CN117585774B - 一种烟气凝结废水及脱硫废水回收利用系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟气凝结废水及脱硫废水回收利用系统及方法，所述系统包括依次设置的预处理系统、浓缩系统和结晶系统；其中，所述预处理系统包括脱硫废水预处理装置、凝结废水预处理装置和凝结水反渗透处理装置，所述浓缩系统采用全热空预器，所述全热空预器内从上至下依次设置上段喷淋器、上段淋水蒸发盘管、风帽、下段喷淋器、下段淋水蒸发盘管；所述结晶系统包括硫酸钠结晶器和氯化钠结晶器；本发明提供的系统在进行浓缩前，对脱硫废水和烟气凝结废水分别进行了预处理，可以有效去除脱硫废水和烟气凝结废水中的钙镁离子、重金属离子等，最终得到的结晶盐几乎不含有杂质，凝结废水及脱硫废水全部实现资源化回收利用，实现零排放。

Description

一种烟气凝结废水及脱硫废水回收利用系统及方法

技术领域

本发明涉及锅炉节能环保技术领域，具体涉及一种烟气凝结废水及脱硫废水回收利用系统及方法。

背景技术

随着国家在节能环保方面政策加强，燃煤锅炉烟气余热，尤其脱硫后50℃左右湿烟气余热，成为当下余热回收热点领域。由于脱硫后烟气已达到湿饱和，无论通过喷淋直接接触式换热方式提取余热，还是通过列管换热器换热提取余热，都会产生大量凝结废水。

尽管经过脱硫塔脱硫浆液喷洒，烟气已得到净化，但仍存在二氧化硫等部分可溶气体，以及石灰石、石膏等颗粒物或可溶盐。也就是说，烟气余热回收过程产生的凝结废水仍然存在大量有害离子，不仅不能直接回用到工艺生产，如果排放环境也会造成环境污染。如何处理烟气余热回收过程中产生的凝结废水，成为烟气余热回收工艺函待解决的问题。

另外，燃煤锅炉烟气脱硫过程中，也会产生大量脱硫废水。脱硫废水也存在环保问题：含有高浓离子，无法回用工艺，直接排放环境则带来严重的污染。尽管目前已提出MVR等蒸发结晶工艺路线，实现了脱硫废水处理，达到了零排放要求，但是：一是需要消耗大量能源，造成处理成本高昂，二是不能就废水中离子进行分盐处理，所以最终得到的结晶盐属于杂盐危废，不仅没有资源价值，仍会造成环境污染。

发明内容

针对当前燃煤锅炉烟气余热回收产生的凝结废水成分特点，以及脱硫废水成分特点，本发明提供一种烟气凝结废水及脱硫废水回收利用系统及方法，能够同时实现烟气凝结废水和脱硫废水的零排放资源回收利用。

本发明的技术方案如下：

在本发明的第一方面，提供了一种烟气凝结废水及脱硫废水回收利用系统，包括依次设置的预处理系统、浓缩系统和结晶系统；其中，所述预处理系统包括脱硫废水预处理装置、凝结废水预处理装置和凝结水反渗透处理装置，所述浓缩系统采用全热空预器，所述全热空预器内从上至下依次设置上段喷淋器、上段淋水蒸发盘管、风帽、下段喷淋器、下段淋水蒸发盘管；所述结晶系统包括硫酸钠结晶器和氯化钠结晶器。

在本发明的一些实施方式中，所述脱硫废水预处理装置和凝结废水预处理装置均采用沉淀池，其中，脱硫废水预处理装置采用两级沉淀池，凝结废水预处理装置采用一级沉淀池。

在本发明的一些实施方式中，所述上段淋水蒸发盘管和下段淋水蒸发盘管串联设置，上段淋水蒸发盘管的入口与烟气余热水入口相连。

在本发明的一些实施方式中，所述预处理废水系统的废水出口与全热空预器的下段相连，全热空预器下段的废水出口经过浓液循环泵与下段喷淋器相连，全热空预器下段的废水出口还经过浓液循环泵、调节阀与上段喷淋器相连。

在本发明的一些实施方式中，所述全热空预器的下段设置浓缩风进口，所述全热空预器的顶部设置蒸汽出口，所述蒸汽出口经过管道与锅炉助燃风接口相连。

在本发明的一些实施方式中，所述全热空预器的浓液出口与硫酸钠结晶器内的喷淋器相连，硫酸钠结晶器的母液出口经过母液泵与氯化钠结晶器内的喷淋器相连。

在本发明的一些实施方式中，氯化钠结晶器内的盘管入口与烟气余热水入口相连，盘管出口与全热空预器内的下段淋水蒸发盘管入口相连。

在本发明的一些实施方式中，所述结晶系统还包括依次相连的过滤器、制冷机和结晶送风机，所述结晶送风机经过管道依次连接硫酸钠结晶器、氯化钠结晶器、全热空预器上段。

在本发明的第二方面，提供了一种烟气凝结废水及脱硫废水回收利用方法，包括以下步骤：

经过预处理的脱硫废水和凝结废水汇合后，进入全热空预器进行浓缩，浓缩过程采用烟气余热水作为热源，全热空预器上段排出的热湿空气，作为助燃风送至锅炉系统；

浓缩后的浓液首先进入硫酸钠结晶器进行浓缩结晶，得到十水硫酸钠晶体，然后进入氯化钠结晶器得到氯化钠晶体。

在本发明的一些实施方式中，预处理过程中，脱硫废水通过加入Ca(OH)₂石灰乳液，调节废水PH值并沉淀镁离子、氟离子、铁离子，然后加入有机硫化物，沉淀汞离子，然后加入Na₂CO₃，去除钙离子，最后获得的清液中再加入硫酸或盐酸，调节PH值至中性；凝结废水通过添加Na₂CO₃去除钙、镁离子。

本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：

(1)本发明提供的系统，能够同时实现脱硫废水和烟气凝结废水的同时处理回收，在进行浓缩前，对脱硫废水和烟气凝结废水分别进行了预处理，可以有效去除脱硫废水和烟气凝结废水中的钙镁离子、重金属离子等，最终得到的结晶盐几乎不含有杂质，凝结废水及脱硫废水全部实现资源化回收利用，实现零排放。

(2)本发明提供的系统，充分利用低品位的烟气余热(热水)，实现烟气凝结废水、脱硫废水浓缩、结晶、分盐，实现污水零排放及结晶盐资源化回收，在实现污水零排放的同时，因还将全热空预器内产生的高温高湿蒸汽作为助燃风送至锅炉系统，时锅炉助燃风送风温度提升，还会减少锅炉燃料消耗，增加节能效益。

(3)本发明提供的系统，设置有制冷机和结晶送风机，结晶送风机与硫酸钠结晶器相连，在冬季结晶送风机直接抽取环境空气，环境温度较高的夏季，则启动风机入口前的制冷机进行制冷降温，确保送入硫酸钠结晶器的空气温度能够满足硫酸钠结晶要求，提高硫酸钠的结晶效率。

(4)本发明提供的系统，将全热空预器内的上段盘管和下段盘管设置成串联的方式，将氯化钠结晶器内的盘管和全热空预器内的下段盘管设置成串联的方式，实现了对烟气余热水的梯级利用，有效提高了能源利用效率。

附图说明

图1为本发明的烟气凝结废水及脱硫废水回收利用系统的结构示意图。

图中：1、锅炉助燃风接口，2、脱硫废水预处理装置，3、凝结废水反渗透装置，4、浓液调节阀，5、风帽，6、全热空预器上段，7、上段喷淋器，8、上段淋水蒸发区，9、浓液泵，10、尾液泵，11、氯化钠结晶器，12、氯化钠结晶淋水蒸发区，13、氯化钠结晶喷淋器，14、烟气余热水入口，15、氯化钠晶体澄清池，16、氯化钠晶体出口，17、芒硝晶体出口，18、母液泵，19、硫酸钠结晶器，20、硫酸钠结晶喷淋器，21、芒硝澄清池，22、全热空预器下段，23、下段淋水蒸发区，24、下段喷淋器，25、浓液循环泵，26、结晶送风机，27、浓缩送风机，28、制冷机，29、过滤器，30、结晶风进口，31、浓缩风进口，32、烟气余热水出口，33、凝结废水清水出口，34、凝结废水入口，35、凝结废水预处理装置，36、脱硫废水入口。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，提出一种烟气凝结废水及脱硫废水回收利用系统，包括依次设置的预处理系统、浓缩系统和结晶系统；所述预处理系统包括脱硫废水预处理装置2、凝结废水预处理装置35和凝结水反渗透处理装置3，所述脱硫废水预处理装置2和凝结废水预处理装置35均采用沉淀池，其中，脱硫废水预处理装置与脱硫废水入口36相连，采用两级沉淀池，用于去除脱硫废水中的重金属离子，凝结废水预处理装置与凝结废水入口34相连，采用一级沉淀池，用于凝结废水中的钙镁离子，凝结水反渗透处理装置，用于凝结废水进一步处理得到清水和浓水，清水回用于锅炉系统或作为厂区工业水使用，获得的浓水则送至后续工艺浓缩。

浓缩系统采用全热空预器，全热空预器包括全热空预器上段6和全热空预器下段22，全热空预器上段6由上段喷淋器7、淋水蒸发区8，风帽5组成，上段淋水蒸发区8内设置上段淋水蒸发盘管，全热空预器下段22由下段喷淋器24、下段淋水蒸发区23组成，下段淋水蒸发区23内设置下段淋水蒸发盘管。所述上段淋水蒸发盘管和下段淋水蒸发盘管串联设置，上段淋水蒸发盘管的入口与烟气余热水入口14相连，下段淋水蒸发盘管的烟气余热水出口32与烟气余热回收系统。

全热空预器上设置废水入口，废水入口与预处理废水系统的废水出口相连，全热空预器下段的废水出口经过浓液循环泵25与下段喷淋器24相连，全热空预器下段的废水出口还经过浓液循环泵25、浓液调节阀4与上段喷淋器7相连；所述全热空预器的下段设置浓缩风进口31，经过浓缩送风机向全热空预器内输送空气，所述全热空预器的顶部设置蒸汽出口，所述蒸汽出口经过管道与锅炉助燃风接口1相连。

所述结晶系统包括硫酸钠结晶器19和氯化钠结晶器11，其中，硫酸钠结晶器19内设置硫酸钠结晶喷淋器20，硫酸钠结晶器19的底部设置芒硝澄清池21，芒硝澄清池21的底部设置芒硝晶体出口17；氯化钠结晶器11内部上方设置氯化钠结晶淋水蒸发区12和氯化钠结晶喷淋器13，氯化钠结晶淋水蒸发区12内设置氯化钠结晶淋水蒸发盘管，氯化钠结晶器11的底部设置氯化钠晶体澄清池15，氯化钠晶体澄清池15的底部设置氯化钠结晶出口16。

全热空预器的浓液出口经过浓液泵9与硫酸钠结晶器19内的氯化钠结晶喷淋器13相连，硫酸钠结晶器19的母液出口经过母液泵18与氯化钠结晶器11内的氯化钠结晶喷淋器13相连，氯化钠结晶淋水蒸发盘管的入口与烟气余热水入口14相连，盘管出口与全热空预器内的下段淋水蒸发盘管入口相连。

进一步地，所述结晶系统还包括依次连接的结晶风进口30、过滤器29、制冷机28和结晶送风机26，所述结晶送风机26经过管道依次连接硫酸钠结晶器19、氯化钠结晶器11、全热空预器上段6。

烟气余热回收系统产生的凝结废水，主要离子为Cl^-、Na⁺、Ca²⁺，以及少量的钾离子、镁离子、极少量铁离子等，由于在浓缩过程中钙镁离子极易结成水垢影响设备运行及后续工序，所以必须去除。

进一步，采用Na₂CO₃作为除钙、镁剂，对凝结废水进行处理，钙镁离子以CaCO₃、MgCO₃ Mg(OH)₂沉淀去除，然后获得的凝结废水清液，送至反渗透处理系统，反渗透获得的清水回用于锅炉系统或作为厂区工业水使用，获得的浓水则送至后续工艺浓缩。经过上述处理后，凝结废水主要离子是Cl^-、Na⁺。

脱硫工艺来的脱硫废水，主要离子Cl^-、F^-、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺、Zn²⁺、Hg²⁺、Cu²⁺、F³⁺，以及铬离子、镉离子、锰离子等。重金属离子及F^-不仅具有较高毒性，对后续处理工序也有很大毒害，所以必须去除。

进一步，脱硫废水中加入Ca(OH)₂石灰乳液，调节废水PH值至9左右，沉淀绝大部分重金属离子、镁离子、氟离子、铁离子，然后加入硫代硫酸钠等有机硫化物，沉淀Hg²⁺。由于钙离子仍然会造成后续工序结垢，所以获得清液仍需加Na₂CO₃，去除钙离子。最后获得的清液中再加入硫酸或盐酸，调节PH值至7左右。

经过上述处理后的脱硫废水，主要离子是Cl^-、Na⁺。

通过反渗透获得的凝结废水浓水，以及处理后的脱硫废水，汇合进入浓缩工序，浓缩工序采用助燃风加热加湿方式，烟气余热回收系统送来的余热水，先进入全热空预器上段淋水蒸发区内的盘管，加热上段淋水蒸发区的浓水后，再进入全热空预器下段淋水蒸发区内盘管，然后返回烟气余热回收系统。

进一步，凝结废水浓水、处理后的脱硫废水，进入全热空预器下段积水盘，由浓液循环泵抽取送至下段喷淋器，将浓水喷洒入淋水蒸发区。在淋水蒸发区内，浓水吸收盘管内余热水热量，蒸发浓缩；由浓缩送风机将环境空气送入全热空预器下段，在淋水蒸发区内被加热、加湿，携带浓水蒸发出的水蒸汽经风帽进入全热空预器上段。

进一步，全热空预器下段浓缩后的浓水，经浓液调节阀进入全热空预器上段喷淋器，然后经过上段淋水蒸发区进一步浓缩蒸发，获得的浓液经浓液泵排入硫酸钠结晶器；从全热空预器下段来的空气，经淋水蒸发区加热加湿，从全热空预器顶部排出，进入锅炉系统。

经过全热空预器的蒸发浓缩，基本可以全部转化成

进一步，在硫酸钠结晶器内，从全热空预器上段来的浓液进入喷淋器，然后由结晶送风机送来的冷空气进行冷却降温。硫酸钠在水中的溶解度，随温度降低而降低。所以浓液温度降低后，将析出十水硫酸钠晶体(芒硝)。然后浓液进入芒硝澄清池，芒硝、母液分离，芒硝经洗涤作为产品外销，母液泵将分离母液送至氯化钠结晶器。

进一步，在氯化钠结晶器内，母液从顶部喷淋器喷淋，淋入淋水蒸发区，在烟气余热水加热作用下进一步浓缩蒸发，由于氯化钠溶解度随温度变化较小，且来自硫酸钠结晶器的母液温度较低，所以在淋水区内加热蒸发过程中氯化钠将首先析出。析出氯化钠晶体的母液，进入氯化钠澄清池，氯化钠、尾液分离，氯化钠晶体经洗涤作为工业精盐外销，尾液则由尾液泵送至硫酸钠结晶器内继续分离硫酸钠。

进一步，结晶送风机将环境风送至硫酸钠结晶器，然后从硫酸钠结晶器再进入氯化钠结晶器，最后再进入全热空预器上段。氯化钠结晶器淋水蒸发出来的余热水，再进入全热空预器下段盘管。在夏季，当环境温度较高时，启动结晶送风机入口处的制冷机，将环境风温度降至20℃以下，以便硫酸钠结晶器工作正常稳定。

进一步，全热空预器上段排出的热湿空气，作为助燃风送至锅炉系统。由于高于环境温度，尤其在冬季，所以对于锅炉也有节能效益。

实施例2

本发明的一种典型的实施方式中，提出一种烟气凝结废水及脱硫废水回收利用方法，包括以下步骤：

经过预处理的脱硫废水和凝结废水汇合后，进入全热空预器进行浓缩，浓缩过程采用烟气余热水作为热源，全热空预器上段排出的热湿空气，作为助燃风送至锅炉系统；

浓缩后的浓液首先进入硫酸钠结晶器进行浓缩结晶，得到十水硫酸钠晶体，然后进入氯化钠结晶器得到氯化钠晶体。

进一步地，预处理过程中，脱硫废水通过加入石灰乳液，调节废水PH值并沉淀镁离子、氟离子、铁离子，然后加入有机硫化物，沉淀汞离子，然后加入，去除钙离子，最后获得的清液中再加入硫酸或盐酸，调节PH值至中性；凝结废水通过添加去除钙、镁离子。

下面将以某厂130t/h高压流化床锅炉为例，阐述本发明的最佳实施例。

空预器出口烟气温度140℃，烟气体积流量约17.8万Nm³/h，烟气质量流量约244t/h，锅炉助燃空气流量约16万Nm³/h，脱硫出口烟气温度49℃，采用石灰石钙法脱硫。对脱硫出口烟气进行余热回收，温度降至25℃左右，回收余热量约15.2MW，产生凝结废水约20t/h。脱硫系统浆液补水量约7t/h，脱硫废水量约1t/h。

将烟气余热回收系统20t/h凝结废水，检测其钙离子、镁离子含量，并据此加入适量碳酸钠，确保钙镁离子能够绝大部分沉淀，然后送至凝结废水预处理系统搅拌、沉淀，获得的清液送至反渗透处理系统，进行反渗透处理。反渗透产出约6t/h左右的浓水，14t/h左右的清水，其中清水回用于厂区工艺用水，浓水则送至全热空预器下段。

将1t/h左右的脱硫废水，送至脱硫废水预处理系统，通过加入氢氧化钙、硫代硫酸钠等药剂，沉淀杂质离子，然后对清液再加入碳酸钠，沉淀钙离子，之后加入硫酸或盐酸，调节PH值至9以下，和凝结废水浓水汇合，送至全热空预器下段。

由浓液循环泵从全热空预器下段积水盘抽取浓水，大部分送至喷淋器喷淋，小部分通过调节阀送至全热空预器上段喷淋，然后进入淋水蒸发区加热浓缩。调节阀根据上段积水盘浓液密度来调整大小，当浓度偏小时关小阀门，偏大时开大阀门。

由浓缩送风机抽取环境空气约14万m³/h，送至全热空预器下段，在淋水蒸发区内加热升温，同时带走浓水蒸发出的水蒸气，通过风帽进入全热空预器上段，再带走上段淋水区浓水蒸发水蒸气。最终温度升至40℃(冬季)～42℃(夏季)，相对湿度升至85％左右，进入锅炉一、二次风机系统。

烟气余热回收系统获得的余热水(冬季约45℃，夏季约47℃)，约320t/h，送至全热空预器上段盘管，加热浓缩浓水，温度降至42℃(冬季)-45℃(夏季)，然后进入下段淋水区盘管，温度降至25℃(冬季)-35℃(夏季)，返回烟气余热回收系统。

经过全热空预器下段、上段淋水区加热浓缩，进入全热空预器上段积水盘的浓液硫酸钠接近饱和(温度在38℃(冬季)-42℃(夏季))，经浓液泵抽至硫酸钠结晶器，进行结晶。

在硫酸钠结晶器内，浓液从顶部喷淋，与从结晶送风机来的空气进行换热，温度降低至5℃(冬季)-20℃(夏季)。因为硫酸钠溶解度在0-40℃范围内随温度降低急剧减小，所以此时浓液将析出硫酸钠晶体(芒硝)。此时因氯化钠溶解度随温度变化较小，所以不会有大量氯化钠晶体析出。结晶送风机来的空气，冬季直接抽取环境空气，环境温度较高的夏季，则启动风机入口前的制冷机进行制冷降温，确保送入硫酸钠结晶器的空气温度能够满足硫酸钠结晶要求。

硫酸钠结晶器将母液排入硫酸钠澄清池，进行晶体、母液分离，分离出的晶体经洗涤去除粘附母液后，可以作为芒硝产品进行资源化利用，母液则由母液泵送至氯化钠结晶器喷淋。

在氯化钠结晶器内，母液喷淋入淋水区盘管，由45℃(冬季)-47℃(夏季)余热水加热并蒸发浓缩，并由硫酸钠结晶器来的空气将水蒸气带走。此时因温度升高硫酸钠溶解度增加，所以随着水分蒸发氯化钠将首先析出。然后将析出晶体的母液排放到氯化钠澄清池，进行晶体分离。分离出的晶体经过洗涤去除粘附的母液后，可以作为工业精盐进行资源化利用，尾液则由尾液泵送至硫酸钠结晶器继续分离硫酸钠。直至尾液全部蒸发结晶。

至此，凝结废水及脱硫废水全部实现资源化回收利用，实现零排放。

以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种烟气凝结废水及脱硫废水回收利用系统，其特征在于，包括依次设置的预处理系统、浓缩系统和结晶系统；其中，所述预处理系统包括脱硫废水预处理装置、凝结废水预处理装置和凝结水反渗透处理装置，所述浓缩系统采用全热空预器，所述全热空预器内从上至下依次设置上段喷淋器、上段淋水蒸发盘管、风帽、下段喷淋器、下段淋水蒸发盘管；所述结晶系统包括硫酸钠结晶器和氯化钠结晶器；

所述上段淋水蒸发盘管和下段淋水蒸发盘管串联设置，上段淋水蒸发盘管的入口与烟气余热水入口相连；

所述预处理系统的废水出口与全热空预器的下段相连，全热空预器下段的废水出口经过浓液循环泵与下段喷淋器相连，全热空预器下段的废水出口还经过浓液循环泵、调节阀与上段喷淋器相连；

氯化钠结晶器内的盘管入口与烟气余热水入口相连，盘管出口与全热空预器内的下段淋水蒸发盘管入口相连；

所述结晶系统还包括依次相连的过滤器、制冷机和结晶送风机，所述结晶送风机经过管道依次连接硫酸钠结晶器、氯化钠结晶器、全热空预器上段；

所述全热空预器的浓液出口与硫酸钠结晶器内的喷淋器相连，硫酸钠结晶器的母液出口经过母液泵与氯化钠结晶器内的喷淋器相连。

2.如权利要求1所述的烟气凝结废水及脱硫废水回收利用系统，其特征在于，所述脱硫废水预处理装置和凝结废水预处理装置均采用沉淀池，其中，脱硫废水预处理装置采用两级沉淀池，凝结废水预处理装置采用一级沉淀池。

3.如权利要求1所述的烟气凝结废水及脱硫废水回收利用系统，其特征在于， 所述全热空预器的下段设置浓缩风进口，所述全热空预器的顶部设置蒸汽出口，所述蒸汽出口经过管道与锅炉助燃风接口相连。

4.一种烟气凝结废水及脱硫废水回收利用方法，采用权利要求1-3任一项所述的系统来实现，其特征在于，包括以下步骤：

经过预处理的脱硫废水和凝结废水汇合后，进入全热空预器进行浓缩，浓缩过程采用烟气余热水作为热源，全热空预器上段排出的热湿空气，作为助燃风送至锅炉系统；

浓缩后的浓液首先进入硫酸钠结晶器进行浓缩结晶，得到十水硫酸钠晶体，然后进入氯化钠结晶器得到氯化钠晶体。

5.如权利要求4所述的烟气凝结废水及脱硫废水回收利用方法，其特征在于，预处理过程中，脱硫废水通过加入石灰乳液，调节废水PH值并沉淀镁离子、氟离子、铁离子，然后加入有机硫化物，沉淀汞离子，然后加入，去除钙离子，最后获得的清液中再加入硫酸或盐酸，调节PH值至中性；凝结废水通过添加去除钙、镁离子。