一种废水零排放监控方法和系统与流程

本发明涉及废水处理，尤其是涉及一种废水零排放监控方法和系统。

背景技术：

1、火电厂高盐废水(如化学再生废水、湿法脱硫废水等)成分复杂，直接排放会对环境造成严重污染。目前，旋转雾化干燥技术是电力行业实现高盐废水零排放的主流技术之一，该技术设置干燥塔，采用高速旋转的方式将废水雾化为液滴后喷入干燥塔，同时抽取火电厂的高温烟气送入干燥塔，高温烟气与废水液滴在干燥塔内充分换热，快速实现废水的零排放。

2、高温烟气在干燥塔内的停留时间决定了气液两相流体的换热时间，也是影响废水蒸发零排放效果的关键参数。现阶段，对停留时间的计算方式较为粗放，一般只能通过干燥塔入口烟气温度和出口烟气温度的平均值计算烟气在干燥塔内的平均流速，再通过干燥塔的塔高计算烟气停留时间。

3、然而，由于废水在干燥塔内的干燥过程包括恒速蒸发和降速蒸发两个阶段，烟气在自上而下的流动过程中温度会不断降低，且降幅不一，会导致其流速也发生相应的改变。现有对停留时间的计算方式无法反映流速随温度的变化规律，以平均温度和平均流速的方法推算烟气停留时间，容易导致废水零排放系统运行控制不合理，引起系统出力不足或零排放效果不良等后果，进而严重影响系统的稳定运行。

4、此外，来自火电厂的高温烟气物性参数具有一定的波动性，由于这些参数不稳定且无法调控，因此在利用该高温烟气对废水进行蒸发干燥时，可能出现蒸发效果不稳定以及蒸发不良导致的湿灰、堵塞、腐蚀等故障，会对干燥塔的正常运行造成严重的不良影响。

5、为了确保废水的零排放效果，有必要采用更合理的方法计算烟气停留时间，并根据停留时间对系统运行参数进行必要的调控。

6、鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种废水零排放监控方法和系统，充分考虑了干燥塔内烟气流速随温度的变化规律，提高了干燥塔的运行稳定性，保证了废水干燥效果。

2、本发明提供一种废水零排放监控方法，包括如下步骤：

3、s1：将废水雾化后送入干燥塔，向干燥塔中通入高温烟气对雾化后的废水液滴进行蒸发干燥，对干燥塔出口烟气温度t2进行实时监测；

4、s2：分别获取烟气在恒速蒸发阶段的运动时间t1和在降速蒸发阶段的运动时间t2，根据运动时间t1和运动时间t2获取烟气总停留时间tall，tall＝t1+t2；

5、s3：根据烟气总停留时间tall对废水流量和烟气流量进行调控，并使干燥塔出口烟气温度t2维持在428k-448k。

6、步骤s1中，干燥塔的上部为中空圆柱体，其是废水蒸发干燥的主要场所；干燥塔的底部为中空圆锥体，其主要用于灰分沉积；如无特殊说明，干燥塔主要指的是中空圆柱体部分。在干燥塔的顶部设置旋转雾化器，采用旋转雾化器对废水进行雾化，控制旋转雾化器的转速为12000-18000r/min，雾化形成的废水液滴的粒径为10-60μm。

7、步骤s2中，废水液滴在干燥塔内部的蒸发过程包括恒速蒸发和降速蒸发两个阶段；其中，恒速蒸发发生于干燥塔上部，在该阶段废水液滴表面的水分与高温烟气快速换热，烟气温度急剧降低，废水迅速蒸发，废水中的溶解盐和悬浮物形成固体外壳，减缓水分蒸发速率；降速蒸发发生于干燥塔下部，受形成的固体外壳的影响，废水蒸发缓慢，烟气温度缓慢下降。

8、烟气在进入干燥塔之后，其垂向流速可按如下公式计算：

9、

10、其中：v为烟气垂向流速；v为烟气体积流量(简称为烟气流量)；n为摩尔流量，由烟气体积流量计算；r为气体常数；t为烟气开氏温度；p为烟气压强；s为干燥塔的横截面积，由干燥塔塔径计算。

11、在干燥塔的中部设置沿程测温计，沿程测温计设置在恒速蒸发阶段与降速蒸发阶段之间，沿程测温计用于检测烟气在恒速蒸发阶段和降速蒸发阶段之间的临界温度。

12、从干燥塔顶部到沿程测温计处为废水的恒速蒸发阶段，在该距离内烟气温度随向下运动而急剧下降，以如下线性模型模拟烟气温度随垂向运动距离的变化规律：

13、t＝a1l+b1

14、其中：l为烟气垂向运动距离(以干燥塔顶部为起点)；a1、b1为模型参数。

15、设tc为沿程测温计的读数(即烟气在恒速蒸发阶段和降速蒸发阶段之间的临界温度)，t1为入口烟气温度，l1为沿程测温计距离干燥塔顶部的距离(即烟气在恒速蒸发阶段的垂向流动距离，约为2.5-5.4m)。

16、当l＝0时，t＝t1；当l＝l1时，t＝tc，因此，通过如下公式获取a1、b1：

17、

18、b1＝t1

19、其中：tc为烟气在恒速蒸发阶段和降速蒸发阶段之间的临界温度；t1为入口烟气温度；l1为烟气在恒速蒸发阶段的垂向流动距离。

20、由于烟气垂向流速为垂向运动距离与运动时间的导数，即：

21、

22、通过如下公式计算烟气运动时间t(以干燥塔顶部为起点)：

23、

24、当l＝0时，t＝0，可得：

25、

26、在恒速蒸发阶段，令l＝l1，可计算烟气在恒速蒸发阶段的运动时间，记为t1。

27、即，通过如下公式获取烟气在恒速蒸发阶段的运动时间t1：

28、

29、其中：t1为烟气在恒速蒸发阶段的运动时间；p为烟气压强；s为干燥塔的横截面积；n为摩尔流量；r为气体常数；a1、b1为模型参数；l1为烟气在恒速蒸发阶段的垂向流动距离。

30、从沿程测温计到干燥塔底部出口烟道处为废水的降速蒸发阶段，在该距离内，烟气温度随向下运动而缓慢下降，以如下线性函数模拟烟气温度随垂向运动距离的变化规律：

31、t＝a2l+b2

32、其中：l为烟气垂向运动距离(以降速蒸发起点为起点，记作l2)；a2、b2为模型参数。

33、设t2为出口烟气温度，干燥塔中空圆柱体高度为h。当l＝0时，有t＝tc；当l＝h-l1时，t＝t2，因此，通过如下公式获取a2、b2：

34、

35、其中：t2为出口烟气温度；tc为烟气在恒速蒸发阶段和降速蒸发阶段之间的临界温度；h为干燥塔中空圆柱体的高度(即干燥塔上部中空圆柱体的高度)；l1为烟气在恒速蒸发阶段的垂向流动距离。

36、烟气垂向流速为垂向运动距离与运动时间的导数，即：

37、

38、通过如下公式计算烟气运动时间t(以降速蒸发起点为起点，记作t2)：

39、

40、当l＝0时，t＝0，可得：

41、

42、在降速蒸发阶段，令l＝h-l1＝l2，可计算烟气在降速蒸发阶段的运动时间，记为t2。

43、即，通过如下公式获取烟气在降速蒸发阶段的运动时间t2：

44、

45、其中：t2为烟气在降速蒸发阶段的运动时间；p为烟气压强；s为干燥塔的横截面积；n为摩尔流量；r为气体常数；a2、b2为模型参数；l2为烟气在降速蒸发阶段的垂向流动距离。

46、根据废水含固率x，按照如下方式确定烟气总停留时间tall的控制区间：

47、当废水含固率x为：x≤10％，烟气总停留时间tall的控制区间为[30s,35s)，即30s≤tall<35s；

48、当废水含固率x为：10％＜x≤20％，烟气总停留时间tall的控制区间为[35s,40s)，即35s≤tall<40s；

49、当废水含固率x为：20％＜x≤30％，烟气总停留时间tall的控制区间为[40s,45s]，即40s≤tall≤45s。

50、此外，按照如下方式对气液比进行调控：

51、当烟气总停留时间tall处于控制区间内且干燥塔出口烟气温度t2维持在428k-448k时，维持废水流量和烟气流量不变；

52、当烟气总停留时间tall低于控制区间下限时，降低废水流量和烟气流量直至烟气总停留时间tall处于控制区间内且干燥塔出口烟气温度t2维持在428k-448k，并控制气体流量的降低率不超过废水流量降低率；

53、当烟气总停留时间tall高于控制区间上限时，提高废水流量和烟气流量直至烟气总停留时间tall处于控制区间内且干燥塔出口烟气温度t2维持在428k-448k，并控制废水流量的增大率不超过气体流量增大率。

54、上述调控方式能够基于烟气变速流动规律获取对应的烟气总停留时间tall，同时根据烟气总停留时间tall的控制区间在干燥塔运行时对废水流量和烟气流量进行协同调节，从而能够良好地克服进入干燥塔的高温烟气温度不稳定等问题，进而避免干燥塔在运行过程中出现的蒸发效果不稳定以及蒸发不良导致的湿灰、堵塞、腐蚀等故障，保证了干燥塔的稳定运行。

55、本发明还提供一种用于实施上述废水零排放监控方法的废水零排放监控系统，包括干燥塔和控制器，在干燥塔的顶部设有旋转雾化器，旋转雾化器与废水管道连接，在废水管道上设有废水调节阀，在干燥塔的上部和下部分别设有入口烟道和出口烟道，在入口烟道上设有烟气调节阀、入口测温计和流量计，在出口烟道上设有出口测温计，在干燥塔上设有沿程测温计和测压仪，控制器设有计算模块，计算模块能够根据入口测温计、出口测温计、沿程测温计、流量计和测压仪反馈的数据计算烟气在恒速蒸发阶段的运动时间t1、在降速蒸发阶段的运动时间t2和烟气总停留时间tall，控制器根据烟气总停留时间tall对废水调节阀和烟气调节阀进行控制以调控废水流量和烟气流量。

56、具体地，干燥塔的上部为中空圆柱体，底部为中空圆锥体，入口烟道和出口烟道分别设置在中空圆柱体的上部和下部；旋转雾化器用于对废水进行雾化，旋转雾化器可以设置在干燥塔顶部中央；废水调节阀用于调节废水流量；烟气调节阀用于调节烟气流量；入口测温计用于实时监测入口烟气温度t1，流量计用于实时监测烟气体积流量v，经换算得到摩尔流量n，入口测温计和流量计可以安装在入口烟道内部1/2直径的深度位置上，入口测温计与流量计间隔0.8-1.2m布置；出口测温计用于实时监测出口烟气温度t2，可以安装在出口烟道内部1/2直径的深度位置上；沿程测温计用于实时监测烟气在恒速蒸发阶段和降速蒸发阶段之间的临界温度tc，可以安装在中空圆柱体内部1/8直径的深度位置上；测压仪用于实时监测烟气压强p，可以安装在中空圆柱体的1/2高度位置上以及中空圆柱体内部1/8直径的深度位置上。

57、进一步地，根据废水含固率x，按照如下方式设置沿程测温计：

58、当废水含固率x为：x≤10％，将沿程测温计设置在距离干燥塔塔顶4.5-5.4m的位置上；

59、废水含固率x为：10％＜x≤20％，将沿程测温计设置在距离干燥塔塔顶3.5-4.4m的位置上；

60、废水含固率x为：20％＜x≤30％，将沿程测温计设置在距离干燥塔塔顶2.5-3.4m的位置上。

61、本发明基于废水在恒速蒸发和降速蒸发阶段的特征，建立了一种废水零排放监控方法和系统，通过对关键参数进行监测，为动力学模型的建立提供了数据基础；该方法和系统充分考虑了不同蒸发阶段中烟气流速与温度的关系，分别建立了烟气运动时间与运动距离的线性模型，得出了计算烟气总停留时间的动力学模型，提升了干燥塔内烟气总停留时间计算的准确性；此外，依据动力学模型对烟气总停留时间的计算，对不同类型的废水制定了相应的智能控制方法，既确保干燥塔的废水处理效果与处理能力，同时能够良好地克服因进入干燥塔的高温烟气温度不稳定导致的各种问题，提高了干燥塔的运行稳定性，保证了废水干燥效果。