CN217312721U - 低温烟气浓缩脱硫废水工艺控制氯元素迁移装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种低温烟气浓缩脱硫废水工艺控制氯元素迁移装置，除尘器连接脱硫塔；脱硫塔连接石膏旋流器、废水缓冲箱；除尘器还连接旁路烟气浓缩塔，旁路烟气浓缩塔顶部的旁路烟气浓缩塔出口烟道上设高效除雾器、烟气清洗段；旁路烟气浓缩塔出口烟道末端连通脱硫塔；烟气清洗段与水箱形成循环回路，水箱、高效除雾器的除雾器捕集水分出口分别连接废水缓冲箱；旁路烟气浓缩塔上设有旁路烟气浓缩塔浆液循环管道，底部连接浓缩浆液箱。本实用新型通过控制抽取烟气量、对旁路烟气浓缩塔进水进行调质、浓缩塔烟气出口加装除雾器和烟气清洗段等多重手段，实现对蒸发浓缩脱硫废水过程中氯元素迁移的有效控制。

Description

低温烟气浓缩脱硫废水工艺控制氯元素迁移装置

技术领域

本实用新型具体涉及一种低温烟气浓缩脱硫废水工艺控制氯元素迁移装置，对旁路烟气浓缩塔氯化氢挥发和液滴携带氯具有良好的控制效果。

背景技术

燃煤电厂石灰石-石膏湿法脱硫(WFGD)工艺技术成熟，脱硫效率高，应用广泛，但该系统在运行过程中会产生脱硫废水，脱硫废水具有腐蚀性、高盐、含有重金属等特性，成分复杂，是燃煤电厂最难处理的废水之一。同时由于脱硫废水的量极大，直接处理费时费力，处理难度大。因此目前脱硫废水零排放的经典路线是预处理→浓缩减量→转移/固化，经过浓缩后的脱硫废水量大大减少，后续处理量减少，可降低转移/固化成本。

利用旁路烟气浓缩塔对脱硫废水进行浓缩，优点在于：一是对进水要求较低，对水质的变化具有较强的适应性，二是充分利用了电厂末端废热，热利用效率提高，三是浓缩倍率灵活可控，无需引入新的工艺水，减小了系统水耗，运行更加可靠。

但低温烟气浓缩脱硫废水工艺也存在着一定的问题，由于脱硫废水呈强酸性，在系统运行过程中浆液pH可达1以下，同时浓缩浆液中含有大量的氯离子，低温烟气与喷射出的浆液逆流接触换热传质，同时在盐效应的影响下，氯离子会以氯化氢气体的形式挥发至烟气中，低温烟气与浆液接触过程会将少量液滴携带出来，通过液相携带的方式也会将氯离子携带出旁路烟气浓缩塔。

氯化氢气体和液相携带的氯离子随着烟气进入后续设备，会对后续设备造成一定的不良影响。一是酸性氯化氢气体会对烟道造成露点腐蚀，二是携带出的氯会随烟气重新进入脱硫塔中，将加快脱硫塔浆液中氯离子的富集速度，缩短了脱硫浆液的更新周期，增加脱硫废水外排量，增大废水处理成本。

目前没有针对低温烟气浓缩脱硫废水工艺中氯挥发问题的研究，但对燃煤烟气中的氯脱除有部分研究。专利号为CN111530259A公布了一种火力发电厂烟气脱氯控制系统及方法，该方法将氯离子浓度在线检测仪和雾化喷嘴设置在烟气除尘器前的烟道内，喷嘴单元通过溶液泵与NaOH溶液箱相连，根据氯离子浓度在线监测仪测得的烟气中氯离子浓度通过PLC控制NaOH溶液的喷入量，用NaOH这种碱性药剂吸收反应烟气中的氯离子。该专利主要创新在于其PLC控制系统，NaOH溶液的配置、NaOH溶液的喷入量及各种阀门的开闭等均由PLC 系统自动控制。但使用NaOH溶液对烟气中氯离子进行吸收反应的方法对实际工程应用没有指导价值，其一是因为烟气中氯离子含量巨大，需消耗大量NaOH吸收溶液，运行成本极高；其二是燃煤烟气成分过于复杂，NaOH溶液对烟气进行吸收后若未能被完全蒸干，该吸收液仍需进行后续处理且处理难度较大，若NaOH吸收液被完全蒸干，蒸干产物则为NaCl等盐分和未反应的NaOH，这些固体产物随烟气进入除尘器被捕集混入粉煤灰中，对粉煤灰的综合利用产生了一定影响。

根据基础理论和实验研究，液相携带氯占蒸发浓缩过程氯挥发总量的70％以上，甚至达到95％以上，液相携带氯是氯迁移的主要方式。其中影响蒸发浓缩过程中氯化氢气体挥发的主要影响因素为温度、废水pH，影响液相携带的主要因素为烟气量、温度，其他影响氯迁移的因素还有废水的浓缩倍率等。因此控制低温烟气蒸发浓缩脱硫废水工艺中旁路烟气浓缩塔的氯迁移，需从上述影响因素入手。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型提供一种低温烟气浓缩脱硫废水工艺控制氯元素迁移装置。具体的技术方案为：

低温烟气浓缩脱硫废水工艺控制氯元素迁移装置，除尘器通过除尘器与脱硫塔间烟道连接脱硫塔；脱硫塔通过脱硫浆液泵连接石膏旋流器，石膏旋流器废水出口连接废水缓冲箱；

除尘器还通过旁路烟气浓缩塔增压风机连接旁路烟气浓缩塔，旁路烟气浓缩塔顶部的旁路烟气浓缩塔出口烟道上依次设有工业温度计、高效除雾器、烟气清洗段；旁路烟气浓缩塔出口烟道末端连通除尘器与脱硫塔间烟道；烟气清洗段通过循环泵与水箱形成循环回路，水箱上还设有第一工业在线pH计，水箱、高效除雾器的除雾器捕集水分出口分别连接废水缓冲箱；

旁路烟气浓缩塔上设有旁路烟气浓缩塔浆液循环管道，旁路烟气浓缩塔浆液循环管道上安装有旁路烟气浓缩塔浆液循环泵和第一工业在线TDS计或第一氯离子在线监测仪器；

旁路烟气浓缩塔底部的旁路烟气浓缩塔排浆阀门连接浓缩浆液箱；

废水缓冲箱设有碱性药剂加药器；废水缓冲箱通过旁路烟气浓缩塔废水进水管道连接旁路烟气浓缩塔；旁路烟气浓缩塔废水进水管道上设有第二工业在线pH计和第二工业在线TDS 计或第二氯离子在线监测仪器。

本实用新型基于传质理论、盐效应特性和实验探究结果实现低温烟气旁路烟气浓缩塔浓缩减量脱硫废水过程中氯元素迁移的控制。

在旁路烟气浓缩塔进水管道加装工业在线pH计，实时监测进水pH，以此控制碱性药剂的加药量；在旁路烟气浓缩塔出口烟道加装工业温度计，实时监测出口烟气温度，若出口烟气温度大于60℃则需降低引风机功率，减小烟气抽取量。

在旁路烟气浓缩塔进水管道和浓缩塔浆液循环管道加装工业在线TDS计或氯离子在线监测仪器，以浓缩塔浆液循环管道的TDS值或氯离子浓度与旁路烟气浓缩塔进水管道的TDS 值或氯离子浓度的比值表示浓缩浆液的浓缩倍率，控制旁路烟气浓缩塔内浓缩浆液的浓缩倍率为3-4倍；当浓缩倍率高于4倍时，打开排浆阀门进行排浆。

在旁路烟气浓缩塔出口烟道增设高效除雾器，除雾器捕集液滴返回废水缓冲箱。

在旁路烟气浓缩塔出口烟道除雾器后增设烟气清洗段，布置一层雾化喷嘴，工艺冲洗水返回废水缓冲箱；增设的烟气清洗段，增设一个水箱，在烟道中设置一个喷淋层，由循环泵将电厂工艺水泵送至喷淋层，喷淋下的工艺水吸收烟气中的氯化氢气体；烟气清洗段，在工艺水箱中加装工业在线pH计，当清洗水的pH<2时，打开工艺水箱阀门将清洗水排放至废水缓冲箱。

烟气清洗段中，喷淋层的雾化喷嘴使用标准角度空心锥型喷嘴。

利用上述低温烟气浓缩脱硫废水工艺控制氯元素迁移装置的迁移方法，包括以下步骤：

S1、燃煤电厂烟气经除尘器，主路烟气经除尘器与脱硫塔间烟道进入脱硫塔；增压风机 4抽取主路部分烟气进入旁路烟气浓缩塔，后经旁路烟气浓缩塔出口烟道并入除尘器与脱硫塔间烟道，随主路烟气进入脱硫塔；

S2、脱硫塔中脱硫浆液由脱硫浆液泵泵送至石膏旋流器，分离石膏后的脱硫废水进入废水缓冲箱，后经旁路烟气浓缩塔废水进水管道进入旁路烟气浓缩塔；

S3、旁路烟气浓缩塔中的浆液用旁路烟气浓缩塔浆液循环泵送至喷淋层进行喷淋浓缩，当达到排浆条件时打开旁路烟气浓缩塔排浆阀门，浓缩浆液被排放至浓缩浆液箱进行后续处理；

S4、碱性药剂(氢氧化钠或氢氧化钾等)经碱性药剂加药器加入废水缓冲箱，对脱硫废水进行调质；在旁路烟气浓缩塔废水进水管道装置第二工业在线pH计，实时监测浓缩塔进水pH，并以此控制碱性药剂的加药量；

S5、在旁路烟气浓缩塔废水进水管道装置第二工业在线TDS计或第二氯离子在线监测仪器，在旁路烟气浓缩塔浆液循环管道装置第一工业在线TDS计或第一氯离子在线监测仪器，以二者测量结果比值作为浓缩浆液的浓缩倍率，当该比值大于4时，打开旁路烟气浓缩塔排浆阀门进行排浆；

S6、在旁路烟气浓缩塔出口烟道前段装置工业温度计，实时监测出口烟气温度，若工业温度计示数大于60℃则需降低旁路烟气浓缩塔增压风机的功率，减小抽取烟气量；

S7、在旁路烟气浓缩塔出口烟道中段装置高效除雾器，除雾器捕集水分从除雾器捕集水分出口返回废水缓冲箱；

S8、在旁路烟气浓缩塔出口烟道后段装置烟气清洗段，烟气清洗段设置一层喷淋，雾化喷嘴使用标准角度空心锥型喷嘴，清洗水来自水箱，由循环泵泵送至喷淋层；

S9、水箱上加装第一工业在线pH计实时监测循环工艺水pH，当该pH值<2时，排放冲洗水至废水缓冲箱。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型提出了一种脱硫废水旁路烟气浓缩塔氯元素迁移的控制方法和装置，结合理论基础和实验研究结果，对低温烟气浓缩脱硫废水工艺的运行进一步优化，提出关键控制参数，有效控制了旁路烟气浓缩塔氯元素的迁移。本实用新型是多种技术手段的综合运用，效果显著，结构简单，有效降低了采用低温烟气旁路浓缩技术带来的额外运行成本，并具有良好的环境和社会效益。

附图说明

图1为本实用新型所述低温烟气浓缩脱硫废水工艺控制氯元素迁移的方法和装置流程图；

图2为本实用新型所述低温烟气浓缩脱硫废水工艺控制氯元素迁移的控制逻辑图；

图3为温度对氯挥发量的影响；

图4为pH对氯挥发率的影响。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步详细描述，具体工艺如下：

如图1和图2所示，低温烟气浓缩脱硫废水工艺控制氯元素迁移装置，除尘器1通过除尘器与脱硫塔间烟道2连接脱硫塔3；脱硫塔3通过脱硫浆液泵7连接石膏旋流器8，石膏旋流器8废水出口连接废水缓冲箱9；

除尘器1还通过旁路烟气浓缩塔增压风机4连接旁路烟气浓缩塔5，旁路烟气浓缩塔5 顶部的旁路烟气浓缩塔出口烟道6上依次设有工业温度计17、高效除雾器18、烟气清洗段 20；旁路烟气浓缩塔出口烟道6末端连通除尘器与脱硫塔间烟道2；烟气清洗段20通过循环泵22与水箱21形成循环回路，水箱21上还设有第一工业在线pH计23，水箱21、高效除雾器18的除雾器捕集水分出口19分别连接废水缓冲箱9；

旁路烟气浓缩塔5上设有旁路烟气浓缩塔浆液循环管道15，旁路烟气浓缩塔浆液循环管道15上安装有旁路烟气浓缩塔浆液循环泵14和第一工业在线TDS计或第一氯离子在线监测仪器16；

旁路烟气浓缩塔5底部的旁路烟气浓缩塔排浆阀门24连接浓缩浆液箱25；

废水缓冲箱9设有碱性药剂加药器10；废水缓冲箱9通过旁路烟气浓缩塔废水进水管道 11连接旁路烟气浓缩塔5；旁路烟气浓缩塔废水进水管道11上设有第二工业在线pH计12 和第二工业在线TDS计或第二氯离子在线监测仪器13。

该设备的运行方法为：

S1、燃煤电厂烟气经除尘器1，主路烟气经除尘器与脱硫塔间烟道2进入脱硫塔3；增压风机4抽取主路部分烟气进入旁路烟气浓缩塔5，后经旁路烟气浓缩塔出口烟道6并入除尘器与脱硫塔间烟道2，随主路烟气进入脱硫塔3；

S2、脱硫塔3中脱硫浆液由脱硫浆液泵7泵送至石膏旋流器8，分离石膏后的脱硫废水进入废水缓冲箱9，后经旁路烟气浓缩塔废水进水管道11进入旁路烟气浓缩塔5；

S3、旁路烟气浓缩塔5中的浆液用旁路烟气浓缩塔浆液循环泵14送至喷淋层进行喷淋浓缩，当达到排浆条件时打开旁路烟气浓缩塔排浆阀门24，浓缩浆液被排放至浓缩浆液箱25 进行后续处理；

S4、碱性药剂，比如氢氧化钠或氢氧化钾等，经碱性药剂加药器10加入废水缓冲箱9，对脱硫废水进行调质；在旁路烟气浓缩塔废水进水管道11装置第二工业在线pH计12，实时监测浓缩塔进水pH，并以此控制碱性药剂的加药量；

S5、在旁路烟气浓缩塔废水进水管道11装置第二工业在线TDS计或第二氯离子在线监测仪器13，在旁路烟气浓缩塔浆液循环管道15装置第一工业在线TDS计或第一氯离子在线监测仪器16，以二者测量结果比值作为浓缩浆液的浓缩倍率，当该比值大于4时，打开旁路烟气浓缩塔排浆阀门24进行排浆；

S6、在旁路烟气浓缩塔出口烟道6前段装置工业温度计17，实时监测出口烟气温度，若工业温度计17示数大于60℃，则需降低旁路烟气浓缩塔增压风机4的功率，减小抽取烟气量；

S7、在旁路烟气浓缩塔出口烟道6中段装置高效除雾器18，除雾器捕集水分从除雾器捕集水分出口19返回废水缓冲箱9；

S8、在旁路烟气浓缩塔出口烟道6后段装置烟气清洗段20，烟气清洗段设置一层喷淋，雾化喷嘴使用标准角度空心锥型喷嘴，清洗水来自水箱21，由循环泵22泵送至喷淋层；

S9、水箱21上加装第一工业在线pH计23实时监测循环工艺水pH，当该pH值<2时，排放冲洗水至废水缓冲箱9。

根据基础理论和实验研究，在脱硫废水蒸发浓缩过程中影响氯化氢气体挥发的主要因素为温度和pH。低温烟气浓缩脱硫废水工艺抽取电除尘器后100℃左右烟气对脱硫废水进行浓缩减量，烟气温度随锅炉负荷等因素不定，因此烟气的蒸发能力需通过改变引风机功率来加以调节和控制；抽取烟气量越多，烟气的蒸发能力越强，旁路烟气浓缩塔出口烟气温度越高，烟气与废水气液两相间的传质系数越大，氯化氢气体的相对挥发度越大。温度对氯挥发量的影响如图3所示，随着温度的升高，气相、液相的氯挥发量呈现较稳定的上升趋势，温度越高溶液的蒸发量越大，携带出的氯也越多。

因此可根据浓缩塔出口烟气温度对氯化氢气体的挥发加以控制，若出口烟气温度大于 60℃，则应降低引风机功率减少烟气抽取量，从而减小氯化氢气体的挥发。因此在旁路烟气浓缩塔出口烟道加装工业温度计，实时监测出口烟气温度，若出口烟气温度大于60℃则需降低引风机功率，减小抽取烟气量。

蒸发浓缩过程氯化氢气体的挥发也与pH有关。pH对蒸发浓缩过程氯挥发率的影响如图 4所示，pH小于2时，氯化氢气体挥发量极高，且随着pH的增加其挥发率急剧下降，pH降低至2时氯化氢气体的挥发也降低至较低水平；pH大于2时，随着pH的升高氯化氢气体的挥发率也逐渐降低，降速较缓慢。氢氧化钙、氢氧化镁这种较便宜的碱性药剂中的钙离子和镁离子溶于废水中会促进氯化氢气体的挥发，所以应使用氢氧化钠或氢氧化钾等碱性药剂对废水进行调质。出于经济性考虑，将浓缩塔进水pH调质至2以上，降低氯化氢气体的挥发水平。因此在旁路烟气浓缩塔进水管道加装工业在线pH计，实时监测进水pH，并以此控制碱性药剂的加药量。

根据正交试验研究，在脱硫废水蒸发浓缩过程中影响液相携带氯的主要因素为烟气速度。烟气速度越大，烟气携带液滴的能力越强，由液相携带方式迁移的氯就越多。因此应在保证烟气蒸发能力的基础上降低烟气的速度，降低烟气对液滴的携带能力，从而控制氯的液相携带。但由于浓缩塔尺寸恒定，因此旁路烟气浓缩塔内烟气速度的大小取决于抽取烟气量的大小，无法直观监视和控制，仍通过出口烟气温度的大小加以控制即可。

此外，浓缩倍率也是影响旁路烟气浓缩塔氯迁移的一个影响因素。根据实验研究，浓缩塔中浆液的浓缩倍率在3～4时，气相氯化氢气体的挥发和液相滴液携带氯的量均处于较低水平，考虑旁路烟气浓缩塔的功能和经济性，可将浆液的浓缩倍率控制在4倍左右。浓缩浆液的浓缩倍率通过TDS或氯离子浓缩反映。在旁路烟气浓缩塔进水管道和浓缩塔浆液循环管道加装工业在线TDS计或氯离子在线监测仪器，浓缩塔浆液循环管道的TDS值或氯离子浓度与旁路烟气浓缩塔进水管道的TDS值或氯离子浓度的比值即为浆液的浓缩倍率，当浓缩倍率大于4倍时，打开排浆阀门进行排浆。

旁路烟气浓缩塔中烟气与脱硫废水接触，烟气会携带出大量未蒸发的废水液滴，这些废水液滴中含有大量的氯，这部分氯随烟气流出浓缩塔，这是造成旁路烟气浓缩塔蒸发浓缩过程氯迁移的重要原因。因此需在旁路烟气浓缩塔出口烟道增设高效除雾器，捕集未蒸发的液滴和其中含有的氯，有效控制了蒸发浓缩过程中液相携带氯的问题。高效除雾器捕集水分返回废水缓冲箱，重新调质浓缩。

针对蒸发浓缩过程中挥发至烟气中的氯化氢气体，采取烟气清洗的方式除去。在旁路烟气浓缩塔出口烟道除雾器后增设清洗段，设置水箱，将电厂工艺水泵送至布置于烟道中的喷淋层，雾化喷嘴使用标准角度空心锥型喷嘴，喷淋下的工艺水与烟气接触吸收氯化氢气体，进一步阻止旁路烟气浓缩塔中的氯迁移至脱硫塔。冲洗后的工艺水返回工艺水箱，重新泵送至喷淋层进行循环冲洗，在工艺水箱中装置工业在线pH计，当冲洗水pH<2时，打开工艺水箱排水阀门将水排放至废水缓冲箱，重新调质浓缩。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (2)

1.低温烟气浓缩脱硫废水工艺控制氯元素迁移装置，其特征在于，除尘器(1)通过除尘器与脱硫塔间烟道(2)连接脱硫塔(3)；脱硫塔(3)通过脱硫浆液泵(7)连接石膏旋流器(8)，石膏旋流器(8)废水出口连接废水缓冲箱(9)；

除尘器(1)还通过旁路烟气浓缩塔增压风机(4)连接旁路烟气浓缩塔(5)，旁路烟气浓缩塔(5)顶部的旁路烟气浓缩塔出口烟道(6)上依次设有工业温度计(17)、高效除雾器(18)、烟气清洗段(20)；旁路烟气浓缩塔出口烟道(6)末端连通除尘器与脱硫塔间烟道(2)；烟气清洗段(20)通过循环泵(22)与水箱(21)形成循环回路，水箱(21)上还设有第一工业在线pH计(23)，水箱(21)、高效除雾器(18)的除雾器捕集水分出口(19)分别连接废水缓冲箱(9)；

旁路烟气浓缩塔(5)上设有旁路烟气浓缩塔浆液循环管道(15)，旁路烟气浓缩塔浆液循环管道(15)上安装有旁路烟气浓缩塔浆液循环泵(14)和第一工业在线TDS计或第一氯离子在线监测仪器(16)；

旁路烟气浓缩塔(5)底部的旁路烟气浓缩塔排浆阀门(24)连接浓缩浆液箱(25)；

废水缓冲箱(9)设有碱性药剂加药器(10)。

2.根据权利要求1所述的低温烟气浓缩脱硫废水工艺控制氯元素迁移装置，其特征在于，所述的废水缓冲箱(9)通过旁路烟气浓缩塔废水进水管道(11)连接旁路烟气浓缩塔(5)；旁路烟气浓缩塔废水进水管道(11)上设有第二工业在线pH计(12)和第二工业在线TDS计或第二氯离子在线监测仪器(13)。

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