CN111892218B - 一种燃煤电厂高效低成本脱硫废水处理的零排放系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及废水处理领域，特别涉及一种燃煤电厂高效低成本脱硫废水处理的零排放系统。包括预处理单元、浓缩减量单元及末端固化单元组成；预处理单元通过经絮凝反应去除废水中的悬浮物、氟化物、硫化物、重金属离子,降低化学耗氧量和氨氮,并有效调节pH值；预处理单元的预处理水，经浓缩减量单元采用直接接触式热浓缩方式进行处理，得到湿烟气进入脱硫塔处理，得到的沉淀泥浆进入末端固化单元，得到的泥浆上清浓盐水循环进入浓缩减量单元处理；末端固化单元沉淀泥浆与粉煤灰、生石灰、硫酸亚铁、无机聚合剂混合后，形成低品级建筑材料。利用烟气余热进行脱硫废水浓缩，降低脱硫塔入口烟温，减少脱硫塔的蒸发水耗；废水回收率高，达到节水目的。

Description

一种燃煤电厂高效低成本脱硫废水处理的零排放系统

技术领域

本发明涉及废水处理领域，特别涉及一种燃煤电厂高效低成本脱硫废水处理的零排放系统。

背景技术

以煤作为燃料的燃煤电厂，在燃烧过程中会产生二氧化硫等有害物质，石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺广泛应用于燃煤电厂，以脱除烟气中的二氧化硫等污染物。石灰石—石膏湿法烟气脱硫装置在运行中产生大量脱硫废水，如：2×300MW机组，脱硫废水排放量一般为2.5-14m³/h，平均7.9m³/h；2×600MW机组，脱硫废水排放量一般为6-25m³/h，平均16m³/h；2×1000MW机组，脱硫废水排放量一般为25-30m³/h，平均27.5m³/h；脱硫废水水质因燃煤、脱硫剂石灰石、脱硫工艺水等不同，差异较大。

国内外燃煤电站脱硫废水普遍采用预处理工艺实现达标排放，在预处理基础上，通过深度处理工艺实现废水高效利用和零排放，一般工艺过程包括：预处理/软化/浓缩减量/末端固化四个工艺过程。

1)在预处理方面，主要有物理沉淀法、化学沉淀法、生物处理法、零价铁法等，工业应用的主流工艺为化学沉淀法。如公开号为CN207294442U，公开日为2018年5月1日，名称为《一种新型脱硫废水高效絮凝处理系统》的专利文件公开的高效絮凝工艺技术，实现了只投加一种复合型高效絮凝药剂、一小时完成制水，由于高效絮凝技术可大幅度缩短工艺流程，降低设备投资和运行费用，是燃煤电厂脱硫废水的高效低成本预处理工艺技术。

2)在软化工艺方面，脱硫废水的主流软化技术为化学软化工艺，由于脱硫废水含有高浓度【几千ppm甚至可高达20000ppm】的致垢离子钙镁锶钡等，化学软化工艺需要需投加大量化学软化药剂，药剂费用非常高，占据了零排放系统药剂费用的绝大部分；建设大型化学软化工艺设备，占地面积大，投资高；并产生大量化学软化污泥，处置费用高；产水TDS不降反升，加重后续浓缩减量、末端固化负担，增加浓缩减量、末端固化的投资和运行费用。

3)在浓缩减量方面，主要有膜浓缩、热浓缩等工艺。

膜浓缩普遍存在浓缩倍率较低，膜系统清洗困难、清洗周期和使用寿命短、抗负荷冲击能力差等问题。热浓缩主要有：多效蒸发(MED)、机械蒸汽压缩蒸发(MVC)、热力蒸汽压缩蒸发(TVR)、强制循环蒸发器，均属于间接接触式热浓缩技术。可浓缩至TDS≤20万ppm，普遍存在投资、运行维护费用高，占地面积大，换热设备结垢腐蚀严重等问题；

4)在末端固化方面，主要有蒸发结晶技术和烟道喷雾蒸发技术。蒸发结晶工艺需要建立一套大型蒸发结晶系统，消耗大量蒸汽和电力，占地和建筑物面积大，建设和运维成本较高；烟道喷雾蒸发技术，使废水在烟道(旁路)内雾化喷射、蒸发，废水中的杂质以固体物质的形式和飞灰一起随烟气进入除尘设备，存在的主要问题：

a、氯化物、重金属在飞灰中富集；极大影响飞灰的再利用和用户的安全性。

b、脱硫废水蒸发后，高腐蚀性氯化物不能完全被静电除尘器捕收，造成其在脱硫塔和后续设备上积累，引起严重腐蚀、结垢，显著增加了设备维修频率和维护费用；降低除尘效率，甚至影响静电除尘器正常运行；

d、该工艺主要依靠静电除尘器脱除蒸发结晶产物，静电除尘器不能脱除的物质，随烟气回到脱硫塔，不断循环富集，增加脱硫塔负荷，并造成PM2.5和汞等排放容易超标。

c、喷雾蒸发技术，受烟气温度和烟气露点温度的制约，可蒸发的脱硫废水量有限；如采用空预器前高温烟气蒸发，导致机组效率下降，煤耗增加。

e、雾化喷头快速失效，难以长期保持设计雾化水平。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的燃煤电站脱硫废水处理工艺存在的问题，本发明提供一种燃煤电厂高效低成本脱硫废水处理的零排放系统，包括预处理单元、浓缩减量单元及末端固化单元组成；

所述预处理单元通过经絮凝反应去除废水中的悬浮物、氟化物、硫化物、重金属离子,降低化学耗氧量和氨氮,并有效调节pH值；

所述预处理单元的预处理水，经浓缩减量单元采用直接接触式热浓缩方式进行处理，得到湿烟气进入脱硫塔处理，得到的沉淀泥浆进入末端固化单元，得到的泥浆上清浓盐水循环进入浓缩减量单元处理；

所述末端固化单元将沉淀泥浆与粉煤灰、生石灰、硫酸亚铁、无机聚合剂混合后，形成低品级建筑材料。

在上述方案的基础上，进一步地，所述浓缩减量单元包括增压风机、文丘里高效雾化蒸发器、夹带液滴分离收集器、引风机、沉降罐和浓盐水箱；

所述文丘里高效雾化蒸发器壳体为文丘里结构，依次由收缩段、喉管段、扩散段组成；所收缩段上端设置有干热烟气入口，用于输入增压风机增压后的干热烟气；

所述收缩段的顶部设置有第一级雾化喷射型文丘里，用于雾化来自所述浓盐水箱的浓盐水；

所述喉管段处设置有第二级气液混合型文丘，用于将预处理水雾化后与烟气混合得到增湿烟气，并从所述扩散段底部排出，自夹带液滴分离收集器的底部进入；

增湿烟气通过夹带液滴分离收集器去除湿烟气中的烟尘颗粒物及细微液滴得到湿烟气，并从夹带液滴分离收集器顶部排出，经引风机送入脱硫塔入口烟道，与脱硫塔入口热烟气混合进入脱硫塔内；

经夹带液滴分离收集器处理得到的浓缩液，排放至沉降罐，使浓缩液中细微烟尘颗粒物沉淀，沉淀泥浆自所述沉降罐底部排至固化单元中的沉淀泥浆缓冲罐，沉降罐的上清液流至浓盐水箱，排入文丘里高效雾化蒸发器中。

进一步地，第二级气液混合型文丘里可采用矩形、圆形、正四边形、正六边形、正八边形结构。

进一步地，所述夹带液滴分离收集器包括位于底部的集液池、管式除雾器和屋脊式除雾器，所述屋脊式除雾器包括自下而上设置的一级屋脊式除雾器、二级屋脊式除雾器和三级屋脊式除雾器；管式除雾器位于一级屋脊式除雾器下方，用于均布湿烟气流场，去除大颗粒浆液滴；

所述管式除雾器和屋脊式除雾器的各级除雾器均配置有冲洗系统和液体收集系统，每级除雾器的液体收集系统将所收集的浓缩液排至设备底部的集液池。

进一步地，所述冲洗系统包括设置在所述管式除雾器和屋脊式除雾器的各级除雾器顶部的喷水装置及冲洗管路；所述液体收集系统包括设置在所述管式除雾器和屋脊式除雾器的各级除雾器底部的聚液环和收集管路。

进一步地，所述管式除雾器和屋脊式除雾器的各级除雾器均设置有压差传感器，通过检测各除雾器的压差，控制除雾器冲洗系统的冲洗启停及冲洗时间。

进一步地，所述一级屋脊式除雾器，模块叶片间距30-26mm，叶片内部无设置集水倒钩，易于冲洗，叶片表面不易结垢，除雾效率高；所述二级屋脊式除雾器，模块叶片间距25-21mm，内部设置集水倒钩，能够去除极细小的浆液颗粒；所述三级屋脊式除雾器，模块叶片间距23-19mm，内部设置多个集水倒钩，能够去除二级除雾器不能去除的细微浆液颗粒。

进一步地，所述管式除雾器由外筒和旋流装置构成，外筒为圆形或正六边形；旋流装置叶片为强旋低阻力流线型叶片。

在上述方案的基础上，进一步地，所述沉降罐为耐磨、耐腐蚀型倒锥形沉降罐。

在上述方案的基础上，进一步地，所述末端固化单元包括了沉淀泥浆缓冲罐、混合反应装置和成型装置；

所述沉降罐中的泥浆通过污泥泵传输至所述沉淀泥浆缓冲罐中，所述沉淀泥浆缓冲罐中与所述混合反应装置连接，所述混合反应装置内通过投加粉煤灰、生石灰、硫酸亚铁、无机聚合剂四种药剂与泥浆进行反应；

所述成型装置将反应后的泥浆进行固态成型处理。

在上述方案的基础上，进一步地，所述末端固化单元还包括了养护室，所述养护室设置有温度和湿度控制装置，用于对已经固态成型的泥浆进行养护保存。

在上述方案的基础上，进一步地，按照质量百分比为沉淀泥浆50％-75％、粉煤灰8.5％-25％、生石灰2.5％-15％、硫酸亚铁0-10％、无机聚合剂5％-25％。

本发明提供的燃煤电厂高效低成本脱硫废水处理的零排放系统，与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、工艺系统简单，预计吨水处理设备投资≤100万元、吨水处理药剂费用≤30元、运维费用低；

2、利用烟气余热进行脱硫废水浓缩，降低了脱硫塔入口烟温，减少了脱硫塔的蒸发水耗；废水蒸发后随烟气进入脱硫塔，减少脱硫工艺补水，废水回收率高，达到节水目的；

3、利用烟气余热进行脱硫废水浓缩，对机组效率、机组调峰性能无任何影响；

4、浓缩液经直接固化后，污染物毒性浸出低于国标，固化体机械性能、抗水性等优于国标，可制成普通建材(如路沿石)，以废治废，资源化利用；

5、浓缩减量单元采用直接接触式热浓缩技术，相比于其他浓缩减量技术，对预处理要求较低，并且不需要进行深度软化处理，大大降低了预处理、软化的投资和运维费用；减少设备结垢腐蚀等情况的发生；由于无需采用昂贵的耐腐蚀抗垢金属材料，而采用普通玻璃钢或碳钢内衬玻璃钢制造，致使设备造价大幅降低；

6、末端固化工艺采用无机聚合剂固化封装技术，无需结晶，是通过浓缩盐水与粉煤灰，生石灰、硫酸亚铁和无机聚合剂结合，利用无机聚合剂对污染物、盐分的化学结合、吸附以及无机聚合剂牢笼结构物理阻隔三种作用，生成低渗透，高强度的固体，直接固化封装污染物和盐分，具有投资少，能耗低和维护成本低的优点。

7、工艺系统简单、可靠，中试系统和技改工程运行良好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的燃煤电厂高效低成本脱硫废水处理的零排放系统的示意图；

图2为浓缩减量单元示意图；

图3为末端固化单元示意图；

图4为文丘里高效雾化蒸发器结构示意图；

图5为采用矩形结构的第二级为气液混合型文丘里示意图(一)；

图6为采用矩形结构的第二级为气液混合型文丘里示意图(二)；

图7为采用圆形结构的第二级为气液混合型文丘里示意图；

图8为采用正六边形结构的第二级为气液混合型文丘里示意图；

图9为夹带液滴分离收集器结构示意图；

图10为集液倒钩示意图(一)。

图11为集液倒钩示意图(二)

附图标记：

100预处理单元 200浓缩减量单元 300末端固化单元

210增压风机 220文丘里高效雾化蒸发器 230夹带液滴分离收集器

240引风机 250沉降罐 260浓盐水箱

221收缩段 222喉管段 223扩散段

224干热烟气入口 225第一级雾化喷射型文丘里 226第二级气液混合型文丘

231集液池 232管式除雾器 233一级屋脊式除雾器

234二级屋脊式除雾器 235三级屋脊式除雾器 236喷水装置

237收集管路 238压差传感器 239集水倒钩

270脱硫塔 310沉淀泥浆缓冲罐 320混合反应装置

330成型装置 340养护室

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明提供一种燃煤电厂高效低成本脱硫废水处理的零排放系统，其中，包括预处理单元100、浓缩减量单元200及末端固化单元300组成；

所述预处理单元100通过经絮凝反应去除废水中的悬浮物、氟化物、硫化物、重金属离子,降低化学耗氧量和氨氮,并有效调节pH值；

所述预处理单元100的预处理水，经浓缩减量单元200采用直接接触式热浓缩方式进行处理，得到湿烟气进入脱硫塔270处理，得到的沉淀泥浆进入末端固化单元300，得到的泥浆上清浓盐水循环进入浓缩减量单元处理300；

所述末端固化单元300将沉淀泥浆与粉煤灰、生石灰、硫酸亚铁、无机聚合剂混合后，形成低品级建筑材料。

具体实施时，如图1所示，一种燃煤电厂高效低成本脱硫废水处理的零排放系统，其中，包括预处理单元100、浓缩减量单元200及末端固化单元300组成；

具体地，预处理单元可采用专利201721234076.6公开的一种新型脱硫废水高效絮凝处理系统所述的工艺系统，该系统利用环境微纳米污染物及其微界面行为，采用高效絮凝工艺技术，只直接投加一种复合型高效絮凝药剂、经絮凝反应可有效去除废水中的悬浮物、氟化物、硫化物、重金属离子,降低化学耗氧量和氨氮,并有效调节pH值，经澄清后产水达到和优于DL/T997—2006和GB8978—1996排放标准，快速完成制水，可大幅度缩短工艺流程，降低设备投资和运行费用，其具体技术可参考该专利中的描述。

具体地，如图2所示，所述浓缩减量单元200包括增压风机210、文丘里高效雾化蒸发器220、夹带液滴分离收集器230、引风机240、沉降罐250和浓盐水箱260；

如图4所示，所述文丘里高效雾化蒸发器220壳体为文丘里结构，依次由收缩段221、喉管段222和扩散段223组成；所述收缩段221上端设置有干热烟气入口224，用于输入增压风机210增压后的干热烟气；

所述收缩段221的顶部设置有第一级雾化喷射型文丘里225，用于雾化来自所述浓盐水箱260的浓盐水；

所述喉管段222处设置有第二级气液混合型文丘226，用于将预处理水雾化后与烟气混合得到增湿烟气，并从所述扩散段223底部排出，自夹带液滴分离收集器230的底部进入；

增湿烟气通过夹带液滴分离收集器230去除湿烟气中的烟尘颗粒物及细微液滴得到湿烟气，并从夹带液滴分离收集器230顶部排出，经引风机240送入脱硫塔270入口烟道，与脱硫塔270入口热烟气混合进入脱硫塔270内；

经夹带液滴分离收集器230处理得到的浓缩液，排放至沉降罐250，使浓缩液中细微烟尘颗粒物沉淀，沉淀泥浆自所述沉降罐250底部排至固化单元300中的沉淀泥浆缓冲罐310，沉降罐250的上清液流至浓盐水箱260，排入文丘里高效雾化蒸发器220中。

以上涉及的连接可以通过现有技术中的管道等方式连接，系统中的增压风机、引风机，均为石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统常规设备，并根据系统处理能力要求选型、设计；废水泵、污泥泵，均为烟气脱硫废水处理系统常规设备，并根据系统处理能力要求选型、设计。

干热烟气取自燃煤电厂空预器前热烟气以下称作高温烟气或除尘器后热烟气以下称作低温烟气，经增压风机210增压后，送入文丘里高效雾化蒸发器220干热烟气入口，自圆柱形文丘里高效雾化蒸发器220顶部切向进入，干热烟气在文丘里高效雾化蒸发器220上部，呈旋风流态。

本发明的浓缩减量单元200采用直接接触式热浓缩技术，来自系统沉降罐250收集的浓盐水，采用第一级雾化喷射器型文丘里225，将浓盐水雾化为粒径约40-80μm的喷射液滴，雾化喷射的40-80μm液滴提供了巨大的传质传热比表面积，与切向进入文丘里高效雾化蒸发器220顶部、呈高速旋风流态的热烟气充分均匀混合，高效传质传热，浓盐水的雾化液滴被加热、液滴中的水分被部分蒸发成水蒸气，热烟气被増湿为湿烟气；来自预处理单元100的预处理水，预处理水自预处理水箱泵送至第二级气液混合型文丘里226后管部的环形空间，采用第二级气液混合型文丘里226，利用来自上游的高速湿热烟气流在设备中部的文丘里内形成的负压将预处理水吸入文丘里内，与文丘里管内高速湿热烟气流高效均匀混合，并雾化为粒径约40-80μm的液滴，40-80μm液滴提供了巨大的传质传热比表面积，与文丘里管内高速热烟气流高效传质传热，预处理水的雾化液滴被加热，液滴中的水分被部分蒸发成水蒸气，烟气进一步被増湿成为湿饱和烟气或近湿饱和烟气。

文丘里高效雾化蒸发器220是基于不同温度、压力下饱和湿烟气含水量不同【如：90℃饱和空气烟气含湿量约为1400g水/kg干空气烟气；而25℃饱和空气烟气含湿量约为20g水/kg干空气烟气】，使水雾化后受热蒸发成水蒸气，通过烟气的増湿过程，实现废水的浓缩。相比于其他浓缩减量技术，一方面，对预处理要求较低，并且不需要进行深度软化处理，大大降低了预处理、软化的投资和运维费用；另一方面，基本解决了设备结垢腐蚀等问题。此外，直接接触式热浓缩技术由于无需采用昂贵的耐腐蚀抗垢金属材料，而采用普通玻璃钢或碳钢内衬玻璃钢制造，致使设备造价大幅降低。

増湿后的热烟气，除烟气成分和水蒸气外，含有一定数量的烟尘颗粒物、浓缩液滴等，采用空预器前高温热烟气，烟尘含量高，而采用除尘器后低温热烟气，烟尘含量低。浓缩液滴属于高盐液滴，为控制这些高盐液滴进入脱硫塔，浓缩减量单元200设置了夹带液滴分离收集器230，用于浓缩液滴与湿烟气的分离和收集。

湿饱和烟气或近湿饱和烟气自夹带液滴分离收集器230底部切向进入，呈高速旋风流态，利用离心分离原理促进湿饱和烟气或近湿饱和烟气中细小液滴的凝并，湿烟气中大烟尘颗粒物、液滴与烟气的分离。

夹带液滴分离收集器230可高效去除湿烟气中的烟尘颗粒物及细微液滴，其出口湿烟气携带的液滴含量低于5mg/Nm³(干基)。夹带液滴分离收集器230收集的浓缩液，排放至沉降罐250，并投加高效絮凝剂(如需要)，使浓缩液中细微烟尘颗粒物沉淀，沉淀泥浆自沉降罐250底部排至末端固化单元300沉淀泥浆缓冲罐310进一步固化处置，沉降罐250的上清液自溢流至浓盐水箱260，泵送至文丘里高效雾化蒸发器220进一步处置。

具体地，所述沉降罐250选用废水处理系统中常用的耐磨、耐腐蚀型倒锥形沉降罐250，根据系统处理能力要求设计、制作。

具体地，所述浓盐水箱260选用脱硫废水处理系统中常用的耐腐蚀型水箱罐，用于储存沉降罐250的上清液，以便泵送至文丘里高效雾化蒸发器220进一步处置，根据系统处理能力要求设计、制作。

末端固化单元300将沉淀泥浆与粉煤灰、生石灰、硫酸亚铁、无机聚合剂混合后，形成低品级建筑材料。

较佳地，如图3所示，本发明采用的末端固化单元300包括了沉淀泥浆缓冲罐310、混合反应装置320和成型装置330；所述沉降罐250中的泥浆通过污泥泵传输至所述沉淀泥浆缓冲罐310中，所述沉淀泥浆缓冲罐310中与所述混合反应装置320连接，所述混合反应装置320内通过投加粉煤灰、生石灰、硫酸亚铁、无机聚合剂四种药剂与泥浆进行反应；所述成型装置330将反应后的泥浆进行固态成型处理。

末端固化工艺，采用无机聚合剂固化封装技术，无需结晶，是通过浓缩盐水与粉煤灰，生石灰、硫酸亚铁和无机聚合剂结合，利用无机聚合剂对污染物、盐分的化学结合、吸附以及无机聚合剂牢笼结构物理阻隔三种作用，生成低渗透，高强度的固体，直接固化封装污染物和盐分。可制成低品位普通建材(如马路砖、路沿石、砌体等)。这些混合设计有效降低所关注组成部分的可浸出性。其毒性浸出指标远小于《GB 5085.3—2007危险废物鉴别标准：浸出毒性鉴别》标准规定的限值；固化体机械性能(抗压强度、抗冲击性能)、抗水性(抗浸出性、抗浸泡性、抗冻融性)优于《GB14569.1-1993低、中水平放射性废物固化体性能要求——水泥固化体》的要求。

自沉降罐250底部排至沉淀泥浆缓冲罐310的沉淀泥浆，总含固量约50-80％左右，其中：TDS含量约35％作用；烟尘等悬浮物约15％-45％，取决于沉淀泥浆的成分，如：热干烟气采用空预器前热烟气，烟气含尘量高，沉淀泥浆的总固含量比较高，而热干烟气采用除尘器后热烟气，烟气含尘量低，沉淀泥浆的总固含量比较低。沉淀泥浆中盐分浓度一般为近饱和状态。泵送至混合反应器320，较佳地，按照质量百分比为沉淀泥浆50％-75％、粉煤灰8.5％-25％、生石灰2.5％-15％、硫酸亚铁0-10％、无机聚合剂5％-25％，干法直接投加粉煤灰、生石灰、无机聚合剂至混合反应器320，还可以按上述混合物总质量的0.2％-2％投加0.5-2.5cm的短切纤维如：市售玻璃纤维、碳纤维，和/或12％-30％的细砂石，用于固化产物强度增强；还可以根据需要添加适量的吸附剂、缓蚀剂、促凝剂、减水剂等，在15-30rpm转速下，充分搅拌、均匀混合反应约5-20min；将混合反应后的混合物置于成型装置330中，静置成型12-24h；较佳地，末端固化单元300还包括养护室340，将固化体转移至养护室340，养护室340设置有温度和湿度控制装置，在温度为18-40℃，相对湿度65％-85％条件下继续养护1-4周；养护合格后，可用作马路砖、路缘石、砌体等低品级建筑材料。

优选地，所述第二级气液混合型文丘里226可采用矩形、圆形、正四边形、正六边形或正八边形结构。

具体实施时，如图5-8所示，在实际工程调试中第二级为气液混合型文丘里226可采用矩形、圆形、正四边形、正六边形或正八边形结构。通过制作喉管部相同形状的第二级为气液混合型文丘里226，将第二级为气液混合型文丘里226人工嵌入喉管内。

优选地，所述夹带液滴分离收集器230包括位于底部的集液池231、管式除雾器232和屋脊式除雾器，所述屋脊式除雾器包括自下而上设置的一级屋脊式除雾器233、二级屋脊式除雾器234和三级屋脊式除雾器235；所述管式除雾器232位于一级屋脊式除雾器233下方，用于均布湿烟气流场，去除大颗粒浆液滴；

所述管式除雾器232和屋脊式除雾器的各级除雾器均配置有冲洗系统和液体收集系统，每级除雾器的液体收集系统将所收集的浓缩液排至设备底部的集液池231。

具体地，如图9所示，夹带液滴分离收集器230包括位于底部的集液池231、管式除雾器232和屋脊式除雾器，屋脊式除雾器包括自下而上设置的一级屋脊式除雾器233、二级屋脊式除雾器234和三级屋脊式除雾器235；

管式除雾器232位于一级屋脊式除雾器233下方，管式除雾器232由外筒和旋流装置构成，外筒为圆形或正六边形，旋流装置叶片为强旋低阻力流线型叶片，用于均布湿烟气流场，去除大颗粒浆液滴；各除雾器的叶片壁厚≥3㎜，其强度可满足耐高压冲洗和非正常工况检修，选用耐磨、耐腐蚀、耐温型材料制作如：玻璃钢，叶片表面平整、光滑，化学、物理性能优良，防腐性能强。

管式除雾器232和屋脊式除雾器的各级除雾器均配置有冲洗系统和液体收集系统，每级除雾器的液体收集系统将所收集的浓缩液排至设备底部的集液池231，并排放至沉降罐250，以便进一步处置。

需要说明的是，夹带液滴分离收集器230，及其配置的各级除雾器、集液池231大小，可根据系统处理能力要求设计、制作。

湿饱和烟气或近湿饱和烟气自夹带液滴分离收集器230底部切向进入，呈高速旋风流态，利用离心分离原理促进湿饱和烟气或近湿饱和烟气中细小液滴的凝并，湿烟气中大烟尘颗粒物、液滴与烟气的分离。

优选地，所述冲洗系统包括设置在所述管式除雾器232和屋脊式除雾器的各级除雾器顶部的喷水装置236及冲洗管路；所述液体收集系统包括设置在所述管式除雾器232和屋脊式除雾器的各级除雾器底部的聚液环和收集管路237。

优选地，所述管式除雾器232和屋脊式除雾器的各级除雾器均设置有压差传感器238，通过检测各除雾器的压差，控制除雾器冲洗系统的冲洗启停及冲洗时间。

具体地，如图9所示，在夹带液滴分离收集器230内，湿烟气首先进入布置在一级屋脊式除雾器233下部的管式除雾器232，含有大量烟尘、液滴的湿烟气，经过管式除雾器232的旋流叶片时，与旋流叶片发生碰撞，烟气中的小颗粒液滴碰撞聚集成为大液滴，同时在旋流叶片上形成液膜，烟尘与液膜碰撞后被捕捉，液膜厚度逐渐增加从叶片脱离向下流入管式除雾器232底部的聚液环，实现除尘除液滴的作用。

湿烟气经过旋流叶片后，呈旋流上升运动，未被旋流叶片捕捉的液滴在旋转运动过程中受离心力的作用向管式除雾器外筒内表面运动，管式除雾器外筒内表面沉积成均匀液膜，运动到液膜表面的液滴及粉尘被捕捉，液膜厚度逐渐增加，从管式除雾器232外筒内表面向下流入聚液环，达到进一步除尘除液滴的目的。管式除雾器232起到了均布湿烟气流场，去除大部分液滴的作用。

管式除雾器232和屋脊式除雾器的各级除雾器顶部均设置有喷水装置236并用管道连为一体，与冲洗管路连接；管式除雾器232和屋脊式除雾器的各级除雾器底部均设置有聚液环，并用管道连为一体，与收集管路237连接，排至设备底部集液池231。

管式除雾器232和屋脊式除雾器的各级除雾器均设置有压差传感器238，通过检测各除雾器的压差，控制除雾器冲洗系统的冲洗启停及冲洗时间。

优选地，所述一级屋脊式除雾器233，模块叶片间距30-26mm，叶片内部无设置集水倒钩239；所述二级屋脊式除雾器234，模块叶片间距25-21mm；所述三级屋脊式除雾器235，模块叶片间距23-19mm；所述二级屋脊式除雾器234和所述三级屋脊式除雾器235内部设置集水倒钩239。

具体地，如图10和图11所示，湿烟气依次进入屋脊式除雾器，一级屋脊式除雾器233，模块叶片间距30-26mm，叶片内部无设置集水倒钩239，易于冲洗，叶片表面不易结垢，除雾效率高；二级屋脊式除雾器234，模块叶片间距25-21mm；三级屋脊式除雾器235，模块叶片间距23-19mm；二级屋脊式除雾器234和三级屋脊式除雾器235内部设置集水倒钩239，能够去除极细小的浆液颗粒，并且三级屋脊式除雾器235内部设置的集水倒钩239比二级屋脊式除雾器234多，能够去除二级屋脊式除雾器不能去除的细微浆液颗粒。

将本发明提供的燃煤电厂高效低成本脱硫废水处理的零排放系统与现有的“三联箱”废水处理工艺进行对比，其中，预处理量单元对比如下：

表1工艺技术对比

表2工艺的经济性对比

表3环境效益对比

浓缩减量单元端与现有技术对比如下：

表4工艺技术对比

表5工艺经济性对比

将本发明中的末端固化单元与现有技术对比如下表所示：

表6工艺技术对比

表7工艺经济性

以下为采用本发明提供的燃煤电厂高效低成本脱硫废水处理的零排放系统进行具体工艺处理的实施例并进行测试，其结果如下：

预处理

预处理采用专利201721234076.6一种新型脱硫废水高效絮凝处理系统所述的工艺系统，详见该专利描述。来水流量6.5m/h，来水水质指标如下表所示：

表8

脱硫废水送至“一步法”高效絮凝集成装置【一体化集成粉体高效絮凝剂投加设备、高效絮凝反应器】，直接投加一种复合型粉体高效絮凝剂，经絮凝反应可有效去除废水中的悬浮物、氟化物、硫化物、重金属离子,降低化学耗氧量和氨氮,并有效调节pH值，经澄清后产水达到和优于DL/T997—2006排放标准，预处理水质如下表所示。

表9

序号

监测项目

单位

预处理水测定值

标准要求

单项判定

备注

1

总汞

μg/L

2.01

＜50

合格

2

总镉

μg/L

ND

＜100

合格

3

总铬

μg/L

20.99

＜1500

合格

4

总砷

μg/L

11.69

＜500

合格

5

总铅

μg/L

105.17

＜1000

合格

6

总镍

μg/L

174.51

＜1000

合格

7

总锌

μg/L

102.13

＜2000

合格

8

总铜*

μg/L

ND

＜500

合格

9

总硒*

μg/L

91.79

＜100

合格

10

悬浮物

mg/L

17.68

＜70

合格

11

CODcr

mg/L

51

＜150

合格

注

12

氟化物

mg/L

4.92

＜30

合格

13

硫化物

mg/L

0.43

＜1

合格

14

PH

7.13

6-9

合格

15

氨氮*

mg/L

2.37

＜15.00

合格

16

K<sup>+</sup>

mg/L

62.87

17

Na<sup>+</sup>

mg/L

1368.93

18

Ca<sup>2+</sup>

mg/L

10.54

19

Mg<sup>2+</sup>

mg/L

9058.22

20

Cl<sup>-</sup>

mg/L

9105.58

21

SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>

mg/L

30365.38

22

NO<sub>3</sub><sup>-</sup>

mg/L

173.40

23

TDS

mg/L

59074.67

24

SiO<sub>2</sub>

mg/L

35.97

*测试项目判定标准：GB8978-1996；

注.产水COD测定值为曝气氧化12h后测定值。

所产生絮凝泥浆送至脱水机脱水，脱水机滤液返回“一步法”高效絮凝装置废水入口循环处理，脱水机产生的泥饼作为固废废弃处置，泥饼检测指标如表所示。

表10

注1：《城镇污水处理厂污泥处置、混合填埋用泥质》(GB/T23485-2009)要求污泥用作混合填埋时，含水率不得高于60％，用作垃圾填埋场覆盖土添加料时，污泥含水率不得高于45％。

浓缩减量

干热烟气取自燃煤电厂除尘器后热烟气，烟温117.5-128.6℃，工况烟气量约22.8万m³/h；经增压风机增压后，送入文丘里高效雾化蒸发器干热烟气入口，来自浓盐水箱的浓盐水泵送至高效雾化蒸发器顶部的第一级雾化喷射型文丘里，预处理水自预处理水箱泵送至第二级气液混合型文丘里后管部的环形空间，湿饱和烟气或近湿饱和烟气，自文丘里高效雾化蒸发器底部排出，

湿烟气自夹带液滴分离收集器底部切向进入，在自夹带液滴分离收集器下部实现较大的烟尘颗粒物、液滴与烟气的分离；之后，湿烟气进入管式除雾器，管式除雾器布置在第一级屋脊式除雾器下部，去除大部分液滴、烟尘，并起到烟气流场均匀作用。一级屋脊式除雾器模块叶片间距28mm，内部无集液倒钩，二级屋脊式除雾器模块叶片间距23mm，内部设置集液倒钩，三级屋脊式除雾器模块叶片间距21mm，内部设置多个集液倒钩，夹带液滴分离收集器出口湿烟气携带的液滴含量低于5mg/Nm³(干基)；浓缩液收集至位于底部的集液池，排放至沉降罐进一步处理。除雾器采用预处理水喷射冲洗。湿烟气经引风机送入脱硫塔入口烟道，与脱硫塔入口热烟气混合进入脱硫塔内，排烟温度52.5-55.3℃。

在沉降罐中投加高效絮凝剂，使浓缩液中细微烟尘颗粒物沉淀，沉淀泥浆自沉降罐底部排至固化单元沉淀泥浆缓冲罐进一步固化处置，沉降罐的上

清液自溢流至浓盐水箱，泵送至文丘里高效雾化蒸发器进一步处置。

浓缩减量单元的主要运行参数和水质指标如下表所示：

表11

序号	监测项目	单位	湿气体冷凝水质	浓缩液水质
					1	悬浮物	mg/L	0.90	138087
2	PH		2.96	3.19
					3	K<sup>+</sup>	mg/L	1.41	316.56
4	Na<sup>+</sup>	mg/L	8.87	6980.12
					5	Ca<sup>2+</sup>	mg/L	0.95	50.09
6	Mg<sup>2+</sup>	mg/L	10.15	46377.19
					7	Cl<sup>-</sup>	mg/L	19.28	46579.08
8	SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>	mg/L	48.64	155353.68
					9	TDS	mg/L	104.25	299207.54
10	COD	mg/L	ND	175.12
					11	氨氮	mg/L	0.12	7.56

注2：湿饱和气体产水水质通过冷凝饱和湿气体取样。

末端固化

自沉降罐底部排至沉淀泥浆缓冲罐的沉淀泥浆，总含固量约43.7％，沉淀泥浆中盐分浓度约30％，烟尘等颗粒物浓度约13.8％。泵送至混合反应器，按照质量百分比为沉淀泥浆60％、粉煤灰13.5％、生石灰8.5％、硫酸亚铁6.5％、无机聚合剂11.5％，按上述混合物总质量的1％投加1cm的市售短切玻璃纤维，和20％的细砂石，用于固化产物强度增强，干法直接上述组分至混合反应器，17.5rpm转速下，充分搅拌、均匀混合反应约10min；将混合反应后的混合物置于成型设备中，静置成型24h；将固化体转移至养护室，在温度为20℃，相对湿度75％条件下继续养护4周。固化体性能指标如表所示，可用作马路砖、路缘石建筑材料。

表12

表13

采用本发明提供的燃煤电厂高效低成本脱硫废水处理的零排放系统：

1、工艺系统简单，预计吨水处理设备投资≤100万元、吨水处理药剂费用≤30元、运维费用低；

2、利用烟气余热进行脱硫废水浓缩，降低了脱硫塔入口烟温，减少了脱硫塔的蒸发水耗；废水蒸发后随烟气进入脱硫塔，减少脱硫工艺补水，废水回收率高，达到节水目的；

3、利用烟气余热进行脱硫废水浓缩，对机组效率、机组调峰性能无任何影响；

4、浓缩液经直接固化后，污染物毒性浸出低于国标，固化体机械性能、抗水性等优于国标，可制成普通建材(如路沿石)，以废治废，资源化利用；

5、工艺系统简单、可靠，中试系统和技改工程运行良好。

尽管本文中较多的使用了诸如预处理单元、浓缩减量单元、末端固化单元、增压风机、文丘里高效雾化蒸发器、夹带液滴分离收集器等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种燃煤电厂高效低成本脱硫废水处理的零排放系统，其特征在于：包括预处理单元(100)、浓缩减量单元(200)及末端固化单元(300)组成；

所述预处理单元(100)通过经絮凝反应去除废水中的悬浮物、氟化物、硫化物、重金属离子,降低化学耗氧量和氨氮,并有效调节pH值；

所述预处理单元(100)的预处理水，经浓缩减量单元(200)采用直接接触式热浓缩方式进行处理，得到湿烟气进入脱硫塔(270)处理，得到的沉淀泥浆进入末端固化单元(300)，得到的泥浆上清浓盐水循环进入浓缩减量单元处理(200)；

所述末端固化单元(300)将沉淀泥浆与粉煤灰、生石灰、硫酸亚铁和无机聚合剂混合后，形成低品级建筑材料；

所述浓缩减量单元(200)包括增压风机(210)、文丘里高效雾化蒸发器(220)、夹带液滴分离收集器(230)、引风机(240)、沉降罐(250)和浓盐水箱(260)；

所述文丘里高效雾化蒸发器(220)壳体为文丘里结构，依次由收缩段(221)、喉管段(222)和扩散段(223)组成；所述收缩段(221)上端设置有干热烟气入口(224)，用于输入增压风机(210)增压后的干热烟气；

所述收缩段(221)的顶部设置有第一级雾化喷射型文丘里(225)，用于雾化来自所述浓盐水箱(260)的浓盐水；

所述喉管段(222)处设置有第二级气液混合型文丘里(226)，用于将预处理水雾化后与烟气混合得到增湿烟气，并从所述扩散段(223)底部排出，自夹带液滴分离收集器(230)的底部进入；

增湿烟气通过夹带液滴分离收集器(230)去除湿烟气中的烟尘颗粒物及细微液滴得到湿烟气，并从夹带液滴分离收集器(230)顶部排出，经引风机(240)送入脱硫塔(270)入口烟道，与脱硫塔(270)入口热烟气混合进入脱硫塔(270)内；

经夹带液滴分离收集器(230)处理得到的浓缩液，排放至沉降罐(250)，使浓缩液中细微烟尘颗粒物沉淀，沉淀泥浆自所述沉降罐(250)底部排至末端固化单元(300)中的沉淀泥浆缓冲罐(310)，沉降罐(250)的上清液流至浓盐水箱(260)，排入文丘里高效雾化蒸发器(220)中。

2.根据权利要求1所述的燃煤电厂高效低成本脱硫废水处理的零排放系统，其特征在于：所述第二级气液混合型文丘里(226)采用矩形、圆形、正四边形、正六边形或正八边形结构。

3.根据权利要求1所述的燃煤电厂高效低成本脱硫废水处理的零排放系统，其特征在于：所述夹带液滴分离收集器(230)包括位于底部的集液池(231)、管式除雾器(232)和屋脊式除雾器，所述屋脊式除雾器包括自下而上设置的一级屋脊式除雾器(233)、二级屋脊式除雾器(234)和三级屋脊式除雾器(235)；所述管式除雾器(232)位于一级屋脊式除雾器(233)下方，用于均布湿烟气流场，去除大颗粒浆液滴；

所述管式除雾器(232)和屋脊式除雾器的各级除雾器均配置有冲洗系统和液体收集系统，每级除雾器的液体收集系统将所收集的浓缩液排至设备底部的集液池(231)。

4.根据权利要求3所述的燃煤电厂高效低成本脱硫废水处理的零排放系统，其特征在于：所述冲洗系统包括设置在所述管式除雾器(232)和屋脊式除雾器的各级除雾器顶部的喷水装置(236)及冲洗管路；所述液体收集系统包括设置在所述管式除雾器(232)和屋脊式除雾器的各级除雾器底部的聚液环和收集管路(237)。

5.根据权利要求3所述的燃煤电厂高效低成本脱硫废水处理的零排放系统，其特征在于：所述管式除雾器(232)和屋脊式除雾器的各级除雾器均设置有压差传感器(238)，通过检测各除雾器的压差，控制除雾器冲洗系统的冲洗启停及冲洗时间。

6.根据权利要求3所述的燃煤电厂高效低成本脱硫废水处理的零排放系统，其特征在于：所述一级屋脊式除雾器(233)，模块叶片间距30-26mm，叶片内部无设置集水倒钩(239)；所述二级屋脊式除雾器(234)，模块叶片间距25-21mm；所述三级屋脊式除雾器(235)，模块叶片间距23-19mm；所述二级屋脊式除雾器(234)和所述三级屋脊式除雾器(235)内部设置集水倒钩(239)。

7.根据权利要求1所述的燃煤电厂高效低成本脱硫废水处理的零排放系统，其特征在于：所述末端固化单元(300)包括了沉淀泥浆缓冲罐(310)、混合反应装置(320)和成型装置(330)；

所述沉降罐(250)中的沉淀泥浆通过污泥泵传输至所述沉淀泥浆缓冲罐(310)中，所述沉淀泥浆缓冲罐(310)中与所述混合反应装置(320)连接，所述混合反应装置(320)内通过投加粉煤灰、生石灰、硫酸亚铁、无机聚合剂四种药剂与泥浆进行反应；

所述成型装置(330)将反应后的泥浆进行固态成型处理。

8.根据权利要求7所述的燃煤电厂高效低成本脱硫废水处理的零排放系统，其特征在于：所述末端固化单元(300)还包括养护室(340)，所述养护室(340)内设置有温度和湿度控制装置，用于对已经固态成型的泥浆进行养护保存。

9.根据权利要求1所述的燃煤电厂高效低成本脱硫废水处理的零排放系统，其特征在于：按照质量百分比为，沉淀泥浆50％-75％、粉煤灰8.5％-25％、生石灰2.5％-15％、硫酸亚铁0-10％、无机聚合剂5％-25％。

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