CN112679022A - 低温浓缩脱硫废水零排放系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低温浓缩脱硫废水零排放系统，包括烟道、脱硫塔以及团聚装置，烟道与脱硫塔连接，还包括蒸发器、废水缓存罐以及循环管路；脱硫塔的出液口与废水缓存罐的进液口连接，废水缓存罐的出液口与蒸发器的进液口连接；蒸发器的出液口处设置有控制阀组，控制阀组连接循环管路的进液口以及团聚装置，循环管路的出液口设置有雾化喷淋头且位于蒸发器内，且于循环管路上设置有换热器；蒸发器还设置有进气口与出气口，进气口位于雾化喷淋头的下方，出气口位于雾化喷淋头的上方。本发明中蒸发器内采用干燥空气带走换热后脱硫废水中的雾滴，实现了低温浓缩，流程比较简单，运行成本低，且达到脱硫废水的零排放目的，对烟气中SO₃的脱除效率比较高。

Description

低温浓缩脱硫废水零排放系统

技术领域

本发明涉及节能环保，尤其涉及一种低温浓缩脱硫废水零排放系统。

背景技术

火电作为用水、排水大户，用水占工业总量的20％，从经济运行和环境保护出发，节约发电用水，提高循环水的复用率，实现火电厂废水“零排放”意义重大。由于脱硫废水成分的特殊性、复杂性和强腐蚀性，其处理成为制约火电厂废水零排放的关键因素。

目前市场通用零排放技术均采用“预处理+浓缩减量+固化”技术路线。

1、预处理主要是通过“三联箱”除去废水中的固体悬浮物和硬度，由于脱硫废水水量不稳定，进入“三联箱”系统的水质也不稳定，加药系统很难精准控制，导致“三联箱”运行很不稳定；

2、浓缩减量主要有反渗透、正渗透、电渗析和膜蒸馏等工艺，其缺点在于废水中杂质沉积致使膜污染、氧化，膜的截留性能大幅降低甚至损坏，导致浓缩减量无法进行；

3、固化主要有蒸发结晶法、蒸发塘及低温蒸发法等，以上几种技术均因运行成本高、能耗高、占地大、易结垢以及产生的固废难处置等弊端，产生的固体盐属于危废，难以处置等一系列问题，均未被行业广泛应用；

4、浓缩后的脱硫废水，Cl^-含量甚至可以达到100000ppm以上，如此超高Cl^-浓度脱硫废水对各处理设备腐蚀严重，大大缩短了设备使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种低温浓缩脱硫废水零排放系统。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种低温浓缩脱硫废水零排放系统，包括烟道、脱硫塔以及团聚装置，所述烟道与所述脱硫塔连接，所述脱硫塔产生的脱硫废水在所述团聚装置内添加团聚复合剂后喷入所述烟道内，还包括蒸发器、废水缓存罐以及循环管路；

所述脱硫塔的出液口与所述废水缓存罐的进液口连接，所述废水缓存罐的出液口与所述蒸发器的进液口连接；

所述蒸发器的出液口处设置有控制阀组，所述控制阀组连接所述循环管路的进液口以及所述团聚装置，所述循环管路的出液口设置有雾化喷淋头且位于所述蒸发器内，且于所述循环管路上设置有换热器；

所述蒸发器还设置有进气口与出气口，所述进气口位于所述雾化喷淋头的下方，所述出气口位于所述雾化喷淋头的上方。

进一步地，于所述蒸发器与所述团聚装置之间的流路上设置有三联箱，且于所述三联箱与所述蒸发器之间的流路上设置有沉降池。

进一步地，所述沉降池为斜板沉降池。

进一步地，所述沉降池自动加入絮凝剂和助凝剂，除去大部分悬浮物后，溢流至所述三联箱或者直接进入所述团聚装置内的废水缓存箱。

进一步地，所述团聚装置的出液口连接有喷枪，所述喷枪的喷口伸入所述烟道的高温区以及低温区，其中在高温区，所述喷枪喷出的液体在0.5s内蒸发，在低温区，所述喷枪喷出的液体在1s内蒸发。

进一步地，所述团聚装置制备团聚复合溶液时，按照脱硫废水中的Cl^-与烟气中的SO₃总含量与团聚复合剂量1:1的摩尔比团聚复合溶液的浓度，且浓度为0.3-1‰。

进一步地，所述喷枪的雾化覆盖区域大于烟道截面面积的80％，且喷量控制在100～500L/h。

进一步地，所述蒸发器为两组，两组所述蒸发器之间为并联。

进一步地，所述循环管路通过换热器与电厂余热换热，其中电厂余热为蒸汽冷凝水热水或者低压余热蒸汽。

进一步地，根据DCS/PLC对机组负荷、烟气流量、排烟温度进行综合分析，自动调节浓缩比例和喷入所述烟道高温区、低温区各段喷量与总喷量，高温区与低温区的团聚复合溶液的消纳量按2:1的比例进行自动调节。

本发明具有以下有益效果：

本发明中，脱硫塔内产生的脱硫废水先进入废水缓存罐内储存，然后进入蒸发器内进行浓缩，具体是通过循环管路将脱硫废水在换热器处进行换热，换热后的脱硫废水采用雾化的形式喷出，且通过风机向蒸发器内鼓入干燥空气，利用空气携带蒸发出来的雾滴进入大气，达到浓缩减量的目的，而浓缩后的脱硫废水可以在团聚装置制备出复合团聚复合溶液，进而可以喷入烟道内进行处理，可以达到脱硫废水零排放的目的。在上述过程中，脱硫废水与换热器之间换热后的温度在80℃，然后采用干燥空气带走雾滴，采用的是低温浓缩方式，流程简单，占地面积小，运行成本低。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的低温浓缩脱硫废水零排放系统的结构示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明实施例提供一种低温浓缩脱硫废水零排放系统，包括烟道、脱硫塔以及团聚装置，其中烟道与脱硫塔连接，脱硫塔内产生的脱硫废水在团聚装置内添加团聚复合剂后喷入烟道内，通过烟道的高温作用，可以实现对脱硫废水的零排放。

零排放系统还包括蒸发器、废水缓存罐以及循环管路，其中脱硫塔的出液口与废水缓存罐的进液口连接，且废水缓存罐的出液口与蒸发器的进液口连接，即脱硫塔内产生的脱硫废水先进入废水缓存罐内储存，然后通过泵将废水缓存罐内的脱硫废水导入蒸发器内进行浓缩。

蒸发器的出液口处设置有控制阀组，通过控制阀组可以控制蒸发器内的脱硫废水导入对应的管路内，具体地，控制阀组连接循环管路的进液口以及团聚装置的进液口，对于控制阀组，包括循环泵以及两个电磁阀，其中一个电磁阀位于循环管路上，另一个电磁阀则位于循环泵与团聚装置之间的流动上，当循环管路上的电磁阀打开，团聚装置对应的电磁阀关闭时，启动循环泵，可以将蒸发器内的脱硫废水抽取至循环管路内，反之当循环管路上的电磁阀关闭，团聚装置对应的电磁阀打开时，启动循环泵，可以将蒸发器内的脱硫废水抽取至团聚装置。

针对循环管路，其出液口位于蒸发器内且设置有雾化喷淋头，即通过循环泵可以将蒸发器底部的脱硫废水抽取至循环管路内，然后通过雾化喷淋头以雾滴的形式再次喷入蒸发器内，当然脱硫废水沿循环管路流动过程中还进入一换热器内，通过换热器可以对循环管路内的脱硫废水进行加热，即将加热后的脱硫废水雾化喷出。另外在蒸发器上还设置有进气口与出气口，其中进气口位于雾化喷淋头的下方，具体是通过风机将外界干燥的空气喷入蒸发器内，利用干燥空气可以携带雾化喷淋头喷出的雾滴，进而由蒸发器的出气口排出，剩余的脱硫废水会重新汇集至蒸发器的底部，再次经由循环管路换热喷出，由此达到浓缩脱硫废水的目的。在蒸发器的出气口处检测排出的气体温度，并将检测的数据信息传输至DCS/PLC，根据该气体温度DCS/PLC控制风机的转速，以调节蒸发器内干燥空气的鼓入量。

在上述过程中，脱硫废水先是在循环管路内换热，一般来说换热器中与脱硫废水的换热对象为应用环境中的热量，比如在电厂中，可以采用电厂余热换热，具体为蒸汽冷凝水或者低压余热蒸汽，其可以将循环管路内的脱硫废水加热至80℃，通过雾化喷淋头将80℃的脱硫废水向下雾化喷出，其中雾滴的成分为水蒸气，同时采用风机将干燥的空气持续鼓入蒸发器内，逆向接触蒸发器内雾化的水蒸气，两种介质充分传质传热后，水蒸气被空气带走，脱硫废水不断被浓缩，剩余的脱硫废水会重新收集后再次换热喷出，如此循环直至脱硫废水浓缩至所需浓度。对于脱硫废水的浓缩比例预先设定，可以在蒸发器的底部设置密度传感器，通过检测蒸发器底部液体的密度来判断脱硫废水的浓缩比例，且当脱硫废水浓缩至所需比例后，循环管路对应的电磁阀关闭，且团聚装置对应的电磁阀打开，通过循环泵可以将浓缩后的脱硫废水导入团聚装置内，在添加团聚复合剂后，将制备的团聚复合溶液喷入烟道内，从而达到脱硫废水的零排放目的，且整个过程中，不会产生新的固体危废。另外，由于脱硫废水采用的是低温浓缩方式，整体流程比较简单，占地面积小，运行成本也比较低。

在优选方案中，蒸发器可以设置为两组，两组蒸发器之间为并联，且两组蒸发器均配备有循环管路。两组蒸发器可以采用两种工作模式，一种为一备一用，其中一组蒸发器工作时，另一组蒸发器不工作，可以用于维护或者清理，保证零排放系统能够持续工作，在另外一种工作模式中，具体为脱硫塔中的脱硫废水生产比较多时，则两组蒸发器同时工作，以快速浓缩脱硫塔中生产的脱硫废水，保证浓缩效率。

优化上述实施例，本发明中，浓缩后的脱硫废水不是直接导入团聚装置内，在循环泵与团聚装置之间的流路上还应设置有三联箱与沉降池，浓缩后的脱硫废水先进入沉淀池，在沉淀池里面自动加入絮凝剂与助凝剂，从而可以除去脱硫废水中的大部分悬浮物，作为优选方案来说，沉淀池采用斜板沉淀池，可以去除90％的悬浮物。去除了悬浮物的脱硫废水可以溢流至三联箱，经过三联箱处理后进入团聚装置的废水缓存箱，或者可以直接由沉淀池进入团聚装置的废水缓存箱。

进一步地，团聚装置制备的团聚复合溶液通过喷枪喷入烟道内，具体为喷枪的喷口伸入烟道的高温区以及低温区，这里所谓的高温区为空预器之前的烟道，低温区则为空预器之后的烟道，且控制团聚复合溶液在高温区与低温区的喷出流量，以使喷枪喷出的液体在高温区0.5s内蒸发，在低温区1s内蒸发，在对脱硫废水完全消纳的条件下，高温区烟温降幅在1～2℃之间，低温区烟温降幅在3～5℃之间，对电厂机组系统正常运行基本无影响。

喷枪采用压缩空气对团聚复合溶液进行雾化喷射，雾化平均粒径控制在50～60μm，喷枪布置于每个区域的直段烟道内，根据烟道实际情况，通过CFD流场模拟确保喷枪喷口雾化覆盖区域大于烟道截面面积的80％，选取喷枪类型、确定喷枪位置和数量。喷枪上喷口的喷雾方向与烟气流向一致，且喷量控制在100～500L/h。另外根据DCS/PLC对机组负荷、烟气流量、排烟温度进行综合分析，自动调节浓缩比例和喷入烟道高温区、低温区各段喷量与总喷量，高温区与低温区的团聚复合溶液的消纳量按2:1的比例进行自动调节。

在将团聚复合溶液喷入烟道内后，其一方面可以通过磺化反应去除烟气中的SO₃，另一方面可以钝化反应去除脱硫废水中含有的Cl^-，具体如下：

1、去除SO₃的磺化机理：

SO₃氧化性很强，很容易与能够提供电子基团的有机物发生磺化反应，属于典型的亲电取代反应。磺化反应与温度密切相关，温度高，反应速度快，反之则慢，空预器前的烟道温度一般在300～400℃之间，故SO₃与喷入烟道内团聚复合剂的反应速度很快，几乎瞬间完成。SO₃发生磺化反应不生成水，反应速度快，反应活性高，属于放热反应，对烟道温度没有影响，反应的产物具有水溶性、表面活性，还特别具有乳化、润湿、等多种表面活性，进一步促进了团聚复合剂的团聚功效。具体反应如下：

Ar－H+SO₃→Ar－SO₃H

所以团聚复合剂中的有机高分子化合物与SO₃发生磺化反应生成有机磺酸盐高分子化合物，实现了SO₃的高效脱除。

2、Cl^-钝化机理：

脱硫废水中的Cl^-含量大，特别是脱硫废水浓缩后的Cl^-浓度更大，给处理脱硫废水带来了很大的难度。解决这个问题，一般都是增加设备的防腐设施，但这不能从根本上解决Cl^-的腐蚀问题。而Cl^-钝化技术提供了另外一个思路，其主要机理是团聚复合剂中的一些官能团可以与脱硫废水中的Cl^-和氧原子共同作用下发生氧氯化反应，生成有机含氯化合物，该有机含氯化合物化学性质更稳定，这样即抑制了溶液中离子扩散速度或者减少了Cl^-的存在，从而减缓废水对金属的腐蚀速度。氧氯化反应是放热反应，在高温下反应更加剧烈，具体的化学反应过程示意图如下：

Ar－H+HCl+O₂→Ar－Cl+H₂O

基于上述分析，SO₃去除和Cl^-钝化是一个统一的过程。脱硫废水中Cl^-、SO₃与团聚复合剂三者之间先磺化后氯化反应，生成最终产物有机磺酰氯高分子化合物，通过上述两步反应可脱除烟气中SO₃和固定脱硫废水中Cl^-。总体化学反应过程示意图如下：

其中Ar代表苯环结构。

由此，在团聚装置制备团聚复合溶液时，应预先采集浓缩后的脱硫废水的水质、水量以及烟气中SO₃的数据，可以按照脱硫废水中的Cl^-与烟气中的SO₃总含量与团聚复合剂量1:1的摩尔比进行配置，比如说Cl^-为0.5，SO₃为0.5，则团聚复合剂为1，或者Cl^-为0.7，SO₃为0.3，团聚复合剂为1，且配置溶液中团聚复合剂的浓度为0.3-1‰，可以使得团聚复合剂与浓缩脱硫废水发生磺氯化反应的最佳效果。

在具体实施例中，某2×660MW机组满负荷运行时，脱硫废水总量为10t/h,通过低温浓缩减量后到3t/h，加入0.9kg/h的团聚复合剂配制成浓度为0.3‰的团聚复合溶液。其中2t/h喷入到空预器前高温区烟道和1t/h喷入除尘器前低温区烟道。通过DCS监测高温区烟温由352℃降到350.5℃，降幅1.5℃；低温区烟温由124℃降到120.5℃，降幅3.5℃。高温区每段布置10支喷枪，每支喷枪喷量200L/h；低温区每段布置10支喷枪，每支喷枪喷量100L/h。各段喷量根据负荷的变化自动按比例调节，系统稳定运行已1年以上。经第三方权威机构检测，该技术使用后，烟气中SO₃的浓度降低了53.2％；脱硝效率与之前相比无变化；空预器运行阻力比之前总体降低240Pa左右；实现脱硫废水浓缩3倍，高低温烟道蒸发消耗脱硫废水及协同脱除烟气中SO₃的治理目标。另外在停车检修期间，工作人员进入烟道内查看，烟道内无积灰，烟道壁和内部支撑杆均无明显腐蚀现象，证明团聚复合剂起到了缓蚀作用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低温浓缩脱硫废水零排放系统，包括烟道、脱硫塔以及团聚装置，所述烟道与所述脱硫塔连接，所述脱硫塔产生的脱硫废水在所述团聚装置内添加团聚复合剂后喷入所述烟道内，其特征在于：还包括蒸发器、废水缓存罐以及循环管路；

所述脱硫塔的出液口与所述废水缓存罐的进液口连接，所述废水缓存罐的出液口与所述蒸发器的进液口连接；

所述蒸发器的出液口处设置有控制阀组，所述控制阀组连接所述循环管路的进液口以及所述团聚装置，所述循环管路的出液口设置有雾化喷淋头且位于所述蒸发器内，且于所述循环管路上设置有换热器；

所述蒸发器还设置有进气口与出气口，所述进气口位于所述雾化喷淋头的下方，所述出气口位于所述雾化喷淋头的上方。

2.如权利要求1所述的低温浓缩脱硫废水零排放系统，其特征在于：于所述蒸发器与所述团聚装置之间的流路上设置有三联箱，且于所述三联箱与所述蒸发器之间的流路上设置有沉降池。

3.如权利要求2所述的低温浓缩脱硫废水零排放系统，其特征在于：所述沉降池为斜板沉降池。

4.如权利要求2所述的低温浓缩脱硫废水零排放系统，其特征在于：所述沉降池自动加入絮凝剂和助凝剂，除去大部分悬浮物后，溢流至所述三联箱或者直接进入所述团聚装置内的废水缓存箱。

5.如权利要求1所述的低温浓缩脱硫废水零排放系统，其特征在于：所述团聚装置的出液口连接有喷枪，所述喷枪的喷口伸入所述烟道的高温区以及低温区，其中在高温区，所述喷枪喷出的液体在0.5s内蒸发，在低温区，所述喷枪喷出的液体在1s内蒸发。

6.如权利要求1所述的低温浓缩脱硫废水零排放系统，其特征在于：所述团聚装置制备团聚复合溶液时，按照脱硫废水中的Cl^-与烟气中的SO₃总含量与团聚复合剂量1:1的摩尔比团聚复合溶液的浓度，且浓度为0.3-1‰。

7.如权利要求1所述的低温浓缩脱硫废水零排放系统，其特征在于：所述喷枪的雾化覆盖区域大于烟道截面面积的80％，且喷量控制在100～500L/h。

8.如权利要求1所述的低温浓缩脱硫废水零排放系统，其特征在于：所述蒸发器为两组，两组所述蒸发器之间为并联。

9.如权利要求1所述的低温浓缩脱硫废水零排放系统，其特征在于：所述循环管路通过换热器与电厂余热换热，其中电厂余热为蒸汽冷凝水热水或者低压余热蒸汽。

10.如权利要求1所述的低温浓缩脱硫废水零排放系统，其特征在于：根据DCS/PLC对机组负荷、烟气流量、排烟温度进行综合分析，自动调节浓缩比例和喷入所述烟道高温区、低温区各段喷量与总喷量，高温区与低温区的团聚复合溶液的消纳量按2:1的比例进行自动调节。

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