在高温和催化剂的作用下生成活性氯，活性氯将单质汞氧化成二价汞，能够有效提高烟气脱汞效率。但是脱硫废水中含有较多硫酸盐，在SCR中会抑制汞的氧化过程，造成脱汞效率的下降。并且硫酸盐喷入烟道，无法回收利用，造成硫酸盐的浪费。将脱硫废水中的氯盐分离并喷入烟道，能够提高脱汞效率，同时可以实现硫酸盐的资源化利用。
基于上述，需要开发一种采用纳滤分离脱硫废水中的盐分，利用脱硫废水中的氯盐实现燃煤机组烟气协同脱汞的系统。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种脱硫废水分盐零排放协同烟气脱汞系统及方法，该系统及方法能够采用纳滤分离脱硫废水中的盐分，利用脱硫废水中的氯盐实现燃煤机组烟气协同脱汞。
为达到上述目的，本发明所述的脱硫废水分盐零排放协同烟气脱汞系统包括选择性催化还原脱硝装置、脱硫塔、三联箱、纳滤装置、冷凝器、硫酸盐溶液预热器、硫酸盐溶液加热器、多效蒸馏系统及硫酸盐冷冻结晶器；
选择性催化还原脱硝装置的烟气出口与脱硫塔的烟气入口相连通，脱硫塔的脱硫废水出口与三联箱的入口相连通，三联箱的出口与纳滤装置的入口相连通，纳滤装置的氯盐溶液出口经冷凝器的吸热侧与选择性催化还原脱硝装置中的喷淋口相连通，纳滤装置的硫酸盐溶液出口依次经硫酸盐溶液预热器的吸热侧及硫酸盐溶液加热器的吸热侧与多效蒸馏系统的入口相连通，多效蒸馏系统的饱和硫酸盐溶液出口与硫酸盐冷冻结晶器的入口相连通，硫酸盐冷冻结晶器的硫酸盐溶液出口与三联箱的入口相连通。
选择性催化还原脱硝装置的烟气出口依次经空气预热器及除尘器与脱硫塔的烟气入口相连通，脱硫塔的烟气出口连通有烟囱。
三联箱的出口经溶液增压泵增与纳滤装置的入口相连通。
氯盐溶液管路包括第一离心泵、氯盐溶液主溶液阀、旁路管道、氯盐溶液事故水阀及事故水池；
纳滤装置的氯盐溶液出口经第一离心泵后分为两路，其中第一路经氯盐溶液主溶液阀与冷凝器的吸热侧入口相连通，另一路与旁路管道的入口相连通，旁路管道的出口与冷凝器的吸热侧出口通过管道并管后与氯盐溶液事故水阀的一端及选择性催化还原脱硝装置中的喷淋口相连通，氯盐溶液事故水阀的另一端与事故水池相连通，旁路管道上设置有氯盐溶液旁路阀。
纳滤装置的硫酸盐溶液出口依次经第二离心泵及硫酸盐溶液阀与硫酸盐溶液预热器的吸热侧入口相连通。
硫酸盐冷冻结晶器的冷媒出口依次经压缩机、冷凝器的放热侧及膨胀阀与硫酸盐冷冻结晶器的冷媒入口相连通。
还包括蒸汽输入管道及蒸汽输出管道；
蒸汽输入管道依次经硫酸盐溶液加热器的放热侧及硫酸盐溶液预热器的放热侧与冷凝水输出管道相连通。
还包括硫酸盐溶液事故水阀，多效蒸馏系统的饱和硫酸盐溶液出口经硫酸盐溶液事故水阀与事故水池相连通。
本发明所述的脱硫废水分盐零排放协同烟气脱汞方法包括以下步骤：
选择性催化还原脱硝装置输出的烟气进入到脱硫塔中进行脱硫处理，脱硫塔产生的脱硫废水通过三联箱处理后进入到纳滤装置中进行处理，纳滤装置输出的氯盐溶液进入到冷凝器中预热，然后经选择性催化还原脱硝装置中的喷淋口喷入一层SCR与二层SCR之间的烟道内，在SCR催化剂的作用下实现烟气协同脱汞；纳滤装置输出的硫酸盐溶液进入到硫酸盐溶液预热器中进行预热，然后经硫酸盐溶液加热器加热后进入到多效蒸馏系统中进行盐水分离，其中，分离出来的饱和硫酸盐溶液进入到硫酸盐冷冻结晶器中进行冷冻结晶，结晶后的硫酸盐经硫酸盐冷冻结晶器中的刮刀刮下后收集，剩余硫酸盐溶液排入三联箱中。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的脱硫废水分盐零排放协同烟气脱汞系统及方法在具体操作时，脱硫塔产生的脱硫废水通过三联箱处理后进入到纳滤装置中进行处理，纳滤装置输出的氯盐溶液经预热后从选择性催化还原脱硝装置中的喷淋口喷入一层SCR与二层SCR之间的烟道内，再在SCR催化剂的作用下实现烟气协同脱汞，相较于传统技术将脱硫废水直接喷射脱汞系统，避免了硫酸盐喷入造成脱汞效率降低的问题，能够实现高效率脱汞；纳滤装置输出的硫酸盐溶液经升温、盐水分离及冷冻结晶后进行收集，剩余的硫酸盐溶液排入三联箱中，能够实现脱硫废水零排放，环保效益显著；采用压缩式热泵回收冷冻结晶器余热并用以加热氯化钠溶液，降低了对锅炉效率的影响，同时采用冷凝后的高温水对硫酸钠溶液进行预热，减少了厂用汽用量，能够降低系统能耗。另外，需要说明的是，本发明利用低成本的脱硫废水实现烟气协同脱汞，相较于炉膛内喷射活性炭或掺烧氯化钙的脱汞系统，成本更低，并实现了硫酸盐和氯盐的资源化利用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为选择性催化还原脱硝装置、2为空气预热器、3为除尘器、4为脱硫塔、5为烟囱、6为三联箱、7为溶液增压泵、8为纳滤装置、9-1为第一离心泵、9-2为第二离心泵、10为氯盐溶液主溶液阀、11为冷凝器、12为氯盐溶液旁路阀、13为氯盐溶液事故水阀、14为喷淋口、15为硫酸盐溶液阀、16为硫酸盐溶液预热器、17为硫酸盐溶液加热器、18为多效蒸馏系统、19为硫酸盐溶液事故水阀、20为硫酸盐冷冻结晶器、21为压缩机、22为膨胀阀、23为事故水池。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的脱硫废水分盐零排放协同烟气脱汞系统包括选择性催化还原脱硝装置1、脱硫塔4、三联箱6、纳滤装置8、冷凝器11、硫酸盐溶液预热器16、硫酸盐溶液加热器17、多效蒸馏系统18及硫酸盐冷冻结晶器20；选择性催化还原脱硝装置1的烟气出口与脱硫塔4的烟气入口相连通，脱硫塔4的脱硫废水出口与三联箱6的入口相连通，三联箱6的出口与纳滤装置8的入口相连通，纳滤装置8的氯盐溶液出口经冷凝器11的吸热侧与选择性催化还原脱硝装置1中的喷淋口14相连通，纳滤装置8的硫酸盐溶液出口依次经硫酸盐溶液预热器16的吸热侧及硫酸盐溶液加热器17的吸热侧与多效蒸馏系统18的入口相连通，多效蒸馏系统18的饱和硫酸盐溶液出口与硫酸盐冷冻结晶器20的入口相连通，硫酸盐冷冻结晶器20的硫酸盐溶液出口与三联箱6的入口相连通。
选择性催化还原脱硝装置1的烟气出口依次经空气预热器2及除尘器3与脱硫塔4的烟气入口相连通，脱硫塔4的烟气出口连通有烟囱5；三联箱6的出口经溶液增压泵7与纳滤装置8的入口相连通。
本发明还包括第一离心泵9-1、氯盐溶液主溶液阀10、旁路管道、氯盐溶液事故水阀13及事故水池23；纳滤装置8的氯盐溶液出口经第一离心泵9-1后分为两路，其中第一路经氯盐溶液主溶液阀10与冷凝器11的吸热侧入口相连通，另一路与旁路管道的入口相连通，旁路管道的出口与冷凝器11的吸热侧出口通过管道并管后与氯盐溶液事故水阀13的一端及选择性催化还原脱硝装置1中的喷淋口14相连通，氯盐溶液事故水阀13的另一端与事故水池23相连通，旁路管道上设置有氯盐溶液旁路阀12；纳滤装置8的硫酸盐溶液出口依次经第二离心泵9-2及硫酸盐溶液阀15与硫酸盐溶液预热器16的吸热侧入口相连通。
硫酸盐冷冻结晶器20的冷媒出口依次经压缩机21、冷凝器11的放热侧及膨胀阀22与硫酸盐冷冻结晶器20的冷媒入口相连通。
本发明还包括蒸汽输入管道及冷凝水输出管道；蒸汽输入管道依次经硫酸盐溶液加热器17的放热侧及硫酸盐溶液预热器16的放热侧与冷凝水输出管道相连通。
本发明还包括硫酸盐溶液事故水阀19，多效蒸馏系统18的饱和硫酸盐溶液出口经硫酸盐溶液事故水阀19与事故水池23相连通。
本发明所述的脱硫废水分盐零排放协同烟气脱汞方法包括以下步骤：
选择性催化还原脱硝装置1输出的烟气经空气预热器2及除尘器3处理后进入到脱硫塔4中进行脱硫处理，脱硫处理后的烟气从烟囱5排出，脱硫塔4产生的脱硫废水通过三联箱6处理后经溶液增压泵7增压后进入到纳滤装置8中进行处理，纳滤装置8输出的氯盐溶液分为两路，其中，第一路氯盐溶液经第一离心泵9-1及氯盐溶液主溶液阀10后进入到冷凝器11中预热，然后经选择性催化还原脱硝装置1中的喷淋口14喷入一层SCR与二层SCR之间的烟道内，在SCR催化剂的作用下实现烟气协同脱汞，第二路氯盐溶液管道上布置有氯盐溶液旁路阀，在硫酸盐冷冻结晶系统损坏或检修时，打开氯盐溶液旁路阀12旁路压缩式热泵；纳滤装置8输出的硫酸盐溶液经第二离心泵9-2及硫酸盐溶液阀15进入到硫酸盐溶液预热器16中进行预热，然后经硫酸盐溶液加热器17加热后进入到多效蒸馏系统18中进行盐水分离，其中，分离出来的饱和硫酸盐溶液进入到硫酸盐冷冻结晶器20中进行冷冻结晶，结晶后的硫酸盐经硫酸盐冷冻结晶器20中的刮刀刮下后收集，剩余硫酸盐溶液排入三联箱6中；
硫酸盐冷冻结晶器20的冷媒出口经压缩机21增压后成为饱和蒸汽后进入到冷凝器11中冷凝成液态冷媒，同时放热对氯盐溶液进行加热，放热后的冷媒经膨胀阀22减压后形成低温饱和液体，然后进入到硫酸盐冷冻结晶器20中蒸发吸热实现制冷。
蒸汽进入到硫酸盐溶液加热器17中进行放热，然后进入到硫酸盐溶液预热器16进行放热，以加热硫酸盐溶液。
另外，需要说明的是，事故水池23可采用已建成事故水池或单独设立，水池容量不低于脱硫废水8小时生成量。
第一离心泵9-1及第二离心泵9-2与溶液增压泵增7采用联锁保护机制，具体为：溶液增压泵增7停止工作时，第一离心泵9-1及第二离心泵9-2停止工作，溶液增压泵增7启动后，第一离心泵9-1及第二离心泵9-2跟随启动。
所述氯盐溶液事故水阀13与锅炉控制系统采用联锁保护机制，具体为：锅炉MFT及启动时，氯盐溶液事故水阀13全开，SCR温度低于320℃时，氯盐溶液事故水阀13全开。
所述硫酸盐溶液事故水阀19与锅炉控制系统采用联锁保护机制，具体为：锅炉停机及跳闸时，硫酸盐溶液事故水阀19全开。
硫酸盐冷冻结晶器20采用的冷媒为R134a，冷凝器温度控制在45℃。多效蒸馏系统18采用三效或四效多效蒸馏系统或者强制循环多效蒸馏系统，三效蒸馏温度分别为80℃、70℃及60℃。
硫酸盐溶液加热器17采用的蒸汽为90℃的饱和蒸汽，硫酸盐溶液的加热温度为85℃；硫酸盐溶液预热器16吸热侧出口处水的温度控制在40℃。

Claims (7)

1.一种脱硫废水分盐零排放协同烟气脱汞系统，其特征在于，包括选择性催化还原脱硝装置(1)、脱硫塔(4)、三联箱(6)、纳滤装置(8)、冷凝器(11)、硫酸盐溶液预热器(16)、硫酸盐溶液加热器(17)、多效蒸馏系统(18)及硫酸盐冷冻结晶器(20)；
选择性催化还原脱硝装置(1)的烟气出口与脱硫塔(4)的烟气入口相连通，脱硫塔(4)的脱硫废水出口与三联箱(6)的入口相连通，三联箱(6)的出口与纳滤装置(8)的入口相连通，纳滤装置(8)的氯盐溶液出口经冷凝器(11)的吸热侧与选择性催化还原脱硝装置(1)中的喷淋口(14)相连通，纳滤装置(8)的硫酸盐溶液出口依次经硫酸盐溶液预热器(16)的吸热侧及硫酸盐溶液加热器(17)的吸热侧与多效蒸馏系统(18)的入口相连通，多效蒸馏系统(18)的饱和硫酸盐溶液出口与硫酸盐冷冻结晶器(20)的入口相连通，硫酸盐冷冻结晶器(20)的硫酸盐溶液出口与三联箱(6)的入口相连通；
所述三联箱(6)的出口与纳滤装置(8)的入口间连通有溶液增压泵(7)；
离心泵(9)与溶液增压泵(7)联锁，溶液增压泵(7)停运时离心泵(9)关闭，溶液增压泵(7)启动后离心泵(9)跟随启动；
硫酸盐冷冻结晶器(20)的冷媒出口依次经压缩机(21)、冷凝器(11)的放热侧及膨胀阀(22)与硫酸盐冷冻结晶器(20)的冷媒入口相连通；
采用硫酸盐冷冻结晶器(20)结晶硫酸盐，硫酸盐冷冻结晶器(20)配有压缩式热泵，硫酸盐冷冻结晶器(20)作为压缩式热泵的蒸发器，冷凝器(11)作为氯盐溶液加热器对氯盐溶液进行预热。
2.根据权利要求1所述的脱硫废水分盐零排放协同烟气脱汞系统，其特征在于，包括第一离心泵(9-1)、氯盐溶液主溶液阀(10)、旁路管道、氯盐溶液事故水阀(13)及事故水池(23)；
纳滤装置(8)的氯盐溶液出口经第一离心泵(9-1)后分为两路，其中第一路经氯盐溶液主溶液阀(10)与冷凝器(11)的吸热侧入口相连通，另一路与旁路管道的入口相连通，旁路管道的出口与冷凝器(11)的吸热侧出口通过管道并管后与氯盐溶液事故水阀(13)的一端及选择性催化还原脱硝装置(1)中的喷淋口(14)相连通，氯盐溶液事故水阀(13)的另一端与事故水池(23)相连通，旁路管道上设置有氯盐溶液旁路阀(12)。
3.根据权利要求2所述的脱硫废水分盐零排放协同烟气脱汞系统，其特征在于，纳滤装置(8)的硫酸盐溶液出口依次经第二离心泵(9-2)及硫酸盐溶液阀(15)与硫酸盐溶液预热器(16)的吸热侧入口相连通。
4.根据权利要求3所述的脱硫废水分盐零排放协同烟气脱汞系统，其特征在于，还包括硫酸盐溶液事故水阀(19)，多效蒸馏系统(18)的饱和硫酸盐溶液出口经硫酸盐溶液事故水阀(19)与事故水池(23)相连通。
5.根据权利要求1所述的脱硫废水分盐零排放协同烟气脱汞系统，其特征在于，压缩式热泵内的冷媒采用R134a，冷凝器温度为45℃。
6.一种脱硫废水分盐零排放协同烟气脱汞方法，其特征在于，基于权利要求1所述的脱硫废水分盐零排放协同烟气脱汞系统，包括以下步骤：
选择性催化还原脱硝装置(1)输出的烟气进入到脱硫塔(4)中进行脱硫处理，脱硫塔(4)产生的脱硫废水通过三联箱(6)处理后进入到纳滤装置(8)中进行处理，纳滤装置(8)对氯盐溶液和硫酸盐溶液进行分离，输出的氯盐溶液进入到冷凝器(11)中预热，然后经选择性催化还原脱硝装置(1)中的喷淋口(14)喷入一层SCR与二层SCR之间的烟道内，在SCR催化剂的作用下实现烟气协同脱汞；纳滤装置(8)输出的硫酸盐溶液进入到硫酸盐溶液预热器(16)中进行预热，然后经硫酸盐溶液加热器(17)加热后进入到多效蒸馏系统(18)中进行盐水分离，其中，分离出来的饱和硫酸盐溶液进入到硫酸盐冷冻结晶器(20)中进行冷冻结晶，结晶后的硫酸盐经硫酸盐冷冻结晶器(20)中的刮刀刮下后收集，剩余硫酸盐溶液排入三联箱(6)中。
7.根据权利要求6所述的脱硫废水分盐零排放协同烟气脱汞方法，其特征在于，还包括：采用压缩式热泵回收硫酸钠冷冻结晶过程中的余热用以预热氯盐溶液；硫酸盐溶液加热器(17)采用蒸汽作为热源，加热后的冷凝水进入硫酸盐溶液预热器(16)中对硫酸盐溶液进行预热；
在硫酸盐冷冻结晶系统损坏或检修时，打开氯盐溶液旁路阀(12)旁路压缩式热泵；
在锅炉MFT、启动或SCR温度较低时，打开氯盐溶液事故水阀(13)，将氯盐排入事故水池(23)；
在锅炉MFT、停运时，打开硫酸盐溶液事故水阀(19)，将硫酸盐溶液排入事故水池(23)。
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