CN212609644U - 一种燃煤电厂污水浓缩、结晶系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃煤电厂污水浓缩、结晶系统，采用空预器后排烟余热，来浓缩、结晶污水，实现污水零排放，污水浓缩、结晶产生的二次蒸汽通过二次蒸汽冷凝器将热量传递给二次蒸汽余热水，用来加热进入空预器的空气；通过空预器利用空气这一媒介，使得二次蒸汽热量绝大部分又返回烟气，从而避免脱硫系统水失衡；通过加热空气，使得空预器热空气出口温度提升，从而提高锅炉效率，增加汽轮机功量输出，抵消污水浓缩、结晶过程中水泵、风机的能耗，实现零能耗污水零排放。

Description

一种燃煤电厂污水浓缩、结晶系统

技术领域

本实用新型属于锅炉节能环保技术领域，具体涉及一种燃煤电厂污水浓缩、结晶系统。

背景技术

燃煤电厂生产过程中产生大量高盐污水，主要包括反渗透浓水，含盐量30000-50000mg/L，脱硫废水，含盐量10000-20000mg/L。这些高盐废水直接排放环境，不仅严重污染环境，造成生态危机，而且也是盐资源浪费。

目前，关于高盐污水零排放处理，主要有三种，一是采用机械压缩、蒸发工艺（MVR），通过电能（或汽轮机）驱动水蒸气压缩机，对污水蒸发出来的水蒸气进行压缩升压，然后再用于污水加热。这种技术消耗大量电能（或功量），而且压缩机等机械转动设备昂贵、维护要求及成本也高。二是采用蒸汽驱动多效蒸发工艺，即利用0.1~0.8MPa的蒸汽，加热浓缩污水，产生的二次蒸汽再用于下级污水加热。根据驱动蒸汽品位，一般可做到2~5效。这种技术电能消耗较少，但蒸汽耗量较大，尤其没有富裕低品位蒸汽或余热蒸汽的场合，其运行蒸汽费用也是非常高的。再是烟道气蒸发技术。这种技术路线是通过空预器出口烟气，或是省煤器出口高温烟气，蒸发浓缩污水直至结晶成盐，晶盐随烟气进入除尘器被拦截，实现污水零排放。这种技术，对于采用省煤器出口高温烟气的情况，很明显将降低空预器烟气量，从而影响锅炉效率；对于采用空预器出口烟气情况，为防止污水雾滴对烟道、除尘器造成腐蚀，需要雾化压缩空气，增加大量能耗。当然，对于这种技术最大不足在于，1、影响脱硫系统水平衡，尤其采用石灰石-石膏湿法脱硫系统；2、污水结晶盐全部进入除尘灰中，影响除尘灰的品质。

综上，当前燃煤电厂高盐污水零排放处理，现行技术中存在较多不足和缺陷。要想从根本上解决高盐污水零排放处理，还需研发新技术、新系统，在不影响电厂现有发电系统正常运行的前提下，以较低的成本实现高盐污水零排放处理。

实用新型内容

针对当前关于燃煤电厂高盐污水零排放处理现有技术的缺陷，本实用新型提供了一种新的燃煤电厂污水浓缩、结晶系统。

本实用新型采用如下技术方案：一种燃煤电厂污水浓缩、结晶系统，包括污水处理系统、热源系统，污水处理系统、热源系统之间设置有换热系统，污水处理系统包括二次凝结水回收装置、污水浓缩器、污水来水管道、凝结水排放口、凝结水加热器、浓缩器、浓缩侧污水循环泵、污水调节阀、结晶器、结晶侧污水循环泵、晶盐分离器、晶盐排放口，热源系统包括空预器、空预器热空气出口、空预器高温烟气进口、空气管道止回阀、除尘器、送风机、引风机、脱硫塔、烟囱、增压风机。

以下是本实用新型对上述方案的进一步优化：所述换热系统包括用于将热源系统中的能量运输至污水处理系统的第一换热单元和用于将污水处理系统中的能量运输至热源系统中的第二换热单元。

进一步优化：所述第一换热单元包括烟气换热器、浓缩侧加热器、结晶侧加热器、烟气余热水循环泵。

进一步优化：所述第二换热单元包括空气加热器、二次蒸汽余热水循环泵、结晶器二次蒸汽冷凝器、浓缩器二次蒸汽冷凝器、真空泵。

进一步优化：所述空预器与除尘器连接，除尘器通过引风机与脱硫塔连通，脱硫塔上连接有烟囱，送风机通过空气管道止回阀与空预器连接。

进一步优化：所述烟气换热器分别与浓缩侧加热器和结晶侧加热器串联，且浓缩侧加热器和结晶侧加热器之间并联，烟气换热器设置在引风机和除尘器之间。

进一步优化：所述空气加热器、二次蒸汽余热水循环泵、结晶器二次蒸汽冷凝器、浓缩器二次蒸汽冷凝器按照其内部介质的流动方向依次串联，结晶器二次蒸汽冷凝器、浓缩器二次蒸汽冷凝器上连接有真空泵，空气加热器与空气管道止回阀并联。

进一步优化：所述二次凝结水回收装置的输入端与结晶器二次蒸汽冷凝器、浓缩器二次蒸汽冷凝器连通，二次凝结水回收装置与凝结水加热器连通，凝结水加热器通过浓缩侧加热器与浓缩器连通。

进一步优化：所述浓缩器通过浓缩器二次蒸汽冷凝器与二次凝结水回收装置连通，浓缩器通过浓缩侧污水循环泵、污水调节阀与结晶器连通，浓缩侧加热器与浓缩侧污水循环泵、污水调节阀之间的管道连通。

进一步优化：所述结晶器通过结晶器二次蒸汽冷凝器与二次凝结水回收装置连通，结晶器通过结晶侧污水循环泵与晶盐分离器连通，晶盐分离器通过结晶侧加热器与结晶器连通。

锅炉产生的高温烟气通过空预器加热由送风机输送的空气，加热后的空气进入锅炉，空预器出口烟气经过除尘器进入烟气换热器，最后经引风机抽至烟囱排到外部环境；

同时外部环境空气经送风机抽取，进入风道，然后经增压风机抽至空气加热器，为防止空气回流，与空气加热器的旁通风道上加装逆止阀，然后空气进入空预器，最后从空预器热风出口排出至锅炉；

然后污水来水管道送来的污水，经过凝结水加热器加热，进入浓缩侧加热器，加热后的污水进入浓缩器，在浓缩器内污水闪蒸，闪蒸后的污水经浓缩侧污水循环泵再次抽至浓缩侧加热器加热，往复循环；

同时从污水侧污水循环水泵出口引出部分污水，进入结晶器，结晶侧污水循环泵从结晶器内抽取晶盐、污水混合物，送至晶盐分离器，晶盐分离后从晶盐排放口排出，污水则进入结晶侧加热器加热，然后进入结晶器闪蒸；

浓缩侧加热器、结晶侧加热器的热源侧与烟气换热器的介质水侧通过管道相连，并通过烟气余热水循环泵实现介质水循环；

然后浓缩器、结晶器内产生的闪蒸蒸汽，进入浓缩器二次蒸汽冷凝器、结晶器二次蒸汽冷凝器，加热二次蒸汽余热水，并通过二次蒸汽余热水循环水泵送至空气加热器加热空气。

本实用新型的有益效果如下：

1、污水浓缩、结晶的热源来自烟气，产生的二次蒸汽又用于加热进入空预器的空气，空预器作为一个换热器，当进入空预器的空气温度升高，在换热面积、传热系数及空预器高温烟气进口温度不变的条件下，空预器的排烟温度也会升高，通过这一方式，可以将污水浓缩、闪蒸产生的二次蒸汽热量，利用空气这一媒介，绝大部分又通过空预器返回烟气中，使得烟气换热器后排烟温度与原来空预器出口排烟温度仅小幅降低，而且烟气含湿量没有变化。这使得烟气进入脱硫塔后纳水蒸气的能量没有明显变化，从而避免脱硫系统现严重地水失衡问题；

2、采用污水浓缩、结晶产生的二次蒸汽热量加热空气，会小幅提升空预器热空气出口温度，从而增加热空气带入锅炉的热量，这会提升锅炉效率，提高汽轮机输出功率，汽轮机增加的功率，可以抵消引风机、增压风机、烟气余热水循环泵、二次蒸汽余热水循环泵、真空泵、浓缩侧污水循环泵、结晶侧污水循环泵等用能设备的能耗，从整个锅炉及汽轮机热力系统角度来看污水浓缩、结晶过程没有额外增加能耗，降低系统热效率，实现零能耗污水浓缩、结晶过程。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1是本实用新型在实施例中的系统流程图。

图中：1、空预器，2、空预器热空气出口，3、空预器高温烟气进口，4、空气管道止回阀，5、除尘器，6、送风机，7、烟气换热器，8、引风机，9、烟气余热水循环泵，10、脱硫塔，11、烟囱，12、增压风机，13、空气加热器，14、二次蒸汽余热水循环泵，15、结晶器二次蒸汽冷凝器，16、浓缩器二次蒸汽冷凝器，17、真空泵，18、二次凝结水回收装置，19、污水浓缩器，20、污水来水管道，21、凝结水排放口，22、凝结水加热器，23、浓缩器，24、浓缩侧加热器，25、浓缩侧污水循环泵，26、污水调节阀，27、结晶器，28、结晶侧污水循环泵，29、晶盐分离器，30、晶盐排放口，31、结晶侧加热器。

具体实施方式

如图1所示，一种燃煤电厂污水浓缩、结晶系统，包括污水处理系统、热源系统，污水处理系统、热源系统之间设置有换热系统。

所述污水处理系统包括二次凝结水回收装置18、污水浓缩器19、污水来水管道20、凝结水排放口21、凝结水加热器22、浓缩器23、浓缩侧污水循环泵25、污水调节阀26、结晶器27、结晶侧污水循环泵28、晶盐分离器29、晶盐排放口30。

所述热源系统包括空预器1、空预器热空气出口2、空预器高温烟气进口3、空气管道止回阀4、除尘器5、送风机6、引风机8、脱硫塔10、烟囱11、增压风机12。

所述换热系统包括用于将热源系统中的能量运输至污水处理系统的第一换热单元和用于将污水处理系统中的能量运输至热源系统中的第二换热单元。

所述第一换热单元包括烟气换热器7、浓缩侧加热器24、结晶侧加热器31、烟气余热水循环泵9。

所述第二换热单元包括空气加热器13、二次蒸汽余热水循环泵14、结晶器二次蒸汽冷凝器15、浓缩器二次蒸汽冷凝器16、真空泵17。

所述空预器热空气出口2和空预器高温烟气进口3均设置在空预器1上，空预器1上的烟气出口与除尘器5的进气口连接，除尘器5上的出气口通过引风机8与脱硫塔10连通，脱硫塔10上连接有烟囱11，锅炉产生的高温烟气依次经过空预器1、除尘器5、引风机8、脱硫塔10，最后由烟囱11排出。

所述送风机6的出风口通过空气管道止回阀4与空预器1的空气入口连接，外部空气经送风机6、空气管道止回阀4进入空预器1内，并在空预器1内吸收高温烟气的能量，然后经空预器热空气出口2输送至锅炉内。

所述烟气换热器7分别与浓缩侧加热器24和结晶侧加热器31串联，且浓缩侧加热器24和结晶侧加热器31之间并联，烟气余热水循环泵9连接在烟气换热器7的输入端，用于烟气换热器7、浓缩侧加热器24、结晶侧加热器31内部介质的循环。

所述烟气换热器7设置在引风机8和除尘器5之间，用于将高温烟气中的能量交换至烟气换热器7、浓缩侧加热器24、结晶侧加热器31内部循环的介质内。

所述空气加热器13、二次蒸汽余热水循环泵14、结晶器二次蒸汽冷凝器15、浓缩器二次蒸汽冷凝器16按照其内部介质的流动方向依次串联。

所述结晶器二次蒸汽冷凝器15、浓缩器二次蒸汽冷凝器16上连接有真空泵17，用于确保浓缩器、结晶器、浓缩器二次蒸汽冷凝器、结晶器二次蒸汽冷凝器工作正常，以抽取其内部不凝气体。

所述空气加热器13与空气管道止回阀4并联，用于对送风机6输送的空气进行加热，且增压风机12设置在空气加热器13与送风机6之间。

所述二次凝结水回收装置18的输入端与结晶器二次蒸汽冷凝器15、浓缩器二次蒸汽冷凝器16连通,用于回收浓缩器二次蒸汽冷凝器16、结晶器二次蒸汽冷凝器15的凝结水。

所述二次凝结水回收装置18的输入端与凝结水加热器22连通，凝结水加热器22通过浓缩侧加热器24与浓缩器23连通，浓缩侧加热器24对即将进入浓缩器23内的污水进行加热。

所述凝结水加热器22上设置有凝结水排放口21、凝结水加热器22上连接有污水来水管道20，这样便于对待处理污水进行加热。

所述浓缩器23通过浓缩器二次蒸汽冷凝器16与二次凝结水回收装置18连通，浓缩器23通过浓缩侧污水循环泵25、污水调节阀26与结晶器27连通，浓缩侧加热器24与浓缩侧污水循环泵25、污水调节阀26之间的管道连通。

所述结晶器27通过结晶器二次蒸汽冷凝器15与二次凝结水回收装置18连通，结晶器27通过结晶侧污水循环泵28与晶盐分离器29连通，晶盐分离器29上设置有晶盐排放口30。

所述晶盐分离器29通过结晶侧加热器31与结晶器27连通。

下面将以某厂15.7t/h高盐污水，及1059t/h亚临界锅炉为例，阐述本实用新型的最佳实施例。

某厂1059t/h亚临界锅炉，额定负荷下引风机处烟气量113万Nm³/h，送风机（一、二次风）鼓入空气101万Nm³/h。环境温度20℃时，引风机处烟气温度120℃，送风机出口空气温度25.5℃。空预器高温烟气进口温度381℃，空预器热空气出口温度338.2℃。空预器漏风率5%。锅炉效率约92.8%，与锅炉对应配置的汽轮机热效率48.9%。

为蒸发浓缩这15.7t/h高盐污水，需要热量约11100kW，同时产生二次蒸汽凝结余热约10900kW。将11100kW热量通过浓缩器二次蒸汽冷凝器16、结晶器二次蒸汽冷凝器15，来加热二次蒸汽余热水循环水，从64℃加热至72℃，流量约1179t/h。通过二次蒸汽余热水循环泵14，将72℃的二次蒸汽余热水送至空气加热器13加热进入空预器前的空气，空气温度从25.5℃升至55.5℃，然后进入空预器。在空预器内，55.5℃的空气与381℃的烟气进行换热，空气出口温度提升至341.96℃，空预器出口排烟温度提升至142.5℃。341.96℃的空气进入锅炉系统。142.5℃的烟气进入除尘器及烟气换热器7。在烟气换热器7内，通过烟气加热烟气余热水，从90℃加热至100℃，烟气温度降至117℃。

从污水处理车间来的15.7t/h污水，经凝结水加热器22预热，然后进入浓缩侧加热器24，由烟气换热器7来的100℃烟气余热水加热至90℃，然后进入浓缩器23进行闪蒸，在浓缩器23内，污水温度降至80℃，由浓缩侧污水循环泵25抽至浓缩侧加热器24继续加热，往复循环。

从浓缩侧污水循环泵25出口抽取约7t/h污水，进入结晶器27，然后由结晶侧污水循环泵28抽送至晶盐分离器29，然后分离出来的污水溶液进入结晶侧侧加热器31，由烟气换热器7来的100℃烟气余热水加热至90℃，然后进入结晶器27进行闪蒸，在结晶器27内，污水温度降至80℃，由结晶侧污水循环泵28抽至晶盐分离器29、结晶侧加热器31往复循环。

结晶器27、浓缩器23产生的二次蒸汽，分别进入结晶器二次蒸汽冷凝器15、浓缩器二次蒸汽冷凝器16，梯次加热二次蒸汽余热水，从64℃加热至72℃，并配置真空泵，维持结晶器27、浓缩器23、结晶器二次蒸汽冷凝器15、浓缩器二次蒸汽冷凝器16真空度，配置凝结水回收装置，回收二次蒸汽凝结水。

整个系统完成一个流程主要能耗在如下方面：

烟气换热器7增加烟气侧阻力约300Pa，按照113万Nm³/h、117℃计算，增加引风机能耗（引风机效率82%）约164kW；

空气加热器13增加空气侧阻力约300Pa，按照101万Nm³/h、25.5℃计算，增压风机能耗（风机效率82%）约112kW；

按照11100kW热量输送量，烟气余热水流量约951t/h，取烟气余热水循环泵9扬程30m，则烟气余热水循环水泵9能耗（水泵效率78%）约99.5kW；

按照10900kW热量输送量，二次蒸汽余热水流量约1179t/h，取二次蒸汽余热水循环泵14扬程35m，则二次蒸汽余热水循环水泵14能耗（水泵效率78%）约144kW；

按照闪蒸量8.7t/h计算，浓缩侧污水循环泵25流量约554t/h左右，取浓缩侧污水循环泵25扬程20m，则浓缩侧污水循环泵25能耗（水泵效率78%）约38.7kW；

按照闪蒸量7t/h计算，结晶侧污水循环泵28流量约566t/h左右，取结晶侧污水循环泵28扬程25m，则结晶侧污水循环泵28能耗（水泵效率78%）约49.4kW；

真空泵及凝结水回收装置配电约10kW。

综上，整个系统完成一个流程能耗约：

164kW+112kW+99.5kW+144kW+38.7kW+49.4kW+10kW=505.5kW。

将进入空预器的空气从25.5℃加热至55.5℃后，空预器热空气出口温度从338.2℃提升至341.96℃，去除空预器5%左右的漏风后，则热空气带入锅炉的热量增加了：

101万Nm³/h ÷3600s×1.292kg/Nm³×1.01kJ/(kg*℃)×（34.196℃-338.2℃）×0.95=1292kW

按照锅炉效率92.8%、汽轮机热效率48.9%计算，在锅炉燃煤量不变的前提下，这1292kW热量增加汽轮机输出功率约：1292kW×92.8%×48.9%=585kW。

因此整个系统耗能505.5kW，汽轮机增加功率输出585kW，所以最终富裕79.5kW。也就是说，通过本实用新型所述污水浓缩、结晶系统，减去系统水泵、风机等能耗后，汽轮机增加的发电量仍富裕79.5kW，不仅实现了零能耗污水浓缩、结晶，还增加了发电量，折合污水处理吨水增加发电5.1kW。

进入烟气换热器出口烟气温度从初始的120℃降低到117℃，影响脱硫系统浆液水分蒸发约1.85t/h，约是整个脱硫系统蒸发量的4.5%左右。

本实用新型不局限于上述实施方式，任何人应得知在本实用新型的启示下作出的与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。

本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (10)

1.一种燃煤电厂污水浓缩、结晶系统，其特征在于：包括污水处理系统、热源系统，污水处理系统、热源系统之间设置有换热系统，污水处理系统包括二次凝结水回收装置（18）、污水浓缩器（19）、污水来水管道（20）、凝结水排放口（21）、凝结水加热器（22）、浓缩器（23）、浓缩侧污水循环泵（25）、污水调节阀（26）、结晶器（27）、结晶侧污水循环泵（28）、晶盐分离器（29）、晶盐排放口（30），热源系统包括空预器（1）、空预器热空气出口（2）、空预器高温烟气进口（3）、空气管道止回阀（4）、除尘器（5）、送风机（6）、引风机（8）、脱硫塔（10）、烟囱（11）、增压风机（12）。

2.根据权利要求1所述的一种燃煤电厂污水浓缩、结晶系统，其特征在于：所述换热系统包括用于将热源系统中的能量运输至污水处理系统的第一换热单元和用于将污水处理系统中的能量运输至热源系统中的第二换热单元。

3.根据权利要求2所述的一种燃煤电厂污水浓缩、结晶系统，其特征在于：所述第一换热单元包括烟气换热器（7）、浓缩侧加热器（24）、结晶侧加热器（31）、烟气余热水循环泵（9）。

4.根据权利要求3所述的一种燃煤电厂污水浓缩、结晶系统，其特征在于：所述第二换热单元包括空气加热器（13）、二次蒸汽余热水循环泵（14）、结晶器二次蒸汽冷凝器（15）、浓缩器二次蒸汽冷凝器（16）、真空泵（17）。

5.根据权利要求4所述的一种燃煤电厂污水浓缩、结晶系统，其特征在于：所述空预器（1）与除尘器（5）连接，除尘器（5）通过引风机（8）与脱硫塔（10）连通，脱硫塔（10）上连接有烟囱（11），送风机（6）通过空气管道止回阀（4）与空预器（1）连接。

6.根据权利要求5所述的一种燃煤电厂污水浓缩、结晶系统，其特征在于：所述烟气换热器（7）分别与浓缩侧加热器（24）和结晶侧加热器（31）串联，且浓缩侧加热器（24）和结晶侧加热器（31）之间并联，烟气换热器（7）设置在引风机（8）和除尘器（5）之间。

7.根据权利要求6所述的一种燃煤电厂污水浓缩、结晶系统，其特征在于：所述空气加热器（13）、二次蒸汽余热水循环泵（14）、结晶器二次蒸汽冷凝器（15）、浓缩器二次蒸汽冷凝器（16）按照其内部介质的流动方向依次串联，结晶器二次蒸汽冷凝器（15）、浓缩器二次蒸汽冷凝器（16）上连接有真空泵（17），空气加热器（13）与空气管道止回阀（4）并联。

8.根据权利要求7所述的一种燃煤电厂污水浓缩、结晶系统，其特征在于：所述二次凝结水回收装置（18）的输入端与结晶器二次蒸汽冷凝器（15）、浓缩器二次蒸汽冷凝器（16）连通，二次凝结水回收装置（18）与凝结水加热器（22）连通，凝结水加热器（22）通过浓缩侧加热器（24）与浓缩器（23）连通。

9.根据权利要求8所述的一种燃煤电厂污水浓缩、结晶系统，其特征在于：所述浓缩器（23）通过浓缩器二次蒸汽冷凝器（16）与二次凝结水回收装置（18）连通，浓缩器（23）通过浓缩侧污水循环泵（25）、污水调节阀（26）与结晶器（27）连通，浓缩侧加热器（24）与浓缩侧污水循环泵（25）、污水调节阀（26）之间的管道连通。

10.根据权利要求9所述的一种燃煤电厂污水浓缩、结晶系统，其特征在于：所述结晶器（27）通过结晶器二次蒸汽冷凝器（15）与二次凝结水回收装置（18）连通，结晶器（27）通过结晶侧污水循环泵（28）与晶盐分离器（29）连通，晶盐分离器（29）通过结晶侧加热器（31）与结晶器（27）连通。

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