申请日 2020.10.14
公开（公告）日 2020.12.25
IPC分类号 C02F9/10; F28D21/00; F28F21/08; C02F103/18
摘要
本发明公开了一种电厂变负荷燃煤锅炉脱硫废水零排放系统，包括可调低温烟气余热回收利用系统装置、利用余热作为热源的脱硫废水蒸发浓缩系统、脱硫废水预处理系统和浓缩后的脱硫废水最终处理至零排放系统。有益效果：可以方便的通过系统调节，适应多数电厂燃煤锅炉随电网负荷变化自动进行的锅炉负荷调节对锅炉尾部烟气余热回收装置及脱硫闪蒸浓缩系统的影响，使余热回收系统与低温闪蒸浓缩系统整体运行稳定，通过自动调整余热回收装置的壁面温度与烟气的温度差，保证余热换热量基本不变，具有更高的节能效果，充分利用烟气余热，脱硫废水不需要加药预处理，减少废水处理运行费用。
权利要求书
1.一种电厂变负荷燃煤锅炉脱硫废水零排放系统，其特征在于，包括可调低温烟气余热回收利用系统装置（101）、利用余热作为热源的脱硫废水蒸发浓缩系统（102）、脱硫废水预处理系统（103）和浓缩后的脱硫废水最终处理至零排放系统（104）；
其中，所述可调低温烟气余热回收利用系统装置（101）是由水箱（1）、降温排水泵（2）、降温排水电动阀（3）、内循环水泵（4）、升温补水阀（5）、超压及不凝气排放阀（6）、集汽箱布水器（7）、集汽箱（8）、烟气/水对流换热管束（9）、集水箱（10）、外循环水泵（11）、单壳程双管程脱硫废水加热器（12）构成，所述水箱（1）分别通过所述降温排水泵（2）、所述降温排水电动阀（3）、所述内循环水泵（4）、所述升温补水阀（5）与所述集水箱（10）连接，所述降温排水泵（2）与所述降温排水电动阀（3）形成回路，所述降温排水电动阀（3）与所述集汽箱（8）连接，所述超压及不凝气排放阀（6）连接于所述集汽箱（8）的顶端，所述集汽箱布水器（7）位于所述集汽箱（8）的内部，所述集汽箱（8）通过所述烟气/水对流换热管束（9）与所述集水箱（10）连接，所述集水箱（10）通过所述外循环水泵（11）与所述单壳程双管程脱硫废水加热器（12）连接，所述集汽箱（8）与所述单壳程双管程脱硫废水加热器（12）连接；
其中，所述利用余热作为热源的脱硫废水蒸发浓缩系统（102）是由单壳程双管程脱硫废水加热器（12）、脱硫废水一效闪蒸装置循环泵（13）、脱硫废水一效闪蒸装置（14）、单壳程单管程二效脱硫废水加热器（15）、脱硫废水二效闪蒸装置循环泵（16）、脱硫废水二效闪蒸装置（17）、脱硫废水浓缩液排放泵（18）、闪蒸汽冷却器（19）、冷凝水箱（20）、冷凝水排放泵（21）、脱硫浓水再浓缩器（22）构成，所述单壳程双管程脱硫废水加热器（12）通过所述脱硫废水一效闪蒸装置循环泵（13）与所述脱硫废水一效闪蒸装置（14）连接，所述脱硫废水一效闪蒸装置（14）与所述单壳程单管程二效脱硫废水加热器（15）和所述脱硫废水二效闪蒸装置（17）连接，所述单壳程单管程二效脱硫废水加热器（15）与所述脱硫废水二效闪蒸装置（17）连接，所述脱硫废水二效闪蒸装置（17）与所述闪蒸汽冷却器（19）连接，所述闪蒸汽冷却器（19）与所述冷凝水箱（20）连接，所述脱硫废水二效闪蒸装置（17）通过所述脱硫废水浓缩液排放泵（18）与所述脱硫浓水再浓缩器（22）连接；
其中，所述脱硫废水预处理系统（103）是由脱硫废水供水泵（23）、沉淀池（24）、曝气池（25）构成，所述沉淀池（24）通过所述脱硫废水供水泵（23）与所述脱硫废水一效闪蒸装置（14）连接，所述沉淀池（24）与所述曝气池（25）连接。
2.根据权利要求1所述的一种电厂变负荷燃煤锅炉脱硫废水零排放系统，其特征在于，所述浓缩后的脱硫废水最终处理至零排放系统（104）是由低温烟道喷洒蒸发结晶处理方式FD1、飞灰固化填埋处理方式FD2和污泥经脱水后填埋处理SFD1构成。
3.根据权利要求1所述的一种电厂变负荷燃煤锅炉脱硫废水零排放系统，其特征在于，所述可调低温烟气余热回收利用系统装置（101）有两种主要工作状态，一种是在烟气高温时以液态热水为循环水状态的工作状态；一种是在烟气低温时以换热管束内及上集汽箱为蒸汽形式，集水箱内为液态热水形式的工作状态。
4.根据权利要求1所述的一种电厂变负荷燃煤锅炉脱硫废水零排放系统，其特征在于，脱硫废水的浓缩减量采用与烟气余热回收装置配套的多效低温闪蒸蒸发浓缩系统。
5.根据权利要求1所述的一种电厂变负荷燃煤锅炉脱硫废水零排放系统，其特征在于，浓缩减量后的脱硫废水量为脱硫废水排放量的10%，少量浓废水的最终处理采用雾化喷枪及烟道蒸发系统和飞灰固化填埋技术中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种电厂变负荷燃煤锅炉脱硫废水零排放系统，其特征在于，所述可调低温烟气余热回收利用系统装置（101）不均限于脱硫废水零排放系统，同样可利用于电厂反渗透浓水、海水淡化过程浓水。
7.根据权利要求1所述的一种电厂变负荷燃煤锅炉脱硫废水零排放系统，其特征在于，所述可调低温烟气余热回收利用系统装置（101）适用于锅炉低低温省煤器等换热装置。
8.根据权利要求1所述的一种电厂变负荷燃煤锅炉脱硫废水零排放系统，其特征在于，锅炉在稳定的工况运行时，所述可调低温烟气余热回收利用系统装置（101）回收2吨/小时的蒸汽量。
9.根据权利要求1所述的一种电厂变负荷燃煤锅炉脱硫废水零排放系统，其特征在于，所述闪蒸汽冷却器（19）为循环冷却水结构。
10.根据权利要求1所述的一种电厂变负荷燃煤锅炉脱硫废水零排放系统，其特征在于，所述冷凝水箱（20）顶端设置有真空泵。
说明书
一种电厂变负荷燃煤锅炉脱硫废水零排放系统
技术领域
本发明涉及低温烟气余热回收利用节能领域及脱硫废水零排放处理环保水处理领域，具体来说，涉及一种电厂变负荷燃煤锅炉脱硫废水零排放系统。
背景技术
脱硫废水是燃煤电厂对烟气除尘脱硫后产生的废水。因为脱硫过程由于蒸发和烟气携带，需要定期对脱硫系统补充水，但对补水水质要求不高，所以基本所有电厂中能回用的中水都会汇集到脱硫塔中来作为补充水，包括：循环冷却塔排水、反渗透浓水、酸碱废水、地面冲洗水等等。因此，脱硫废水具有含盐量高、腐蚀性强、重金属超标、浊度高等特点。脱硫废水成分复杂，处理难度非常大。
环保部2017年第1号公告附件《火电厂污染防治技术政策》中关于电厂废水污染治理的规定：“（一）火电厂水污染防治应遵循分类处理、一水多用的原则。鼓励火电厂实现废水的循环使用不外排、蒸发干燥为鼓励采用的处理工艺，实现脱硫废水不外排”，“（四）脱硫废水宜经石灰处理、混凝、澄清、中和等工艺处理后回用。鼓励采用蒸发干燥或蒸发结晶等处理工艺，实现脱硫废水不外排”。
2017年，环保部印发了《火电厂污染防治可行性技术指南》（HJ2301-2017），技术指南中指出了两种脱硫废水零排放的推荐技术路线：第一种是烟气余热喷雾蒸发干燥技术，第二种是高盐废水蒸发结晶技术。
目前国内外对脱硫废水处理的方式有很多：
《脱硫废水零排放深度处理的工艺分析》 季旭东 文章编号1671-5799（2017）12-0098-01
阿奎特脱硫废水：脱硫废水先经过中和、混凝、沉淀和软化，然后进入晶种式竖管降膜蒸发器浓缩，最后进入强制循环结晶器结晶。
威立雅脱硫废水零排放，采用蒸发与结晶技术，主体工艺与阿奎特相似，采用降膜蒸发器浓缩和强制循环结晶器。
《脱硫废水烟道蒸发零排放处理的可行性分析》康梅强等重庆大学动力工程学院文献编号1674-4764（2013）S1-0238-03建立了脱硫废水烟道蒸发零排放处理的数学模型，研究了不同烟道结构、烟气温度和喷雾粒径下的废水蒸发状态，关于烟气温度得到以下结论：烟气入口温度越高，颗粒蒸发速度约快，烟气温度为130度时，废水在进入除尘器前可完全蒸发。当烟气温度在110、115、120等温度时，废水不能完全蒸发。如，110度时，残留液体量总约为67%。可以认为，只有设计量的33%蒸发。
国内各研究机构和环保企业近几年也申请了许多这方面的专利，也有电厂投产了相关设备。
如：CN106167283A 燃煤电厂脱硫废水烟道喷雾蒸发零排放处理装置及方法。燃煤电厂脱硫废水烟道喷雾蒸发零排放处理装置及方法，该装置位于空气预热器及烟气冷却器之间水平烟道中，利用空气预热器出口的一次烟气、热二次风和一定比例的进口热烟气贴壁射流快速蒸发经脱硫废水雾化组件雾化的射流或液滴，使脱硫废水中的盐结晶析出，结晶盐颗粒在烟气冷却过程中发生吸附凝聚，在静电除尘器中被协同脱除，实现了燃煤电厂脱硫废水“零排放”。优点：较清晰阐述了烟道喷雾蒸发方法，充分利用了烟气废热。缺点：未考虑锅炉负荷变化时的运行工况，大量的脱硫废水在烟气温度低于130度时蒸发会使烟气温度降低过多和烟气湿度增加，会引起的后续烟道及设备腐蚀，因此不适用于电厂变负荷燃煤锅炉。
CN105502540A 一种防结垢及腐蚀的脱硫废水多效蒸发浓缩结晶处理方法公开了一种防结垢及腐蚀的脱硫废水多效蒸发浓缩结晶处理方法，优点是：减少脱硫废水的结垢倾向，避免了结垢而影响传热、腐蚀离子对蒸发室换热管造成腐蚀等现象的发生；同时利用燃煤电站乏汽对脱硫废水进行多效真空蒸发浓缩结晶，并产生二级工业品盐副产品，实现了脱硫废水零排放。缺点：一是脱硫废水需要加药软化及浊度去除，运行成本高；二是在锅炉变负荷运行时，乏汽量少，需要补充使用高品质蒸汽加热蒸发，提高了运行成本；三是结晶产物不能作为工业盐使用。《GB T 5462-2015 工业盐》规定：标准适用于以海水（含沿海地下卤水）、湖盐中采掘的盐或以盐湖卤水或地下卤水为原料制成的工业用盐；《盐业管理条例》第十七条：禁止利用盐土、硝土和工业废渣、废液加工制盐。
CN105948364A 一种基于旁路烟道蒸发的脱硫废水零排放处理系统提供了一种基于旁路烟道蒸发的脱硫废水零排放处理系统，包括二级沉淀预处理系统、双膜法浓缩减量系统、旁路烟道蒸发系统，脱硫废水经所述二级沉淀预处理系统处理后进入所述双膜法浓缩减量系统，将所述双膜法浓缩减量系统处理后的浓水引入所述旁路烟道蒸发系统。优点：本发明的二级沉淀预处理系统可去除悬浮固体颗粒、重金属、SO42-等，并对水质进行充分软化，降低了浓缩减量系统中膜结垢的风险；双膜法浓缩减量系统有效降低了进入旁路烟道系统的水量负荷，减小对锅炉效率的影响；旁路烟道利用高温烟气，节省能耗，有效降低运行成本并实现脱硫废水零排放。缺点：废水多次软化处理，添加药剂费用很高；旁路烟道利用高温烟气蒸发结晶，实际降低了锅炉热效率，增加了运行成本。
对比上述国家环保政策、各论文、发明等，我们可以得出以下结论：脱硫废水零排放处理技术是可行的，政策性的指导方向是正确的，但在实际应用中，运行能耗（包括药剂费、电费、蒸汽费等）高是该类项目不能推广的一个重要原因；另外，国内绝大部分电厂的大机组锅炉都是变负荷运行工况，此时烟道喷洒不能正常使用，脱硫废水量大，大水量的低温喷洒会使烟气温度过低，会腐蚀后续设备及烟道。
如何最大程度的减少脱硫废水处理过程的运行费用、如何保证电站锅炉在变负荷运行时，脱硫废水零排放系统的稳定运行，是目前环保企业及电厂使用单位亟需解决的问题。
本发明结合电站锅炉变负荷运行的实际工况，从烟气余热回收、脱硫废水预处理、预处理后的浓缩减量、浓盐水结晶处理几个主要高运行能耗模块进行了系统性优化设计，除了必须的电耗外，全部使用空气预热器后的烟气废热做为蒸发热源，实现了脱硫废水零排放。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提出一种电厂变负荷燃煤锅炉脱硫废水零排放系统，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
为此，本发明采用的具体技术方案如下：
一种电厂变负荷燃煤锅炉脱硫废水零排放系统，包括可调低温烟气余热回收利用系统装置、利用余热作为热源的脱硫废水蒸发浓缩系统、脱硫废水预处理系统和浓缩后的脱硫废水最终处理至零排放系统；
其中，所述可调低温烟气余热回收利用系统装置是由水箱、降温排水泵、降温排水电动阀、内循环水泵、升温补水阀、超压及不凝气排放阀、集汽箱布水器、集汽箱、烟气/水对流换热管束、集水箱、外循环水泵、单壳程双管程脱硫废水加热器构成，所述水箱分别通过所述降温排水泵、所述降温排水电动阀、所述内循环水泵、所述升温补水阀与所述集水箱连接，所述降温排水泵与所述降温排水电动阀形成回路，所述降温排水电动阀与所述集汽箱连接，所述超压及不凝气排放阀连接于所述集汽箱的顶端，所述集汽箱布水器位于所述集汽箱的内部，所述集汽箱通过所述烟气/水对流换热管束与所述集水箱连接，所述集水箱通过所述外循环水泵与所述单壳程双管程脱硫废水加热器连接，所述集汽箱与所述单壳程双管程脱硫废水加热器连接；
其中，所述利用余热作为热源的脱硫废水蒸发浓缩系统是由单壳程双管程脱硫废水加热器、脱硫废水一效闪蒸装置循环泵、脱硫废水一效闪蒸装置、单壳程单管程二效脱硫废水加热器、脱硫废水二效闪蒸装置循环泵、脱硫废水二效闪蒸装置、脱硫废水浓缩液排放泵、闪蒸汽冷却器、冷凝水箱、冷凝水排放泵、脱硫浓水再浓缩器构成，所述单壳程双管程脱硫废水加热器通过所述脱硫废水一效闪蒸装置循环泵与所述脱硫废水一效闪蒸装置连接，所述脱硫废水一效闪蒸装置与所述单壳程单管程二效脱硫废水加热器和所述脱硫废水二效闪蒸装置连接，所述单壳程单管程二效脱硫废水加热器与所述脱硫废水二效闪蒸装置连接，所述脱硫废水二效闪蒸装置与所述闪蒸汽冷却器连接，所述闪蒸汽冷却器与所述冷凝水箱连接，所述脱硫废水二效闪蒸装置通过所述脱硫废水浓缩液排放泵与所述脱硫浓水再浓缩器连接；
其中，所述脱硫废水预处理系统是由脱硫废水供水泵、沉淀池、曝气池构成，所述沉淀池通过所述脱硫废水供水泵与所述脱硫废水一效闪蒸装置连接，所述沉淀池与所述曝气池连接。
进一步的，所述浓缩后的脱硫废水最终处理至零排放系统是由低温烟道喷洒蒸发结晶处理方式FD1、飞灰固化填埋处理方式FD2和污泥经脱水后填埋处理SFD1构成。
进一步的，所述可调低温烟气余热回收利用系统装置有两种主要工作状态，一种是在烟气高温时以液态热水为循环水状态的工作状态；一种是在烟气低温时以换热管束内及上集汽箱为蒸汽形式，集水箱内为液态热水形式的工作状态。
进一步的，脱硫废水的浓缩减量采用与烟气余热回收装置配套的多效低温闪蒸蒸发浓缩系统。
进一步的，浓缩减量后的脱硫废水量为脱硫废水排放量的10%，少量浓废水的最终处理采用雾化喷枪及烟道蒸发系统和飞灰固化填埋技术中的一种。
进一步的，所述可调低温烟气余热回收利用系统装置不均限于脱硫废水零排放系统，同样可利用于电厂反渗透浓水、海水淡化过程浓水。
进一步的，所述可调低温烟气余热回收利用系统装置适用于锅炉低低温省煤器等换热装置。
进一步的，锅炉在稳定的工况运行时，所述可调低温烟气余热回收利用系统装置回收2吨/小时的蒸汽量。
进一步的，所述闪蒸汽冷却器为循环冷却水结构。
进一步的，所述冷凝水箱顶端设置有真空泵。
本发明的有益效果为：
1、解决了锅炉负荷变化时，以往设计的很多脱硫废水烟道直喷系统不能运行、以往设计的烟气余热回收装置换热量不足、低温酸露点腐蚀导致的不能正常运行的问题。可以方便的通过系统调节，适应多数电厂燃煤锅炉随电网负荷变化自动进行的锅炉负荷调节对锅炉尾部烟气余热回收装置及脱硫闪蒸浓缩系统的影响，使余热回收系统与低温闪蒸浓缩系统整体运行稳定。
2、烟气温度变化大且温度很低时，通过自动调整余热回收装置的壁面温度与烟气的温度差，保证余热换热量基本不变，具有更高的节能效果。
3、充分利用烟气余热，减少废水处理运行费用，降低了脱硫废水蒸发量，减少脱硫系统补水量。
4、脱硫废水不需要加药预处理，不需要PH值调整、硬度去除、重金属去除、絮凝剂、助凝剂添加，节约运行费用。
5、锅炉低负荷与烟气为低温状态的余热回收过程，本系统可以很好的保持烟气换热管束的整体管壁温度的一致，并自动调节其处于低烟气酸露点腐蚀区间，无特殊设计要求的工况，余热换热装置可以使用普通的低压流体输送用焊接钢管，相对一般电站锅炉低低温省煤器的ND钢，有效降低项目初投资；同时，相对普通省煤器来说，低烟气酸露点腐蚀区间的控制，极大的延长了设备的使用寿命。
发明人 （陈丕显;杜建伟;朱复海;解传海;孙亚男;）
