申请日2017.04.27
公开(公告)日2017.08.04
IPC分类号C02F1/12; C02F1/16; C02F103/18
摘要
本发明公开了一种脱硫废水处理装置及其控制系统和控制方法，属于脱硫废水处理领域。包括废水系统、相变发生器和热空气单元，相变发生器的顶部设置有出口，相变发生器底部设置有固体排出口，相变发生器与热空气单元连通，废水系统与相变发生器内的雾化器连通。控制器与废水系统的水泵、调节阀和流量计、压缩空气单元、温度检测装置、风机和取热器均电连接。控制器控制相变发生器出口的温度高于露点温度10℃以上，热空气温度在80℃以上。本发明解决了在烟道处理脱硫废水过程中打破原有脱硫平衡并造成设备腐蚀的问题，从而实现了脱硫废水的零污染和零排放。
摘要附图
权利要求书
1.一种脱硫废水处理装置，包括废水系统，其特征在于：还包括相变发生器(2)和热空气单元，所述相变发生器(2)的顶部设置有出口，所述相变发生器(2)底部设置有固体排出口，所述相变发生器(2)与热空气单元连通，所述废水系统与相变发生器(2)内的雾化器(9)连通。
2.根据权利要求1所述的脱硫废水处理装置，其特征在于：还包括压缩空气单元(10)，所述压缩空气单元(10)与所述雾化器(9)连通。
3.根据权利要求1所述的脱硫废水处理装置，其特征在于：所述热空气单元包括取热器(1)，所述取热器(1)包括通道一和通道二，通道一入口与高温气体连通，通道一出口与吸收塔连通，通道二入口通入常温空气，通道二出口与所述相变发生器(2)连通。
4.根据权利要求1所述的脱硫废水处理装置，其特征在于：所述的废水系统包括废水箱(5)、水泵(6)、调节阀(7)和流量计(8)，废水箱(5)与相变发生器(2)内雾化器(9)连通的管道上依次设有水泵(6)、调节阀(7)和流量计(8)。
5.根据权利要求3所述的脱硫废水处理装置，其特征在于：还包括气固分离器(3)和风机(4)，所述的气固分离器(3)前端与相变发生器(2)的出口连通，所述取热器(1)的通道二入口、所述取热器(1)与所述相变发生器(2)的连通处、所述相变发生器(2)与所述气固分离器(3)的连通处和所述气固分离器(3)的后端中的至少一处位置设有风机(4)。
6.根据权利要求1所述的脱硫废水处理装置的控制系统，包括水泵(6)，其特征在于：还包括控制器、调节阀(7)、流量计(8)、压缩空气单元(10)、温度检测装置、风机(4)和取热器(1)，所述的控制器与水泵(6)、调节阀(7)、流量计(8)、压缩空气单元(10)、温度检测装置、风机(4)和取热器(1)均电连接。
7.根据权利要求6所述的脱硫废水处理装置的控制系统，其特征在于，所述相变发生器(2)内设有温度检测装置。
8.根据权利要求6或7所述的脱硫废水处理装置的控制系统，其特征在于，所述的温度检测装置分别设置在相变发生器(2)出口处，以及所述相变发生器(2)与热空气单元连通处。
9.根据权利要求6所述的脱硫废水处理装置的控制系统的控制方法，其特征在于：控制器控制水泵(6)开启后，控制器控制压缩空气单元(10)打开，向相变发生器(2)内通入压缩空气，控制器控制风机(4)开启，向取热器(1)内送入常温空气，控制高温气体通入到取热器(1)内，加热常温空气，控制器接收温度检测装置反馈的温度值，与露点温度相比较，控制调节阀(7)的开度，进而监测流量计(8)的数值，使得相变发生器(2)出口的温度高于露点温度10℃以上，使得取热器(1)通入到相变发生器(2)内的热空气温度在80℃以上。
10.根据权利要求9所述的脱硫废水处理装置的控制系统的控制方法，其特征在于：所述的温度检测装置分别设置在相变发生器(2)出口处，以及所述相变发生器(2)与热空气单元连通处。
说明书
一种脱硫废水处理装置及其控制系统和控制方法
技术领域
本发明属于脱硫废水处理领域，更具体地说，涉及一种脱硫废水处理装置及其控制系统和控制方法。
背景技术
煤电化工企业在生产中应用脱硫技术时会产生一定量的脱硫废水，脱硫废水成分复杂，主要含有高浓度悬浮物、过饱和的亚硫酸盐、可溶性氯化物和氟化物以及多种重金属杂质，其中很多是国家环保标准中要求严格控制的第一类污染物。因此，需要对脱硫废水进行严格处理，才能达到国家要求的脱硫废水“零排放”标准。脱硫废水的处理难点主要有水质、水量受燃煤、脱硫系统补水及脱硫运行工况影响大，水质波动范围很大;悬浮物浓度高，细颗粒物比例大;硅、镁、有机物等浓度高，硫酸钙过饱和度高，结垢倾向强。脱硫废水传统处理工艺复杂，运行操作量大，不易自动控制，多数电厂运行结果不理想，处理后的废水仍然含有较高浓度的氯离子，对金属及设备的腐蚀性比较强。
常见FGD脱硫废水处理系统为“三联箱处理+澄清”工艺，三联箱包括中和箱、反应箱和絮凝箱;FGD旋流站出来的脱硫废水在废水缓冲池内进行曝气混合均匀，然后通过废水泵送至三联箱，在三联箱的中和箱中投加石灰乳或氢氧化钠，快速搅拌使原来酸性的脱硫废水呈碱性(pH控制在9.0～9.5)，此过程中大部分重金属形成微溶的氢氧化物从废水中沉淀出来，中和箱内出水自流至反应箱，在反应箱投加有机硫和凝聚剂，将不能以氢氧化物形式沉淀的残余重金属以硫化物沉淀的形式去除，反应箱出水进入絮凝箱，在絮凝箱内投加助凝剂，在低转速搅拌下进行絮凝反应，促进絮体进一步长大，絮凝箱出水自流进入澄清器，废水絮体在澄清器内进一步长大，并通过上部斜板进行沉淀分离，上部清水经加酸调节pH至6～9 后自流进入清水池，澄清器污泥送至压滤机进行压滤。
这种预处理的工艺废水仅能处理悬浮物，但不能处理脱硫废水中的氯离子，还不能直接排放，需要深度处理，深度处理目前采用上述预处理后，再软化+膜蒸馏+蒸发结晶组合处理工艺，该工艺投资高(每吨废水投资在70-200万元/吨废水)，能耗高，运行费用高(每吨废水处理费在130-220元/t废水)，且设备堵塞、腐蚀、结垢等问题容易造成系统瘫痪。
国外也有少量采用烟道处理法，即将脱硫废水喷到空气预热器后，电除尘前的烟道上让废水蒸发，该工艺由于废水进入脱硫系统内，不但打破原有的脱硫废水平衡，且氯离子会产生富集，需要增加更多的废水处理量，还有可能腐蚀下游设备。
中国发明专利，公开号：105417604A，公开日：2016年3月23日，公开了利用烟气余热处理脱硫废水的方法及装置，具体包括：锅炉、空预器、电除尘器、脱硫塔和烟囱，其特征在于，在电除尘器与脱硫塔之间设置一个蒸发浓缩装置;在蒸发浓缩装置的底部设置浓缩脱硫废水收集池;在脱硫废水池与蒸发浓缩装置设置管路和水泵Ⅱ;在空预器与除尘器之间的烟巷内增加喷嘴，在喷嘴与浓缩脱硫废水收集池之间设置管道和水泵Ⅰ。本发明的有益技术效果是节省了常规废水处理方法所采用的化学药品;克服了现有烟气余热蒸发技术喷雾量大，除尘器前段烟气温度低、水蒸气含量高、除尘器极板板结等问题，达到真正意义上的脱硫废水零排放。其不足之处是：(1)该工艺中脱硫废水进入脱硫系统内会打破原有的脱硫平衡，且氯离子易产生富集，腐蚀管道，因而需要增加更多的废水处理量，以冲洗管道内壁; (2)处理后氯离子通过燃烧系统随烟气进入脱硫废水中，氯浓度无法降低，直接影响脱硫效率，腐蚀脱硫设备，减少脱硫设备寿命;(3)直接将脱硫废水通入烟巷中，烟尘含量大，飞灰易沉积，容易造成烟巷堵塞;(4)脱硫废水液滴需要一定长度的烟巷蒸发结晶，而实际烟巷较短，脱硫废水液滴蒸发不完全，未蒸发的脱硫废水液滴与烟气中的飞灰粘结，因而极易对烟巷和下游设备，例如，电除尘器等造成腐蚀。
中国发明专利，公开号：105692745A，公开日：2016年6月22日，公开了一种混合式烟气蒸干脱硫废水装置及方法，具体包括：混合气蒸干脱硫部和气体调质脱硫部，混合气蒸干脱硫部包括干燥塔、废水预处理管路以及混合气体管路，干燥塔通过尾气管与烟道母管通连，混合气管路包括主管、第一支管以及与外界空气通连且流经所述空气预热器的第二支管，烟气与加热的外界空气混合并送入干燥塔对脱硫废水进行蒸干处理。有效解决混合气在蒸发干燥脱硫废水时出现的粘壁现象，确保干燥塔使用寿命，还能有效减小因使用外界空气对锅炉效率的影响，有效提高脱硫效率，还能减少脱硫废水量，进而减轻蒸发作业的工作负荷，降低用于蒸发脱硫废水的热量损耗。其不足之处是：(1)雾化器设置在干燥塔外部，脱硫废水经雾化形成液滴，液滴极易在空气中扩散污染环境;(2)烟气和经预热的空气形成的混合气体与雾化的脱硫废水反应，反应生成的较小固体颗粒物易随着水蒸气等气体通过尾气管进入烟道母管，因而易造成烟道母管堵塞;(3)小固体颗粒物进入烟道及下游设备，易造成烟道和下游设备的磨损，从而影响设备使用寿命;(4)若烟道内温度较低，水蒸气发生冷凝，固体颗粒物重新在冷凝的水蒸气中溶解形成盐溶液，盐溶液易对烟道或下游设备造成腐蚀。
发明内容
1、要解决的问题
针对现有脱硫废水处理过程中废水进入脱硫系统内，打破了原有脱硫平衡并造成设备腐蚀的问题，本发明提供一种脱硫废水处理装置及其控制系统和控制方法。它不会进入原有系统，对脱硫系统无任何影响。
2、技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：
一种脱硫废水处理装置，包括废水系统，还包括相变发生器和热空气单元，所述相变发生器的顶部设置有出口，所述相变发生器底部设置有固体排出口，所述相变发生器与热空气单元连通，所述废水系统与相变发生器内的雾化器连通。
脱硫废水经雾化器雾化后在相变发生器中与热空气进行质、热交换生成含硫、氯的固体颗粒，固体颗粒直接掉入相变发生器底部的固体排出口进行集中回收，水蒸气则由相变发生器顶部出口排出。
优选地，还包括压缩空气单元，所述压缩空气单元与所述雾化器连通，压缩空气与脱硫废水混合进一步促进了脱硫废水雾化，从而提高了脱硫废水液滴与热气进行质、热交换的效率。
优选地，所述热空气单元包括取热器，所述取热器包括通道一和通道二，通道一入口与高温气体(如工业高温烟气)连通，通道一出口与吸收塔连通，通道二入口通入常温空气，通道二出口与所述相变发生器连通。
取热器利用工业高温烟气将常温空气加热，热空气进入相变发生器后与雾化的脱硫废水发生质热反应。
优选地，所述的废水系统包括废水箱、水泵、调节阀和流量计，废水箱与相变发生器内雾化器连通的管道上依次设有水泵、调节阀和流量计，通过调节阀控制脱硫废水流量，进而控制相变发生器内反应生成的烟气温度。
优选地，还包括气固分离器和风机，所述的气固分离器前端与相变发生器的出口连通，所述取热器的通道二入口、所述取热器与所述相变发生器的连通处、所述相变发生器与所述气固分离器的连通处和所述气固分离器的后端中的至少一处位置设有风机。
风机将常温空气引入到取热器内进行预热，同时风机对已预热的空气进入相变发生器内也起到了促进作用。另外，风机还有助于将质热交换后的水蒸气与小颗粒固体的混合物，通过风的作用从相变发生器内带入到气固分离器中，同时促使气固分离器将水蒸气排出去。
一种脱硫废水处理装置的控制系统，包括水泵，还包括控制器、调节阀、流量计、压缩空气单元、温度检测装置、风机和取热器，所述的控制器与水泵、调节阀、流量计、压缩空气单元、温度检测装置、风机和取热器均电连接。
控制器控制热空气、脱硫废水和压缩空气进入相变发生器中的量，保证了雾化的脱硫废水与热空气充分接触进行质热反应形成水蒸气和固体颗粒。
优选地，所述相变发生器内设有温度检测装置，根据检测的温度实时的控制调节阀开度和压缩空气单元输入的压缩空气量，进而确保雾化的脱硫废水与热气反应生成的烟气温度始终在露点温度以上。
优选地，所述的温度检测装置分别设置在相变发生器出口处，以及所述相变发生器与热空气单元连通处。
相变发生器出口的温度检测装置监测的水蒸气温度值反馈给控制器，另一个温度检测装置监测热空气温度，控制器控制调节阀的流量，以使水蒸气温度高于露点温度10℃以上，防止结露，并确保热空气温度高于80℃，以便脱硫废水发生相变。
一种脱硫废水处理装置的控制方法，控制器控制水泵开启后，控制器控制压缩空气单元打开，向相变发生器内通入压缩空气，控制器控制风机开启，向取热器内送入常温空气，控制工业高温烟气通入到取热器内，加热常温空气，控制器接收温度检测装置反馈的温度值，与露点温度相比较，控制调节阀的开度，进而监测流量计的数值，使得相变发生器出口的温度高于露点温度10℃以上，使得取热器通入到相变发生器内的热空气温度在80℃以上。
优选地，所述的温度检测装置分别设置在相变发生器出口处，以及所述相变发生器与热空气单元连通处以防止相变发生器内温度过低而发生结露现象。
3、有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的脱硫废水处理装置，脱硫废水经相变发生器上部设置的雾化器雾化生成液滴，液滴由相变发生器喷出，热气由相变发生器下部的热气入口进入相变发生器，热气与脱硫废水液滴混合并进行质、热交换，脱硫废水液滴受热脱水，蒸干后形成含硫、氯的固体颗粒，固体颗粒在重力作用下直接掉入相变发生器底部的固体排出口，水蒸气在风机鼓风作用下由相变发生器顶部出口排出，脱硫废水与热气的质、热交换过程不需要进入烟道，因而不会破坏脱硫反应平衡，也避免了对烟道造成腐蚀，并且脱硫废水与热气反应生成的固体颗粒易于收集回收再利用，从而达到了充分利用资源的目的;
(2)本发明提供的脱硫废水处理装置，脱硫废水经离心泵抽取进入雾化器，压缩空气单元为雾化器提供压缩空气，压缩空气与脱硫废水混合进一步促进了脱硫废水雾化，雾化生成的液滴直径更小、分布更均匀，从而促进了脱硫废水液滴与热气进行质、热交换;
(3)本发明提供的脱硫废水处理装置，相变发生器顶部的蒸汽排出口与气固分离器连通，相变发生器中生成的大固体颗粒直接掉落进入相变发生器下部固体排出口，小固体颗粒和蒸汽在风机鼓风作用下进入气固分离器，风机启动后将向气固分离器内空气引出，小固体颗粒在重力作用下掉入气固分离器排灰口，水蒸气在风机作用下由排气口排出，从而充分分离回收生成的固体颗粒，避免较小的固体颗粒外排污染环境;
(4)本发明提供的脱硫废水处理装置，水泵和雾化器之间设置有调节阀和流量计，相变发生器内设有温度检测装置，通过调节阀控制脱硫废水流量，进而控制相变发生器内反应生成的烟气温度，从而确保雾化的脱硫废水与热气反应生成的烟气温度始终在露点温度以上，从而有效避免了烟气发生冷凝结露，以便水蒸气能够通过热风的作用顺利排出到相变发生器外部;
(5)本发明提供的脱硫废水处理装置，利用高温气体，例如工业高温烟气，如脱硫前烟气，就地取材对空气进行预热，经预热的空气进入相变发生器与雾化的脱硫废水反应生成固体颗粒，本装置既节约能源，又降低了脱硫前烟气的温度，为脱硫提供了更低的温度，有利于提高脱硫效率，减少工艺水耗量;
(6)本发明提供的脱硫废水处理装置，风机将常温空气引入取热器内进行预热，经预热的空气在风机的作用下被鼓入相变发生器内进行质热反应，风机源源不断的向相变发生器内鼓入热空气，从而有助于将质热交换后的水蒸气与小颗粒固体的混合物，在鼓入空气的流动的作用下从相变发生器内带入到气固分离器中，相变发生器内的空气不断的进入气固分离器，从而促进了气固分离器将水蒸气排出去;
(7)本发明提供的脱硫废水处理装置的控制系统，根据相变发生器内部的温度检测装置检测的温度实时的控制调节阀开度和压缩空气单元输入的压缩空气量，进而确保雾化的脱硫废水与热气反应生成的烟气温度始终在露点温度以上，因而本装置的自动化程度较高;
(8)本发明提供的脱硫废水处理装置的控制系统，热空气单元输出的热空气与通过雾化器雾化后的废水系统的脱硫废水在相变发生器内混合发生质热交换，形成水蒸气和固体颗粒，水蒸气通过相变发生器顶部出口排出，固体颗粒通过相变发生器底部的固体排出口排出;相变发生器为质热交换提供场地，质热交换后，脱硫废水发生相变，原本的液相不复存在，热空气形成的热风将水蒸气带出，固体颗粒受重力作用下落，实现脱硫废水的环保节能处理;工艺流程简单，实现零污染零排放;除废水系统与雾化器连通的脱硫废水管道外，其余过程全程干态，将设备腐蚀的可能性降低;
(9)本发明提供的脱硫废水处理装置的控制系统，压缩空气单元通入到雾化器中，强化了脱硫废水雾化效果，使得脱硫废水形成更为微小的液滴，以便热空气与脱硫废水的液滴发生更为充分质热反应，以便脱硫废水中的水分更为彻底的形成水蒸气蒸发掉;
(10)本发明提供的脱硫废水处理装置的控制系统的控制方法，质热交换后，脱硫废水中的杂质和盐分结晶生成固体颗粒，固体颗粒包括大颗粒固体和小颗粒固体，大颗粒固体是指受到热风和重力作用下落的固体颗粒，小颗粒固体是指上升的固体颗粒，大颗粒固体受重力作用，落到相变发生器固体排出口，水蒸气和小颗粒固体随着热风从相变发生器出口进入气固分离器，气固分离器将水蒸气与小颗粒固体分离开来，风机将气固分离器分离出来的水蒸气通过风的作用排出;
(11)本发明提供的脱硫废水处理装置的控制系统的控制方法，废水箱中设有搅拌器，以防脱硫废水沉淀，形成液相均匀分布的脱硫废水，水泵将废水箱内的脱硫废水泵出，通过脱硫废水管道输送到相变发生器内雾化器，脱硫废水管道上的调节阀控制脱硫废水的流量，流量计用于观测脱硫废水的流量，通过调节阀的流量控制作用，以及流量计的流量监测作用，再结合相变发生器内的温度值进行控制，防止质热交换后的水蒸气在相变发生器内结露，以便水蒸气能够通过热风的作用顺利排出到相变发生器外部;
(12)本发明提供的脱硫废水处理装置的控制系统的控制方法，在取热器内，工业高温烟气将常温空气加热到80℃以上形成热空气，热空气通入到相变发生器内，以便为质热反应提供温度条件;
(13)本发明提供的脱硫废水处理装置的控制系统的控制方法，控制器控制水泵的开启与关闭，实现对脱硫废水是否参与相变的控制，控制器控制调节阀调节脱硫废水的流量，流量计监测的脱硫废水的实时流量反馈给控制器，控制器控制压缩空气单元通入的压缩空气的流量值，控制器控制风机流量和取热器通入的热空气流量，温度检测装置将相变发生器内的温度值反馈给控制器，以便控制器结合流量计反馈的脱硫废水的实时流量值，进而控制调节阀调节脱硫废水的流量，防止质热交换后的水蒸气在相变发生器内结露，以便水蒸气能够通过热风的作用顺利排出到相变发生器外部;
(14)本发明提供的脱硫废水处理装置的控制系统的控制方法，温度检测装置监测相变发生器内的温度，并反馈给控制器，脱硫废水管道上的调节阀控制脱硫废水的流量，流量计用于观测脱硫废水的流量，通过调节阀的流量控制作用，以及流量计的流量监测作用，防止温度过低导致质热交换后的水蒸气在相变发生器内结露，以便水蒸气能够通过热空气所形成的热风作用顺利排出到相变发生器外部。
