CN112239242B - 一种烟气余热梯级利用的脱硫废水零排放系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种烟气余热梯级利用的脱硫废水零排放系统及其工作方法，属于脱硫废水处理技术领域。包括第一进气装置、第二进气装置、第一空气换热器、第二空气换热器、第一烟气换热器、第二烟气换热器、喷雾干燥塔、除尘器、蒸发浓缩塔和脱硫废水池。利用锅炉尾部的高温烟气提升空气温度，通过温度的梯级利用，高温空气对脱硫废水进行蒸发干化，降温后的空气用于脱硫废水的浓缩减量，除尘器用于回收废水中干化的盐分，空气换热器用于回收系统出口空气中的热量用于空气预热。相对于传统的脱硫废水零排放方法，充分利用了烟气中的余热，同步实现废水的浓缩和干化，对原烟道内气体的水平衡和物质平衡影响较小，具有良好的应用前景。

Description

一种烟气余热梯级利用的脱硫废水零排放系统及其工作方法

技术领域

本发明属于脱硫废水处理技术领域，具体涉及一种烟气余热梯级利用的脱硫废水零排放系统及其工作方法。

背景技术

国内燃煤电厂通常采用石灰石-石膏法对烟气进行脱硫处理，由此产生大量的废水。脱硫废水具有pH低、含盐量大、重金属含量高等特点，经过传统的pH调节、混凝、沉淀工艺处理后仍然具有很强的污染性。随着环保要求的日益提升，脱硫废水零排放逐渐成为电厂水处理的技术趋势。

膜浓缩+蒸发结晶是工业废水零排放通常采用的技术路线，部分电厂亦采用了此方案。但是，膜浓缩+蒸发结晶的实际运行效果并不理想，主要表现在：膜系统对水质要求高，通常需要软化等预处理环节，工艺流程长；长期运行过程中膜的污染现象严重，设备维护频繁；反渗透膜的操作压力较大，运行成本较高；蒸发结晶产生的混盐无法利用，通常作为危险固体废弃物进行处置。因此，对脱硫废水进行深度处理，降低处理成本、减少负面影响、实现污染物的零排放仍面临技术挑战。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种烟气余热梯级利用的脱硫废水零排放系统及其工作方法，采用热量梯级利用的方式，实现了脱硫废水的浓缩减量和蒸发干化，同时，不影响原烟气的水平衡和物质平衡。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种烟气余热梯级利用的脱硫废水零排放系统，包括第一进气装置、第二进气装置、第一空气换热器、第二空气换热器、第一烟气换热器、第二烟气换热器、喷雾干燥塔、除尘器、蒸发浓缩塔和脱硫废水池；

第一进气装置与第一空气换热器的冷侧入口连接，第一空气换热器的冷侧出口与第一烟气换热器的冷侧入口连接，第二进气装置与第二空气换热器的冷侧入口连接，第二空气换热器与第二烟气换热器的冷侧入口连接；第一烟气换热器和第二烟气换热器设在锅炉尾部的烟道内，烟气依次流经第一烟气换热器和第二烟气换热器的热侧；第一烟气换热器的冷侧出口与喷雾干燥塔的气体分布器连接，喷雾干燥塔的气体出口与除尘器的入口连接，除尘器的气体出口与蒸发浓缩塔的气体分布器连接，蒸发浓缩塔的液体出口与脱硫废水池连接，脱硫废水池分别与喷雾干燥塔的雾化器和蒸发浓缩塔的液体喷淋装置连接；蒸发浓缩塔的蒸发水出口分别与第一空气换热器和第二空气换热器的热侧入口连接。

优选地，第一空气换热器和第二空气换热器为间壁式换热器；第一烟气换热器和第二烟气换热器为间壁式换热器或蓄热式换热器。

优选地，喷雾干燥塔的雾化器为旋转雾化器或两相流雾化器。

优选地，除尘器为布袋除尘器、静电除尘器或离心除尘器。

优选地，蒸发浓缩塔为气液两相逆流式，中部设有填料层。

优选地，脱硫废水池设有pH监测装置、电导率监测装置、加药装置、搅拌装置和控制器，pH监测装置、电导率监测装置、加药装置、搅拌装置分别与控制器连接。

本发明公开的上述烟气余热梯级利用的脱硫废水零排放系统的工作方法，包括：

第一进气装置和第二进气装置产生的冷空气分别进入第一空气换热器和第二空气换热器的冷侧，冷空气与蒸发浓缩塔排出的带温气体在第一空气换热器和第二空气换热器中进行热交换，冷空气温度升高，蒸发浓缩塔排出的气体温度降低，其中的水蒸气冷凝产生冷凝水；温度升高的冷空气进入第一烟气换热器和第二烟气换热器的冷侧，烟气依次流经第一烟气换热器和第二烟气换热器的热侧，热交换后烟气温度降低，空气温度升高；脱硫废水池中经蒸发浓缩塔浓缩的脱硫废水通过喷雾干燥塔的雾化器形成细小的水雾；经第一烟气换热器升温后的空气通过喷雾干燥塔的气体分布器进入塔内，与雾化后的脱硫废水接触，脱硫废水中的水分气化，盐分干化析出，一部分盐分由固体出口排出，另一部分随热空气从喷雾干燥塔的气体出口流出并进入除尘器内，干化的盐分被除尘器捕集；除尘后的热空气和经第二烟气换热器升温后的热空气通过蒸发浓缩塔的气体分布器进入塔内；脱硫废水池中的脱硫废水通过液体喷淋装置进入蒸发浓缩塔，蒸发后的水蒸气进入第一空气换热器和第二空气换热器的热侧，浓缩后的脱硫废水回到脱硫废水池中。

优选地，进入喷雾干燥塔的气体温度为200～400℃。

优选地，进入除尘器和蒸发浓缩塔的气体温度为100～120℃。

优选地，脱硫废水池中脱硫废水的pH为6～9。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的一种烟气余热梯级利用的脱硫废水零排放系统，利用锅炉尾部烟道内的高温烟气作为热源，空气作为热量载体，采用热量梯级利用的方式，通过单独设置的喷雾干燥塔、蒸发浓缩塔对脱硫废水进行处理。经过换热后的高温空气对脱硫废水进行蒸发干化，干化后的盐分通过除尘器进行捕集分离，温度降低的空气进一步用于脱硫废水的浓缩减量，同时，空气换热器产生的冷凝水可以收集回用。该系统设计合理，梯级利用烟气余热实现废水的浓缩减量和蒸发干化，同时，对原烟道内气体的水平衡和物质平衡影响较小，具有良好的应用前景。

进一步地，空气换热器采用间壁式换热器，可以同步实现冷空气的预热以及系统出口空气中冷凝水的回收；烟气换热器采用间壁式换热器或蓄热式换热器，具有较高的换热效率，可以有效地回收利用烟气中的热量，加热空气。

进一步地，喷雾干燥塔采用旋转雾化器或两相流雾化器，可以实现脱硫废水的雾化，提高废水蒸发的热利用效率。

进一步地，除尘器采用布袋除尘器、静电除尘器、离心除尘器，可用于干化后盐分的独立回收，盐分可单独处置或与粉煤灰综合利用。

进一步地，蒸发浓缩塔采用气液两相逆流的形式，同时，塔内中部装有填料，有利于废水形成水膜，增加废水与热空气的热交换面积，提高废水的蒸发浓缩效率。

进一步地，脱硫废水池中安装有pH、电导率监测设备以及加药、搅拌装置，能够实时监测废水水质和浓缩倍数，并进行调节，减少废水对系统的腐蚀风险，提高系统的寿命，减小维护成本。

本发明公开的上述烟气余热梯级利用的脱硫废水零排放系统的工作方法，工艺流程简单，热利用效率高，同步实现了废水的浓缩减量、干化和冷凝水的回用，具有良好的经济收益，环保优势明显。

进一步地，进入喷雾干燥塔的气体温度为200～400℃，高温气体有利于液体的迅速蒸发干化，同时，有利于控制出口气体温度，减少对于除尘器的影响。

进一步地，进入除尘器和蒸发浓缩塔的气体温度为100～120℃，避免液体结露，对设备造成腐蚀。

进一步地，脱硫废水池中脱硫废水的pH为6～9，避免脱硫废水对设备造成严重腐蚀。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图中：1-第一进气装置、2-第二进气装置、3-第一空气换热器、4-第二空气换热器、5-第一烟气换热器、6-第二烟气换热器、7-喷雾干燥塔、8-除尘器、9-蒸发浓缩塔、10-脱硫废水池。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：

如图1，为本发明的烟气余热梯级利用的脱硫废水零排放系统，包括第一进气装置1、第二进气装置2、第一空气换热器3、第二空气换热器4、第一烟气换热器5、第二烟气换热器6、喷雾干燥塔7、除尘器8、蒸发浓缩塔9和脱硫废水池10。

第一进气装置1与第一空气换热器3的冷侧入口连接，第一空气换热器3的冷侧出口与第一烟气换热器5的冷侧入口连接，第二进气装置2与第二空气换热器4的冷侧入口连接，第二空气换热器4与第二烟气换热器6的冷侧入口连接；第一空气换热器3和第二空气换热器4优选采用间壁式换热器；第一烟气换热器5和第二烟气换热器6优选采用间壁式换热器或蓄热式换热器。

第一空气换热器3和第二空气换热器4的热侧出口与大气连通，冷凝液通过排出口排出；冷凝水可以重新用于脱硫浆液的配制等环节，同时，冷空气温度提升，减少了后续第一烟气换热器5和第二烟气换热器6中烟气热量的损耗。第一烟气换热器5和第二烟气换热器6设在锅炉尾部空气预热器前或空气预热器后的烟道内，烟气依次流经第一烟气换热器5和第二烟气换热器6的热侧。

喷雾干燥塔7上部为直筒结构、下部为锥斗结构，气体分布器位于顶部或塔内下部，气体出口位于塔的下部或顶部，进入塔内的热空气与雾化后的废水同向流动或逆向流动，喷雾干燥塔7的雾化器优选采用旋转雾化器或两相流雾化器。第一烟气换热器5的冷侧出口与喷雾干燥塔7的气体分布器连接，喷雾干燥塔7的气体出口与除尘器8的入口连接，除尘器8的固体出口和喷雾干燥塔7的固体出口分别连接至灰库。除尘器8优选布袋除尘器、静电除尘器或离心除尘器。

蒸发浓缩塔9内下部设有气体分布器，中部设有填料层，上部设有除雾器，顶部设有液体喷淋装置，蒸发浓缩塔9为气液两相逆流式，填料层为耐腐蚀无机或有机填料。除尘器8的气体出口与蒸发浓缩塔9的气体分布器连接，蒸发浓缩塔9的液体出口与脱硫废水池10连接，脱硫废水池10分别通过循环泵与喷雾干燥塔7的雾化器和蒸发浓缩塔9的液体喷淋装置连接；蒸发浓缩塔9的蒸发水出口分别与第一空气换热器3和第二空气换热器4的热侧入口连接。

在本发明的一个较优的实施例中，在脱硫废水池10中设有pH监测装置、电导率监测装置、加药装置、搅拌装置和控制器，pH监测装置、电导率监测装置、加药装置、搅拌装置分别与控制器连接。以实时监测和调节废水的水质，减少对管路、水池、蒸发浓缩塔、喷雾干燥塔的腐蚀，并控制废水的浓缩程度。

在本发明的一个较优的实施例中，第一空气换热器3和第二空气换热器4的热侧出口与第一进气装置1和第二进气装置2分别连接，可以对系统入口空气进行预热，充分利用热量。

上述烟气余热梯级利用的脱硫废水零排放系统的工作方法，包括：

第一进气装置1和第二进气装置2抽取大气中的冷空气分别进入第一空气换热器3和第二空气换热器4的冷侧，冷空气与蒸发浓缩塔9排出的带温气体在第一空气换热器3和第二空气换热器4中进行热交换，冷空气温度升高，蒸发浓缩塔9排出的气体温度降低，其中的水蒸气冷凝产生冷凝水；温度升高的冷空气进入第一烟气换热器5和第二烟气换热器6的冷侧，第一烟气换热器5和第二烟气换热器6布置在锅炉尾部的烟道内，热侧流通高温烟气，经过热交换作用，烟气温度降低，空气温度再次升高；脱硫废水池10中经过浓缩的脱硫废水经高压水泵打入喷雾干燥塔7顶部的雾化器内，通过雾化器的作用废水形成细小的水雾；经过第一烟气换热器5后温度升高的空气通过布置在喷雾干燥塔7顶部或底部的气体分布器进入塔内，与雾化后的废水接触，由于高温作用，废水中的水分气化，盐分干化析出，一部分盐分落入喷雾干燥塔7底部的锥斗内，一部分随着热空气从喷雾干燥塔7的空气出口流出并进入除尘器8内；空气中干化的盐分被除尘器8捕集并落入底部的灰斗内，喷雾干燥塔7和除尘器8底部收集的盐分被定期输送到灰库；经过除尘后的热空气和经过烟气换热器6升温后的热空气通过蒸发浓缩塔9底部的气体分布器进入塔内；脱硫废水池10中的脱硫废水经过循环水泵、液体喷淋装置进入蒸发浓缩塔9内，喷淋的废水向下部运动，并在填料层形成水膜；向上部流动的热空气和向下部流动的废水在填料层或空中进行接触，废水被蒸发，水蒸气随空气被带入第一空气换热器3和第二空气换热器4；未被蒸发的废水落入蒸发浓缩塔9底部，并回到脱硫废水池10中；废水经过循环喷淋，水分被热空气带走从而实现浓缩。

该方法的参数包括：

喷雾干燥塔7入口的空气温度控制在200～400℃，除尘器8入口的空气温度控制在100～120℃，蒸发浓缩塔9入口的空气温度控制在100～120℃，脱硫废水池10中废水的pH控制在6～9。

下面以一个具体实施例对本发明工艺方法进行进一步的解释说明：

某火电机组产生的脱硫废水主要通过pH调节、混凝、沉淀方式进行处理，由于环保要求的提高，处理后无法达到排放要求，且厂内无法进行回用。机组的烟气余热可以作为脱硫废水处理的热源。风机抽取冷空气或空气换热器热侧出口空气进入空气换热器的冷侧，冷空气与蒸发浓缩塔9排出的带温气体在空气换热器中进行热交换，冷空气温度升高，蒸发浓缩塔9排出的气体温度降低，其中的水蒸气冷凝产生冷凝水，经冷凝后的气体排入大气或回到风机入口；温度升高的冷空气进入烟气换热器的冷侧，烟气换热器布置在空气预热器前烟道内，热侧流通高温烟气，经过热交换作用，烟气温度降低，空气温度升高至250℃；脱硫废水池10中经过浓缩的脱硫废水经高压水泵打入喷雾干燥塔7顶部的雾化器内，通过雾化器的作用废水形成细小的水雾；温度升高的空气通过布置在喷雾干燥塔7顶部的气体分布器进入塔内，与雾化后的废水接触，由于高温作用，废水中的水分气化，盐分干化析出，一部分盐分落入喷雾干燥塔7底部的锥斗内，一部分随着热空气从喷雾干燥塔7的空气出口流出，；从喷雾干燥塔7下部流出的空气约110℃，进入除尘器8内，空气中干化的盐分被除尘器8捕集并落入底部的灰斗内，喷雾干燥塔7和除尘器8底部收集的盐分被定期输送到灰库；经过除尘后的热空气和经过空气换热器升温的热空气通过蒸发浓缩塔9底部的气体分布器进入蒸发浓缩塔9内，蒸发浓缩塔9入口空气温度110℃；脱硫废水池10中的脱硫废水调节pH至8，并经过循环水泵、液体喷淋装置进入蒸发浓缩塔9内，喷淋的废水向下部运动，并在填料层形成水膜；向上部流动的热空气和向下部流动的废水在填料层或空中进行接触，废水被蒸发，水蒸气随空气被带入空气换热器；未被蒸发的废水落入蒸发浓缩塔9底部，并回到脱硫废水池10中；废水经过循环喷淋，水分被热空气带走从而实现浓缩。

以上所述，仅为本发明实施方式中的部分，本发明中虽然使用了部分术语，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方便的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。以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的内容，以便于更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。

Claims (8)

1.一种烟气余热梯级利用的脱硫废水零排放系统，其特征在于，包括第一进气装置(1)、第二进气装置(2)、第一空气换热器(3)、第二空气换热器(4)、第一烟气换热器(5)、第二烟气换热器(6)、喷雾干燥塔(7)、除尘器(8)、蒸发浓缩塔(9)和脱硫废水池(10)；

第一进气装置(1)与第一空气换热器(3)的冷侧入口连接，第一空气换热器(3)的冷侧出口与第一烟气换热器(5)的冷侧入口连接，第二进气装置(2)与第二空气换热器(4)的冷侧入口连接，第二空气换热器(4)与第二烟气换热器(6)的冷侧入口连接；第一烟气换热器(5)和第二烟气换热器(6)设在锅炉尾部的烟道内，烟气依次流经第一烟气换热器(5)和第二烟气换热器(6)的热侧；第一烟气换热器(5)的冷侧出口与喷雾干燥塔(7)的气体分布器连接，喷雾干燥塔(7)的气体出口与除尘器(8)的入口连接，除尘器(8)的气体出口与蒸发浓缩塔(9)的气体分布器连接，蒸发浓缩塔(9)的液体出口与脱硫废水池(10)连接，脱硫废水池(10)分别与喷雾干燥塔(7)的雾化器和蒸发浓缩塔(9)的液体喷淋装置连接；蒸发浓缩塔(9)的蒸发水出口分别与第一空气换热器(3)和第二空气换热器(4)的热侧入口连接；第一空气换热器(3)和第二空气换热器(4)为间壁式换热器；第一烟气换热器(5)和第二烟气换热器(6)为间壁式换热器或蓄热式换热器；蒸发浓缩塔(9)为气液两相逆流式，中部设有填料层。

2.根据权利要求1所述的烟气余热梯级利用的脱硫废水零排放系统，其特征在于，喷雾干燥塔(7)的雾化器为旋转雾化器或两相流雾化器。

3.根据权利要求1所述的烟气余热梯级利用的脱硫废水零排放系统，其特征在于，除尘器(8)为布袋除尘器、静电除尘器或离心除尘器。

4.根据权利要求1所述的烟气余热梯级利用的脱硫废水零排放系统，其特征在于，脱硫废水池(10)设有pH监测装置、电导率监测装置、加药装置、搅拌装置和控制器，pH监测装置、电导率监测装置、加药装置、搅拌装置分别与控制器连接。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的烟气余热梯级利用的脱硫废水零排放系统的工作方法，其特征在于，包括：

第一进气装置(1)和第二进气装置(2)产生的冷空气分别进入第一空气换热器(3)和第二空气换热器(4)的冷侧，冷空气与蒸发浓缩塔(9)排出的带温气体在第一空气换热器(3)和第二空气换热器(4)中进行热交换，冷空气温度升高，蒸发浓缩塔(9)排出的气体温度降低，其中的水蒸气冷凝产生冷凝水；温度升高的冷空气进入第一烟气换热器(5)和第二烟气换热器(6)的冷侧，烟气依次流经第一烟气换热器(5)和第二烟气换热器(6)的热侧，热交换后烟气温度降低，空气温度升高；脱硫废水池(10)中经蒸发浓缩塔(9)浓缩的脱硫废水通过喷雾干燥塔(7)的雾化器形成细小的水雾；经第一烟气换热器(5)升温后的空气通过喷雾干燥塔(7)的气体分布器进入塔内，与雾化后的脱硫废水接触，脱硫废水中的水分气化，盐分干化析出，一部分盐分由固体出口排出，另一部分随热空气从喷雾干燥塔(7)的气体出口流出并进入除尘器(8)内，干化的盐分被除尘器(8)捕集；除尘后的热空气和经第二烟气换热器(6)升温后的热空气通过蒸发浓缩塔(9)的气体分布器进入塔内；脱硫废水池(10)中的脱硫废水通过液体喷淋装置进入蒸发浓缩塔(9)，蒸发后的水蒸气进入第一空气换热器(3)和第二空气换热器(4)的热侧，浓缩后的脱硫废水回到脱硫废水池(10)中。

6.根据权利要求5所述的烟气余热梯级利用的脱硫废水零排放系统的工作方法，其特征在于，进入喷雾干燥塔(7)的气体温度为200～400℃。

7.根据权利要求5所述的烟气余热梯级利用的脱硫废水零排放系统的工作方法，其特征在于，进入除尘器(8)和蒸发浓缩塔(9)的气体温度为100～120℃。

8.根据权利要求5所述的烟气余热梯级利用的脱硫废水零排放系统的工作方法，其特征在于，脱硫废水池(10)中脱硫废水的pH为6～9。

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