CN104995139A - 用于发电厂和其它工业来源的废水处理*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于处理热电厂、其它工业工厂和/或其它工业来源处产生的废水的方法、***和/或设备。所述废水被引导穿过包括直接接触绝热浓缩***的废水浓缩器。热进料气体流被引导穿过所述废水浓缩器。所述废水浓缩器将所述热进料气体与所述废水直接混合并且从所述废水蒸发水蒸气。所述废水浓缩器从剩余浓缩废水分离所述水蒸气。内含式空气-水界面液体蒸发器可以被布置成在由所述废水浓缩器处理之前对所述废水进行预处理。

Description

用于发电厂和其它工业来源的废水处理***
技术领域
本发明一般涉及用于处理热电厂、其它工业工厂和/或其它工业来源中产生的废水的方法、***和/或设备。
背景技术
包括燃烃发电厂诸如煤、油和/或天然气燃烧的发电厂的热电厂和核发电厂以及其它重工业过程使用大量水以用于进行各种工艺并且提供辅助功能。通常，水是从周围环境诸如附近的溪流或湖泊抽取，并且水最终返回到溪流或湖泊中。
问题是水往往会被化学品和/或来自工业过程的其它废弃产物污染，从而形成废水。因此，经常需要在将废水返回到环境中之前处理这种废水以去除污染物的一些或全部。
燃烃热电厂中经常产生的废水的一个特定来源是烟道气脱硫(“FGD”)清洗用水，或“排污水”。FGD清洗用水是含硫的废水或浆料和/或从烟道气(即，来自锅炉或其它烃燃料燃烧过程的排气)流去除的其它化学品。FGD清洗用水是烟道气脱硫***的副产物，其中硫和其它污染物通常在称为吸收器的部件中从烟道气流去除。在吸收器中，硫和/或其它污染物通常通过用携带各种化学品的基于水的浆料对烟道气流喷雾来从烟道气去除，化学品被设计成帮助从气体去除硫和/或其它污染物。浆料在被喷雾到烟道气流中之后收集，并且典型地通过吸收器再循环多次。FGD清洗用水是随着浆料中的硫和/或其它污染物的堆积的增加而从浆料抽出的，例如以在某一预选择的范围内或在某一预选择的上限下维持浆料中的总溶解固体(“TDS”)的废水流。
发电厂和其它工业工厂中经常产生的废水的另一个来源是冷却塔清洗用水，或“排污水”。与FGD清洗用水类似，冷却塔清洗用水是含有溶解固体的废水，该废水从用于冷却排气的供水抽出，通常以在某一预选择的范围或限制之内或之下维持冷却水中的TDS。
发电厂中经常产生的废水的另外的来源是工业水，工业水用于冷却除主冷凝器之外电厂厂房或其它地方中的各种热交换器或冷却器。正如FGD清洗用水和冷却塔清洗用水，工业水通常累积溶解固体，溶解固体的水平通常需要进行控制。
工业水、FGD清洗用水和冷却塔清洗用水通常需要被处理来在返回到环境中或在工业工厂内再循环以供进一步使用之前去除溶解固体的一些或全部。
发明内容
根据一些方面，公开了用于在将水返回到周围环境或将水再循环以供发电厂后续使用之前用废水浓缩器处理热电厂处的废水的一种或多种方法、***和/设备，废水浓缩器包括直接接触绝热浓缩***。方法、***和设备可以应用于产生含有硫或其它酸性气体排气流的其它过程，例如石油精炼厂和/或天然气加工厂。
根据其它方面，公开了用于以多阶段处理***处理废水的一种或多种方法、***和/设备，其中第一阶段包括操作性地设置在含废水的蓄水池中的液体蒸发器，并且第二阶段包括操作性地连接至蓄水池以从蓄水池接收废水的废水浓缩器。多阶段处理***可以用作用于处理热电厂处的废水的***的一部分，但不限于在热电厂中使用。
根据一个示例性方面，用于热电厂的废水处理***包括热电厂中产生的废水流，该废水流被引导穿过实施直接接触绝热废水浓缩器***的废水浓缩器。热进料气体流同时被引导穿过废水浓缩器。废水浓缩器将热进料气体和废水直接混合，并且从废水蒸发水以形成水蒸气和浓缩废水。废水浓缩器将水蒸气从浓缩废水分离。废水浓缩器排放排气，包括水蒸气和一些或全部进料气体。排气可以排放至大气或另一部件以供进一步处理、回收或使用。其余浓缩废水或排出盐水可以再循环穿过废水浓缩器以用于进一步浓缩和/或引导用于进一步处理、回收和/或处置。
根据另一个示例性方法，公开了一种用实施直接接触绝热废水浓缩器***的废水浓缩器处理来自热电厂的废水的方法。发电厂包括废水源和热进料气体源。该方法包括以下步骤：将热进料气体流接收到废水浓缩器中，通过导管将包括废水的进料废水从热电厂接收到废水浓缩器中，将热进料气体与进料废水在废水浓缩器中直接混合以将水蒸气从进料废水蒸发，在废水浓缩器中将水蒸气与进料废水分离以形成浓缩排出盐水和排气，并且将排气从废水浓缩器排放。
根据另外的示例性方面，热电厂包括热电发电机，诸如用于产生蒸汽以使操作性地连接至发电机的涡轮机旋转以用于产生电的锅炉和/或燃气涡轮机，具有直接接触绝热废水浓缩器***的废水浓缩器，操作性地连接至废水浓缩器以将进料废水供应至废水浓缩器的废水源以及操作性地连接至废水浓缩器以将热进料气体供应至废水浓缩器的热进料气体源。废水浓缩器将热进料气体与进料废水直接混合，从进料废水蒸发水蒸气，将水蒸气从进料废水分离，从而形成排出盐水和排气，将排气排放至大气和/或另一处理部件，并且提供与排气分离的排出盐水以供进一步处理和/或处置。
进一步根据前述示例性方面中的任一个或多个，用于处理发电厂废水的***、设备和/或方法和/或多阶段废水处理***还任选地可以包括以下优选形式的任一种或多种。
在一些优选形式中，废水包括来自发电厂的清洗用水、工业水、渗滤液和/或贮水库水。清洗用水可以包括来自烟道气脱硫***的烟道气脱硫清洗用水和/或来自冷却塔的清洗用水。
在一些优选形式中，热电厂包括具有用于产生蒸汽的燃烃的燃烧加热器的锅炉、来自燃烧加热器的第一烟道气流以及烟道气脱硫***。烟道气脱硫***可以操作性地连接至来自燃烧加热器的第一烟道气流。烟道气脱硫***可以被布置成诸如用吸收器从烟道气去除硫和/或其它污染物，并且产生烟道气脱硫清洗用水。燃烧加热器可以是燃烃的，例如用煤、油和/或天然气燃烧。废水浓缩器可以操作性地连接至烟道气脱硫***以接收包括烟道气脱硫清洗用水的进料废水。在一些形式中，热电厂包括其它类型的热电发电机诸如燃气涡轮机。燃气涡轮机可以例如单独用作主要发电设备和/或结合其它类型的热电发电机用作调峰或备用发电设备。
在一些形式中，热电厂包括冷却塔。冷却塔产生冷却塔清洗用水。废水浓缩器可以操作性地连接至冷却塔以接收包括冷却塔清洗用水的进料废水。
在一些形式中，热电厂产生工业水。废水浓缩器可以操作性地连接至工业水源以接收包括工业水的进料废水以用于浓缩。
在一些形式中，废水浓缩器可以与发电厂渗滤液源操作性地连接在一起，以使得发电厂渗滤液被供应至废水浓缩器以用于浓缩。
在一些优选形式中，废水浓缩器可以与贮水库操作性地连接在一起，以使得来自贮水库的水供应至废水浓缩器以用于浓缩。
在一些优选形式中，热进料气体包括热排气或来自发电厂内的一个或多个其它工序的其它废热。热进料气体可以抽自以下各项：第一烟道气流诸如滑流、燃烧加热器的燃烧空气预热器的热空气和/或包括其它热气体流。热进料气体可以从温度处在约150℉与约800℉之间的温度的第一流引出。滑流可以在第一流穿过为燃烧器预加热燃烧空气的燃烧空气预热器之后从第一流抽取。滑流可以在第一流到达烟道气脱硫***之前从第一流抽取。燃烧加热器可以包括煤燃烧锅炉、内燃机、涡轮机组以及其它燃烧装置中的任一个或多个。锅炉可以包括用于为发电机的涡轮机产生进料蒸汽的锅炉。
在一些优选形式中，热进料气体从由燃烧空气预热器产生的热空气抽取。来自燃烧空气预热器的热空气任选地还可以在被提供为热进料气体之前例如用火炬或燃烧器进行加热。
在一些优选形式中，热进料气体通过火炬或燃烧器直接加热。火炬或燃烧器可以专用于加热有待提供至废水浓缩器的热进料气体。
在一些优选形式中，热进料气体从备用发电设备诸如备用燃气涡轮机或其它调峰发电装置抽取。
在一些优选形式中，热进料气体从包括本文描述的任一个或多个来源的多个不同的热空气源抽取。
在一些优选形式中，废水浓缩器包括将废水直接混合并蒸发成热排气的装置如文丘里管蒸发装置或通流管蒸发。废水浓缩器可以包括叉流式气-液分离器、气旋式气-液分离器或湿式静电除尘器中的任一个或任何组合。废水浓缩器可以永久地安装在发电厂中。废水浓缩器可以是便携式的并且暂时地安装在发电厂中。
在形成多阶段废水处理***的一些优选形式中，废水可以在第一阶段通过另外的废水处理***进行预处理，之后在第二阶段中提供作为进料废水在废水浓缩器中进行处理。预处理可以包括操作性地设置在含废水的蓄水池中以在将废水提供至废水浓缩器之前从废水蒸发至少一些水的液体蒸发器。蓄水池可以诸如通过一个或多个供应导管从发电厂接收废水。蓄水池可以通过一个或多个另外的排出导管操作性地连接至废水浓缩器。废水可以从发电厂内的一个或多个工序通过供应导管流动到蓄水池中。废水可以通过排出导管从蓄水池流动至废水浓缩器。液体蒸发器优选地连接至强制空气源，并且诸如通过在大量废水中形成气泡将不连续的气相与连续的废水相在部分封闭容器内有力地混合。强制空气可以例如通过发电厂内的废热源诸如烟道气或其它废热源来加热。液体蒸发器可以对废水进行预处理以将比简单地将来自发电厂内的各种工序的废水直接用作进料废水更为浓缩的进料废水提供至废水浓缩器。在第一阶段使用的液体蒸发器与第二阶段的用于废水浓缩器的预处理进料废水的组合可以在除了作为实例的热电厂之外的其它使用环境中实施。
在一些优选形式中，由废水浓缩器产生的浓缩排出盐水通过另外的处理***和/或方法来进行后处理。可以在后处理过程中将排出盐水脱水。在后处理过程中从排出盐水去除的液体可以再循环至废水浓缩器以进行再次处理。
在一些优选形式中，静电除尘器(ESP)、湿式静电除尘器(WESP)和/或过滤袋操作性地连接至第一烟道气流或烟道气滑流。ESP、WESP或过滤袋可以被布置成在烟道气进入废水浓缩器之前从烟道气去除飞灰和/或其它污染物。
在一些优选形式中，从废水浓缩器排放的排气被引导至一个或多个另外的排放控制***以在释放至大气之前进行进一步处理。来自废水浓缩器的排气可以在返回到电厂的排气流之前进行加热或预加热。排气可以用燃烧器、电加热器或其它热气体流中的任一个或任何组合加热或预加热。排气可以加热到酸-气冷凝温度之上。排气可以返回到烟道气脱硫***中。排气还可以或可替代地直接排放至大气，而不需进行进一步处理或再捕获。
在考虑以下详细描述和随附权利要求书之后，其它方面和形式将变得显而易见。
附图说明
图1是根据本公开的一些方面包括用于处理由电厂产生的废水的***的示例性燃烃热电厂的示意图；
图2是在图1的发电厂中可使用的用于处理电厂废水的示例性***的示意图；
图3是图2中具有所示的另外的任选特征的示例性***的示意图；
图4是可适用于图1至图3的***中的任一个的示例性废水浓缩器的部分剖开的立体图；
图5是根据本公开的教导包括操作性地设置在蓄水池内的液体蒸发器的预处理设备的截面图；
图6是根据本公开的教导包括操作性地设置在蓄水池内的另一个液体蒸发器的预处理设备的截面图；以及
图7是在蓄水池内可用作预处理设备的另一个液体蒸发器的侧视图。
具体实施方式
现转到附图，图1示出了用于处理热电厂12处的发电厂废水的示例性废水处理***10。***10包括废水浓缩器14。废水浓缩器14诸如通过导管16在第一入口17处操作性地连接至由热电厂12内的一个或多个工序产生的废水流。废水浓缩器14还诸如通过导管18在第二入口19处操作性地连接至热进料气体流。废水浓缩器14包括直接接触绝热浓缩***，其中废水浓缩器14将来自导管18的热进料气体流直接与来自导管16的废水流混合，并且从废水蒸发水，以形成水蒸气和浓缩废水。废水浓缩器14将水蒸气与来自进料废水的其余浓缩废水分离。废水浓缩器14诸如通过导管20从排放口22排放呈废蒸气流的包括水蒸气和现已冷却的进料气体的一些或全部的排气。排气可以排放至大气，排放至电厂排气***诸如通过烟道气排气烟囱40，或排放至用于后续处理、回收或使用的另一部件(未示出)。废水浓缩器14通过盐水排出口24将浓缩废水的排出盐水排出，盐水排出口24优选地操作性地与布置成将排出盐水运输离开废水浓缩器14的导管25连接在一起。导管25任选地将盐水排出口24操作性地连接至后处理***26以用于排出盐水的后续处理和/或处置。在一些布置中，盐水排出口24还可或可替代地操作性地连接至第一入口17或第三入口(未示出)以使排出盐水再循环穿过废水浓缩器14，以供进一步处理和浓缩。
在一个优选的布置中，***10导致热电厂12的零液体排出。在这个布置中，来自废水浓缩器14的排出盐水可以再循环穿过废水浓缩器14直到排出盐水达到TDS饱和水平或甚至是TDS超饱和水平。排出盐水之后可以通过后处理***26用一个或多个另外的脱水***，和/或其它水和/或固体去除***例如使用压缩型脱水***来进一步处理，直到所有或基本上所有的水都已从固体分离。由于水已从固体分离并且连续地返回到废水浓缩器中，这种操作模式实现了零液体排出(ZLD)，因为其余固体能够以任何所需的且适当的方式处置。
热电厂12可以是任何类型的发电厂，诸如核发电厂或燃烃发电厂。在附图中所示的示例性布置中，热电厂12是燃烃发电厂。热电厂12包括用于将锅炉进料水31加热成蒸汽33以使发电机涡轮机(未示出)旋转的诸如锅炉的一个或多个燃烧加热器30。锅炉30排出主要热烟道气流32，主要热烟道气流32依次穿过操作性地连接至锅炉30的节能器34、用于预加热锅炉燃烧进料气体的空气预热器36、用于将飞灰和二氧化硫从烟道气去除的烟道气脱硫***(“FGD”)38以及用于将烟道气排放至大气的烟道气排气烟囱40。锅炉30可以是煤燃烧的、气燃烧的和/或油燃烧的。
在一些任选的布置中，示例性FGD***38包括操作性地连接至空气预热器36的飞灰去除装置42，诸如纤维袋过滤器、静电除尘器(“ESP”)或湿式静电除尘器(“WESP”)；操作性地连接至飞灰去除装置42的湿式洗涤器44；以及操作性地连接至湿式洗涤器44，用于去除硫氧化物的吸收器46。如在本领域中能够容易地理解，诸如含有粉状石灰石的浆料的吸附剂浆料循环穿过吸收器46并且与烟道气混合，以将硫氧化物(SOx)和/或其它污染物从烟道气抽吸和沉淀出来。由于浆料再循环穿过吸收器，浆料中的TDS增加。为了将浆料维持在预选择的范围内或预选择的最大TDS浓度以下，将少量具有高TDS浓度的浆料从吸收器抽出，同时将具有低TDS浓度的新鲜的补充吸附剂浆料48提供到吸收器46中以维持正循环穿过吸收器46的浆料的所需TDS浓度。SOx沉淀的产物石膏49可以从吸收器46抽出，以供后续使用、销售或处置。
本文描述的热电厂12和FGD***38仅意图提供用于理解废水处理***10可以如何整合到热电厂12中以处理其中产生的废水的充分的示例性背景。应理解，热电厂12和FGD***38可以包括以本领域中很好理解的方式操作并且不是本申请的另外的主题的另外的和/或可替代的部件。
从吸收器46抽取的高TDS浓度浆料(称为烟道气脱硫(FGD)清洗用水，或“排污水”)通过一个或多个导管16操作性地引导至入口17，以作为进料废水供应至废水浓缩器14。热进料气体还通过一个或多个导管18供应至入口19，以用于在废水浓缩器14内与进料废水直接混合。优选地，将热进料气体和进料废水两者连续地且同时地供应至废水浓缩器14，以促进连续的直接混合和蒸发。
在任选的多阶段***中，FGD清洗用水任选地在进入废水浓缩器14之前经历一些预处理。例如，导管16任选地将吸收器46和一件预处理设备50操作性地连接在一起，以将FGD清洗用水传送至预处理设备50，从而形成第一阶段。导管16将预处理设备50和入口17操作性地连接在一起，以在预处理设备50中处理之后将进料废水传送至废水浓缩器14，从而形成第二阶段。预处理设备50可以是与废水浓缩器14中的进料废水的最终处理不相容的任何类型的预处理***。在其它布置中，进料废水未被预热，在这种情况下，预处理设备50被省略，并且导管16直接连接至废水浓缩器14。
在一些任选的布置中，冷却塔清洗用水另外或可替代地从来自冷却塔52的冷却水抽取，并且以进料废水供应至废水浓缩器14。例如，导管54通过与导管16操作性地连接或直接连接至入口17而将冷却塔52操作性地连接至入口17。导管54任选地操作性地连接至预处理设备50，以在冷却塔清洗用水作为进料废水的一部分供应至废水浓缩器14之前将冷却塔清洗用水引导至预处理设备50并且穿过预处理设备50。
在一些任选的布置中，来自其它各种工序和设备的工业水另外或可替代地以进料废水供应至废水浓缩器14。例如，导管56将通常以57示出的电厂内的各种位置和/或其它设备处收集的工业水操作性地连接至废水浓缩器14。导管56任选地操作性地连接至导管16，预处理设备50以在进入废水浓缩器14之前对工业水进行预处理；和/或直接连接至进入入口17的进料废水。因此，来自整个电厂的工业水可以另外或可替代地以类似的方式供应至废水浓缩器14。在另一个实例中，热电厂12可以产生发电厂渗滤液，诸如来自诸如填埋区域的废料处置区域的渗滤液或径流，其中固体或半固体废弃产物诸如石膏、飞灰和/或其它废弃产物被保留下来。在这种情况下，废水浓缩器14在一些布置中可以与发电厂渗滤液源操作性地连接在一起，以使得发电厂渗滤液供应至废水浓缩器14以供处理。在另外的实例中，热电厂可以包括用于混合的水和废弃材料的一个或多个贮水库，诸如贮水池、蒸发池、沉降池或敞顶沉降槽，它们保持可以包括各种废弃材料的水。在这种情况下，废水浓缩器14可以与贮水库操作性地连接，以使得来自贮水库的水供应至废水浓缩器14以供处理。发电厂渗滤液源和贮水库也可以示意性地以57标识。因此，应理解，供应至废水浓缩器14的进料废水可以包括本文描述的示例性废水源的任一个或多个，和/或可以包括发电厂处可能产生或发现的其它类型的废水。
热进料气体在一些任选的布置中用来自发电厂12中的其它过程的废热和/或通过专用加热***来加热。在图1中所示的示例性布置中，热进料气体用从主要烟道气流32诸如沿导管18转移出来的烟道气的滑流直接地或间接地加热。滑流可以沿主流32从一个或多个不同的位置引出。在示例性布置中，导管18操作性地连接至主流32以抽出节能器34与空气预热器36之间的热烟道气。然而，导管18还可以或可替代地操作性地连接至主流32，以抽出锅炉30与节能器34之间、空气预热器36与飞灰去除装置42之间、飞灰去除装置42与湿式洗涤器44之间和/或湿式洗涤器44与吸收器46之间的热烟道气。热进料气体可以具有在约150℉与约800℉之间的温度，这取决于滑流是否连接至主流32并且用于热气体的加热布置是直接的还是间接的。热烟道气可以直接提供到废水浓缩器14中，和/或可以用于诸如通过热交换器间接地加热洁净或更洁净的气体/空气。发电厂12内的废热的其它来源诸如来自火炬、燃烧器、蒸汽冷凝器以及发动机还可以或可替代地用于加热在入口19处供应至废水浓缩器14的热进料气体。在一个布置中，如在将燃烧空气预热器36与废水浓缩器14操作性地连接的任选的导管18"处所示，热进料气体从由燃烧空气预热器36产生的热空气抽取。来燃烧空气预热器36的热空气任选地可以在被提供为热进料气体之前例如用沿导管18"操作性地设置的火炬或燃烧器18a进一步加热。导管18"可以直接连接至入口19，或可以通过例如与导管18的一个连接来操作性地连接至入口19。另外或可替代地，热进料气体可以在被供应至入口19之前由火炬或燃烧器直接加热，火炬或燃烧器可以专用来加热进料气体。在另一个布置中，废水浓缩器14操作性地连接至一件备用发电设备，诸如备用燃气轮机或其它调峰发电装置(未示出)，以使得由设备产生的热排气或热空气供应至废水浓缩器14，以用于以与本文描述类似的方式加热进料废水。还涵盖的是，在一些布置中，废水浓缩器14操作性地连接至多个不同的废热源，诸如本文描述的废热源中的任一个或多个或其它废热源，以便向入口19提供热进料气体以用于加热进料废水。使用来自发电厂12内的其它工序的废热诸如来自锅炉30的热烟道气的优点可以是通过减少损失到大气中的未使用的废热来获得更大的效率和/或减少不利的环境影响。
如在图2中图解可见，废水浓缩器14结合了直接接触绝热浓缩***。废水浓缩器14包括废水进料入口17、热进料气体入口19、直接接触蒸发区段58、气-液分离器60、排气出口22以及盐水排出口24。废水进料入口17和热进料气体入口19通向直接接触蒸发区段58。在直接接触蒸发区段58中，热进料气体和进料废水诸如通过直接相互混合彼此直接接触，以形成高表面积气-水界面，以便实现水快速蒸发为进料气体，来自进料废水的水从界面蒸发为进料气体，而不需要添加专用热能诸如燃烧器。另外，快速蒸发通过形成高表面积气-水界面经由以下内容实现：例如，诸如通过如2012年7月13日提交的美国专利申请号13/548,838、2010年2月12日提交的美国专利申请号12/705,462以及2012年7月20日提交的美国专利申请号61/673,967中任一项所示和所描述的文丘里管装置进行连续空气体积与不连续水体积的快速混合，或诸如在具有如美国专利号7,416,172中所描述的通流管的沉浸式气体蒸发器中进行连续水体积与不连续空气体积的快速混合。在一个优选的布置中，废水浓缩器14包括由9870Big Bend Blvd，圣路易斯，密苏里州的Heartland Technology Partners,LLC供应的废水蒸发器的一个或多个方面。废水浓缩器14可以包括上文指示的专利和专利申请中公开的任一个或多个方面和特征，专利和专利申请各自以引用的方式整体并入本文。直接接触蒸发区段58例如用导管和/或开口操作性地连接至气-液分离器60，以允许混合气体和其中夹带的废水行进到气-液分离器60中，混合气体包括进料气体和从废水蒸发的水蒸气。离开直接接触蒸发区段58的混合气体中夹带的废水在气-液分离器60中从混合气体分离。气-液分离器60可以是叉流式气-液分离器，其中混合气体和夹带液体的流被迫穿过一个或多个除雾器面板以将夹带的液体从气体分离。可替代地，气水分离器60可以是气旋式气-液分离器，或叉流式气-液分离器和气旋式气-液分离器的组合。在气旋式气-液分离器内，气体和夹带液体的流被迫穿过旋风室以将夹带液体从气体分离。在一个布置中，废水浓缩器14的大小被设定成具有约30加仑/分钟(gpm)进料废水的处理通过率，进料废水包括新废水和来自排出盐水的再循环的废水；和/或产生具有在约30％与60％之间的TDS的排出盐水。在其它布置中，废水浓缩器14的大小可以被设定成具有例如60gpm、100gpm、200gpm或更大的更高的处理通过率，例如30gpm或更小的更低的处理通过率，以及在这些范围内的任何处理通过率。废水浓缩器14优选地永久地安装在热电厂12中。可替代地，废水浓缩器14是便携式的，并且可以暂时地安装在热电厂12中。
图4示出了结合直接接触绝热浓缩***的废水浓缩器14的一个示例性布置，其中直接接触蒸发区段58包括文丘里管装置62以及包括叉流式气-液分离器64的气-液分离器60。导管18连接至入口19，入口19通向文丘里管装置62以将热进料气体供应到废水浓缩器14中。导管16连接至入口17，入口17通向文丘里管装置62以将进料废水供应到废水浓缩器14中。热进料气体和进料废水被迫穿过文丘里管的狭窄喉部，这与气体穿过导管18的速度相比较使得速度增加，在文丘里管中，热进料气体和进料废水充分混合在一起，以使水蒸气快速蒸发。混合的废水和气体被从文丘里管装置62的喉部引导穿过导管66而进入到叉流式气-液分离器64中。叉流式气-液分离器64包括形成内部空间的外壳68、进入内部空间的入口端口70和离开内部空间的出口端口72以及设置在入口端口70与出口端口72之间的内部空间内的多个除雾器面板74。除雾器面板74以90°竖直地悬挂，并且越过入口端口70与出口端口72之间的气体流动路径，气体流动路径被布置成收集由流过内部空间的气体携带的夹带废水并且将所收集的废水沉积在内部空间底部处的集水池76中。导管20连接至出口端口72，并且风扇78任选地操作性地连接至导管20以提供负压使其穿过内部空间，以便带动气体穿过废水浓缩器14。关于这个示例性废水浓缩器14的另外的细节参见于本文先前提及的美国专利申请号12/705,462。
再次参见图1和图2，在一种示例性方法中，由热电厂12中的各种工序产生的废水诸如来自FGD***38和/或冷却塔52的清洗用水和/或工业水根据以下优选的示例性处理步骤在废水浓缩器14内处理。热进料气体流利用操作性地连接至入口19的导管18提供至废水浓缩器14。优选地，导管18操作性地连接至主烟道气流32，以使得热进料气体可用来自锅炉30的废热来加热。包括清洗用水和/或工业水的一种或多种的进料废水流通过操作性地连接至一个或多个入口17的一个或多个导管16提供至废水浓缩器14。导管16操作性地连接至一个或多个清洗用水源和/或工业水源。热进料气体与废水浓缩器14内的进料废水诸如在直接接触蒸发区段58中直接混合，以从进料废水蒸发水蒸气。优选地，热进料气体和进料废水通过引导穿过文丘里管装置来混合。水蒸气和气体然后诸如在气-液分离器60内从废水浓缩器14中的夹带的浓缩废水分离，从而形成浓缩的排出盐水和排气。排出盐水包括从水蒸气和气体分离的浓缩废水。排气包括气体和水蒸气。之后排气从废水浓缩器14诸如通过排放口22并通过导管20排放。排出盐水定期地或连续地从废水浓缩器14通过排出口24排出。
在一个选择方案中，排出盐水被供应至包括固-液分离器的后处理设备26中。固-液分离器将盐水中的固体和液体分离。例如利用将固-液分离器操作性地连接至入口17中的一个的返回导管80将液体返回以用于通过废水处理器14进行再处理。从固-液分离器去除固体以供进一步处理、再利用和/或处置。
转到图3，除了先前描述的处理步骤之外，示出了用于利用废水浓缩器14处理来自电热厂12的废水的另外的且可替代的任选的示例性处理步骤。在这个示例性布置中，导管16操作性地连接至FGD***38以将作为进料废水的一部分的FGD清洗用水供应至废水浓缩器14的入口17。在进入废水浓缩器14之前，诸如通过沿导管16操作性地设置的预处理设备50对FGD清洗用水进行预处理。导管18操作性地连接至主烟道气流32。飞灰去除装置82诸如ESP、WESP或过滤袋优选地沿导管18操作性地设置，以在进入废水浓缩器14之前去除和/或减少来自烟道气的飞灰和/或其它微粒。可替代地或另外，来自主要燃料的热烟道气可以在不处理的情况下诸如通过导管18′提供至废水浓缩器14，导管18′具有操作性地连接至主烟道气流32的第一端以及操作性地连接至废水浓缩器14的入口19的第二端。在一些布置中，控制量的飞灰可能通过再引入到进料废水流中或从进料废水流的不完全的去除而提供到进料废水中。导管20与另外的排放控制设备诸如再热器84操作性地连接在一起。排气通过导管20引导至再热器84。再热器84诸如通过火炬、燃烧器或另一个热气流加热或再加热来自废水浓缩器14的排气，优选地加热至对排气的组成而言恰当的酸-气冷凝温度以上的温度。之后，再加热的排气返回到电厂排气***诸如排气烟囱40中，和/或返回以再用于电厂内的其它设备诸如FGD***38。另外，从固-液分离器26去除的固体诸如通过导管86引导至另外的后处理设备26′以供后续处理。将固体从后处理设备26′去除，并且运走以供处置诸如销售、再利用、填埋等。
转到图5，在一些优选的布置中，图1和图3中所示的预处理设备50包括一个或多个内含式空气-水界面液体蒸发器诸如液体蒸发器90、90′和/或90"，一个或多个内含式气-水界面液体蒸发器操作性地设置在具有获自发电厂12内的一个或多个工序的废水的蓄水池92中。蓄水池92可以是例如与环境相通的储槽或水池。来自发电厂12的废水的至少一个或多个来源诸如导管16、54和/或56操作性地连接至进入蓄水池92的一个或多个入口94a以将来自发电厂12的废水提供到蓄水池92中。导管16的另一个部分将蓄水池92的一个或多个出口94b操作性地连接至废水浓缩器14的入口17，以将来自蓄水池92的废水传输至废水浓缩器14。废水可以包括如本文先前所描述的FGD清洗用水、冷却塔清洗用水、工业水、发电厂渗滤液和/或贮水库水。液体蒸发器90还操作性地连接至强制空气源，如风扇93。强制空气任选地通过发电厂内的一个或多个废热源以本文其它地方所描述的方式加热。优选地，风扇93通过导管95操作性地连接以将空气吹入液体蒸发器中。风扇93可以是例如任何类型的鼓风机，鼓风机足以且布置成迫使含空气的热气体进入到液体蒸发器90中以便实现如下文更详细描述的有力的空气-水混合。液体蒸发器90通过从废水蒸发出一些水来对发电厂废水进行预处理，从而提供更为浓缩的废水流以供应到废水浓缩器14中。因此，在预处理设备50处使用液体蒸发器90作为预处理步骤的一部分可以通过减少处理时间来改进废水浓缩器14的输出以获得从废水浓缩器14排出的所需的浓缩程度的盐水。另外，例如用来自发电厂的废热加热被迫进入到液体蒸发器90中的空气改进了液体蒸发器90的效率。如果空气由发电厂12内产生的废热加热，液体蒸发器90可以进一步改进发电厂12的能源效率。此外，其它示例性内含式空气-水界面液体蒸发器诸如图6和图7中所示的液体蒸发器90′和/或90″可以另外或可替代地操作性地设置在蓄水池92中以在预处理设备50处对废水进行预处理。虽然是针对发电厂12环境中的用途进行描述，但任一个液体蒸发器90、90′、90″可以用于在其它工业环境中被提供用于在废水浓缩器14中进行处理之前单独地或结合其它装置对废水进行预处理，以作为废水处理***的一部分。因此，作为用于由废水浓缩器14处理的废水的预处理装置的液体蒸发器90、90′或90″的组合不限于在发电厂12中使用。本文提供了每一个示例性液体蒸发器90、90′和90″的简述。液体蒸发器90、90′和90″的另外的详细描述可以参见于美国专利申请号61/614,601，该专利申请以引用的方式整体并入本文。
在图5的示例性布置中，液体蒸发器90具有限定部分封闭容器96的本体，该部分封闭容器96在含废水的蓄水池92中漂浮或以其它方式维持在一个位置上，以使得废水的顶表面定位在容器中设置在废水上方的顶部部分与容器中设置在废水中的底部部分之间。容器96限定由容器壁限制的内部空间98。穿过容器96的沉浸部分的开口100允许废水进入到容器96内限制的内部空间98的底部部分中。内部空间98的底部部分与内部空间98的上部部分流体连通，以使得水蒸气可以从底部部分行进到顶部部分中。内部空间98的顶部部分至少部分地限定从容器96内的废水的顶表面到一个或多个排放端口102进而到周围环境的排放路径A。排放端口102操作性地定位在废水的顶表面上方。空气下降管104被布置成连接至供气管路诸如导管95。空气下降管104具有设置在内部空间98的底部部分内的排出口106。排出口106可以包括空气下降管104的开放底端106a。排出口106包括邻近开放底端106a穿过空气下降管104的侧壁的多个喷射端口106b。排出口106在限制空间98的底部部分内定位的区域在液体蒸发器的操作期间形成空气夹带腔室108。在操作中，气泵诸如风扇93迫使空气穿过空气下降管104进入到空气夹带腔室108中，在空气夹带腔室108中，空气使废水流动，从而引起废水向上流动到空气夹带腔室108的开放底端100中并且穿过内部空间98，从而建立空气与废水的有力混合。空气-水混合物然后自然地移动到限制内部空间98内的废水的顶表面上，在顶表面上，空气与水蒸气例如通过鼓泡从废水分离。空气和水蒸气从内部空间98内的废水的顶表面行进穿过排放路径A以作为含有水蒸气的湿排气通过排放端口102排出容器96，而浓缩废水和污染物被截留在容器96内并且返回到废水中。以此方式，在不允许废水水雾不受控地分散到或喷雾到周围环境中的情况下将水蒸发并且从污染物分离出来。液体蒸发器90可以通过任何便利的机构诸如支撑腿、悬挂结构和/或漂浮维持在蓄水池92中废水的顶表面处的操作位置中。
在一个任选的布置中，容器96的内部空间98包括上部腔室110、中间腔室112以及下部腔室114，它们彼此流体连通。下部腔室114的开放底端限定开口100。下部腔室114的开放顶端与中间腔室112的底部处的开口连接在一起。在操作位置中，废水的顶部水位延伸穿过中间腔室112，以使得下部腔室114和中间腔室112的下部部分设置在废水中，并且上部腔室110和中间腔室112的上部部分设置在废水上方。空气夹带腔室108设置在下部腔室114中。容器96携带的漂浮装置116被定位，以便将液体蒸发器90维持在操作位置中。排放端口102向下引导朝向废水的顶表面。下降管104向下延伸穿过容器96的顶部，进入并穿过上部腔室110和中间腔室112，并且进入到下部腔室114中。排出口106在开口100上方间隔一个空间，空间足以确保通过排出口106排出的空气在正常操作条件下不会通过开口100离开。挡板118将上部腔室110与中间腔室112分开。穿过挡板118的开口120允许水蒸气从中间腔室112传递至上部腔室110。除雾结构122设置在上部腔室内，位于和/或相交于排放路径A，以形成从开口120至排放端口102的弯曲路径。排液管124a、124b向下从中间腔室112在下部腔室114的相对侧上延伸。排液管124a、124b在容器96下方合并为单一排出立管124c。导气管124d定位在排出立管124c的顶部处的排液管124a和124b的结合处。导气管124d基本上小于排液管124a、124b或排出立管124c。排出立管124c向下朝向蓄水池92的底部延伸。在将空气泵运穿过降液管104进入到下部腔室114中时，水在空气夹带腔室108中向上循环至中间腔室112，在中间腔室112中径向向外移动并且然后从中间部分向下行进到排液管124a、124b中。水离开排出立管124c的一个或多个开口而排回到蓄水池中92。液体蒸发器90优选地几乎整体由塑料诸如聚氯乙烯、聚丙烯或高密度聚乙烯制成。
在图6的示例性布置中，液体蒸发器90′被适配用于多阶段***，该多阶段***将蒸发器90′用作具有用于将排放水蒸气运输至另一处理步骤诸如另一液体蒸发器90、90′或90″或远端排放位置的连接的中间串联单元。液体蒸发器90′基本上与液体蒸发器90相似，例外的是在上部腔室110中，液体蒸发器90′仅具有代替多个排放端口102的，用于连接至另一传输导管的单一排放端口102，并且液体蒸发器90′代替挡板122具有单一环风管130。容器96、下降管104和排放路径A优选地在径向上围绕竖直轴线Z对称地布置，并且排放端口102围绕竖直轴线Z非对称地布置在顶部腔室110的一侧上的单一位置上。蒸发器90′的所有其它部分优选地与蒸发器90上的对应部分相同，并且为了简洁起见将不再描述。环风管130被布置成允许非对称地定位的排放端口102从顶部腔室110内部抽吸空气和水蒸气，以便通过例如在环风管130周围从环风管130内部的区域径向向外到环风管130外部的区域进而到排放端口102的所有周向位置处形成均匀的径向空气质量流来维持空气从喷射端口106b向上进行径向的对称流动并且流过下部腔室114和中间腔室112。环风管130由从挡板118向上延伸部分路径到上部腔室110的顶内壁的周向壁132优选地圆柱壁形成。周向壁132在径向上间隔在上部腔室110的外周壁与开口120之间，从而形成由环风管130包围的内部体积以及环风管130与外周壁之间的外周体积。周向壁132限定内部体积与外周体积之间的间隙134。间隙134具有周向壁132的顶边缘与上部腔室110的顶壁之间的宽度W。间隙134的宽度W沿壁132的长度是连续可变的。间隙134在紧邻排放端口102的位置处具有最小宽度W(例如，壁132是最高的)。间隙134在排放端口102的直径相对位置处具有最大宽度W。在当前实例中，周向壁132是圆柱形的，并且顶部边缘限定一个倾斜平面，倾斜平面的最高点邻近排放端口102并且最低点与排放端口102直径相对。优选地，间隙134的宽度W被布置成可改变，因此排气穿过间隙134中垂直于导管106的平面中的任何竖直截面的速度是恒定的。能够提供或改进空气从内部体积向外进行的均匀的径向质量流的其它环风管设计也是可行的，诸如在美国专利号7,442,035中公开的那些，专利以引用的方式整体并入本文。排放端口102任选地连接至导管136，导管136操作性地连接至另一仪器诸如另一蒸发器90、90′或90″。排放端口102可以可替代地将空气排放至或连接至某一其它装置。
在图7的示例性布置中，液体蒸发器90″基本上与液体蒸发器90和/或90′相似，但添加了一个可调节稳定***140以及两个另外的排放管124e和124f。类似于先前描述的液体蒸发器90和90′，液体蒸发器90″还包括部分封闭容器96，该部分封闭容器96具有设置在上部腔室110与下部腔室114之间的中间腔室112、被布置用于连接至供气管路的供气下降管104诸如用于将空气注入到由下部腔室114形成的空气夹带腔室108的导管95、以及被布置在上部腔室110中以向一个或多个排放口102提供弯曲路径的内部挡板122和/或环风管130(不可见)。排出管124a、124b、124e、124f优选地在径向上自轴线Z均等地间隔开，并且优选地在外周周围绕中心间隔90°。另外，下部腔室114的环形外周在径向上在内部与排出管124a、124b、124e、124f间隔开，而不是如针对液体蒸发器90和90′所示紧邻排出管定位。优选地，部分封闭容器96的其余特征与液体蒸发器90或90′的任一个中的对应的特征相同，并且可以参考它们的先前描述来理解。可调节稳定***140被布置成帮助将液体蒸发器90″稳定在直立操作位置中，即，轴线Z通常在空气被迫穿过供气下降管104进入到下部腔室114中时使设置在废水中的下部腔室114与设置在废水上方的上部腔室110竖直地对准。稳定***140包括通过外伸支腿144操作性地固定至容器96的漂浮装置142。可以轴向地和/或径向地调节漂浮装置142的位置以使容器96安置在废水中的更高处或更低处。漂浮装置142彼此直径相对地设置在容器96的相对侧上。每个漂浮装置142优选地在径向上与容器的环形外周间隔开并且设定大小以提供足够的浮力，以便保持上部腔室110在废水的顶表面上方与其间隔开。外伸支腿144由下降管104的相对侧上平行布置的两个支杆形成并且连接至容器的顶部。每个支杆从上部腔室110的环形外周的相对侧向外延伸，并且每个漂浮装置142附接在支杆的端部附近。支杆中的一个或多个铰链146与上部腔室110的环形外周间隔开，并且布置成允许通过围绕相应铰链枢转支杆的端部来选择性地升高和/或降低漂浮装置142.。漂浮装置142优选地沿导管95的轴线在容器96的顶部上靠近下降管104间隔开设置。漂浮装置142被布置成响应于空气被迫穿过导管95时抵抗作用来使容器96倾斜离开基本上竖直的对准的旋转力。
用于处理烟道气脱硫清洗用水和本文公开的其它形式废水的***、设备和方法可以用于解决热电发电装置尤其是依赖于燃烧烃燃料诸如煤的这类装置的水使用问题。在一些应用中，该***、设备和方法可以作为以下各项的重要部件实施：零液体排出(ZLD)处理***、湿气回收、废水处理、填埋管理、利用二氧化碳技术的水管理、冷却塔以及先进的冷却***技术、和/或热电发电装置中的综合水管理和模型化。该***、设备和方法可以帮助热电发电装置的操作者提高水使用和/或再使用效率，减少水排出和/或消耗，和/或满足排水限制。本文公开的技术在一些布置中可以提供用于烟道气脱硫清洗用水和其它类型废水的当前已知处理方法的替代的成本有效的处理。本文公开的技术可以利用用于环境友好地处置排出污染物的更有效的方法降低功率消耗和/或捕获废水污染物。
鉴于前述描述，本文公开的***、设备和方法的另外的修改对本领域技术人员而是显而易见的。因此，本说明书应认为仅是说明性的，并且出于使得本领域技术人员能够制造和使用本发明并教导本发明的最佳实施方式的目的而呈现。保留落入随附权利要求书范围内的所有修改的专有权。

Claims (20)

1.一种用于热电厂的废水处理***，所述废水处理***包括：
废水浓缩器，所述废水浓缩器实施直接接触绝热废水浓缩器***，所述废水浓缩器包括直接接触蒸发区段和气-液分离器；
废水流，所述废水流产生于热电厂中，操作性地连接至所述废水浓缩器以将废水供应至所述直接接触蒸发区段；以及
热进料气体流，所述热进料气体流操作性地连接至所述废水浓缩器以将热进料气体与所述废水流同时供应至所述直接接触蒸发区段；
其中，所述直接接触蒸发区段将所述热进料气体与所述废水直接混合并且从所述废水蒸发水，以形成水蒸气和浓缩废水，以及
其中，所述气-液分离器将所述水蒸气从所述浓缩废水分离，并且从所述气-液分离器排放排气，所述排气包括所述水蒸气和所述热进料气体的一些或全部。
2.如权利要求1或前述权利要求中任一项所述的废水处理***，其中，所述废水流包括烟道气脱硫清洗用水、冷却塔清洗用水、工业水、发电厂渗滤液以及发电厂贮水库水中的至少一种。
3.如权利要求2或前述权利要求中任一项所述的废水处理***，其中，所述热进料气体流用来自所述热电厂中的废热来加热。
4.如权利要求3或前述权利要求中任一项所述的废水处理***，其中，所述热进料气体包含来自燃烃的燃烧加热器的热烟道气。
5.如权利要求2或前述权利要求中任一项所述的废水处理***，其中，所述直接接触蒸发区段包括文丘里管区段和沉浸式导气管中的至少一个。
6.如权利要求5或前述权利要求中任一项所述的废水处理***，其中，所述气-液分离器包括操作性地连接至所述直接接触蒸发区段的叉流式气-液分离器和气旋式气-液分离器中的至少一个。
7.一种用废水浓缩器处理来自热电厂的废水的方法，其中，所述废水浓缩器包括直接接触绝热废水浓缩器***，并且所述热电厂包括废水源和热进料气体源，所述方法包括以下步骤：
将热进料气体流接收到所述废水浓缩器中；
通过导管将包括所述废水的进料废水从所述热电厂接收到所述废水浓缩器中；
将热进料气体与所述进料废水在所述废水浓缩器中直接混合以从所述进料废水蒸发水蒸气；
在所述废水浓缩器中将所述水蒸气从所述进料废水分离以形成浓缩排出盐水和排气；以及
从所述废水浓缩器排放所述排气。
8.如权利要求7或前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述废水包括烟道气脱硫清洗用水、冷却塔清洗用水以及工业水中的至少一种。
9.如权利要求7或前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述热进料气体包含从燃烃的燃烧加热器排出的热烟道气。
10.如权利要求7或前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括在将所述进料废水接收到所述废水浓缩器中之前对所述进料废水进行预处理的步骤。
11.如权利要求7或前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括对所述浓缩排出盐水进行后处理的步骤。
12.如权利要求11或前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述后处理的步骤包括在固-液分离器中将所述浓缩排出盐水中的固体从液体去除和/或进一步浓缩所述浓缩排出盐水的步骤。
13.如权利要求7或前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括对所述热进料气体流预处理以在将所述热进料气体接收到所述废水浓缩器中之前将微粒从所述热进料气体分离的步骤。
14.如权利要求7或前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
将所述排气再加热到所述排气的酸-气冷凝温度之上；以及
将所述排气返回到所述热电厂的排放***中。
15.一种热电厂，所述热电厂包括：
热电发电机，所述热电发电机用于产生电；
废水浓缩器，所述废水浓缩器包括直接接触绝热废水浓缩器***；
废水源，所述废水源操作性地连接至所述废水浓缩器以将进料废水供应至所述废水浓缩器；以及
热进料气体源，所述热进料气体源操作性地连接至所述废水浓缩器以将热进料气体供应至所述废水浓缩器；
其中，所述废水浓缩器将所述热进料气体与所述进料废水直接混合，从所述进料废水蒸发水蒸气，将所述水蒸气从所述进料废水分离，从而形成排出盐水和排气，将所述排气排放至大气和/或另一处理部件，并且以适于进一步处理和/或处置的形式提供与所述排气分离的所述排出盐水。
16.如权利要求15或前述权利要求中任一项所述的热电厂，其中，所述热电发电机包括用于产生蒸汽以使操作性地连接至发电机的涡轮机旋转的锅炉，并且其中所述废水源包括操作性地连接至所述锅炉以从所述锅炉接收烟道气的烟道气脱硫***，其中所述烟道气脱硫***从所述烟道气去除硫并且产生含有污染物的烟道气脱硫清洗用水，并且其中所述废水浓缩器操作性地连接至所述烟道气脱硫***以接收含有所述烟道气脱硫清洗用水的至少一些的进料废水。
17.如权利要求16或前述权利要求中任一项所述的热电厂，其中，所述锅炉包括燃烃的燃烧加热器。
18.如权利要求16或前述权利要求中任一项所述的热电厂，其中，所述热进料气体源包含来自所述锅炉的热烟道气。
19.如权利要求15或前述权利要求中任一项所述的热电厂，其中，所述废水源包括冷却塔清洗用水和工业水中的至少一种。
20.如权利要求15或前述权利要求中任一项所述的热电厂，其中，所述热电发电机包括燃气涡轮机并且所述热进料气体源包括由所述燃气涡轮机产生的废热。
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