CN109179538A - 一种脱硫废水浓缩、蒸发和结晶一体的零排放处理*** - Google Patents
一种脱硫废水浓缩、蒸发和结晶一体的零排放处理*** Download PDFInfo
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Abstract
一种脱硫废水浓缩、蒸发和结晶一体的零排放处理***，包括依次循环连通的浓缩蒸发器、蒸汽压缩机、蒸汽收纳器、蒸发换热面、蒸汽冷凝水收纳器、水汽分离箱及自然循环加热装置。所述蒸发换热面位于浓缩蒸发器内，其上端伸出浓缩蒸发器、且与位于浓缩蒸发器顶面的蒸汽收纳器连通，下端与位于浓缩蒸发器内的蒸汽冷凝水收纳器连通。所述浓缩蒸发器下部为脱硫废水部分、上部为低温蒸汽部分；低温蒸汽部分的低温蒸汽通过第一管路抽吸至蒸汽压缩机内，并在其内加压、升温形成高压高温蒸汽，且低温蒸汽与高压高温蒸汽之间的温差为8～10℃。本发明解决现有脱硫废水处理工艺流程长，流程复杂，投资高及运行维护费用高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及脱硫废水处理领域，特别是一种脱硫废水浓缩、蒸发和结晶一体的零排放处理***。
背景技术
燃煤锅炉烟气石灰石—石膏湿法脱硫是目前国内最广泛使用的脱除二氧化硫工艺。其突出的优点是：脱硫效率高、可回收石膏、工艺成熟可靠，对燃煤含硫量和锅炉负荷的变化适应性很强。在湿法脱硫塔的循环吸收浆液中，都会富集氯根离子CL-注：主要来源于烟气中的HCl，而高浓度CL-对金属具有很强的腐蚀性，所以一般要求循环浆液中的氯离子浓度控制在20000ppm以内。将一定体积的循环浆液外排，就可以减少循环浆液中的氯离子浓度，排得越多，氯根离子浓度就低。在实际工程中，单台300MW机组湿法脱硫，一般需排放3~4m3/h,；单台600MW机组需要排放5~6m3/h。这就是脱硫废水的来源。
脱硫废水不能直接外排，需要经过pH值调整、加有机硫去除重金属、加混凝/助凝剂有些还需加次氯酸钠去除COD，最后进入澄清/浓缩器。澄清/浓缩器上层清液满足“污水综合排放标准GB8978-1996”一级或二级进行排放；沉淀在下部的污泥经过脱水形成泥饼，污泥交由符合相关资质的单位进行处置。
近年来，随着人们环保意识的提高和环保法规的日趋严厉，节能环保受到广泛的重视。脱硫废水经过上述常规的工艺处理，尽管可以达到污水综合排放标准，但毕竟还是对受纳水体产生污染。因此，目前国内越来越多的电厂要求对脱硫废水实行零排放处理。即，在常规处理工艺作为预处理的基础上，再通过超滤、反渗透处理，处理后的淡水回收利用，缩减的浓缩水再经蒸发装置蒸干，实现脱硫废水零排放。
上述“脱硫废水零排放”的典型出力工艺流程长而复杂，投资高和运行维护费用高，因此开发流程更简短、投资和运维费用更低的工艺处理***就显得十分迫切。
发明内容
本发明的目的是提供一种脱硫废水浓缩、蒸发和结晶一体的零排放处理***，要解决现有脱硫废水处理工艺流程长，流程复杂，投资高及运行维护费用高的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种脱硫废水浓缩、蒸发和结晶一体的零排放处理***，包括依次循环连通的浓缩蒸发器、蒸汽压缩机、蒸汽收纳器、蒸发换热面、蒸汽冷凝水收纳器、水汽分离箱及自然循环加热装置。
所述蒸发换热面位于浓缩蒸发器内，其上端伸出浓缩蒸发器、且与位于浓缩蒸发器顶面的蒸汽收纳器连通，下端与位于浓缩蒸发器内的蒸汽冷凝水收纳器连通。
所述浓缩蒸发器下部为脱硫废水部分、上部为低温蒸汽部分；低温蒸汽部分的低温蒸汽通过第一管路抽吸至蒸汽压缩机内，并在其内加压、升温形成高压高温蒸汽，且低温蒸汽与高压高温蒸汽之间的温差为8～10℃。
所述蒸发换热面包括一组竖直向设置的换热管束。
换热管束的一端约束在蒸汽收纳器内、另一端约束在蒸汽冷凝水收纳器内，中部在浓缩蒸发器下部的脱硫废水部分的脱硫废水中处于半自由摆动状态。
所述换热管束为直径10mm、壁厚1mm的聚四氟管。
所述水汽分离箱上部为蒸汽部分、下部为冷凝水部分；其入口位于蒸汽部分一侧、且通过第二管路与蒸汽冷凝水收纳器连通，蒸汽出口位于蒸汽部分顶端、且通过第三管路与浓缩蒸发器的顶面连通，循环冷凝水出口位于冷凝水部分底端、且通过第四管路与自然循环加热装置连通，外排冷凝水出口位于冷凝水部分一侧、且通过第五管路外排利用。
所述自然循环加热装置位于脱硫塔入口烟道内。
所述自然循环加热装置包括一组竖直向设置的加热管束，加热管束顶端高出脱硫塔入口烟道上口、底端超出脱硫塔入口烟道下口。
所述加热管束的下口与第四管路的出水口连通、上口通过第六管路与水汽分离箱的冷凝水部分的另一侧连通。
所述浓缩蒸发器包括上、下两部分，其上部为呈柱筒状的柱筒部、下部为呈锥筒状的锥筒部，且柱筒部的下口与锥筒部的上口契合连接。
所述浓缩蒸发器的柱筒部的侧壁上从上至下依次设有用于安装压力传感器的第一测量接管、第二测量接管和第三测量接管。
所述第一测量接管与换热管束的顶部平齐。
所述第三测量接管与换热管束的底部平齐。
所述第二测量接管对齐换热管束的上部位置设置。
所述浓缩蒸发器内设有溶液密度监控装置。
所述浓缩蒸发器的底部设有第七管路；所述第七管路的外端口与外部连通、且位于柱筒部的底部，内端口延伸至锥筒部的底部。
所述第七管路的外端口通过三通接头分别与脱硫***来水管路和浓缩产物排出管路连通。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：
1、本发明中，脱硫废水实现预处理、浓缩、蒸发、结晶为一体；蒸发所需的热源以自产为主；采用脱硫塔入口烟道烟气废热作为补充热源；最终得到产物为浓缩结晶固体和蒸汽冷凝水洁净水，可回收利用，实现脱硫废水的零排放；且利用本发明处理***处理脱硫废水过程中几乎不添加水处理药剂；本发明整个处理***的工艺流程简短、投资运行费用低、达到节能减排目的，为火力发电厂脱硫废水提供一种经济合理的浓缩蒸发结晶一体化的处理***。
2、传统处理***包括预处理装置、超滤和反渗透装置及蒸发装置，装置数量多，工艺流程长且复杂，维护困难。
本发明设浓缩蒸发器，脱硫废水的浓缩、蒸发、结晶可在浓缩蒸发器这一装置内全部完成，装置数量少、缩短了工艺流程、降低了投资和运维费用。
3、在浓缩蒸发器内设蒸发换热面，实现脱硫废水与自产高温蒸汽之间的热量交换；蒸发换热面的换热管束内的介质为高压高温蒸汽，与换热管束外的浓缩蒸发器内的脱硫废水接触进行热交换，使得脱硫废水在浓缩蒸发器内实现沸腾蒸发，脱硫废水在浓缩蒸发器上部不断浓缩、蒸发和结晶，最终的固体物以NaCl和CaSO4为主在重力作用下，沉降到浓缩蒸发器下部排出。
4、蒸发换热面采用小口经、薄壁、聚四氟材料，表面光滑、不粘，不会结垢污堵；同时换热管束仅两端约束，中间段在脱硫废水中处于半自由摆动状态，表面能自我清洁；蒸发换热面两侧均实现相变冷凝或沸腾换热，换热系数大，因此可以减少换热面积，减少设备资金投入。
5、设蒸汽压缩机，蒸汽压缩机从浓缩蒸发器上部抽取脱硫废水蒸发的低温蒸汽，低温蒸汽经蒸汽压缩机加压、升温温升8~10℃后变为自产高温蒸汽进入换热管束内，由此产生换热所需的温差，脱硫废水蒸发的热源取自其蒸发加压后的自产高温蒸汽，实现蒸汽的自产；同时由于蒸汽压缩机的抽吸作用，浓缩蒸发器内形成微负压，因此蒸发塔为常压设备，运行更加稳定，安全性更高。
6、采用脱硫塔入口烟道废热作为外界补充热源同时作为启动热源；浓缩蒸发器和管路存在散热，进入浓缩蒸发器的废水温度仅50℃左右，需要加热到沸点，因此整个工艺过程不可能做到100%的热源自给；本工艺***在脱硫塔入口烟道烟温110℃以上中设置自然循环加热装置，产生的蒸汽作为补充热源，自然循环加热装置中被加热的水采用浓缩蒸发器产生的冷凝水。
本发明可广泛应用于废水处理***中。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1是本发明的脱硫废水浓缩、蒸发和结晶一体的零排放处理***的工艺流程示意图。
附图标记：1—浓缩蒸发器、2—蒸汽压缩机、3—水汽分离箱/液位控制箱、4—自然循环加热装置、5—蒸发换热面、6—蒸汽收纳器、7—蒸汽冷凝水收纳器、8—第一管路、9—第二管路、10—第三管路、11—第四管路、12—第五管路、13—第六管路、14—第七管路、15—第一测量接管、16—第二测量接管、17—第三测量接管、18—脱硫***来水管路、19—浓缩产物排出管路、20—脱硫塔入口烟道。
具体实施方式
实施例参见图1所示，一种脱硫废水浓缩、蒸发和结晶一体的零排放处理***，包括依次循环连通的浓缩蒸发器1、蒸汽压缩机2、蒸汽收纳器6、蒸发换热面5、蒸汽冷凝水收纳器7、水汽分离箱3及自然循环加热装置4；所述蒸发换热面5位于浓缩蒸发器1内，其上端伸出浓缩蒸发器1、且与位于浓缩蒸发器1顶面的蒸汽收纳器6连通，下端与位于浓缩蒸发器1内的蒸汽冷凝水收纳器7连通；所述浓缩蒸发器1下部为脱硫废水部分、上部为低温蒸汽部分；低温蒸汽部分的低温蒸汽通过第一管路8抽吸至蒸汽压缩机2内，并在其内加压、升温形成高压高温蒸汽，且低温蒸汽与高压高温蒸汽之间的温差为8～10℃；所述蒸发换热面5包括一组竖直向设置的换热管束；
换热管束的一端约束在蒸汽收纳器6内、另一端约束在蒸汽冷凝水收纳器7内，中部在浓缩蒸发器1下部的脱硫废水部分的脱硫废水中处于半自由摆动状态；所述换热管束为直径10mm、壁厚1mm的聚四氟管。
所述水汽分离箱3上部为蒸汽部分、下部为冷凝水部分；其入口位于蒸汽部分一侧、且通过第二管路9与蒸汽冷凝水收纳器7连通，蒸汽出口位于蒸汽部分顶端、且通过第三管路10与浓缩蒸发器1的顶面连通，循环冷凝水出口位于冷凝水部分底端、且通过第四管路11与自然循环加热装置4连通，外排冷凝水出口位于冷凝水部分一侧、且通过第五管路12外排利用。
所述自然循环加热装置4位于脱硫塔入口烟道20内；所述自然循环加热装置4包括一组竖直向设置的加热管束，加热管束顶端高出脱硫塔入口烟道20上口、底端超出脱硫塔入口烟道20下口；所述加热管束的下口与第四管路11的出水口连通、上口通过第六管路13与水汽分离箱3的冷凝水部分的另一侧连通；第六管路13内水汽混合物；第四管路11内的冷凝水自然循环下降。
所述浓缩蒸发器1包括上、下两部分，其上部为呈柱筒状的柱筒部、下部为呈锥筒状的锥筒部，且柱筒部的下口与锥筒部的上口契合连接；本处理***需要控制的参数为：浓缩蒸发器内的液位和溶液密度；本处理***不需要太多的参数控制，简单易行；所述浓缩蒸发器1的柱筒部的一侧壁上从上至下依次设有用于安装压力传感器的第一测量接管15、第二测量接管16和第三测量接管17，由此提供液位、密度等监控数据；浓缩蒸发器内要求维持液位的基本恒定，通过第二测量接管根据实际液位监控数据控制进水量，同时通过第一测量接管进行保护；所述第一测量接管15与换热管束的顶部平齐；所述第三测量接管17与换热管束的底部平齐；所述第二测量接管16对齐换热管束的上部位置设置；所述浓缩蒸发器1内设有溶液密度监控装置，浓缩蒸发器内溶液密度控制通过溶液密度监控装置实现，根据溶液密度启动固形物的排出；所述浓缩蒸发器1的底部设有第七管路14；所述第七管路14的外端口与外部连通、且位于柱筒部的底部，内端口延伸至锥筒部的底部；所述第七管路14的外端口通过三通接头分别与脱硫***来水管路18和浓缩产物排出管路19连通；脱硫***来水管路18上设有第一开关阀门；浓缩产物排出管路19上设有第二开关阀门。
所述蒸汽压缩机是机械转动设备，也是本处理***中最主要的能量消耗用户，本处理***对蒸汽加压和温升要求较低，因此国产的离心蒸汽压缩机和罗茨式蒸汽压缩机均能满足要求，因此不需要用到进口昂贵设备。
本发明的工艺流程：脱硫***来的脱硫废水温度为50℃左右，通过脱硫***来水管路进入浓缩蒸发器底部，浓缩蒸发器上部低温蒸汽被蒸汽压缩机抽取并升压升温温升：8～10℃形成高压高温蒸汽，高压高温蒸汽进入蒸发换热面的加热管束内，与浓缩蒸发器内的脱硫废水热交换，脱硫废水在微负压条件下实现沸腾蒸发，这样脱硫废水就在浓缩蒸发器上部不断浓缩，直至结晶最终的固体物以NaCl和CaSO4为主；在浓缩蒸发器内，上部浓缩脱硫废水比重较大，浓缩蒸发器内液体会形成自然对流，最后的固体物颗粒进入浓缩蒸发器底部经浓缩产物排出管路排出；后续工艺可以采用离心脱水或板框压滤工艺对排出产物做进一步处理。
加热管束内的高压高温蒸汽在与脱硫废水热交换后冷凝并向下流动汇集至蒸汽冷凝水收纳器内通过第第四管路排出至水汽分离箱内，排至水汽分离箱内的绝大部分蒸汽冷凝水通过第五管路外排利用，少量蒸汽冷凝水作为脱硫塔入口烟道内的自然循环加热装置的补充水源，产生的蒸汽作为浓缩蒸发器的补充热源，补充热源的热量仅为浓缩蒸发器总热量需求的20%左右，因此自然循环加热装置的换热面积较小。
Claims (10)
1.一种脱硫废水浓缩、蒸发和结晶一体的零排放处理***，其特征在于：包括依次循环连通的浓缩蒸发器（1）、蒸汽压缩机（2）、蒸汽收纳器（6）、蒸发换热面（5）、蒸汽冷凝水收纳器（7）、水汽分离箱（3）及自然循环加热装置（4）；
所述蒸发换热面（5）位于浓缩蒸发器（1）内，其上端伸出浓缩蒸发器（1）、且与位于浓缩蒸发器（1）顶面的蒸汽收纳器（6）连通，下端与位于浓缩蒸发器（1）内的蒸汽冷凝水收纳器（7）连通；
所述浓缩蒸发器（1）下部为脱硫废水部分、上部为低温蒸汽部分；低温蒸汽部分的低温蒸汽通过第一管路（8）抽吸至蒸汽压缩机（2）内，并在其内加压、升温形成高压高温蒸汽，且低温蒸汽与高压高温蒸汽之间的温差为8～10℃。
2.根据权利要求1所述的脱硫废水浓缩、蒸发和结晶一体的零排放处理***，其特征在于：所述蒸发换热面（5）包括一组竖直向设置的换热管束；
换热管束的一端约束在蒸汽收纳器（6）内、另一端约束在蒸汽冷凝水收纳器（7）内，中部在浓缩蒸发器（1）下部的脱硫废水部分的脱硫废水中处于半自由摆动状态。
3.根据权利要求2所述的脱硫废水浓缩、蒸发和结晶一体的零排放处理***，其特征在于：所述换热管束为直径10mm、壁厚1mm的聚四氟管。
4.根据权利要求1所述的脱硫废水浓缩、蒸发和结晶一体的零排放处理***，其特征在于：所述水汽分离箱（3）上部为蒸汽部分、下部为冷凝水部分；其入口位于蒸汽部分一侧、且通过第二管路（9）与蒸汽冷凝水收纳器（7）连通，蒸汽出口位于蒸汽部分顶端、且通过第三管路（10）与浓缩蒸发器（1）的顶面连通，循环冷凝水出口位于冷凝水部分底端、且通过第四管路（11）与自然循环加热装置（4）连通，外排冷凝水出口位于冷凝水部分一侧、且通过第五管路（12）外排利用。
5.根据权利要求1所述的脱硫废水浓缩、蒸发和结晶一体的零排放处理***，其特征在于：所述自然循环加热装置（4）位于脱硫塔入口烟道（20）内；
所述自然循环加热装置（4）包括一组竖直向设置的加热管束，加热管束顶端高出脱硫塔入口烟道（20）上口、底端超出脱硫塔入口烟道（20）下口。
6.根据权利要求5所述的脱硫废水浓缩、蒸发和结晶一体的零排放处理***，其特征在于：所述加热管束的下口与第四管路（11）的出水口连通、上口通过第六管路（13）与水汽分离箱（3）的冷凝水部分的另一侧连通。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的脱硫废水浓缩、蒸发和结晶一体的零排放处理***，其特征在于：所述浓缩蒸发器（1）包括上、下两部分，其上部为呈柱筒状的柱筒部、下部为呈锥筒状的锥筒部，且柱筒部的下口与锥筒部的上口契合连接。
8.根据权利要求7所述的脱硫废水浓缩、蒸发和结晶一体的零排放处理***，其特征在于：所述浓缩蒸发器（1）的柱筒部的侧壁从上到下依次设有用于安装压力传感器的第一测量接管（15）、第二测量接管（16）和第三测量接管（17）。
9.根据权利要求8所述的脱硫废水浓缩、蒸发和结晶一体的零排放处理***，其特征在于：所述第一测量接管（15）与设定的最高控制液位平齐；
所述第三测量接管（17）与换热管束的底部平齐；
所述第二测量接管（16）对齐换热管束的中上部位置。
10.根据权利要求9所述的脱硫废水浓缩、蒸发和结晶一体的零排放处理***，其特征在于：所述浓缩蒸发器（1）的底部设有第七管路（14）；所述第七管路（14）的外端口与外部连通、且位于柱筒部的底部，内端口延伸至锥筒部的底部；
所述第七管路（14）的外端口通过三通接头分别与脱硫***来水管路（18）和浓缩产物排出管路（19）连通。
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