脱硫废水零排放耦合烟气脱白一体化系统的制作方法

本发明属于工业节能环保技术领域，具体涉及一种脱硫废水零排放耦合烟气脱白一体化系统，可用于湿法脱硫工艺的烟气脱白和脱硫废水的洁净处理。

背景技术：

中国的能源结构特点是富煤、贫油、少气，这就决定了国内工业生产所需的能量来源以煤炭为主，在总能源消费中占比约70％左右。燃煤排烟是大气环境中二氧化硫、氮氧化物和烟尘的主要来源，燃煤型污染在未来一段时间内仍是我国大气污染的重要特征。

为了改善国民的生活环境，经过近些年的努力，国内大部分燃煤生产工艺已陆续完成了脱硫、脱硝和除尘工程改造，这对提升大气质量起到了重要作用。为了进一步改善大气质量，从2017年至今，针对湿法脱硫生产工艺，多地又先后颁布了治理石膏雨和有色烟羽的环保政策要求，业内俗称“烟气脱白”。随着烟气脱白项目实施的越来越多，在工程应用中又出现了一些新的问题，其中，比较突出的问题之一是因烟气脱白系统设计或运行不当而导致的脱硫塔水平衡失衡问题，这也带来了脱硫废水排放量增加的现象，增大了运行人员的操控难度，提升了企业运行成本，同时对自然环境也造成了不同程度的污染。

此外，目前关于脱硫废水的终端处理方面，主要处理技术有蒸发塘、多级闪蒸、低温多效蒸发结晶、机械蒸汽再压缩技术、烟道蒸发法和旁路烟道干燥法等，其中蒸发塘法占地面积大，水分排入大气无法回收，造成水资源浪费和环境污染；多级闪蒸、低温多效蒸发结晶、机械蒸汽再压缩技术法能耗高，系统复杂，投资大；烟道蒸发和旁路烟道干燥法一方面影响原烟风系统的运行，且无法回收废液中的水分，另一方面增大了进入湿法脱硫塔的烟气含水率，影响脱硫的运行参数。随着环保政策要求的不断升级，对原系统影响小，清洁、环保、低能耗的废水处理技术亟待研发和应用。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种脱硫废水零排放耦合烟气脱白一体化系统，首先将未脱硫的高温烟气余热作为脱硫废水蒸发的热源进行利用，通过合理的系统参数设计，实现脱硫废水的洁净处理；其次将脱硫废水汽化产生的蒸汽余热作为净烟气升温的热源进行回用，最后将蒸汽的冷凝水作为厂区其他工艺的补水进行循环利用，由此实现烟气脱白和脱硫废水零排放的综合治理效果。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种脱硫废水零排放耦合烟气脱白一体化系统，该系统包括气-水换热器1、水-水换热器3、蒸发结晶器6、汽-气换热器10和疏水膨胀箱12。

所述气-水换热器1为管壳式换热器，包括壳体和布置在壳体内部的换热管，所述气-水换热器1的壳体具有换热器烟气入口14和换热器烟气出口15；所述气-水换热器1设置在脱硫塔16与原烟气烟道之间，换热器烟气入口14与原烟气烟道连通，换热器烟气出口15与脱硫塔16的烟气进口连通。

所述水-水换热器3包括热媒水管路和废水管路，所述热媒水管路的出水口通过热媒水回水母管20与气-水换热器1的换热管的进水口连通，热媒水管路的回水口通过热媒水供水母管21与气-水换热器1的换热管的出水口连通。

所述蒸发结晶器6包括蒸发室5和结晶室7；所述蒸发室5上部设有汽液分离器8，顶部设有排汽管24，中部设有废水进口；所述结晶室7的上部设有废水出口；所述蒸发室5的废水进口通过废水供水母管22与水-水换热器3的废水管路的出水口连通，所述结晶室7的废水出口通过废水回水母管23与水-水换热器3的废水管路的进水口连通。

所述汽-气换热器10为管壳式换热器，包括壳体和布置在壳体内部的换热管，所述汽-气换热器10的壳体具有净烟气入口17和净烟气出口18；所述汽-气换热器10设置在脱硫塔16与烟囱19之间，净烟气入口17通过烟道与脱硫塔16的烟气出口连通，净烟气出口18通过烟道与烟囱19连通；所述汽-气换热器10的换热管的入口与蒸发结晶器6的蒸发室5的排汽管24连通。

所述疏水膨胀箱12的顶部设有蒸汽冷凝水入口和排气管27，底部设有排水口；所述蒸汽冷凝水入口通过疏水管25与汽-气换热器10的换热管的出口连通；疏水膨胀箱12的排水口与供水管13连接。

所述气-水换热器1中的烟气流向与换热管的布置方向垂直。

所述热媒水管路中的热媒水流向与废水管路中的脱硫废水流向相反，在水-水换热器3中形成逆流换热过程。

所述废水回水母管23连通一废水补水管9，用于向水-水换热器3补充新的脱硫废水。

所述汽-气换热器10中的烟气流向与换热管的布置方向垂直。

所述结晶室7的底部设有结晶物排出口26。

所述热媒水回水母管20上设置有热媒水循环泵2。

所述废水回水母管23上设有废水循环泵4。

所述排气管27上设有真空泵28。

所述供水管13上设有疏水泵11。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明的脱硫废水零排放耦合烟气脱白一体化系统，应用于电力、建材、钢铁、化工等高耗能行业的节能环保领域，工作位置在烟气湿法脱硫工艺系统，以水为载热介质，基于能量梯级利用原理，将未脱硫的高温烟气热量依次用于脱硫废水的蒸发结晶和脱硫后净烟气的再热升温过程，由此达到洁净处理脱硫废水、消除烟囱石膏雨和白烟的目标。

2、本发明的脱硫废水零排放耦合烟气脱白一体化系统解决了多种因素导致的脱硫塔运行水平衡失衡的问题，降低了脱硫塔入口烟温，提高了脱硫塔的脱硫效率，节约了脱硫系统的运行耗水率，保障了脱硫塔在变工况下的安全可靠运行，降低了企业的运行成本。

3、本发明的脱硫废水零排放耦合烟气脱白一体化系统有效利用了未脱硫的高温烟气热量，提升了烟囱的排烟温度，显著改善了烟囱冒白现象，同时达到了保护尾部烟道和烟囱的效果。

4、本发明的脱硫废水零排放耦合烟气脱白一体化系统有效回收了脱硫废水中的水分，实现了企业的脱硫废水零排放，对企业和社会具有重大经济效益和环境效益。

附图说明

图1为本发明脱硫废水零排放耦合烟气脱白一体化系统的结构示意图。

其中的附图标记为：

1气-水换热器2热媒水循环泵

3水-水换热器4废水循环泵

5蒸发室6蒸发结晶器

7结晶室8汽液分离器

9废水补水管10汽-气换热器

11疏水泵12疏水膨胀箱

13供水管14换热器烟气入口

15换热器烟气出口16脱硫塔

17净烟气入口18净烟气出口

19烟囱20热媒水回水母管

21热媒水供水母管22废水供水母管

23废水回水母管24排汽管

25疏水管26结晶物排出口

27排气管28真空泵

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

如图1所示，一种脱硫废水零排放耦合烟气脱白一体化系统，包括气-水换热器1、水-水换热器3、蒸发结晶器6、汽-气换热器10和疏水膨胀箱12。

所述气-水换热器1为管壳式换热器，包括壳体和布置在壳体内部的换热管，所述气-水换热器1的壳体具有换热器烟气入口14和换热器烟气出口15；所述气-水换热器1设置在脱硫塔16与原烟气烟道之间，换热器烟气入口14与原烟气烟道连通，换热器烟气出口15与脱硫塔16的烟气进口连通。所述气-水换热器1中的烟气流向与换热管的布置方向垂直。

所述水-水换热器3包括热媒水管路和废水管路，所述热媒水管路的出水口通过热媒水回水母管20与气-水换热器1的换热管的进水口连通，热媒水管路的回水口通过热媒水供水母管21与气-水换热器1的换热管的出水口连通；所述热媒水回水母管20上设置有热媒水循环泵2。所述热媒水管路中的热媒水流向与废水管路中的脱硫废水流向相反，在水-水换热器3中形成逆流换热过程。

所述蒸发结晶器6包括蒸发室5和结晶室7，所述蒸发室5上部设有汽液分离器8，顶部设有排汽管24，中部设有废水进口；所述结晶室7的底部设有结晶物排出口26，上部设有废水出口。所述蒸发室5的废水进口通过废水供水母管22与水-水换热器3的废水管路的出水口连通，所述结晶室7的废水出口通过废水回水母管23与水-水换热器3的废水管路的进水口连通，所述废水回水母管23上设有废水循环泵4。

优选地，所述废水回水母管23连通一废水补水管9，用于向水-水换热器3补充新的脱硫废水。

所述汽-气换热器10为管壳式换热器，包括壳体和布置在壳体内部的换热管，所述汽-气换热器10的壳体具有净烟气入口17和净烟气出口18；所述汽-气换热器10设置在脱硫塔16与烟囱19之间，净烟气入口17通过烟道与脱硫塔16的烟气出口连通，净烟气出口18通过烟道与烟囱19连通。所述汽-气换热器10的换热管的入口与蒸发结晶器6的蒸发室5的排汽管24连通。所述汽-气换热器10中的烟气流向与换热管的布置方向垂直。

所述疏水膨胀箱12的顶部设有蒸汽冷凝水入口和排气管27，底部设有排水口；所述蒸汽冷凝水入口通过疏水管25与汽-气换热器10的换热管的出口连通，所述排气管27上设有真空泵28；疏水膨胀箱12的排水口与供水管13连接，所述供水管13与厂区其他工艺系统(例如脱硫工艺水箱的补水母管等)连接，所述供水管13上设有疏水泵11。

本发明的工作过程如下：

气-水换热器1将高温未脱硫烟气中的热量转移至热媒水中，水-水换热器3将热媒水中的热量转移至脱硫废水中，蒸发结晶器6将脱硫废水中的热量转移至汽化后的水蒸汽中，汽-气换热器10将水蒸汽中的热量转移至脱硫后的净烟气中，疏水膨胀箱12将蒸汽冷凝后的液态水进行储存，以备厂区其他工艺回用。

其中，高温未脱硫烟气由原烟气烟道经换热器烟气入口14进入气-水换热器1，高温未脱硫烟气横向冲刷换热管的外壁，来自热媒水回水母管20的低温热媒水进入气-水换热器1的换热管内，热媒水纵向冲刷换热管的内壁，高温未脱硫烟气通过换热管的管壁将热量传至热媒水中，高温未脱硫烟气放热降温后由换热器烟气出口15排入脱硫塔16内，低温热媒水吸热升温后由热媒水供水母管21进入水-水换热器3，由此完成高温烟气和热媒水的热交换过程。

来自热媒水供水母管21的高温热媒水进入水-水换热器3的热媒水侧，来自废水回水母管23的低温脱硫废水在废水循环泵4的驱动下进入水-水换热器3的废水侧，两种水逆向流动完成热交换过程，高温热媒水放热降温后由热媒水回水母管20流出，在热媒水循环泵2的驱动下进入气-水换热器1，低温脱硫废水吸热升温后由废水供水母管22流出进入蒸发结晶器6，由此实现高温热媒水和低温脱硫废水的热交换过程。此外，为了补充蒸发结晶器6蒸发和外排结晶物所损失的水，将新的低温脱硫废水由废水补水管9向水-水换热器3进行补水操作，废水补水量由结晶室7液位进行控制。

高温脱硫废水由废水供水母管22进入蒸发结晶器6的蒸发室5内，高温脱硫废水中部分水吸热汽化后经汽液分离器8脱去夹带的雾滴，并由排汽管24排出进入汽-气换热器10；脱硫废水蒸发浓缩后进入下部结晶室7进行结晶过程，结晶产物沉积在结晶室7底部并由结晶物排出口26排出，未结晶的脱硫废水浮在结晶室7上部由废水回水母管23经废水循环泵4进入水-水换热器3，由此完成脱硫废水的蒸发浓缩结晶过程，并将废水中热量转移到外排的蒸汽中。

来自脱硫塔16的低温净烟气由净烟气入口17进入汽-气换热器10，净烟气横向冲刷换热管的外壁，来自排汽管24的高温蒸汽进入汽-气换热器10的换热管内，低温净烟气通过换热管壁完成与高温蒸汽的换热过程，低温净烟气吸热升温后经净烟气出口18由烟囱19排空，高温蒸汽放热降温冷凝为液态水后，经疏水管25进入疏水膨胀箱12进行储存，由此完成高温蒸汽和低温净烟气的换热过程。

来自汽-气换热器10的蒸汽冷凝水经疏水管25进入疏水膨胀箱12，通过真空泵28将疏水膨胀箱12内的不凝结气体由排气管27排出，疏水膨胀箱的液位设有上下限，当液位高于设置上限时，开启疏水泵11经供水管13向厂区其他工艺系统供水，由此实现蒸汽冷凝水的储存和回用。

130～150℃的高温未脱硫烟气先通过换热器烟气入口14进入气-水换热器1，高温未脱硫烟气放热降温至110℃以下后经换热器烟气出口15进入脱硫塔16，脱硫后48℃左右的低温净烟气经净烟气入口17进入汽-气换热器10，升温至65℃以上的净烟气由净烟气出口18经烟囱19排空；85℃左右的低温热媒水在热媒水循环泵2的驱动下经热媒水回水母管20进入气-水换热器1，热媒水吸热升温至110℃左右后由热媒水供水母管21进入水-水换热器3；来自废水回水母管23的80℃低温废水在废水循环泵4的驱动作用下进入水-水换热器3，低温废水吸热升温至100℃左右经废水供水母管22进入蒸发结晶器6，高温热媒水放热降温至85℃左右经热媒水回水母管20排出至气-水换热器1；来自脱硫废水供水母管22的100℃左右的废水进入蒸发结晶器6上部的蒸发室5，100℃左右的废水中部分水吸热汽化为80℃左右的蒸汽，80℃左右的蒸汽经排汽管24进入汽-气换热器10，放热后降温至80℃左右的脱硫浓缩废水进入蒸发结晶器6下部的结晶室7，脱硫废水在结晶室7内完成结晶过程，结晶产物由结晶物排出口26排出，未结晶的80℃左右的低温废水积存在结晶室7上部，经废水回水母管23排出，为补充蒸发结晶器6损失的蒸发水和结晶产物机械携带水，通过设置废水补水管9将新的脱硫废水补充至废水回水母管23上；来自排汽管24的80℃左右的蒸汽进入汽-气换热器10的换热管内，与管外低温净烟气进行热交换，蒸汽放热降温冷凝至75℃左右的液态水，液态水经疏水管25进入疏水膨胀箱12，疏水膨胀水箱12通过真空泵28将箱内不凝结气体由排气管27排空，冷凝水在疏水泵11的驱动下经供水管13排出，作为厂区其他工艺的补水进行回用。

本发明的脱硫废水零排放耦合烟气脱白一体化系统利用气-水换热器1将高温未脱硫烟气中的热量转移至热媒水中，高温热媒水进入水-水换热器3加热脱硫废水，升温后的脱硫废水至蒸发结晶器6完成蒸发和结晶过程，汽化后的蒸汽至汽-气换热器10加热净烟气，净烟气吸热升温后由烟囱19排空，蒸汽冷凝水排至疏水膨胀箱12，冷凝水由供水管13向厂区其他工艺系统进行补水操作。最终使得净烟气温度升至65℃以上，缓解工业烟囱的冒白现象，同时实现脱硫废水中水的洁净回收目标。