CN216863678U - 一种新型的脱硫废水蒸发结晶设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型的脱硫废水蒸发结晶设备，其利用压缩式热泵的工作原理，回收二次蒸汽降温冷凝过程释放的显热和潜热以及低压蒸汽冷凝水降温释放的显热，加热进入系统的脱硫废水，大幅节约了蒸发浓缩过程中所消耗的热量。制冷剂在上述系统中形成闭式循环；脱硫废水先进入分离器，后经强制循环泵送入加热器升温，再进入分离器蒸发；产生的二次蒸汽先进入冷凝器降温冷凝，再进入冷凝水罐；浓缩后的脱硫废水经强制循环泵再次送入加热器，实现强制循环蒸发，达到目标浓缩倍率后，经浓水管线送往下游装置。本实用新型采用低温热泵蒸发技术对脱硫废水进行浓缩减量，最大限度地回收二次蒸汽以及蒸汽冷凝水的余热，提高了能源利用效率。

Description

一种新型的脱硫废水蒸发结晶设备

技术领域

本实用新型及湿法脱硫技术领域，具体为一种新型的脱硫废水蒸发结晶设备。

背景技术

湿法脱硫工艺以其脱硫效率高，运行成本低，技术成熟，运行操作简单等优势在烟气脱硫净化处理领域占据绝对主导地位。在国内烟气脱硫净化领域约占95％以上，在烟气超低排放治理领域湿法脱硫工艺占到99％以上。

湿法脱硫过程中会产生一定量的废水，其作为电厂的终端废水，水质最为恶劣。其中含有重金属、大量的钙、镁和氯离子等，具有高盐、高悬浮物、高COD等特点。钙、镁离子的存在，会引起后续处理单元的结垢问题，大量氯离子的存在，会引起烟道腐蚀进而影响设备安全运行。2015年4月16日，国务院印发《水污染防治行动计划》，简称“水十条”，提出禁止燃煤电厂脱硫废水外排。2017年发布的“火电厂污染防治可行技术指南”中明确提到了废水近零排放的关键是实现脱硫废水零排放。

现有常规的脱硫废水零排放技术主要包括：脱硫废水的预处理技术、浓缩减量技术、蒸发结晶技术。各主要工艺路线多为上述三种技术的排列组合。

脱硫废水中悬浮物和钙、镁离子含量高，尤其是硫酸钙处于过饱和状态，具有很高的结垢倾向，为保证后续工艺的稳定运行，需对脱硫废水进行预处理，投加药剂进行软化。药剂投入量大，加药成本高，而且会产生大量的污泥，给环境带来新的污染；

浓缩减量的目的主要是减少脱硫废水水量，减少蒸发结晶系统的处理压力。浓缩减量技术分为膜法浓缩和热法浓缩。采用膜法浓缩可实现脱硫废水的高倍率浓缩，但存在投资、清洗及维修成本高，易污堵等问题，且必须对废水进行深度预处理，满足膜系统进水要求；采用热法浓缩对水质要求较低，通过有效地控制浓缩倍率，可不通过预处理直接进行浓缩，但是需采用低压蒸汽，限制了其应用范围，成本较高。

蒸发结晶技术分为旁路烟道蒸发、MVR蒸发浓缩和多效蒸发结晶，其中旁路烟道蒸发以其投资小、运行费用低、水耗、能耗低的优点，成为目前的主流的技术。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种新型的脱硫废水蒸发结晶设备，利用压缩式热泵工作原理，回收二次蒸汽降温冷凝过程释放的显热和潜热以及低压蒸汽冷凝水降温释放的显热，加热进入系统的脱硫废水，大幅节约了蒸发浓缩过程中所消耗的热量，实现脱硫废水高浓缩倍率下的浓缩减量，采用低温热泵蒸发技术可最大限度地回收二次蒸汽以及蒸汽冷凝水的余热，提高了能源利用效率。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施例提供如下技术方案：

一种新型的脱硫废水蒸发结晶设备，包括废水进料泵、分离器、强制循环泵、加热器、冷凝器、冷凝水罐、气液分离器、压缩机、储液器、过滤器、节流阀、蒸汽冷凝水余热回收器，所述废水进料泵输出端连接分离器第一废水输入端，所述分离器的废水输出端通过强制循环泵连接加热器废水输入端，所述加热器的废水输出端连接分离器的第二废水输入端，所述分离器的气相输出端连接冷凝器气相输入端，所述冷凝器液相输出端连接冷凝水罐；

所述冷凝器的制冷剂气相输出端连接蒸汽冷凝水余热回收器，所述蒸汽冷凝水余热回收器、气液分离器、压缩机依次连接，所述压缩机输出端连接所述加热器的制冷剂气相输入端，所述加热器的制冷剂液相输出端依次通过储液器、过滤器、节流阀连接所述冷凝器的制冷剂液相输入端。

优选的，所述加热器还连接蒸汽冷凝水余热回收器。

优选的，所述加热器还设置低压蒸汽补充端，所述低压蒸汽补充端连接低压蒸汽设备输出端。

优选的，所述冷凝水罐输出端连接真空泵、冷凝水泵。

优选的，所述加热器采用列管式换热器，所述加热器的换热管材质采用2205、2507钢材。

优选的，所述冷凝器采用列管式换热器，所述蒸汽冷凝水余热回收器采用板式换热器，所述冷凝器、蒸汽冷凝水余热回收器的换热管材质均采用304、316不锈钢。

本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：

a、本工艺采用低温热泵蒸发技术，最大限度地回收二次蒸汽以及低压蒸汽冷凝水的余热，提高了能源利用效率；

b、回收的二次蒸汽冷凝水可作为脱硫工艺水补水，减少脱硫系统总体水耗；

c、加热器采用多通道换热器，脱硫废水蒸发浓缩所需热量不足部分采用低压蒸汽补充；

d、可通过调节低压蒸汽的用量实现脱硫废水不同的目标浓缩倍率，最大限度地提升脱硫废水蒸发结晶工艺的技术经济性和可调性；

e、采用强制循环蒸发工艺，可有效地防止脱硫废水蒸发浓缩过程中的结垢问题；

f、加热器换热管材质采用2205、2507或其它更高等级的耐腐蚀钢材，可有效抑制脱硫废水氯离子腐蚀。

附图说明

图1是本实用新型脱硫废水蒸发结晶设备的连接关系图。

图中：1-废水进料泵；2-分离器；3-强制循环泵；4-加热器；5- 冷凝器；6-冷凝水罐；7-真空泵；8-冷凝水泵；9-气液分离器；10-压缩机；11-储液器；12-过滤器；13-节流阀；14-蒸汽冷凝水余热回收器。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

实施例1

本实用新型提供一种新型的脱硫废水蒸发结晶设备，包括废水进料泵1、分离器2、强制循环泵3、加热器4、冷凝器5、冷凝水罐6、气液分离器9、压缩机10、储液器11、过滤器12、节流阀13、蒸汽冷凝水余热回收器14，废水进料泵1输出端连接分离器2第一废水输入端，分离器2的废水输出端通过强制循环泵3连接加热器4废水输入端，加热器4的废水输出端连接分离器2的第二废水输入端，分离器2的气相输出端连接冷凝器5气相输入端，冷凝器5液相输出端连接冷凝水罐6；冷凝器5的制冷剂气相输出端连接蒸汽冷凝水余热回收器14，蒸汽冷凝水余热回收器14、气液分离器9、压缩机10依次连接，压缩机10输出端连接加热器4的制冷剂气相输入端，加热器4的制冷剂液相输出端依次通过储液器11、过滤器12、节流阀13 连接冷凝器5的制冷剂液相输入端。

加热器4还连接蒸汽冷凝水余热回收器14，加热器4的余热可以进一步对经过冷凝器5后还余下的少量制冷剂液体HL进行进一步加热，使制冷剂液体HL尽可能转换为制冷剂气体HG，好被后面的压缩机10压缩。另外，为了保证安全，蒸汽冷凝水余热回收器14与压缩机10之间连接有气液分离器9，防止压缩机10湿运转。蒸汽冷凝水余热回收器14输出蒸汽冷凝水图中C也可作为脱硫工艺水补水，减少脱硫系统总体水耗。

加热器4还设置低压蒸汽补充端，低压蒸汽补充端连接低压蒸汽设备输出端。脱硫废水蒸发结晶所需热量不足部分采用低压蒸汽补充，通过调节低压蒸汽的用量来调整脱硫废水不同的目标浓缩倍率

冷凝水罐6输出端连接真空泵7、冷凝水泵8，二次蒸汽冷凝水进入冷凝水罐6后，不凝气体D和冷凝水E分别通过真空泵7、冷凝水泵8泵出

加热器4采用列管式换热器，加热器4的换热管材质采用2205、 2507钢材。冷凝器5采用列管式换热器，蒸汽冷凝水余热回收器14 采用板式换热器，冷凝器5、蒸汽冷凝水余热回收器14的换热管材质均采用304、316不锈钢。

实施例2

如图1所示，本实用新型的一种新型的脱硫废水蒸发结晶设备，使用步骤如下：

步骤1)脱硫废水A先通过废水进料泵1进入分离器2，后经强制循环泵3送入加热器4中升温吸收热量，再进入分离器2蒸发；在分离器2中浓缩后的脱硫废水F经强制循环泵3再次送入加热器4，实现强制循环蒸发，达到目标浓缩倍率后，经浓水管线送往下游装置；其中，脱硫废水在加热器4中与制冷剂蒸汽间壁换热实现升温，升温后进入分离器2蒸发。

步骤2)脱硫废水在分离器2蒸发产生的二次蒸汽G在冷凝器5 中与制冷剂液体HL间壁换热，实现降温冷凝形成二次蒸汽冷凝水E，进入冷凝水罐6，二次蒸汽冷凝水E可作为脱硫工艺水补水，减少脱硫系统总体水耗。

步骤3)制冷剂在冷凝器5、蒸汽冷凝水余热回收器14、气液分离器9、压缩机10、加热器4、储液器11、过滤器12、节流阀13之间形成闭式循环：其中，液体制冷剂HL在冷凝器5中蒸发吸收大量的热，使二次蒸汽G降温冷凝，制冷剂蒸汽在加热器4中冷凝释放大量的热，使脱硫废水升温；气态制冷剂HG经过气液分离器9后进入压缩机10，经压缩后压力和温度升高，之后进入加热器4放热冷凝为液态，使加热器4中脱硫废水A升温，液态制冷剂经储液器11、过滤器12和节流阀13后回到冷凝器5，在冷凝器5中吸热汽化，完成制冷剂循环。

另外，步骤2的二次蒸汽冷凝水进入冷凝水罐6后，不凝气体D 和冷凝水E分别通过真空泵7、冷凝水泵8泵出。加热器4采用多通道换热器，脱硫废水蒸发结晶所需热量不足部分采用低压蒸汽B补充，通过调节低压蒸汽的用量来调整脱硫废水不同的目标浓缩倍率。

实施例3

以某300MW燃煤发电机组为例。

该机组采用石灰石-石膏湿法脱硫，每小时排放脱硫废水10t。脱硫废水取自澄清器出水上清液，其总溶解性固体(TDS)为 41000mg/L。该脱硫废水零排放项目采用热法浓缩加旁路烟道蒸发技术。为有效防止蒸发浓缩过程中脱硫废水钙、镁离子导致的结垢问题，设定目标浓缩倍率为3倍，浓缩后的浓水去旁路烟道蒸发系统。冷凝器绝对压力为20kPa，脱硫废水初始温度为30℃，低压饱和蒸汽压力为120kPa，与之对应的蒸汽温度为104.8℃。加热器热负荷为4.8MW，冷凝器热负荷为4.3MW，若采用传统的单效蒸发技术，其低压蒸汽用量为7.7t/h；若采用三效蒸发技术，其低压蒸汽用量为2.7t/h。采用本专利技术，其低压蒸汽用量仅为1.0t/h，与单效蒸发技术相比，每小时可节约蒸汽6.7t/h；可最大限度地回收二次蒸汽以及低压蒸汽冷凝水的余热，提高能源利用效率。

实施例4

以某660MW燃煤发电机组为例。

该机组采用石灰石-石膏湿法脱硫，每小时排放脱硫废水20t。脱硫废水取自澄清器出水上清液，其总溶解性固体(TDS)为 39000mg/L。该脱硫废水零排放项目采用热法浓缩加旁路烟道蒸发技术。为有效防止蒸发浓缩过程中脱硫废水钙、镁离子导致的结垢问题，设定目标浓缩倍率为4倍，浓缩后的浓水去旁路烟道蒸发系统。冷凝器绝对压力为20kPa，脱硫废水初始温度为30℃，低压饱和蒸汽压力为120kPa，与之对应的蒸汽温度为104.8℃。加热器热负荷为 10.7MW，冷凝器热负荷为9.7MW，若采用传统的单效蒸发技术，其低压蒸汽用量为17.2t/h；若采用三效蒸发技术，其低压蒸汽用量为 6.0t/h。采用本专利技术，其低压蒸汽用量仅为2.1t/h，与单效蒸发技术相比，每小时可节约蒸汽15.1t/h；可最大限度地回收二次蒸汽以及低压蒸汽冷凝水的余热，提高能源利用效率。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种新型的脱硫废水蒸发结晶设备，其特征在于，包括废水进料泵(1)、分离器(2)、强制循环泵(3)、加热器(4)、冷凝器(5)、冷凝水罐(6)、气液分离器(9)、压缩机(10)、储液器(11)、过滤器(12)、节流阀(13)、蒸汽冷凝水余热回收器(14)，所述废水进料泵(1)输出端连接分离器(2)第一废水输入端，所述分离器(2)的废水输出端通过强制循环泵(3)连接加热器(4)废水输入端，所述加热器(4)的废水输出端连接分离器(2)的第二废水输入端，所述分离器(2)的气相输出端连接冷凝器(5)气相输入端，所述冷凝器(5)液相输出端连接冷凝水罐(6)；

所述冷凝器(5)的制冷剂气相输出端连接蒸汽冷凝水余热回收器(14)，所述蒸汽冷凝水余热回收器(14)、气液分离器(9)、压缩机(10)依次连接，所述压缩机(10)输出端连接所述加热器(4)的制冷剂气相输入端，所述加热器(4)的制冷剂液相输出端依次通过储液器(11)、过滤器(12)、节流阀(13)连接所述冷凝器(5)的制冷剂液相输入端。

2.根据权利要求1所述新型的脱硫废水蒸发结晶设备，其特征在于，所述加热器(4)还连接蒸汽冷凝水余热回收器(14)。

3.根据权利要求1所述新型的脱硫废水蒸发结晶设备，其特征在于，所述加热器(4)还设置低压蒸汽补充端，所述低压蒸汽补充端连接低压蒸汽设备输出端。

4.根据权利要求1所述新型的脱硫废水蒸发结晶设备，其特征在于，所述冷凝水罐(6)输出端连接真空泵(7)、冷凝水泵(8)。

5.根据权利要求1所述新型的脱硫废水蒸发结晶设备，其特征在于，所述加热器(4)采用列管式换热器，所述加热器(4)的换热管材质采用2205、2507钢材。

6.根据权利要求1所述新型的脱硫废水蒸发结晶设备，其特征在于，所述冷凝器(5)采用列管式换热器，所述蒸汽冷凝水余热回收器(14)采用板式换热器，所述冷凝器(5)、蒸汽冷凝水余热回收器(14)的换热管材质均采用304、316不锈钢。

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