本發(fā)明涉及一種高鹽廢水處理技術(shù)，特別涉及一種基于多熱源蒸發(fā)脫硫廢水的零排放系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

我國(guó)的水資源不足已成為制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要因素。電力、冶金、化工等行業(yè)是工業(yè)用水的大戶。隨著水資源短缺的加劇和日益嚴(yán)重的環(huán)境污染，廢水處理在這些行業(yè)占有越來越重要的位置。

石灰石—石膏濕法煙氣脫硫工藝因其適用煤種范圍廣、適用煤種含硫量范圍大、脫硫效率高、系統(tǒng)可用率高、吸收劑利用率高、石灰石來源豐富且廉價(jià)、工藝成熟、運(yùn)行可靠性高等優(yōu)勢(shì)，成為現(xiàn)階段世界范圍內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的煙氣脫硫工藝。

脫硫廢水來源于持液槽或者石膏脫水系統(tǒng)排放水。在脫硫裝置運(yùn)行過程中，由于吸收液是循環(huán)使用的，其中鹽分和懸浮雜質(zhì)濃度越來越高，而ph值的降低會(huì)引起so2吸收率下降；過高的雜質(zhì)濃度會(huì)影響副產(chǎn)品石膏的品質(zhì)。因此，脫硫漿液不能無限的濃縮；當(dāng)雜質(zhì)濃度達(dá)到一定值后，需要定時(shí)從系統(tǒng)內(nèi)排出一部分廢水，以保持吸收液的雜質(zhì)濃度，維持循環(huán)系統(tǒng)的物料平衡。

廢水呈弱酸性，ph為4—6；懸浮物含量高，但顆粒細(xì)小，主要成份是石膏，其次還有來自煙氣的飛灰、脫硫過程中加入的碳酸鈣以及亞硫酸鈣等；廢水中含有可溶性的氯化物、氟化物等，氟化物含量一般超過50mg/l(按f^-)；廢水中含有pb,cd,cr,ni,hg,co,cu,al,zn,mn等重金屬元素，從水質(zhì)指標(biāo)看，脫硫廢水中化學(xué)耗氧量(cod)也是超標(biāo)項(xiàng)目之一。由此帶來的脫硫廢水處理問題也成為火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和科研中的一個(gè)新問題。

火電廠濕法煙氣脫硫廢水處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀

①目前，火力發(fā)電廠脫硫廢水的處理主要采用傳統(tǒng)的化學(xué)處理方法，該方法是目前采用最多的方法。這種方法處理后，水質(zhì)已經(jīng)達(dá)到較高的標(biāo)準(zhǔn)。但是，隨著環(huán)保要求的逐漸提高，經(jīng)化學(xué)沉淀方法處理后的廢水氯離子（目前尚無化學(xué)藥劑可以去除氯離子）仍無法去除，并且氯離子具有在偏酸性水環(huán)境中腐蝕性大的特點(diǎn)，導(dǎo)致處理后的廢水無法進(jìn)入系統(tǒng)回用。因此，隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，該方法在未來廢水處理中受到限制。

②將脫硫廢水與經(jīng)濃縮的副產(chǎn)品石膏混合后排至灰場(chǎng)堆放。這種方法適用于石膏副產(chǎn)品完全拋棄，不綜合利用的濕法脫硫工藝系統(tǒng)。在我國(guó)一些電廠采用此方法進(jìn)行脫硫廢水處理。

③用于水力沖灰，即脫硫廢水不經(jīng)處理，直接進(jìn)入水力除灰系統(tǒng)，脫硫廢水中的重金屬或酸性物質(zhì)與灰中的氧化鈣反應(yīng)生成固體而得到去除，從而達(dá)到以廢治廢的目的。該方法沒有對(duì)石膏進(jìn)行綜合利用，一定程度上也降低了火力發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)性。

④流化床法，該方法處理效果和費(fèi)用與傳統(tǒng)化學(xué)沉淀法基本相當(dāng)，但是仍產(chǎn)生一定量污泥，容易造成二次環(huán)境污染，所以目前仍沒有大量使用。

⑤目前有些電站采用軟化預(yù)處理+膜濃縮+機(jī)械蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)。這種方式存在著膜的價(jià)格高、運(yùn)行穩(wěn)定性、受壓磨損等問題亟待解決；換熱管和蒸發(fā)器外殼均采用鈦材，壓縮機(jī)耗電高，每處理一噸廢水耗電達(dá)50度，系統(tǒng)對(duì)壓縮機(jī)能力要求高，基本需要進(jìn)口，因此設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資、運(yùn)行費(fèi)用高昂。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是針對(duì)脫硫廢水處理成本高、易出現(xiàn)二次污染的問題，提出了一種基于多熱源蒸發(fā)脫硫廢水的零排放系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放，不產(chǎn)生二次污染，并且解決當(dāng)前煙道蒸發(fā)技術(shù)中存在的對(duì)除塵器的腐蝕和降低機(jī)組經(jīng)濟(jì)性等問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于多熱源蒸發(fā)脫硫廢水的零排放系統(tǒng)，包括沉淀過濾預(yù)處理系統(tǒng)，廢水預(yù)熱系統(tǒng)，空氣加熱系統(tǒng)和煙道旁路蒸發(fā)塔蒸發(fā)系統(tǒng)；

沉淀過濾預(yù)處理系統(tǒng)包括曝氣池、中和沉淀池、污泥泵及板式壓濾機(jī)，將濕法脫硫系統(tǒng)排出的漿液及石膏脫水產(chǎn)生的廢水排入曝氣池中進(jìn)行曝氣，保持廢液混合均勻、降低廢水cod含量后通入下一級(jí)中和沉淀池中，通過加藥系統(tǒng)加入軟化劑、混凝劑，中和調(diào)節(jié)廢水ph值，并使大部分懸浮物沉淀，中和沉淀反應(yīng)池沉淀池底部的污泥經(jīng)污泥泵送入壓濾機(jī)進(jìn)行泥渣脫水，壓濾成泥餅外運(yùn)，濃水返回曝氣池；中和沉淀反應(yīng)池上層液通過板式壓濾機(jī)進(jìn)一步去除廢水中的懸浮物、膠體雜質(zhì)，使廢水濁度降到2ntu以下；

廢水預(yù)熱系統(tǒng)采用管殼式渦流熱膜換熱器，對(duì)經(jīng)過沉淀過濾預(yù)處理后的脫硫廢水進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱后的廢水經(jīng)廢水泵送到蒸發(fā)塔；

空氣加熱系統(tǒng)包括太陽能空氣加熱器、送風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)，太陽能空氣加熱器收集太陽能，獲取熱量來提升空氣溫度，預(yù)熱后的空氣經(jīng)送風(fēng)機(jī)送入空壓機(jī)壓縮空氣輸送到蒸發(fā)塔中霧化設(shè)備內(nèi)與廢水相互作用，確保廢水被高度霧化及減少?gòu)目諝忸A(yù)熱器前端抽煙氣；

煙道旁路蒸發(fā)塔蒸發(fā)系統(tǒng)包括蒸發(fā)塔和除霧器，鍋爐中煙氣通過空氣預(yù)熱器和除塵器到脫硫塔，在空氣預(yù)熱器和除塵器之間的設(shè)立獨(dú)立的煙道旁路蒸發(fā)塔蒸發(fā)系統(tǒng)，蒸發(fā)塔結(jié)構(gòu)為上部圓柱下部圓錐，霧化噴嘴布置在蒸發(fā)塔上部，空氣預(yù)熱器前端和蒸發(fā)塔上端用管道相連，同時(shí)空氣預(yù)熱器前后端相連，蒸發(fā)塔下部通過管道經(jīng)過除霧器與除塵器之前的煙道相連，霧化噴嘴將原液霧化后，從空氣預(yù)熱器后端和前端抽取一定量的煙氣，蒸發(fā)塔利用鍋爐煙氣余熱使得廢水蒸干，形成的顆粒物，隨煙氣一起進(jìn)入煙道，被除塵器捕集去除，蒸發(fā)掉的水蒸氣隨煙氣進(jìn)入脫硫塔被回用，結(jié)晶物隨粉煤灰一同排出。

所述中和沉淀池中混凝劑為聚合氯化鋁pac、fecl3、聚合鋁鐵中的一種或多種，軟化劑為加入的naco3與naoh。

所述管殼式渦流熱膜換熱器的熱源采用機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)中熱力型除氧器所排乏汽，通過保溫管道輸送到渦流熱膜換熱器的管程。

所述渦流熱膜換熱器與廢水泵之間增加緩沖水箱，預(yù)熱完的廢水流經(jīng)緩沖水箱緩解水流，控制進(jìn)入蒸發(fā)塔蒸發(fā)的水量。

所述霧化噴嘴采用雙流體霧化噴嘴，煙氣從噴嘴周圍的四個(gè)角上以旋流的方式進(jìn)入蒸發(fā)塔。

所述系統(tǒng)加裝沖洗系統(tǒng)，從電廠工藝水管路取水，引至廢水泵出口端管道內(nèi)，利用工藝水本身壓力，沖洗系統(tǒng)整條廢水主管路和沿程設(shè)備。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明基于多熱源蒸發(fā)脫硫廢水的零排放系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了脫硫廢水零排放，投資少、能耗低、運(yùn)行費(fèi)用少，其帶來的水耗、電耗的降低、廢水零排放帶來的運(yùn)行費(fèi)用的節(jié)省必將產(chǎn)生極大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于多熱源蒸發(fā)脫硫廢水的零排放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

基于多熱源蒸發(fā)脫硫廢水的零排放系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)包括沉淀過濾預(yù)處理系統(tǒng)，廢水預(yù)熱系統(tǒng)，空氣加熱系統(tǒng)，煙道旁路蒸發(fā)塔蒸發(fā)系統(tǒng)。沉淀過濾預(yù)處理去除脫硫廢水中的懸浮物，膠體、cod等雜質(zhì)并提高ph值，廢水預(yù)熱系統(tǒng)及空氣加熱系統(tǒng)都是提高水與空氣的各自初始溫度，然后利用煙道中的煙氣熱量蒸發(fā)脫硫廢水，廢水中的溶解性液體以結(jié)晶鹽的方式與蒸汽進(jìn)行分離，實(shí)現(xiàn)脫硫廢水的零排放。

如圖1所示基于多熱源蒸發(fā)脫硫廢水的零排放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)包括通過管道依次相連的曝氣池、壓濾機(jī)、中和沉淀池，機(jī)械過濾器、渦流熱膜換熱器、緩沖水箱、太陽能空氣加熱器、空壓機(jī)、蒸發(fā)塔及相應(yīng)的風(fēng)機(jī)、水泵、管道組成。其中曝氣風(fēng)機(jī)及曝氣池來使廢水水質(zhì)均勻及降低cod，中和沉淀池是將酸性廢水中和及使雜質(zhì)沉降，壓濾機(jī)將污泥進(jìn)行脫水、固化，深度過濾進(jìn)一步去除廢水中的懸浮物及膠體等雜質(zhì)，渦流熱膜換熱器對(duì)預(yù)處理后的廢水進(jìn)行預(yù)熱，太陽能平板集熱器及空氣壓縮機(jī)對(duì)空氣進(jìn)行加熱及壓縮，噴嘴在蒸發(fā)塔中將廢水霧化，從空氣預(yù)熱器后端和前端抽出的煙氣將霧化的廢水蒸發(fā)，蒸發(fā)后的固體顆粒物及蒸汽隨著煙氣進(jìn)入除塵器之前的煙道，廢水進(jìn)入煙道之前設(shè)有除霧器，以防止有少量液滴被帶入除塵器，固體顆粒物被除塵器捕集，捕集的粉煤灰被綜合利用，除塵后的水蒸氣進(jìn)入脫硫塔與脫硫漿液混合。

沉淀過濾預(yù)處理系統(tǒng)包括曝氣池、中和沉淀池、污泥泵及板式壓濾機(jī)。將濕法脫硫系統(tǒng)排出的漿液及石膏脫水產(chǎn)生的廢水排入曝氣池中進(jìn)行曝氣，由于廢水雜質(zhì)濃度比較高，通過曝氣操作保持廢液混合均勻、降低廢水cod含量，以利于后續(xù)處理；后通入下一級(jí)中和沉淀反應(yīng)池中，通過加藥系統(tǒng)加入軟化劑、混凝劑，使廢水中和及大部分懸浮物沉淀，混凝劑為聚合氯化鋁（pac）、fecl3、聚合鋁鐵中的一種或多種，有助于廢水中不溶性固體沉降，池中再加入naco3與naoh軟化中和，調(diào)節(jié)廢水ph值；中和沉淀反應(yīng)池沉淀池底部的污泥經(jīng)污泥泵送入壓濾機(jī)進(jìn)行泥渣脫水，壓濾成泥餅外運(yùn)，濃水返回曝氣池；中和沉淀反應(yīng)池上層液通過深層過濾進(jìn)一步去除廢水中的懸浮物、膠體等雜質(zhì)，深層過濾采用壓力式過濾器除殘留的懸浮物及部分不溶性固體，粒狀濾料為石英砂、無煙煤、蛇紋石等，使廢水濁度降到2ntu以下。經(jīng)過沉淀過濾預(yù)處理之后，雜質(zhì)的濃度降低，對(duì)緩解后續(xù)系統(tǒng)結(jié)垢、腐蝕等問題起到關(guān)鍵作用。

廢水預(yù)熱系統(tǒng)采用管殼式渦流熱膜換熱器，這種換熱器適用廣泛，使用壽命長(zhǎng)具有抗弱酸腐蝕、防結(jié)垢等優(yōu)點(diǎn)，適用于對(duì)經(jīng)過沉淀過濾預(yù)處理后的脫硫廢水進(jìn)行預(yù)熱。渦流熱膜換熱器的熱源采用機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)中熱力型除氧器所排乏汽，通過保溫管道輸送到換熱器的管程，這部分蒸汽流量約為除鹽水量的0.2～0.3%，按照一般600mw機(jī)組熱力除氧器除鹽水進(jìn)水量1500t/h，所排乏汽約為3～4.5t/h，滿足10～15t/h脫硫廢水的預(yù)熱量。廢水預(yù)熱的目標(biāo)溫度為80℃以上，預(yù)熱后的廢水經(jīng)廢水泵與壓縮空氣送到蒸發(fā)塔，乏汽由于是干凈的水蒸氣，冷卻后可送入凝汽器熱井作為給水再利用。預(yù)熱完的廢水流經(jīng)緩沖水箱緩解水流，防止廢水從熱膜加熱器出來的太多來不及到蒸發(fā)塔蒸發(fā)，即控制進(jìn)入蒸發(fā)塔的水量。

空氣加熱系統(tǒng)作用是提升空氣溫度，加快廢水霧化蒸發(fā)?？諝饧訜嵯到y(tǒng)包括管道依次相連的太陽能空氣加熱器、送風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)。太陽能空氣加熱器包括集熱板、透明蓋和保溫箱,集熱板可豎直布置在建筑外墻，根據(jù)哈爾濱工業(yè)大學(xué)高立新等實(shí)驗(yàn)研究，系統(tǒng)可提升溫度14.54～32.55℃；太陽能空氣加熱器收集太陽能，獲取熱量來提升空氣溫度，預(yù)熱后的空氣經(jīng)送風(fēng)機(jī)送入空壓機(jī)，空氣管路系統(tǒng)管路采用無縫管，壓縮空氣輸送到蒸發(fā)塔中霧化設(shè)備內(nèi)與廢水相互作用，確保廢水被高度霧化成微米級(jí)顆粒，同時(shí)減少?gòu)目諝忸A(yù)熱器前端抽煙氣。

鍋爐中煙氣通過空氣預(yù)熱器和除塵器到脫硫塔，在空氣預(yù)熱器和除塵器之間的設(shè)立獨(dú)立的煙道旁路蒸發(fā)塔蒸發(fā)系統(tǒng)，蒸發(fā)塔為上部圓柱下部圓錐，防磨、防腐蝕的霧化噴嘴布置在蒸發(fā)塔上部，為達(dá)到較好的霧化效果，噴嘴粒徑在40～80μm之間?？諝忸A(yù)熱器前端和蒸發(fā)塔上端用管道相連，中間加裝煙氣調(diào)節(jié)裝置和引風(fēng)機(jī)，空氣預(yù)熱器后端與蒸發(fā)塔也同樣相連。蒸發(fā)塔下部用管道與除塵器之前的煙道相連，由于煙道中是負(fù)壓，因此無需加裝送風(fēng)機(jī)?？諝忸A(yù)熱器后端煙氣溫度在150～130℃之間，空氣預(yù)熱器前端溫度在300～350℃之間，由于廢水和空氣分別被預(yù)熱，初步設(shè)計(jì)計(jì)算廢水溫度可提升至80～90℃，空氣溫度被預(yù)熱到50℃左右，因此，煙道旁路蒸發(fā)系統(tǒng)可以減少空氣預(yù)熱器前端的所抽的煙氣量，將其作為備用熱源，使其不影響電廠機(jī)組整體運(yùn)行性能。霧化噴嘴將原液霧化后，從空氣預(yù)熱器后端和前端抽取一定量的煙氣，蒸發(fā)塔利用鍋爐煙氣余熱使得廢水蒸干，形成的顆粒物，隨煙氣一起進(jìn)入煙道，被除塵器捕集去除，在進(jìn)入煙道之前，加裝一個(gè)除霧器，以防止有少量的液滴混入煙氣跑到除塵器中。蒸發(fā)掉的水蒸氣隨煙氣進(jìn)入脫硫塔被回用，結(jié)晶物隨粉煤灰一同排出。

霧化噴嘴是系統(tǒng)最核心的部件，噴嘴的霧化效果直接關(guān)系到電廠除塵器的安全運(yùn)行，采用雙流體霧化噴嘴以達(dá)到細(xì)密的霧化效果，煙氣可以從噴嘴周圍的四個(gè)角上以旋流的方式進(jìn)入蒸發(fā)塔，這樣可以包裹著霧化液滴，形成強(qiáng)烈的擾動(dòng)與換熱，促進(jìn)霧化液滴蒸發(fā)結(jié)晶。

蒸發(fā)后的蒸汽及顆粒物隨著煙氣一同進(jìn)入除塵器之前的煙道，被除塵器捕集，為保證蒸發(fā)后的液滴進(jìn)入煙道不腐蝕除塵器，一般控制蒸發(fā)后的煙氣溫度高于酸露點(diǎn)溫度15～20℃，系統(tǒng)加裝除霧器以防止少量液滴被帶入煙道，廢水的結(jié)晶顆粒物落入除塵器底部的粉煤灰中被綜合利用，脫出顆粒物的蒸汽進(jìn)入脫硫塔中溶入脫硫漿液中被回收利用。

為防止裝置停運(yùn)期間，積留在管路的脫硫廢水對(duì)管路造成污堵，系統(tǒng)加裝沖洗系統(tǒng)，在廢水處理裝置停運(yùn)前，自動(dòng)采用清水沖洗廢水管路和管路沿程設(shè)備。從電廠工藝水管路取水，引至廢水泵出口端管道內(nèi)，利用工藝水本身壓力，沖洗系統(tǒng)整條廢水主管路和沿程設(shè)備。管路采用無縫鋼管，在管路中安裝有手動(dòng)截止閥、電動(dòng)截止閥，通過控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水管路和沿程設(shè)備的自動(dòng)清洗。

整個(gè)系統(tǒng)設(shè)置自動(dòng)控制系統(tǒng)，采用集中控制，通過采集分布在脫硫廢水煙氣蒸發(fā)處理裝置多部位的傳感器信號(hào)，將數(shù)據(jù)傳入數(shù)據(jù)處理單元和數(shù)據(jù)運(yùn)算單元進(jìn)行綜合分析，從而控制廢水噴霧單元運(yùn)行參數(shù)，在不影響低溫省煤器和除塵器正常運(yùn)行的前提下，最大限度利用煙氣余熱、除氧器乏汽及太陽能等多熱源蒸發(fā)廢水；設(shè)置與用保護(hù)模塊，在機(jī)組負(fù)荷低、煙氣流量小和排煙溫度低等不具備蒸發(fā)條件時(shí)，噴霧單元減少直至停止噴霧，確保系統(tǒng)運(yùn)行不對(duì)機(jī)組正常運(yùn)行造成不利影響。

本發(fā)明考慮到未來廢水廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格，并且傳統(tǒng)通過軟化過濾預(yù)處理加膜濃縮加蒸發(fā)器蒸發(fā)結(jié)晶這種系統(tǒng)冗長(zhǎng)、復(fù)雜、設(shè)備投資及運(yùn)行費(fèi)用高昂等問題，設(shè)計(jì)了本發(fā)明基于多熱源蒸發(fā)脫硫廢水的零排放系統(tǒng)，系統(tǒng)技術(shù)投資少、能耗低、運(yùn)行費(fèi)用少以及在經(jīng)濟(jì)技術(shù)上的可行性，在未來蒸發(fā)處理將是一種被廣泛使用的方法，其帶來的水耗、電耗的降低、廢水零排放帶來的運(yùn)行費(fèi)用的節(jié)省必將產(chǎn)生極大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

本發(fā)明利用中低溫太陽能對(duì)進(jìn)入蒸發(fā)塔的空氣進(jìn)行預(yù)熱，滿足“品味對(duì)口”的能源利用機(jī)理，減少了空氣預(yù)熱器前端煙氣熱量的損耗，不影響電站機(jī)組的整體運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，并且有助于減少?gòu)U水蒸發(fā)時(shí)間。

本發(fā)明預(yù)處理采用曝氣、混凝澄清、中和、過濾等方法，提高廢水的水質(zhì)，減少后續(xù)設(shè)備如換熱器、蒸發(fā)塔內(nèi)噴嘴及廢水泵的腐蝕、堵塞等問題。

本發(fā)明系統(tǒng)設(shè)置的渦流熱膜換熱器，加熱廢水的熱源是從機(jī)組熱力型除氧器所排出的乏汽，有些電廠沒有裝乏汽回收裝置，則可以用這部分蒸汽來加熱廢水，提高了廢水的初溫，有利于噴嘴的霧化蒸發(fā)，減少?gòu)目諝忸A(yù)熱器前端煙氣熱量的損耗。

本發(fā)明系統(tǒng)設(shè)立蒸發(fā)塔而不是直接噴入煙道，可以有效保護(hù)煙道及除塵器不被腐蝕。

本發(fā)明系統(tǒng)廢水蒸發(fā)相變促進(jìn)煙道中pm2.5凝并，便于除塵器和fgd系統(tǒng)對(duì)pm2.5的捕捉和脫除，減少了顆粒物向大氣排放及霧霾天氣的產(chǎn)生。

高濃度含鹽廢水可用此法一并處理，易于在現(xiàn)有設(shè)備上進(jìn)行改造，且改造費(fèi)用不高，可單獨(dú)隔離與拆卸。

整個(gè)系統(tǒng)所用熱源基本為煙氣余熱、除氧器所排乏汽、及可再生的太陽能，做到了在保證廢水零排放的同時(shí)，極大限度的利用廢熱，不影響電廠機(jī)組整體的經(jīng)濟(jì)性，既減排又節(jié)能。