一种脱硫废水零排放处理系统和方法与流程

本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种脱硫废水零排放处理系统和方法，尤其是利用锅炉余热对燃煤电厂脱硫废水零排放的处理系统和方法。

背景技术：

燃煤电厂是我国工业用水大户，工业用水中约40％用于燃煤电厂。随着“水十条”、新环保法和水污染防治法的颁布实行，各地污水排放标准越来越严格工业废水的外排受到更加严格的控制，“废水零排放”在火电企业越来越多地被提及。我国早在2006年就已颁布《火力发电厂废水治理设计技术规程》，明确提出：火电厂的脱硫废水处理设施要单独设置，优先考虑处理回用，不设排放口，必须实现废水零排放。脱硫废水的治理与零排放控制成为火电企业环保工作的重要内容。

目前火电厂脱硫废水零排放的主要技术路线通常包括废水软化预处理、分盐、膜浓缩、蒸发结晶等几个部分，不仅工艺流程长，而且投资大、运行费用高、产品盐品质低，具体体现在以下几个方面：

(1)现有技术路线为满足各单元不同进水水质要求、保障设备运行稳定性，需要对废水进行预处理，分盐处理，复杂的处理过程导致整体工艺流程长；

(2)由于现有技术工艺流程长，涉及处理单元多，设备类型多，因此设备整体投资大，平均每处理1m³/h脱硫废水的设备投资高达200～300万元以上；

(3)为防止设备结垢、影响设备工作效率和使用寿命，现有处理技术对脱硫废水中的钙、镁离子进行软化处理。脱硫废水中钙、镁离子含量极高，一般情况下钙离子在1000～2000mg/l，镁离子在4000～8000mg/l，在软化处理过程中需要投加大量软化药剂等进行去除，药剂成本高，一般达到30元/m³废水以上；

(4)在脱硫废水软化处理过程中，产生大量沉淀污泥，污泥成分较复杂，难以综合利用，因此带来污泥固废二次处理问题；

(5)现有技术副产品结晶盐通常为氯化钠、硫酸钠或二者混合物，工业盐品质难以保障，没有资源回用价值的结晶盐只能作为固废或危废处理。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种脱硫废水零排放处理系统和方法，尤其是利用锅炉余热对燃煤电厂脱硫废水零排放的处理系统和方法，最终实现脱硫废水零排放。本发明系统可在燃煤电厂的原有装置上进行改造，投资少，运行成本低，方法工艺流程短，无二次固废处理等问题，可完全实现燃煤电厂脱硫废水的零排放。

本发明一方面提供了一种脱硫废水零排放处理系统，包括：

蒸发浓缩单元，对来自于脱硫塔的脱硫废水进行蒸发浓缩处理，得到冷凝水、浓缩液和结晶盐；

喷雾干燥单元，对来自于蒸发浓缩单元的浓缩液进行喷雾干燥处理，得到水蒸气和固体颗粒。

根据本发明的优选实施方式，在所述脱硫塔与蒸发浓缩单元之间，还设有废水调节池，用于接收来自于脱硫塔的脱硫废水，对其进行水质、水量调节，然后送至蒸发浓缩单元。

根据本发明的一些实施方式，所述蒸发浓缩单元包括：

蒸发浓缩器，其与所述脱硫塔相连，用于接收来自于脱硫塔的脱硫废水并对其进行蒸发浓缩处理，得到冷凝水和结晶盐浆液；

脱水机，其与所述蒸发浓缩器相连，用于接收来自于蒸发浓缩器的结晶盐浆液并对其进行脱水处理，得到结晶盐和浓缩液；

烟道换热器，其设置于脱硫塔的上游并与所述蒸发浓缩器相连，用于回收烟气的热量然后供给蒸发浓缩器。

根据本发明的优选实施方式，所述蒸发浓缩器包括废水入口、浆液出口、换热介质入口、换热介质出口和冷凝水排出口。

其中，废水入口与废水调节池相连，浆液出口与脱水机相连，换热介质入口和换热介质出口分别与烟道换热器相连，冷凝水排出口用于排出冷凝水。

根据本发明的一些实施方式，所述蒸发浓缩器包括至少一效蒸发器，优选包括三效蒸发器。

根据本发明的优选实施方式，所述蒸发器包括：

蒸发室，其与所述废水调节池相连，用于接收脱硫废水，并在其内发生蒸发浓缩；

换热器，其与烟道换热器相连，用于接收来自于烟道换热器的换热介质，换热介质将热量传递给蒸发室内的废水；

真空泵，其与所述蒸发室相连，用于控制蒸发室内的压力；

循环泵，其与所述蒸发室相连，用于控制蒸发室内的废水流速；

冷却器，其与所述蒸发室相连，用于接收脱硫废水蒸发出来的蒸汽并将其冷却，然后从冷凝水排出口排出。

根据本发明的一些实施方式，所述烟道换热器设置于脱硫塔的上游，烟气先通过烟道换热器回收余热，再进入脱硫塔。

根据本发明的优选实施方式，所述烟道换热器内设置有烟气通道和换热介质通道，其中所述烟气通道的两端分别连接烟气入口和出口，用于流通烟气；所述换热介质通道的两端分别了连接换热介质入口和出口，用于流通换热介质；在烟道换热器内，烟气将热量传递给换热介质。

根据本发明的一些实施方式，在所述脱水机和废水调节池之间设有连通的管道，如果经过脱水机处理后得到的浓缩液不适合送至喷雾干燥单元处理，则通过该管道返回到废水调节池进行处理。

根据本发明的一些实施方式，所述喷雾干燥单元包括：

缓冲池，其与脱水机连接，用于接收来自于蒸发浓缩单元的浓缩液并进行水质稳定与调节；

喷雾干燥塔，用于接收来自于缓冲池的浓缩液并对其进行喷雾干燥处理。

根据本发明的优选实施方式，所述喷雾干燥塔包括烟气进口、浓缩液进口和出口；所述烟气进口和出口与锅炉主烟道的旁路连接，引入烟气以对喷入喷雾干燥塔内的浓缩液进行干燥，并使干燥后得到的水蒸气和固体颗粒随烟气回到锅炉主烟道。

根据本发明的优选实施方式，在所述喷雾干燥塔内设置有双流体喷雾枪，其与浓缩液进口相连，用于将浓缩液以双流体喷雾形式喷入干燥塔内进行干燥。

根据本发明的优选实施方式，所述旁路的起点位于脱硝反应器和空气预热器之间，所述旁路的终点位于空气预热器和除尘器之间。

本发明另一个方面提供了一种脱硫废水零排放处理方法，其采用本发明第一个方面所述的系统，包括如下步骤：

(1)使来自于脱硫塔的脱硫废水进入蒸发浓缩单元进行蒸发浓缩处理，得到冷凝水、浓缩液和结晶盐；

(2)使所述浓缩液进入喷雾干燥单元进行喷雾干燥处理，得到水蒸气和固体颗粒。

根据本发明的一些实施方式，所述步骤(1)包括：

使来自于脱硫塔的脱硫废水进入蒸发浓缩器，对其进行蒸发浓缩处理，得到冷凝水和结晶盐浆液；

使结晶盐浆液进入脱水机，对其进行脱水处理，得到结晶盐和浓缩液；

其中，通过烟道换热器回收烟气的热量然后供给蒸发浓缩器。

根据本发明的优选实施方式，对所述脱硫废水进行至少一效蒸发，优选三效蒸发。

根据本发明的优选实施方式，使所述脱硫废水进入蒸发室，通过换热器内的换热介质向蒸发室内供热以使废水蒸发浓缩，产生结晶盐浆液，通过真空泵控制蒸发室内的压力，通过循环泵控制蒸发室内的废水流速；废水蒸发产生的蒸汽在冷却器内通过循环水冷却为冷凝水并回收利用。

根据本发明的具体实施方式，所述每一效蒸发器的换热器串联，换热介质依次流过每一效蒸发器的换热器，释放热量然后返回烟道换热器。通过所述真空泵分别控制各效蒸发室内不同的蒸发压力，以实现热源的梯级利用；通过循环泵调节废水流速，控制蒸发室内液体的结晶盐含量，配合自发式选择定向结晶技术，以调节和控制蒸发器内结晶盐的化学析出反应；控制蒸发室换热面的结垢。

优选换热介质为纯水，在烟道换热器内，烟气温度在130℃左右，通过换热可制取100℃左右的热水或蒸汽。

根据本发明的优选实施方式，使来自于蒸发浓缩器的结晶盐浆液进入脱水机，进行脱水处理，得到结晶盐和浓缩液；脱水后的结晶盐主要成分为石膏，可资源化利用。如果浓缩液适合送至喷雾干燥单元处理，则送至喷雾干燥单元；如果浓缩液不适合送至喷雾干燥单元处理，则返回到废水调节池进行处理。

经过废水蒸发浓缩单元处理后，脱硫废水水量可减量至原水量的10～20％，这部分浓缩液含盐量可达20～30g/l。

根据本发明的一些实施方式，所述步骤(2)包括：

使来自于蒸发浓缩单元的浓缩液进入缓冲池，对其进行水质稳定与调节；

使来自于脱水机的浓缩液进入喷雾干燥塔，对其进行喷雾干燥处理。

根据本发明的优选实施方式，经过在缓冲池内的水质稳定与调节，浓缩液进入喷雾干燥塔，通过双流体喷雾枪以双流体喷雾形式喷入干燥塔内，通过旁路烟气对其进行干燥，雾化的浓缩液被完全汽化干燥，废水中的盐类与粉煤灰结合形成共聚物，得到水蒸气和固体颗粒。

根据本发明的优选实施方式，喷雾干燥塔出口汇入锅炉烟道，喷雾干燥得到的水蒸气和固体颗粒随烟气回到锅炉主烟道，与烟气合并。接着烟气进入除尘器，烟气中的固体颗粒(粉煤灰以及盐类与粉煤灰结合形成共聚物)经除尘器除去然后进入灰仓，烟气则进入烟道换热器，进而进入脱硫塔。

本发明的脱硫废水零排放处理系统及方法，工艺流程简短，在完全实现脱硫废水零排放处理的情况下，大幅减少废水处理设备的投资费用，预计每处理1m³/h脱硫废水的设备投资可降至150万元以内。

本发明的系统及方法充分利用锅炉烟道除尘器后的低温烟气余热作为废水蒸发热源，节能效果明显，运行费用低。

本发明的系统及方法在脱硫废水零排处理过程中不需要对脱硫废水进行预处理和软化处理，大大节约软化药剂费用。

本发明的系统及方法在废水蒸发浓缩过程中产生的结晶盐主要成分为石膏，可资源化利用；在废水喷雾干燥过程结晶盐与烟气中的粉煤灰形成共聚物，随粉煤灰进入灰仓一并处理；不存在固体物的二次处理问题。

本发明的系统及方法可降低脱硫装置入口烟温，进而减少脱硫装置的烟气蒸发水量，减少脱硫系统补水量；可回收洁净冷凝水作为工业补水使用。

本发明的系统喷雾干燥塔与锅炉主烟道采用旁路设置，在废水处理过程中有力的保障了锅炉系统的稳定运行。

附图说明

通过结合附图阅读下文示例性实施例的详细描述可更好地理解本申请公开的范围，其中所包括的附图是：

图1为根据本申请一个实施例的脱硫废水零排放处理系统及方法示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参考图1，本发明脱硫废水零排放处理系统，包括：

蒸发浓缩单元，对来自于脱硫塔的脱硫废水进行蒸发浓缩处理，得到冷凝水、浓缩液和结晶盐；

喷雾干燥单元，对来自于蒸发浓缩单元的浓缩液进行喷雾干燥处理，得到水蒸气和固体颗粒。

其中，蒸发浓缩单元包括：与脱硫塔相连的蒸发浓缩器，与蒸发浓缩器相连的脱水机，以及烟道换热器，其设置于脱硫塔的上游并与蒸发浓缩器相连。蒸发浓缩器包括至少一效蒸发器，优选包括三效蒸发器。所述蒸发器包括：与所述废水调节池相连的蒸发室，与烟道换热器相连的换热器，与所述蒸发室相连的真空泵、循环泵和冷却器。烟道换热器内设置有烟气通道和换热介质通道，其中所述烟气通道的两端分别连接烟气入口和出口，用于流通烟气；所述换热介质通道的两端分别了连接换热介质入口和出口，用于流通换热介质；在烟道换热器内，烟气将热量传递给换热介质。脱水机和废水调节池之间设有连通的管道，如果经过脱水机处理后得到的浓缩液不适合送至喷雾干燥单元处理，则通过该管道返回到废水调节池进行处理。

其中，喷雾干燥单元包括：与脱水机连接的缓冲池，与缓冲池相连的喷雾干燥塔。喷雾干燥塔包括烟气进口、浓缩液进口和出口；所述烟气进口和出口与锅炉主烟道的旁路连接，引入烟气以对喷入喷雾干燥塔内的浓缩液进行干燥，并使干燥后得到的水蒸气和固体颗粒随烟气回到锅炉主烟道。在所述喷雾干燥塔内设置有双流体喷雾枪，其与浓缩液进口相连，用于将浓缩液以双流体喷雾形式喷入干燥塔内进行干燥。所述旁路的起点位于脱硝反应器和空气预热器之间，所述旁路的终点位于空气预热器和除尘器之间。

使用上述系统的处理方法如下：

使来自于脱硫塔的脱硫废水进入蒸发浓缩器，对其进行蒸发浓缩处理，得到结晶盐浆液；

蒸发浓缩器采用至少三效蒸发，脱硫废水依次进入各效的蒸发室，通过换热器内的换热介质(100℃)向蒸发室内供热以使废水蒸发浓缩，产生结晶盐浆液，通过真空泵控制各蒸发室内的压力在100～10kpa范围内递减，通过循环泵控制蒸发室内的废水流速；废水蒸发产生的蒸汽在冷却器内通过循环水冷却为冷凝水并回收利用。

在烟道换热器内，烟气温度在130℃左右，通过换热制取100℃的换热介质。

结晶盐浆液进入脱水机，对其进行脱水处理，得到结晶盐和浓缩液；脱水后的结晶盐主要成分为石膏；如果浓缩液适合送至喷雾干燥单元处理，则送至喷雾干燥单元；如果浓缩液不适合送至喷雾干燥单元处理，则返回到废水调节池进行处理。

经过废水蒸发浓缩单元处理后，脱硫废水水量可减量至原水量的10～20％，这部分浓缩液含盐量可达20～30g/l。

使来自于蒸发浓缩单元的浓缩液进入缓冲池，经过在缓冲池内的水质稳定与调节，浓缩液进入喷雾干燥塔，通过双流体喷雾枪以双流体喷雾形式喷入干燥塔内，通过旁路烟气对其进行干燥，雾化的浓缩液被完全汽化干燥，废水中的盐类与粉煤灰结合形成共聚物，得到水蒸气和固体颗粒。

喷雾干燥塔出口汇入锅炉烟道，喷雾干燥得到的水蒸气和固体颗粒随烟气回到锅炉主烟道，与烟气合并。接着烟气进入除尘器，烟气中的固体颗粒(粉煤灰以及盐类与粉煤灰结合形成共聚物)经除尘器除去然后进入灰仓，烟气则进入烟道换热器，进而进入脱硫塔。

实施例1

使来自于脱硫塔的脱硫废水20m³/h进入废水调节池，进行水质水量的均衡与调节；然后废水进入蒸发浓缩器，起始运行时需加入含有硫酸钙成分的结晶盐晶核，蒸发浓缩器采用三效蒸发，脱硫废水依次进入各效蒸发室；在烟道换热器内，烟气温度在130℃左右，通过换热制取100℃左右的换热介质水；换热介质水作为一效蒸发室的热源，然后一效蒸发室产生的蒸汽作为二效蒸发室的热源，再然后二效蒸发室产生的蒸汽作为三效蒸发室的热源；一效蒸发室所用热源介质水换热后循环使用，二效、三效蒸发室所用热源蒸汽换热后产生冷凝水回收利用，三效蒸发室产生的蒸汽在冷却器内通过循环水冷却为冷凝水并回收利用；通过真空泵控制各蒸发室内的压力依次为100kpa、50kpa、20kpa，通过循环泵控制蒸发室内的废水流速达到1.5m/s；在蒸发浓缩器内废水不断蒸发浓缩，得到结晶盐浆液。

结晶盐浆液进入脱水机，对其进行脱水处理，得到结晶盐和浓缩液；脱水后的结晶盐主要成分为石膏。

经过废水蒸发浓缩单元处理后，脱硫废水水量可减量至约3m³/h，这部分浓缩液含盐量可达20g/l以上，同时可回收冷凝水约17m³/h。

使来自于蒸发浓缩单元的浓缩液进入缓冲池，在缓冲池内对水质进行稳定与调节，使浓缩液中的过饱和结晶盐完全结晶析出，同时调节水质ph值低于7.0，调质后浓缩液进入喷雾干燥塔，通过双流体喷雾枪以喷雾形式喷入干燥塔内，通过从空预器前主烟道引取的中温旁路烟气(烟温约350℃)对其进行干燥，雾化的浓缩液被完全汽化干燥，废水中的盐类与粉煤灰结合形成共聚物，得到水蒸气和固体颗粒。

喷雾干燥塔出口汇入锅炉烟道，喷雾干燥得到的水蒸气和固体颗粒随烟气回到锅炉主烟道，与烟气合并。接着烟气进入除尘器，烟气中的固体颗粒(粉煤灰以及盐类与粉煤灰结合形成共聚物)经除尘器除去然后进入灰仓，烟气则进入烟道换热器，进而进入脱硫塔。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。