申请日2017.12.08
公开(公告)日2018.04.06
IPC分类号B01D53/90; B01D53/56; B01D50/00; C02F9/04; F23J15/02; F23J15/04; F23J15/06; F23J15/08; C02F103/18
摘要
本发明公开了一种协同零排脱硫废水的燃煤电厂环保岛系统，包括烟气超净排放系统和脱硫废水零排系统，该烟气超净排放系统至少包括脱硝反应器、电除尘器和湿法脱硫吸收塔，装置之间通过烟道相连;该脱硫废水零排系统至少包括脱硫废水预处理及膜浓缩单元，浓水溶剂回用单元和浓水溶质回收单元。本发明还提供了一种协同零排脱硫废水的方法。本发明融废水的零排及烟气的净化于一体，脱硫废水经预处理及膜浓缩单元处理后，浓水的溶剂在脱硝系统尿素溶解区得以回用，浓水的溶质在尿素热解炉中析出并随烟气在下游除尘装置中得以回收，节省了脱硝系统水耗，实现了协同零排脱硫废水，使该系统兼具节能、减排、降耗的特点。
权利要求书
1.一种协同零排脱硫废水的燃煤电厂环保岛系统，其特征在于，所述燃煤电厂环保岛系统包括烟气超净排放系统和脱硫废水零排系统，所述烟气超净排放系统包括燃煤锅炉、脱硝反应器、空气预热器、烟气冷却器、电除尘器、引风机、湿法脱硫吸收塔、烟气再热器和烟囱，装置之间通过烟道相连;所述脱硫废水零排系统至少包括脱硫废水预处理及膜浓缩单元，浓水溶剂回用单元和浓水溶质回收单元。
2.根据权利要求1所述的燃煤电厂环保岛系统，其特征在于，所述脱硫废水零排系统中，所述脱硫废水预处理及膜浓缩单元至少包括初沉池、中和-反应-絮凝三联箱、澄清池、污泥处置装置、超/微滤装置、高压反渗透装置、淡水工艺水箱、配套的废水输送泵、高压循环泵和清洗泵。
3.根据权利要求2所述的燃煤电厂环保岛系统，其特征在于，所述中和-反应-絮凝三联箱上设有药剂投加装置：中和除硬箱上设有NaOH和Na2CO3投加装置;反应箱上设有有机硫和絮凝剂投加装置;絮凝箱上设有絮凝剂和助凝剂投加装置。
4.根据权利要求2所述的燃煤电厂环保岛系统，其特征在于，所述高压反渗透装置由两段特种高压反渗透膜组件串联构成，第一段膜柱采用管网式高压反渗透膜组件-STRO，第二段膜柱采用碟管式高压反渗透膜组件-DTRO，均采用错流过滤形式;所述高压反渗透装置的运行压力范围为70bar～80bar，脱盐率范围为96%～98%，回收率范围为60%～70%，淡水的TDS含量<2000mg/L，浓水的TDS含量范围为100000mg/L～130000mg/L。
5.根据权利要求2所述的燃煤电厂环保岛系统，其特征在于，所述淡水工艺水箱用于收集所述高压反渗透装置的淡水，并经淡水泵输送至厂区工艺水的消耗区域。
6.根据权利要求1所述的燃煤电厂环保岛系统，其特征在于，所述脱硫废水零排系统中，所述浓水溶剂回用单元至少包括浓水工艺水箱、尿素溶解罐、尿素溶液储罐和尿素溶液高速循环模块;所述浓水工艺水箱、所述尿素溶解罐、所述尿素溶液储罐和所述尿素溶液高速循环模块通过不锈钢管道相连，利用尿素溶液输送泵和尿素溶液循环泵实现尿素溶液的传输;所述浓水工艺水箱用于收集高压反渗透装置的浓水，并经浓水泵输送至脱硝尿素区的所述尿素溶解罐，所述浓水的溶剂用于尿素颗粒的溶解。
7.根据权利要求6所述的燃煤电厂环保岛系统，其特征在于，所述浓水工艺水箱的体积与所述尿素溶解罐的体积之比为2：1～5：1。
8.根据权利要求6所述的燃煤电厂环保岛系统，其特征在于，所述高压反渗透装置的浓水产量与尿素溶解水耗量之比为5：1～2：1。
9.根据权利要求1所述的燃煤电厂环保岛系统，其特征在于，所述脱硫废水零排系统中，所述浓水溶质回收单元至少包括尿素溶液喷射器、尿素热解炉和下游除尘装置收集灰斗。
10.一种协同零排脱硫废水的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1、利用烟气超净排放系统：
步骤1.1、使燃煤锅炉产生的烟气与尿素热解生成的还原剂氨气在烟道中混合后，在脱硝反应器中发生催化反应，所述烟气中的氮氧化物在脱硝催化剂的作用下生成氮气和水，所述烟气中的单质汞在脱汞催化剂的作用下生成氧化汞和颗粒汞;
步骤1.2、使经步骤1.1处理后的烟气依次通过空气预热器和烟气冷却器，对所述烟气的热量进行回收利用，使所述烟气温度降低至酸露点以下;
步骤1.3、使经步骤1.2处理后的烟气进入电除尘器，所述烟气中的颗粒物、被烟尘吸附的SO3、颗粒汞被捕集进入收集灰斗;
步骤1.4、使经步骤1.3处理后的烟气在引风机作用下进入湿法脱硫吸收塔，对所述烟气中的SO2、氧化汞、颗粒污染物进行处理;
步骤1.5、使经步骤1.4处理后的烟气通过烟气再热器，将所述烟气的温度提升至约80摄氏度;
步骤2、利用脱硫废水零排系统：
步骤2.1、使脱硫废水首先进入废水预处理单元，在初沉池中静置以去除大部分悬浮物，随后通过输送泵将脱硫废水输送至中和-反应-絮凝三联箱，调节所述脱硫废水的pH值、降低所述脱硫废水的硬度以及对所述脱硫废水进行絮凝反应;将经所述中和-反应-絮凝三联箱处理后的脱硫废水由废水泵提升至澄清池，进一步絮凝沉淀后经污泥压滤装置压滤分离，滤液返回所述初沉池;
步骤2.2、将步骤2.1中所述澄清池上部的清水加酸调节pH至6～9后通过膜浓缩单元，采用超/微滤装置进行过滤处理后通过高压反渗透装置进行浓缩处理，所得淡水收集于淡水工艺水箱并用于补充厂区的工艺用水，所得浓水收集于浓水工艺水箱;
步骤2.3、将所述浓水工艺水箱的所述浓水经废水泵输送至尿素溶解罐，所述浓水的溶剂用于尿素的溶解，尿素溶液经尿素溶液输送泵泵入尿素溶液储罐，所述尿素溶液储罐与尿素热解炉之间设尿素溶液高速循环模块，进行尿素溶液的传输;
步骤2.4、将所述尿素溶液通过尿素溶液喷射器喷入尿素热解炉以制备脱硝还原剂氨气，浓水的溶质在所述尿素热解炉中析出，并随生成的氨气由气体输送管经喷氨格栅与锅炉烟气在所述烟道中混合进入所述烟气超净排放系统。
说明书
一种协同零排脱硫废水的燃煤电厂环保岛系统及方法
技术领域
本发明涉及燃煤电厂污染物综合治理领域，具体涉及一种协同零排脱硫废水的燃煤电厂环保岛系统及方法。
背景技术
随着《大气污染防治行动计划》(“大气十条”)和《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》的相继发布，到2020年，全国所有具备改造条件的燃煤电厂力争实现超低排放，即在基准氧含量6%条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于5、35、50毫克/立方米，针对上述污染物的超低排放要求，燃煤电厂在炉后配置了环保岛系统，主要包括以SCR法脱硝(从安全生产的角度出发，还原剂的制备多采用尿素热解法)、湿法脱硫和电除尘设备为主的烟气净化系统。随后在2015年4月16日国务院印发的《水污染行动计划》(“水十条”)中明确提出，到2020年，全国水环境质量得到阶段性改善，污染严重水体较大幅度减少，“狠抓工业污染防止”成为重要任务。燃煤发电行业属于五大高用水行业之一，从经济运行和环境保护出发，节约发电用水，实现燃煤电厂废水“零排放”意义重大。
在现有的环保岛系统中，烟气脱硫最普遍采用的是石灰石-石膏湿法脱硫技术，其具有技术成熟、脱硫效率高、适用煤种广等优势，但该技术在运用过程中会产生一定量的脱硫废水。脱硫废水具有水质波动范围大、成分复杂、含盐量高(Cl-、SO42-等)、悬浮物含量高、腐蚀性强的特点，极大的增加了处理难度，因此实现脱硫废水的零排放已成为实现全厂废水零排放的关键。
目前国内应用最为广泛的脱硫废水处理工艺主要采用化学沉淀法，但是该法不能有效去除溶解的氯离子和氟离子，因此处理后的废水无法回收利用，无法满足全厂废水“零排放”的环保要求;处于研发阶段的烟道喷雾法也存在亟待解决的难题：处理能力很低，未蒸发的脱硫废水会腐蚀烟道，蒸发的脱硫废水形成的垢很难清洗，容易造成烟道堵塞，若未对脱硫废水进行预处理，容易堵塞喷嘴。蒸发结晶法可以将废水中的盐进行分离，但是不能将不同价盐进行分离，且投资运行成本较高;膜浓缩法可将产生的淡水有效利用，但浓缩过程产生的浓水的无害化处置问题亟待解决。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种协同零排脱硫废水的燃煤电厂环保岛系统以及一种协同零排脱硫废水的方法。具体技术方案如下：
本发明在第一方面提供了一种协同零排脱硫废水的燃煤电厂环保岛系统，其包括烟气超净排放系统和脱硫废水零排系统，烟气超净排放系统至少包括脱硝反应器、电除尘器和湿法脱硫吸收塔，装置之间通过烟道相连;脱硫废水零排系统至少包括脱硫废水预处理及膜浓缩单元，浓水溶剂回用单元和浓水溶质回收单元。
在较优实施例中，上述烟气超净排放系统包括燃煤锅炉、脱硝反应器、空气预热器、烟气冷却器、电除尘器、引风机、湿法脱硫吸收塔、烟气再热器和烟囱，装置之间依次通过烟道相连。
在较优实施例中，上述脱硫废水零排系统的脱硫废水预处理及膜浓缩单元至少包括初沉池、中和-反应-絮凝三联箱、澄清池、污泥处置装置、超/微滤装置、高压反渗透装置、淡水工艺水箱、配套的废水输送泵、高压循环泵和清洗泵。
优选地，上述中和-反应-絮凝三联箱上设有药剂投加装置：中和除硬箱上设有NaOH和Na2CO3投加装置;反应箱上设有有机硫和絮凝剂投加装置;絮凝箱上设有絮凝剂和助凝剂投加装置。
优选地，上述高压反渗透装置由两段特种高压反渗透膜组件串联构成，第一段膜柱采用管网式高压反渗透膜组件-STRO，第二段膜柱采用碟管式高压反渗透膜组件-DTRO，均采用错流过滤形式。
优选地，上述高压反渗透装置的运行压力范围为70bar～80bar，脱盐率范围为96%～98%，回收率范围为60%～70%，淡水的TDS含量<2000mg/L，浓水的TDS含量范围为100000mg/L～130000mg/L。
优选地，上述淡水工艺水箱用于收集高压反渗透装置的淡水，并经淡水泵输送至厂区工艺水的消耗区域。
在较优实施例中，上述脱硫废水零排系统的浓水溶剂回用单元至少包括浓水工艺水箱、尿素溶解罐、尿素溶液储罐和尿素溶液高速循环模块。
优选地，上述浓水工艺水箱、尿素溶解罐、尿素溶液储罐和尿素溶液高速循环模块通过不锈钢管道相连，利用尿素溶液输送泵和尿素溶液循环泵实现尿素溶液的传输。
优选地，上述浓水工艺水箱用于收集高压反渗透装置的浓水，并经浓水泵输送至脱硝尿素区的尿素溶解罐，浓水的溶剂用于尿素颗粒的溶解。
优选地，上述浓水工艺水箱的体积与尿素溶解罐的体积之比为2：1～5：1。
优选地，上述高压反渗透装置的浓水产量与尿素溶解水耗量之比为5：1～2：1。
在较优实施例中，上述脱硫废水零排系统的浓水溶质回收单元至少包括尿素溶液喷射器、尿素热解炉和下游除尘装置收集灰斗。
优选地，上述尿素溶液喷射器采用不锈钢材质，尿素输液管采取保温措施，在合理的喷射流量及较优的雾化效果前提下，尿素溶液喷射器具有防堵塞、防尿素结晶的特征，其孔径范围为0.1mm～0.2mm。
优选地，上述尿素热解炉采用不锈钢材质，通过对尿素热解炉构型的改造使其具有防堵塞的特征，保证尿素在充分热解的同时，浓水的溶质在尿素热解炉中析出并随烟气在下游除尘装置中得以回收。
本发明在另一方面还提供了一种协同零排脱硫废水的方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、利用烟气超净排放系统：
步骤1.1、使燃煤锅炉产生的烟气与尿素热解生成的还原剂氨气在烟道中混合后，在脱硝反应器中发生催化反应，烟气中的氮氧化物在脱硝催化剂的作用下生成氮气和水，烟气中的单质汞在脱汞催化剂的作用下生成氧化汞和颗粒汞;
步骤1.2、使经步骤1.1处理后的烟气依次通过空气预热器和烟气冷却器，对烟气的热量进行回收利用，使烟气温度降低至酸露点以下;
步骤1.3、使经步骤1.2处理后的烟气进入电除尘器，烟气中的颗粒物、被烟尘吸附的SO3、颗粒汞被捕集进入收集灰斗;
步骤1.4、使经步骤1.3处理后的烟气在引风机作用下进入湿法脱硫吸收塔，对烟气中的SO2、氧化汞、颗粒污染物进行处理;
步骤1.5、使经步骤1.4处理后的烟气通过烟气再热器，将烟气的温度提升至约80摄氏度;
步骤2、利用脱硫废水零排系统：
步骤2.1、使脱硫废水首先进入废水预处理单元，在初沉池中静置以去除大部分悬浮物，随后通过输送泵将脱硫废水输送至中和-反应-絮凝三联箱，调节脱硫废水的pH值、降低脱硫废水的硬度以及对脱硫废水进行絮凝反应;将经中和-反应-絮凝三联箱处理后的脱硫废水由废水泵提升至澄清池，进一步絮凝沉淀后经污泥压滤装置压滤分离，滤液返回初沉池;
步骤2.2、将步骤2.1中澄清池上部的清水加酸调节pH至6～9后通过膜浓缩单元，采用超/微滤装置进行过滤处理后通过高压反渗透装置进行浓缩处理，所得淡水收集于淡水工艺水箱并用于补充厂区的工艺用水，所得浓水收集于浓水工艺水箱;
步骤2.3、将浓水工艺水箱的浓水经废水泵输送至尿素溶解罐，浓水的溶剂用于尿素的溶解，尿素溶液经尿素溶液输送泵泵入尿素溶液储罐，尿素溶液储罐与尿素热解炉之间设尿素溶液高速循环模块，进行尿素溶液的传输;
步骤2.4、将尿素溶液通过尿素溶液喷射器喷入尿素热解炉以制备脱硝还原剂氨气，浓水的溶质在尿素热解炉中析出，并随生成的氨气由气体输送管经喷氨格栅与锅炉烟气在烟道中混合进入烟气超净排放系统。
与现有燃煤电厂环保岛系统相比，本发明具有明显的优势：
1)本环保岛系统融脱硫废水的零排放及烟气的超低排放于一体，实现了“水气并治”，简化了工艺流程，减少了占地面积，节省了投资成本。
2)脱硫废水经膜浓缩法产生的淡水用于补充厂区的工艺用水，浓水的溶剂用于脱硝系统尿素的溶解，节省了脱硝系统水耗，符合清洁生产节能、减排、降耗的要求。
3)采用特制的尿素溶液喷射器和尿素热解炉，利用尿素热解炉内的热量，使脱硫废水浓水的溶质在尿素热解炉中析出并随烟气在下游除尘装置中得以回收，解决了浓水的无害化处置问题。
应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。所以凡是不脱离本发明所公开的原理下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
