申请日2015.11.06
公开(公告)日2016.01.06
IPC分类号C02F9/06; C01B3/02
摘要
本发明提供了一种无废水排放的湿法脱硫系统及工艺。该系统利用电解-电渗析联合的方式，对脱硫系统中富含氯离子的石膏浆液旋流器的溢流液和来自脱水机的石膏滤液水进行处理，将其中的氯离子以氯气的形式排出脱硫浆液系统，产生的低氯、高pH值的混合液，送入喷淋系统再次利用。该系统避免了脱硫废水的排放，可实现脱硫增效，并获得优良副产物氢气和氯气，具有很好的经济意义和环保意义。
权利要求书
1.一种无废水排放的湿法脱硫工艺，其特征是，包括以下步骤：
(1)来自脱硫装置的石膏浆液经石膏旋流器分离后，溢流液进入溢流液箱汇集，浓缩液送至脱水机后获得脱硫滤液进入滤液箱汇集;
(2)步骤(1)中经滤液箱汇集后的脱硫滤液进入电解-电渗析复合槽的电渗析室，在直流电的作用下，实现电渗析脱盐，得到脱盐水;
(3)步骤(2)中的脱盐水与来自溢流液箱的旋流器溢流液一同进入电解-电渗析复合槽的阴极室，在阴极板发生反应生成Ca(OH)2，富含Ca(OH)2的阴极液进入脱硫装置中进行脱硫;阳极室中充满稀盐酸，从电渗析室迁移来的Cl-不断在阳极板放电生成氯气。
2.如权利要求1所述的工艺，其特征是：步骤(2)中，在直流电的作用下，脱硫滤液中的Ca2+在电场力作用下透过阳离子交换膜迁移至阴极室，Cl-在电场力作用下透过阴离子交换膜迁移至阳极室，实现电渗析脱盐。
3.如权利要求1所述的工艺，其特征是：步骤(3)中，当步骤(2)中的脱盐水与来自溢流液箱的旋流器溢流液一同进入电解-电渗析复合槽的阴极室时，在阴极板发生如下析氢反应：2H2O+2e-→H2↑+2OH-，阴极电解生成的OH-与电渗析室迁移来的Ca2+形成Ca(OH)2，富含Ca(OH)2的阴极液送至脱硫装置中进行脱硫。
4.如权利要求3所述的工艺，其特征是：步骤(3)获得的氢气送至氢气储罐，用于外售或者氢冷发电机补氢，获得的氯气送至循环冷却水系统，用于消毒杀菌、灭藻。
5.用于实现权利要求1～4中任一项无废水排放的湿法脱硫工艺的系统，包括脱硫装置，其特征是：
还包括电解-电渗析复合槽，所述电解-电渗析复合槽至少分隔为三个部分，依次为阴极室、电渗析室和阳极室;
所述脱硫装置的出液端与石膏旋流器连接;
所述石膏旋流器的底流口通过脱水机与滤液箱相连，所述滤液箱通过电解-电渗析复合槽的电渗析室与所述阴极室的进液端相连;
所述石膏旋流器的溢流端通过溢流液箱与电解-电渗析复合槽的阴极室相连;所述阴极室的出液端与脱硫装置的进液端结构相连。
6.如权利要求5所述的系统，其特征是：所述电解-电渗析复合槽的阴极室还与氢气储罐相连。
7.如权利要求5所述的系统，其特征是：所述电解-电渗析复合槽的阳极室与循环冷却水系统相连。
8.如权利要求5所述的系统，其特征是：所述电解-电渗析复合槽设有阳离子交换膜和阴离子交换膜，所述阳离子交换膜和阴离子交换膜将电解-电渗析复合槽分隔为三部分，依次为阴极室、电渗析室和阳极室，所述阴极室设有阴极板，所述阳极室设有阳极板。
9.如权利要求5所述的系统，其特征是：所述电解-电渗析复合槽内阳离子交换膜、阴离子交换膜、阴极板和阳极板采用平行排列的方式布置。
10.如权利要求5所述的系统，其特征是：所述电解-电渗析复合槽通过浆液泵与脱硫装置的进液端相连。
说明书
一种无废水排放的湿法脱硫系统及工艺
技术领域
本发明属于烟气脱硫技术领域，具体涉及一种无废水排放的湿法脱硫系统及工艺。
背景技术
我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，2013年我国生产和消费的煤炭量分别占世界 总量的47.4%和50.3%，长期以来煤炭在我国的一次能源结构中的比例高达70%以上，由此 导致我国排放的SO2有90%左右来自于燃煤。燃煤排放的大量SO2对农作物、森林、建筑 和人类健康造成了巨大危害，我国每年因SO2的排放造成的经济损失达数千亿元。
石灰石-石膏法烟气脱硫技术(WFGD)因其煤种适应范围广、脱硫效率高、脱硫剂利 用率高、工艺成熟以及运行可靠性高等优势，成为现阶段世界范围内应用最为广泛的烟气 脱硫工艺。该工艺过程中，烟气中的氯元素、工艺水中的氯元素和脱硫剂(石灰石)中的 氯元素不断进入脱硫浆液且逐渐富集，浆液中高浓度的氯离子具有降低脱硫效率、加速设 备腐蚀以及影响石膏品质等众多危害，因此在常规WFGD工艺运行过程中，为了维持系统 稳定安全运行并保持较高的脱硫效率，必须排出一定量的废水。
脱硫废水含有高浓度的氯离子和其他污染物，不能回收利用也不能直接排放，因此湿 法脱硫系统仍需建立复杂的系统进行废水处理。目前火电厂采用最多的脱硫废水处理方法 是传统的化学沉淀法，该方法经过中和、沉降、絮凝和澄清等过程对废水进行处理，该工 艺比较复杂、投资大且需要消耗多种药剂。
中国专利文献CN101486517A、CN103086550A、CN104150569A、CN101844819A、 CN101417827A、CN101851041A、CN102020369A、CN103787541A、CN103896420A、 CN104649498A、CN101486517A、CN101803504A等公开了一些脱硫废水处理工艺，这些 工艺均在一定程度上简化了传统化学沉淀法工艺，但是上述所有工艺均是针对脱硫系统排 放的废水进行处理，而并不是从根本上避免脱硫系统排放废水。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种无废水排放的湿法脱硫系统及工艺， 该系统具有结构简单、占地少、不消耗化学药剂等优点，可以实现脱硫系统氯离子的资源 化利用，并可回收高纯氢气、节省脱硫剂，且能避免脱硫系统产生废水。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种无废水排放的湿法脱硫工艺，包括以下步骤：
(1)来自脱硫装置的石膏浆液经石膏旋流器分离后，溢流液进入溢流液箱汇集，浓缩 液送至脱水机后获得脱硫滤液进入滤液箱汇集;
(2)步骤(1)中经滤液箱汇集后的脱硫滤液进入电解-电渗析复合槽的电渗析室，在 直流电的作用下，实现电渗析脱盐，得到脱盐水;
(3)步骤(2)中的脱盐水与来自溢流液箱的旋流器溢流液一同进入电解-电渗析复合 槽的阴极室，在阴极板发生反应生成Ca(OH)2，富含Ca(OH)2的阴极液进入脱硫装置中进 行脱硫;阳极室中充满稀盐酸，从电渗析室迁移来的Cl-不断在阳极板放电生成氯气。
步骤(2)中，在直流电的作用下，脱硫滤液中的Ca2+在电场力作用下透过阳离子交换 膜迁移至阴极室，Cl-在电场力作用下透过阴离子交换膜迁移至阳极室，实现了电渗析脱盐。
步骤(3)中，当步骤(2)中的脱盐水与来自溢流液箱的旋流器溢流液一同进入电解- 电渗析复合槽的阴极室时，在阴极板发生如下析氢反应：
2H2O+2e-→H2↑+2OH-
阴极电解生成的OH-与电渗析室迁移来的Ca2+形成Ca(OH)2，富含Ca(OH)2的阴极液 送至脱硫装置中进行脱硫，主要反应为：
Ca(OH)2+SO2→CaSO3+H2O
阳极室中充满稀盐酸，从电渗析室迁移来的Cl-不断在阳极板放电生成氯气，电解反应 如下：
2Cl--2e-→Cl2↑
由于氯气在水中会发生如下水解反应：
Cl2+H2O→HClO+HCl
而电解-电渗析复合槽的阳极室充满了稀盐酸，因此会抑制上述水解反应的发生，从而 阳极电解产生的氯气可以不断的析出。另外，运行过程中阳极电室中的稀盐酸并不消耗， 而仅仅是保证电解-电渗析装置的导电性并提供氯气析出的环境。
步骤(3)获得的氢气送至氢气储罐，用于外售或者氢冷发电机补氢，获得的氯气送至 循环冷却水系统，用于消毒杀菌、灭藻。
步骤(3)中，所述富含Ca(OH)2的阴极液的pH值为9～12。高pH值的混合液，送入 脱硫装置的喷淋系统再次利用。
为了更好的实施本发明的无废水排放的湿法脱硫工艺，本发明还提供一种湿法脱硫系 统。
一种无废水排放的湿法脱硫系统，包括脱硫装置和电解-电渗析复合槽，所述电解-电渗 析复合槽至少分隔为三个部分，依次为阴极室、电渗析室和阳极室;
所述脱硫装置的出液端与石膏旋流器连接;
所述石膏旋流器的底流口通过脱水机与滤液箱相连，所述滤液箱通过电解-电渗析复合 槽的电渗析室与所述阴极室的进液端相连;
所述石膏旋流器的溢流端通过溢流液箱与电解-电渗析复合槽的阴极室相连;所述阴极 室的出液端与脱硫装置的进液端结构相连。
其中，所述电解-电渗析复合槽设有阳离子交换膜和阴离子交换膜，所述阳离子交换膜 和阴离子交换膜将电解-电渗析复合槽分隔为三部分，依次为阴极室、电渗析室和阳极室， 所述阴极室设有阴极板，所述阳极室设有阳极板。
所述电解-电渗析复合槽内阳离子交换膜、阴离子交换膜、阴极板和阳极板采用平行排 列的方式布置。
优选的，所述电解-电渗析复合槽的阴极室还与氢气储罐相连。将本系统获得的氢气送 至氢气储罐，用于外售或者氢冷发电机补氢。
优选的，所述电解-电渗析复合槽的阳极室与循环冷却水系统相连。将本系统获得的氯 气送至循环冷却水系统，用于消毒杀菌、灭藻。
优选的，所述电解-电渗析复合槽通过浆液泵与脱硫装置的进液端相连。
优选的，所述电解-电渗析复合槽的阴极室与脱硫装置的顶层喷淋层相连，或者所述电 解-电渗析复合槽的阴极室与脱硫装置中的顶层喷淋层浆液循环泵之前的入口管道相连。从 阴极室流出的阴极液经浆液泵送至脱硫塔顶层喷淋层经喷嘴雾化后用于脱硫增效，或者送 至顶层喷淋层的浆液循环泵之前的入口管道。
优选的，所述脱硫装置为脱硫塔。对工业废气进行脱硫处理的脱硫装置，以塔式设备 居多，其脱硫效果优异。
优选的，所述脱水机为真空皮带机。采用真空皮带机对浓缩液进行脱水，可以得到脱 硫滤液，脱硫滤液中的主要成分是CaCl2。
本发明的有益效果是：
(1)该系统利用电解-电渗析联合的方式，对脱硫系统中富含氯离子的石膏浆液旋流器 的溢流液和来自脱水机的石膏滤液水进行处理，将其中的氯离子以氯气的形式排出脱硫浆 液系统，产生的低氯、高pH值的混合液，送入脱硫装置中的喷淋系统再次利用。该系统避 免了脱硫废水的排放，可实现脱硫增效，并获得优良副产物氢气和氯气，具有很好的经济 意义和环保意义。
(2)系统简单，占地少，无废水排放，省去了复杂的废水处理系统。
(3)将脱硫系统中的有害离子氯离子变废为宝转变为氯气，用于循环冷却水杀菌消毒， 大大节省了循环冷却水系统的电解制氯能耗。
(4)可以实现脱硫增效，节省脱硫剂，同时可获得优良的副产品氢气，提升了经济效 益。
