申请日2017.12.27
公开(公告)日2018.05.01
IPC分类号C02F9/10; B01D53/90; B01D53/86; B01D53/56; F23J15/02; C02F103/18
摘要
本发明涉及一种低负荷工况下基于废热回用的脱硫废水零排放系统和方法。所述脱硫废水零排放系统包括省煤器烟气旁路子系统和脱硫废水蒸发子系统。所述省煤器烟气旁路子系统包括省煤器旁路烟道，可提高机组低负荷工况下的排烟温度和脱硝效率;所述脱硫废水蒸发子系统包括废水管道、软化箱、浓缩装置、废水预热器、烟气冷却器、热媒水泵、热媒水管道、废水泵和雾化喷射器，可对废水进行浓缩减量、预热和雾化，提升其蒸发效率。本发明还涉及一种利用上述基于废热回用的脱硫废水零排放系统实现低负荷工况下脱硫废水零排放的方法。本发明具有工艺流程简单的特点，可在机组低负荷工况下有效利用排烟废热实现废水的零排放，同时也可提高系统脱硝效率。
权利要求书
1.一种低负荷工况下基于废热回用的脱硫废水零排放系统，包括通过烟道依次连接的锅炉(1)、省煤器(2)、SCR脱硝设备(3)、空预器(4)、电除尘器(5)和脱硫塔(6)，其特征在于，还包括省煤器烟气旁路子系统和脱硫废水蒸发子系统;
其中，所述省煤器烟气旁路子系统包括省煤器旁路烟道(17);
所述脱硫废水蒸发子系统包括通过废水管道(14)依次连接的软化箱(7)、浓缩装置(8)、废水预热器(9)、废水泵(12)和雾化喷射器(13);其中，所述软化箱(7)通过废水管道(14)连接脱硫塔(6)，所述雾化喷射器(13)安装在所述空预器(4)和电除尘器(5)之间的烟道中。
2.根据权利要求1所述的低负荷工况下基于废热回用的脱硫废水零排放系统，其特征在于，所述省煤器旁路烟道(17)的入口连接省煤器(2)入口前的主烟道(16)，连接处设有可调节开度的旁路烟道挡板(18)，所述省煤器旁路烟道(17)的出口连接省煤器(2)出口后的主烟道(16)。
3.根据权利要求1所述的低负荷工况下基于废热回用的脱硫废水零排放系统，其特征在于，所述电除尘器(5)和脱硫塔(6)之间的烟道中安装有烟气冷却器(10)，所述烟气冷却器(10)通过热媒水管道(20)与废水预热器(9)相连，所述废水预热器(9)安装于浓缩装置(8)和废水 泵(12)之间的废水管道(14)上。
4.根据权利要求3所述的低负荷工况下基于废热回用的脱硫废水零排放系统，其特征在于，所述热媒水管道(9)上设有热媒水泵(11)。
5.根据权利要求1所述的低负荷工况下基于废热回用的脱硫废水零排放系统，其特征在于，所述浓缩装置(8)采用反渗透原理，将脱硫废水过滤为高浓度废水和清水。
6.根据权利要求5所述的低负荷工况下基于废热回用的脱硫废水零排放系统，其特征在于，所述浓缩装置(8)还设有清水管道(15)。
7.利用权利要求1～6任一项所述的基于废热回用的脱硫废水零排放系统实现低负荷工况下脱硫废水零排放的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，当机组负荷降低时，打开旁路烟道挡板(18)，通过调节其开度控制进入省煤器旁路烟道(17)烟气的流量，部分烟气经省煤器旁路烟道(17)进入省煤器出口后的主烟道与主烟气混合，将SCR脱硝设备(3)进口烟气温度提升至320℃以上，将SCR脱硝设备(3)效率提升至80%以上;同时，空预器(4)出口烟气温度相应提高5-20℃，为脱硫废水蒸发提供了更充足的热源;
步骤2，脱硫废水进入软化箱(7)，除去脱硫废水硬度离子，将硬度调整到150ppm以下，缓解和防止废水在浓缩装置中发生结垢和堵塞;软化后的脱硫废水进入浓缩装置(8)，通过反渗透膜被过滤为高浓度废水和清水，其中清水通过清水管道(15)排出再次利用，高浓度废水进入废水预热器(9);
步骤3，进入废水预热器(9)的高浓度废水吸收高温热媒水热量，温度提高约40-60℃，进一步减少其蒸发的热量需求;放热后的热媒水进入烟气冷却器(10)吸收电除尘器(5)和脱硫塔(6)之间烟气的废热提升温度，在热媒水泵(11)的作用下回到废水预热器(9)继续放热，以此循环;
步骤4，由废水预热器(9)排出的脱硫废水经废水泵(12)进入雾化喷射器(13)，被雾化为平均粒径约30-60μm的液滴，喷射于空预器(4)和电除尘器(5)之间的烟道，水分吸收烟气废热被蒸发，产生的固体颗粒物随主烟气进入电除尘器(5)被捕捉，完成废水零排放。
说明书
低负荷工况下基于废热回用的脱硫废水零排放系统和方法
技术领域
本发明涉及一种低负荷工况下基于废热回用的脱硫废水零排放系统和方法，具体为一种在燃煤电厂低负荷工况下利用排烟废热蒸发脱硫废水的系统和方法，属于火力发电节能减排领域。
背景技术
低温烟道蒸发技术是实现燃煤电厂脱硫废水零排放的主要技术手段之一，其原理是将脱硫废水雾化喷射于空预器和电除尘器之间的烟道，以烟气废热为热源将废水蒸发，由此产生的颗粒物等随烟气进入电除尘器被捕捉。由于空间有限，该技术必须在较短的时间内完成废水的蒸发。近年来国内燃煤机组长期处于低负荷运行状态，当负荷降低时锅炉排烟温度也随之降低，导致空预器出口烟气的热能不足以在既定时间内将废水蒸发，废水液滴附着于烟道内壁，可能导致结垢、积灰、堵塞和腐蚀等问题，严重时甚至会影响电除尘器的正常运行，脱硫废水低温烟道蒸发技术将无法投入使用。提高锅炉排烟温度成为了实现机组低负荷工况下脱硫废水零排放的关键。
机组低负荷运行引起的另一严重问题是脱硝效率的下降，一般而言脱硝催化剂的活性反应温度为320-420℃，当烟气温度过低时，SCR脱硝设备会大幅降低效率，严重时甚至被迫退出运行，氮氧化物的排放将无法达到国家超低排放的要求。省煤器烟气旁路技术是解决机组低负荷脱硝问题的重要方法之一，其原理是设置与省煤器并联的烟道旁路，从省煤器之前的主烟道引部分烟气直接汇入省煤器后的主烟道，由于省煤器中烟气和给水的换热量被降低，SCR脱硝设备入口烟气的温度得到提升，确保了SCR脱硝设备的效率。然而，由于烟气温度的提高，该方法也导致了锅炉排烟热损失的增大，合理利用该部分废热对提高机组能量利用率有着重要意义。
综上所述，在机组低负荷工况下，脱硫废水需要更充足的热能才能实现零排放;省煤器烟气旁路技术在改善脱硝效果的同时也引起了烟气温度的提高，增大了锅炉排烟热损失。该部分热能若用于脱硫废水的蒸发，则不仅可以实现废水零排放，更能提高机组能量利用率。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种低负荷工况下基于废热回用的脱硫废水零排放系统和方法。所述脱硫废水零排放系统为一种联合省煤器烟气旁路子系统和脱硫废水蒸发子系统的系统，可在机组低负荷工况下有效利用机组排烟废热实现废水的零排放。其中，省煤器烟气旁路子系统可提升机组低负荷脱硝效率和排烟热焓;脱硫废水蒸发子系统可对废水进行预处理、浓缩减量和雾化等，降低其蒸发过程对热能的需求并实现零排放。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种低负荷工况下基于废热回用的脱硫废水零排放系统，包括通过烟道依次连接的锅炉、省煤器、SCR脱硝设备、空预器、电除尘器和脱硫塔，其特征在于，还包括省煤器烟气旁路子系统和脱硫废水蒸发子系统;
其中，所述省煤器烟气旁路子系统包括省煤器旁路烟道;
所述脱硫废水蒸发子系统包括通过废水管道依次连接的软化箱、浓缩装置、废水预热器、废水泵和雾化喷射器;其中，所述软化箱通过废水管道连接脱硫塔，所述雾化喷射器安装在所述空预器和电除尘器之间的烟道中。
进一步的，所述省煤器旁路烟道的入口连接省煤器入口前的主烟道，连接处设有可调节开度的旁路烟道挡板，所述省煤器旁路烟道的出口连接省煤器出口后的主烟道。
进一步的，所述电除尘器和脱硫塔之间的烟道中安装有烟气冷却器，所述烟气冷却器通过热媒水管道与废水预热器相连，所述废水预热器安装于浓缩装置和废水泵之间的废水管道上。
进一步的，所述热媒水管道上设有热媒水泵。
进一步的，所述浓缩装置采用反渗透原理，将脱硫废水过滤为高浓度废水和清水。
进一步的，所述浓缩装置还设有清水管道。
利用所述的基于废热回用的脱硫废水零排放系统实现低负荷工况下脱硫废水零排放的方法，包括以下步骤：
步骤1，当机组负荷降低时，打开旁路烟道挡板，通过调节其开度控制进入省煤器旁路烟道烟气的流量，部分烟气经省煤器旁路烟道进入省煤器出口后的主烟道与主烟气混合，将SCR脱硝设备进口烟气温度提升至320℃以上，将SCR脱硝设备效率提升至80%以上;同时，空预器出口烟气温度相应提高5-20℃，为脱硫废水蒸发提供了更充足的热源;
步骤2，脱硫废水进入软化箱，除去脱硫废水硬度离子，将硬度调整到150ppm以下(以碳酸钙计)，缓解和防止废水在浓缩装置中发生结垢和堵塞;软化后的脱硫废水进入浓缩装置，通过反渗透膜被过滤为高浓度废水和清水，其中清水通过清水管道排出再次利用，高浓度废水进入废水预热器;
步骤3，进入废水预热器的高浓度废水吸收高温热媒水热量，温度提高约40-60℃，进一步减少其蒸发的热量需求;放热后的热媒水进入烟气冷却器吸收电除尘器和脱硫塔之间烟气的废热提升温度，在热媒水泵的作用下回到废水预热器继续放热，以此循环;
步骤4，由废水预热器排出的脱硫废水经废水泵进入雾化喷射器，被雾化为平均粒径约30-60μm的液滴，喷射于空预器和电除尘器之间的烟道，水分吸收烟气废热被蒸发，产生的固体颗粒物随主烟气进入电除尘器被捕捉，完成废水零排放。
本发明的有益效果为：
1.提高了空预器和电除尘器之间烟气的温度，解决了低负荷工况下烟气温度不足导致的废水蒸发不完全问题，实现了脱硫废水的零排放。
2.利用电除尘器和脱硫塔之间烟气的废热对废水进行了预热，利用空预器和电除尘器之间烟气的废热对废水进行蒸发，提高了系统能量利用率。
3.提高了SCR脱硝设备进口烟气的温度，确保了机组在低负荷工况下的脱硝效率。
4.废水蒸发增大了烟气湿度，有利于其中烟尘的团聚，减少了细颗粒物的排放。
5.提高了空预器入口烟气温度，缓解了低负荷工况下空预器冷端温度过低导致的结垢和堵塞等问题。
6.废水的浓缩可产生部分清水，节约了水资源。
