CN205076931U - 一种无废水排放的湿法脱硫系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种无废水排放的湿法脱硫系统。该系统利用电解-电渗析联合的方式，对脱硫系统中富含氯离子的石膏浆液旋流器的溢流液和来自脱水机的石膏滤液水进行处理，将其中的氯离子以氯气的形式排出脱硫浆液系统，产生的低氯、高pH值的混合液，送入喷淋系统再次利用。该系统避免了脱硫废水的排放，可实现脱硫增效，并获得优良副产物氢气和氯气，具有很好的经济意义和环保意义。

Description

一种无废水排放的湿法脱硫系统

技术领域

本实用新型属于烟气脱硫技术领域，具体涉及一种无废水排放的湿法脱硫系统。

背景技术

我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，2013年我国生产和消费的煤炭量分别占世界总量的47.4％和50.3％，长期以来煤炭在我国的一次能源结构中的比例高达70％以上，由此导致我国排放的SO₂有90％左右来自于燃煤。燃煤排放的大量SO₂对农作物、森林、建筑和人类健康造成了巨大危害，我国每年因SO₂的排放造成的经济损失达数千亿元。

石灰石-石膏法烟气脱硫技术(WFGD)因其煤种适应范围广、脱硫效率高、脱硫剂利用率高、工艺成熟以及运行可靠性高等优势，成为现阶段世界范围内应用最为广泛的烟气脱硫工艺。该工艺过程中，烟气中的氯元素、工艺水中的氯元素和脱硫剂(石灰石)中的氯元素不断进入脱硫浆液且逐渐富集，浆液中高浓度的氯离子具有降低脱硫效率、加速设备腐蚀以及影响石膏品质等众多危害，因此在常规WFGD工艺运行过程中，为了维持系统稳定安全运行并保持较高的脱硫效率，必须排出一定量的废水。

脱硫废水含有高浓度的氯离子和其他污染物，不能回收利用也不能直接排放，因此湿法脱硫系统仍需建立复杂的系统进行废水处理。目前火电厂采用最多的脱硫废水处理方法是传统的化学沉淀法，该方法经过中和、沉降、絮凝和澄清等过程对废水进行处理，该工艺比较复杂、投资大且需要消耗多种药剂。

中国专利文献CN101486517A、CN103086550A、CN104150569A、CN101844819A、CN101417827A、CN101851041A、CN102020369A、CN103787541A、CN103896420A、CN104649498A、CN101486517A、CN101803504A等公开了一些脱硫废水处理工艺，这些工艺均在一定程度上简化了传统化学沉淀法工艺，但是上述所有工艺均是针对脱硫系统排放的废水进行处理，而并不是从根本上避免脱硫系统排放废水。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提出了一种无废水排放的湿法脱硫系统，该系统具有结构简单、占地少、不消耗化学药剂等优点，可以实现脱硫系统氯离子的资源化利用，并可回收高纯氢气、节省脱硫剂，且能避免脱硫系统产生废水。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种无废水排放的湿法脱硫工艺，包括以下步骤：

(1)来自脱硫装置的石膏浆液经石膏旋流器分离后，溢流液进入溢流液箱汇集，浓缩液送至脱水机后获得脱硫滤液进入滤液箱汇集；

(2)步骤(1)中经滤液箱汇集后的脱硫滤液进入电解-电渗析复合槽的电渗析室，在直流电的作用下，实现电渗析脱盐，得到脱盐水；

(3)步骤(2)中的脱盐水与来自溢流液箱的旋流器溢流液一同进入电解-电渗析复合槽的阴极室，在阴极板发生反应生成Ca(OH)₂，富含Ca(OH)₂的阴极液进入脱硫装置中进行脱硫；阳极室中充满稀盐酸，从电渗析室迁移来的Cl^-不断在阳极板放电生成氯气。

步骤(2)中，在直流电的作用下，脱硫滤液中的Ca²⁺在电场力作用下透过阳离子交换膜迁移至阴极室，Cl^-在电场力作用下透过阴离子交换膜迁移至阳极室，实现了电渗析脱盐。

步骤(3)中，当步骤(2)中的脱盐水与来自溢流液箱的旋流器溢流液一同进入电解-电渗析复合槽的阴极室时，在阴极板发生如下析氢反应：

2H₂O+2e^-→H₂↑+2OH^-

阴极电解生成的OH^-与电渗析室迁移来的Ca²⁺形成Ca(OH)₂，富含Ca(OH)₂的阴极液送至脱硫装置中进行脱硫，主要反应为：

Ca(OH)₂+SO₂→CaSO₃+H₂O

阳极室中充满稀盐酸，从电渗析室迁移来的Cl^-不断在阳极板放电生成氯气，电解反应如下：

2Cl^--2e^-→Cl₂↑

由于氯气在水中会发生如下水解反应：

Cl₂+H₂O→HClO+HCl

而电解-电渗析复合槽的阳极室充满了稀盐酸，因此会抑制上述水解反应的发生，从而阳极电解产生的氯气可以不断的析出。另外，运行过程中阳极电室中的稀盐酸并不消耗，而仅仅是保证电解-电渗析装置的导电性并提供氯气析出的环境。

步骤(3)获得的氢气送至氢气储罐，用于外售或者氢冷发电机补氢，获得的氯气送至循环冷却水系统，用于消毒杀菌、灭藻。

步骤(3)中，所述富含Ca(OH)₂的阴极液的pH值为9～12。高pH值的混合液，送入脱硫装置的喷淋系统再次利用。

为了更好的实施无废水排放的湿法脱硫工艺，本实用新型提供一种湿法脱硫系统。

一种无废水排放的湿法脱硫系统，包括脱硫装置和电解-电渗析复合槽，所述电解-电渗析复合槽至少分隔为三个部分，依次为阴极室、电渗析室和阳极室；

所述脱硫装置的出液端与石膏旋流器连接；

所述石膏旋流器的底流口通过脱水机与滤液箱相连，所述滤液箱通过电解-电渗析复合槽的电渗析室与所述阴极室的进液端相连；

所述石膏旋流器的溢流端通过溢流液箱与电解-电渗析复合槽的阴极室相连；所述阴极室的出液端与脱硫装置的进液端结构相连。

其中，所述电解-电渗析复合槽设有阳离子交换膜和阴离子交换膜，所述阳离子交换膜和阴离子交换膜将电解-电渗析复合槽分隔为三部分，依次为阴极室、电渗析室和阳极室，所述阴极室设有阴极板，所述阳极室设有阳极板。

所述电解-电渗析复合槽内阳离子交换膜、阴离子交换膜、阴极板和阳极板采用平行排列的方式布置。

优选的，所述电解-电渗析复合槽的阴极室还与氢气储罐相连。将本系统获得的氢气送至氢气储罐，用于外售或者氢冷发电机补氢。

优选的，所述电解-电渗析复合槽的阳极室与循环冷却水系统相连。将本系统获得的氯气送至循环冷却水系统，用于消毒杀菌、灭藻。

优选的，所述电解-电渗析复合槽通过浆液泵与脱硫装置的进液端相连。

优选的，所述电解-电渗析复合槽的阴极室与脱硫装置的顶层喷淋层相连，或者所述电解-电渗析复合槽的阴极室与脱硫装置中的顶层喷淋层浆液循环泵之前的入口管道相连。从阴极室流出的阴极液经浆液泵送至脱硫塔顶层喷淋层经喷嘴雾化后用于脱硫增效，或者送至顶层喷淋层的浆液循环泵之前的入口管道。

优选的，所述脱硫装置为脱硫塔。对工业废气进行脱硫处理的脱硫装置，以塔式设备居多，其脱硫效果优异。

优选的，所述脱水机为真空皮带机。采用真空皮带机对浓缩液进行脱水，可以得到脱硫滤液，脱硫滤液中的主要成分是CaCl₂。

本实用新型的有益效果是：

(1)该系统利用电解-电渗析联合的方式，对脱硫系统中富含氯离子的石膏浆液旋流器的溢流液和来自脱水机的石膏滤液水进行处理，将其中的氯离子以氯气的形式排出脱硫浆液系统，产生的低氯、高pH值的混合液，送入脱硫装置中的喷淋系统再次利用。该系统避免了脱硫废水的排放，可实现脱硫增效，并获得优良副产物氢气和氯气，具有很好的经济意义和环保意义。

(2)系统简单，占地少，无废水排放，省去了复杂的废水处理系统。

(3)将脱硫系统中的有害离子氯离子变废为宝转变为氯气，用于循环冷却水杀菌消毒，大大节省了循环冷却水系统的电解制氯能耗。

(4)可以实现脱硫增效，节省脱硫剂，同时可获得优良的副产品氢气，提升了经济效益。

附图说明

图1为本实用新型的无废水排放的湿法脱硫系统图。

图2为用于本实用新型的电解-电渗析复合槽的结构图。

其中：

1—脱硫塔，2—石膏旋流器；3—真空皮带机，4—滤液箱，5—氢气储罐，6—溢流液箱，7—浆液泵，8—电解-电渗析复合槽，9—循环冷却水系统。

8-1—阴极室，8-2—电渗析室，8-3—阳极室，8-4—阴极板，8-5—阳极板，8-6—阳离子交换膜，8-7—阴离子交换膜。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

实施例1

如图1和2所示，一种无废水排放的湿法脱硫系统，包括脱硫塔1和电解-电渗析复合槽8，所述电解-电渗析复合槽8设有阳离子交换膜8-6和阴离子交换膜8-7，所述阳离子交换膜8-6和阴离子交换膜8-7将电解-电渗析复合槽分隔为三部分，依次为阴极室8-1、电渗析室8-2和阳极室8-3，所述阴极室8-1内设有阴极板8-4，所述阳极室8-3内设有阳极板8-5，其中所述电解-电渗析复合槽8内阳离子交换膜8-6、阴离子交换膜8-7、阴极板8-4和阳极板8-5采用平行排列的方式布置。

所述脱硫塔1底部的出液端与石膏旋流器2连接，所述石膏旋流器2的底流口通过真空皮带机3与滤液箱4相连，所述滤液箱4与电解-电渗析复合槽8的电渗析室8-2相连，所述电渗析室8-2的出液端与阴极室8-1的进液端相连，所述阴极室8-1的出气端与氢气储罐5相连。

所述石膏旋流器2的溢流端通过溢流液箱6与电解-电渗析复合槽8的阴极室8-1相连，电解-电渗析复合槽8的阴极室8-1的出液端通过浆液泵7与脱硫塔1顶层喷淋管相连接相连；所述电解-电渗析复合槽8的阳极室8-3与循环冷却水系统9相连。

实施例2

一种利用实施例1中系统的无废水排放的湿法脱硫工艺，包括以下步骤：来自脱硫塔1的石膏浆液送至石膏旋流器2分离后，所得旋流器溢流液送至溢流液箱6，浓缩液送至真空皮带机3进行脱水处理，溢流液(主要成分CaCl₂)在溢流液箱6经汇集后送入电解-电渗析复合槽8的阴极室8-1。

浓缩液经过真空皮带机3脱水后获得的滤液(主要成分为CaCl₂)送至滤液箱4，经汇集后送至电解-电渗析复合槽8的电渗析室8-2，其中的Ca²⁺在电场力作用下透过阳离子交换膜8-6进入阴极室8-1，Cl^-在电场力作用下透过阴离子交换膜8-7进入阳极室8-3，实现脱盐作用。经电渗析处理后的滤液水(含盐量较低的脱盐水)送至电解-电渗析复合槽8的阴极室8-1，与来自溢流液箱6的溢流液在电解-电渗析复合槽8的阴极室8-1中一同处理，阴极板8-5发析氢反应并不断产生OH^-，与电渗析室8-2迁移来的Ca²⁺形成Ca(OH)₂，所得富含Ca(OH)₂的阴极液(pH值为9～12)由浆液泵7送至脱硫塔1的顶层喷淋管，经喷嘴雾化后用于脱硫。电解-电渗析复合槽8的阴极产生的气体送至氢气储罐5，作为氢冷发电机组补充氢源或外售，电解-电渗析槽8的阳极室8-3中充满稀盐酸，从电渗析室8-2迁移来的Cl^-不断在阳极板8-5放电生成氯气，此处产生的氯气直接送至循冷却环水系统9进行消毒杀菌。

本实用新型通过电解-电渗析方式回收脱硫系统中的氯离子，避免了废水的排放，同时省去了复杂的脱硫废水处理系统，另外还可节省脱硫剂，并获得优良副产物氢气。该系统具有很好的经济意义和环保意义。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种无废水排放的湿法脱硫系统，包括脱硫装置，其特征是：

还包括电解-电渗析复合槽，所述电解-电渗析复合槽至少分隔为三个部分，依次为阴极室、电渗析室和阳极室；

所述脱硫装置的出液端与石膏旋流器连接；

所述石膏旋流器的底流口通过脱水机与滤液箱相连，所述滤液箱通过电解-电渗析复合槽的电渗析室与所述阴极室的进液端相连；

所述石膏旋流器的溢流端通过溢流液箱与电解-电渗析复合槽的阴极室相连；所述阴极室的出液端与脱硫装置的进液端结构相连。

2.如权利要求1所述的系统，其特征是：所述电解-电渗析复合槽的阴极室还与氢气储罐相连。

3.如权利要求1所述的系统，其特征是：所述电解-电渗析复合槽的阳极室与循环冷却水系统相连。

4.如权利要求1所述的系统，其特征是：所述电解-电渗析复合槽设有阳离子交换膜和阴离子交换膜，所述阳离子交换膜和阴离子交换膜将电解-电渗析复合槽分隔为三部分，依次为阴极室、电渗析室和阳极室，所述阴极室设有阴极板，所述阳极室设有阳极板。

5.如权利要求1所述的系统，其特征是：所述电解-电渗析复合槽内阳离子交换膜、阴离子交换膜、阴极板和阳极板采用平行排列的方式布置。

6.如权利要求1所述的系统，其特征是：所述电解-电渗析复合槽通过浆液泵与脱硫装置的进液端相连。

7.如权利要求1所述的系统，其特征是：所述电解-电渗析复合槽的阴极室与脱硫装置的顶层喷淋层相连。

8.如权利要求1所述的系统，其特征是：所述电解-电渗析复合槽的阴极室与脱硫装置中的顶层喷淋层浆液循环泵之前的入口管道相连。

9.如权利要求1～8中任一项所述的系统，其特征是：所述脱硫装置为脱硫塔。

10.如权利要求1～8中任一项所述的系统，其特征是：所述脱水机为真空皮带机。