CN112058024A - 一种用于湿法脱硫系统的原烟气脱氯装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于湿法脱硫系统的原烟气脱氯装置，包括风机，风机通过原烟道连接脱硫吸收塔，原烟道内设置有HCl吸收装置，HCl吸收装置包括填料层和吸收层，吸收层包括水平排布的除雾管，除雾管的下部对应安装持液槽，持液槽的底部设置有循环水支管，除雾管与持液槽之间设置有导流槽，持液槽的出液口连接第一石墨冷却器，第一石墨冷却器连接双介质过滤器，双介质过滤器连接高压泵，高压泵连接DTRO膜装置，DTRO膜装置的浓水出口连接解析塔，解析塔顶部连接工业盐酸储罐。该脱氯装置开拓出石灰石‑石膏湿法脱硫废水零排放工程的新途径，具有运行成本低、工业盐酸可资源化利用、不影响飞灰资源化利用、优化脱硫系统运行等特点。

Description

一种用于湿法脱硫系统的原烟气脱氯装置

技术领域

本发明属于燃煤电厂石灰石-石膏湿法脱硫废水零排放技术领域，具体涉及一种用于湿法脱硫系统的原烟气脱氯装置。

背景技术

燃煤企业作为工业用水、排水大户，以着力节约保护水资源为出发点，以控制用水总量、提高用水效率为目的，燃煤企业逐步实施全厂节水优化改造，遵循“分质回收、梯级利用”的原则，实现废水不外排。伴随着国家对水环境污染治理的日益提速，近年来各大电力高效和电力环保企业均投入到脱硫废水零排放技术探索和工艺研发中来。

石灰石-石膏湿法脱硫化学反应工艺决定了吸收塔浆液长期处于高硬度的液固混合体环境；因此脱硫废水作为燃煤企业的终端废水，其最典型的水质特点是高Cl^-、高Ca²⁺、高Mg²⁺、高悬浮物、高溶解盐、高中金属等。石灰石-石膏湿法脱硫工艺设计考虑到设备腐蚀和石膏浆液结晶的因素，普遍要求吸收塔浆液中的Cl^-浓度控制在 20000mg/L以内。因此脱硫废水排放量首先取决于脱硫吸收塔浆液 Cl^-的平衡浓度，Cl^-的平衡浓度控制越低，废水排放量越大；其次取决于Cl^-进出脱硫系统总量的平衡，Cl^-的主要来源是燃煤烟气和工艺水的携带，单位时间内燃煤烟气携带Cl^-总量是工艺水的两倍以上；除了排放烟气和石膏脱水可携带少量Cl^-外，主要控制Cl^-平衡浓度即是依靠合理的脱硫废水排放量。

结合脱硫废水的特点及Cl^-总量的平衡控制说明，脱硫废水零排放工艺可从两个大思路着手，其一是降低带入吸收塔的Cl^-总量，其二是直接处置排放的脱硫废水。目前普遍的脱硫废水零排放技术局限于后者，其技术路线主要由预处理软化、化学或物理浓缩、转移或直接固化三个工艺单元组成。浙江大学杨建国、耿梓文等研究使用 NaOH、Na₂CO₃、NaHCO₃三种常见的碱基物质，通过气液双相流喷嘴将以脱硫废水配置的碱基溶液雾化喷入空预器至除尘器之间的烟道，该工艺即包含了降低带入吸收塔的Cl^-总量的思路。但目前行业内的脱硫废水零排放工艺最终目的均是在实现固液分离前提下，或者产出固体结晶盐，或者将结晶盐转移至锅炉飞灰中。

首先脱硫废水零排放工程普遍存在工艺路线复杂、投资成本大、工程建设场地紧张、运行维护成本高等现实问题。其次是产出固体混盐的方式虽然不受后期政策导向的影响，但其资源化利用是目前面临的严峻问题，最终将涉入固化填埋方向。产出Na₂SO₄和NaCl分盐的方式更适用于经济发达、化工企业集中、雪资源丰富的地区，但也无法确保能够长期资源化利用。固化于飞灰的方式不属于资源化利用，只是在执行现有政策标准的同时，规避了终端固废的处置问题。目前该方式可以被多数燃煤企业所接受。一旦政策标准细化，将脱硫废水终端固废定义升级或者提高粉煤灰资源化利用的下游行业标准，该方式将面临再次升级改造的局面。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于湿法脱硫系统的原烟气脱氯装置，以水作为循环吸收剂，直接高效捕集烟气中的HCl气体，降低带入吸收塔的Cl^-总量。

本发明所采用的技术方案是，一种用于湿法脱硫系统的原烟气脱氯装置，包括风机，风机通过L型的原烟道连接脱硫吸收塔的入口，原烟道的垂直烟道段内水平设置有HCl吸收装置，HCl吸收装置包括呈上下设置的填料层和吸收层，吸收层包括依次水平排布的除雾管，每个除雾管的下部对应安装V型的持液槽，每个持液槽的底部设置有循环水支管，每个除雾管与每个持液槽之间设置有倒V型的导流槽，其中在持液槽另一端的烟道外侧，吸收液汇流后通过管道连接第一石墨冷却器，第一石墨冷却器连接双介质过滤器，双介质过滤器连接高压泵，高压泵连接DTRO膜装置，DTRO膜装置的浓水出口连接解析塔，解析塔顶部连接工业盐酸储罐。

本发明的特点还在于，

DTRO膜装置的淡水出口连接循环水箱，循环水箱连接循环水泵，循环水泵连接位于烟道外侧循环水支管的进水口。

解析塔的析出液出口连接第二石墨冷却器，第二石墨冷却器连接循环水箱。

循环水支管均为多孔滴漏管。

导流槽与持液槽均呈错位式分布。

本发明的有益效果是：

洗涤后的酸液经膜浓缩、热解析等工艺，最终产出30％浓度的工业盐酸。该脱氯装置排放的酸液特点为高氯、低硬度、低悬浮物。避免了常规脱硫废水零排放工艺中的软化环节，也提高了膜浓缩工艺运行的稳定性，从而节省了大量的运行药剂成本。在膜浓缩装置前后，酸液也可以通过添加碱性中和药剂(如：碳酸钠、氢氧化钠等)直接生成氯盐，然后利用热法浓缩固化工艺实现废水零排放，同样可显著降低设备的结垢堵塞等风险。

附图说明

图1是本发明一种用于湿法脱硫系统的原烟气脱氯装置的结构示意图；

图2是本发明一种用于湿法脱硫系统的原烟气脱氯装置中HCl 吸收装置的结构示意图；

图中，1.风机，2.原烟道，3.脱硫吸收塔，4.持液槽，5.导流槽， 6.除雾管，7.填料层，8.吸收层，9.第一石墨冷却器，10.双介质过滤器，11.高压泵，12.DTRO膜装置，13.循环水箱，14.循环水泵，15. 解析塔，16.第二石墨冷却器，17.工业盐酸储罐，18.循环水支管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种用于湿法脱硫系统的原烟气脱氯装置，如图1所示，包括风机1，风机1通过原烟道2连接脱硫吸收塔3的入口，原烟道 2为L型烟道，原烟道2的垂直烟道段与风机2出口连接，且原烟道 2的垂直烟道段内水平设置有HCl吸收装置，HCl吸收装置包括呈上下设置的填料层7和吸收层8，吸收层8包括依次水平排布的除雾管 6，每个除雾管6的两端固定在原烟道2的内壁，除雾管6的横切面为蛋型结构，迎烟气的一侧带有四根凸起的液滴阻隔条，背烟气的一侧外表面光滑；每个除雾管6的下部对应安装V型的持液槽4，持液槽4固定在原烟道2的内壁，每个持液槽4的底部设置有循环水支管 18，循环水支管18固定在原烟道2的内壁，循环水支管18为多孔滴漏管，每个除雾管6与每个持液槽4之间设置有倒V型的导流槽5，导流槽5固定在原烟道2的内壁，且导流槽5与持液槽4呈错位式分布，通过改变烟气流向来加强烟气洗涤；

其中持液槽4另一端的烟道外侧设置有汇流出液口，且出液口通过管道连接第一石墨冷却器9，第一石墨冷却器9连接双介质过滤器 10，双介质过滤器10连接高压泵11，高压泵11连接DTRO膜装置12，DTRO膜装置12的淡水出口连接循环水箱13，循环水箱13连接循环水泵14，循环水泵14的进液口连接烟道外侧的循环水支管18 进液口，循环水支管18的进液口与持液槽4的出液口分别位于烟道的对应两侧；

DTRO膜装置12的浓水出口连接解析塔15，解析塔15顶部连接工业盐酸储罐17，解析塔15的析出液出口连接第二石墨冷却器16，第二石墨冷却器16连接循环水箱13，或排污至脱硫工艺水箱。脱硫工业水来水可以直接补充至循环水箱。

DTRO膜装置12为盐酸选择性浓缩装置。第一石墨冷却器9和第二石墨冷却器16为管式换热装置，管程走循环水，壳程走冷却水。

解析塔15为非接触式换热填料塔，管程走高温蒸汽，壳程走浓缩酸液。

填料层7是具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料，散装填料根据结构特点不同，分为环形填料层，环鞍形填料层，鞍形填料层及球形填料层等，颗粒材质可选择耐高温耐腐蚀的轻型陶瓷，主要目的是拦截烟气通过吸收装置后携带液滴，填料层7可以做选择性配置；

本发明一种用于湿法脱硫系统的原烟气脱氯装置，其具体工作原理是：

循环水箱13的吸收液通过循环水泵14打入HCl吸收装置中的循环水支管18中，通过循环水泵14流量调节维持持液槽4中的一定液位，烟气在此改变烟气流向的过程中与持液槽4吸收液进行烟气温度可控的高效接触，被洗涤的烟气经填料层拦截液滴后进入脱硫吸收塔3，洗涤后的吸收液在持液槽4的另一端汇流后通过管道输送至第一石墨冷却器9中，将吸收液的温度降低至30～40℃的范围内，冷凝后的吸收液通过双介质过滤器10进一步去除悬浮物后，经高压泵11 输送至DTRO膜装置12进行酸液浓缩处理，产出的淡水返回循环水箱13中，排出的浓水进入解析塔15，在解析塔15内的浓水经高温蒸汽换热后挥发出HCl气体，并经再吸附制成30％浓度的工业盐酸。解析塔15排出的析出液经第二石墨冷却器16后温度降至30～40℃的范围内，可返回循环水箱13中，也可定期排污至脱硫工艺水箱。

正常运行期间，循环吸收液水量不足，可直接补充脱硫工业水至循环水箱13。补充工业水的量决定于气液接触过程中循环吸收液的蒸发量。该工艺自身无废水排放，只是为了维持合理的SO₄ ^2-和SO₃ ^2-的浓度范围，需要定期排放解析塔15的析出液至脱硫工艺水箱，二次利用于脱硫系统，如用于吸收塔除雾器的冲洗或者脱硫管道的冲洗作业。

氯化氢为无色气体，有刺激性气味，比重为空气的1.268倍，易溶于水，熔点为-114.6℃，沸点为-84.1℃，生成热-92.340kJ/mol，生成热的负值高，表明HCl气体比较稳定，在1000℃时仅分解0.014％。氯化氢在水中的溶解度相当大，1个体积的水能溶解450个体积的氯化氢，水吸收氯化氢的放热量为75.339kJ/mol(HCl气体)。因此吸收过程中盐酸的温度将升高，盐酸水溶液上方氯化氢的分压随温度升高而增大。

结合氯化氢的化学特性，水是脱除烟气中HCl污染物最有效也是最廉价的一种吸收剂。当用水吸收烟气中的氯化氢时，不但产生溶解热而且气液接触过程也有传热，因此循环吸收液的冷却将尤为重要，冷却温度越低与有利于提高HCl气体的吸收效率。

本发明的关键技术在于控制脱硫原烟气的温度不低于90℃，如果烟气温降大，首先造成循环吸收液蒸发量大，需要补充更大量的工业水来维持循环吸收液的水量平衡。其次造成脱硫系统本体的水平衡无法控制，不能满足脱硫系统正常水用户的用水量，影响脱硫系统运行的稳定性。HCl吸收装置即可以通过有限量的循环吸收液实现与烟气的充分接触，运行控制原烟气温度降低范围在10～20℃。另外，在不需要添加碱性药剂的前提下，控制循环吸收液的pH值在2～4， DTRO膜装置是控制循环吸收液pH值的关键设备。正常补充的工业水为中性，循环吸收液与原烟气接触过程，不但吸收HCl，还同时吸收SO₂、SO₃、HF等酸性污染物，HF污染物因浓度相对较低，该工艺未单独考虑。浓度最高的SO₂与循环吸收液接触后生成H₂SO₃，由于H₂SO₃溶于水为可逆反应，因此循环吸收液维持在酸性状态下可以抑制SO₂的溶解，不可避免的会有极少量的H₂SO₃会被自然氧化为 H₂SO₄，或者直接吸收SO₃而生成H₂SO₄。因此循环吸收液必须是在酸性状态下，即可以高效地有选择性地吸收HCl气体。

使用本发明的装置，洗涤后的烟气中HCl浓度控制在较低范围内，维持脱硫吸收塔浆液同等水平的Cl^-浓度，可明显降低脱硫废水排放量，甚至可实现无脱硫废水排放。燃煤电厂普遍地实施节水改造后，机组单位时间内烟气携带Cl^-总量是工艺水的两倍左右，如果机组燃用高氯煤，该比例还有一定提升，如果脱硫系统工艺水氯离子浓度控制在较低水平，该比例仍有一定的提升。综合以上，按照烟气携带Cl^-量占进入脱硫系统总量的70％计算，相应地最大可降低70％的脱硫废水排放量，其中15％左右的氯离子量可通过石膏和烟气携带排出脱硫系统之外，考虑到该工艺对烟气中HCl的脱除效率，因此正常排放的脱硫废水量占项目实施前的25％左右。该比例的水量正常情况下，经现有三联箱废水处理工艺简单处理后用于锅炉捞渣机或者干渣拌湿即可彻底消耗。如果机组燃用高硫煤，相应产出的石膏量增加，正常排放的脱硫废水量还可进一步降低，甚至脱硫系统无需外排废水。

涉及本发明的气液接触过程，关键是避免使用喷嘴喷淋接触的型式，在没有容积池的情况下，可以保证吸收液的高效循环。如有类似持液效果的HCl吸收装置，均属于本专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于湿法脱硫系统的原烟气脱氯装置，其特征在于，包括风机(1)，所述风机(1)通过L型的原烟道(2)连接脱硫吸收塔(3)的入口，所述原烟道(2)的垂直烟道段内水平设置有HCl吸收装置，所述HCl吸收装置包括呈上下设置的填料层(7)和吸收层(8)，所述吸收层(8)包括依次水平排布的除雾管(6)，每个所述除雾管(6)的下部对应安装V型的持液槽(4)，每个所述持液槽(4)的底部设置有循环水支管(18)，每个所述除雾管(6)与每个持液槽(4)之间设置有倒V型的导流槽(5)，其中持液槽(4)的出液口通过管道连接第一石墨冷却器(9)，所述第一石墨冷却器(9)连接双介质过滤器(10)，所述双介质过滤器(10)连接高压泵(11)，所述高压泵(11)连接DTRO膜装置(12)，所述DTRO膜装置(12)的浓水出口连接解析塔(15)，所述解析塔(15)顶部连接工业盐酸储罐(17)。

2.根据权利要求1所述的一种用于湿法脱硫系统的原烟气脱氯装置，其特征在于，所述DTRO膜装置(12)的淡水出口连接循环水箱(13)，所述循环水箱(13)连接循环水泵(14)，所述循环水泵(14)的进液口连接位于烟道外侧的循环水支管(18)的进水口。

3.根据权利要求2所述的一种用于湿法脱硫系统的原烟气脱氯装置，其特征在于，所述解析塔(15)的析出液出口连接第二石墨冷却器(16)，所述第二石墨冷却器(16)连接循环水箱(13)。

4.根据权利要求1所述的一种用于湿法脱硫系统的原烟气脱氯装置，其特征在于，所述循环水支管(18)均为多孔滴漏管。

5.根据权利要求1所述的一种用于湿法脱硫系统的原烟气脱氯装置，其特征在于，所述导流槽(5)与持液槽(4)均呈错位式分布。

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