关于烟气余热用于脱硫废水处理的探讨
http://www.cnjnsb.com 2017-12-29 15:22:45 清洁高效燃煤发电
摘要:行业内目前脱硫废水处理工艺主要有三联箱处理排放,蒸发结晶固化等技术,但利用锅炉烟气余热进行脱硫废水的蒸发干燥处理,具有回收水分减少湿法脱硫塔蒸发水量,降低脱硫废水处理成本等优点。   根据国务院2015年印发的《水污染防治行动计划》,以及环境保护部办公厅2015年12月22日印发《关于规范火电等七个行业建设项目环境影响评价文件审批的通知》环办[2015]112号要求,火电厂需“根据“清污分流、雨污分流”原则提出厂区排水系统设计要求,明确污水分类收集和处理方案,按照“一水多用”的原则强化水资源的串级使用要求,提高水循环利用率,最大限度减少废水外排量。因此,含氯高盐废水的处理回用以及零排放,成为电厂亟需解决的问题。   1 目前国内外脱硫废水处理工艺路线   1.1 传统三联箱工艺   目前,火电厂采用最多的脱硫废水处理方法是传统的“三联箱”工艺,该工艺经过中和、沉降、絮凝和澄清等过程对废水进行处理,不但该工艺比较复杂、投资大且需要消耗多种药剂,而且对脱硫废水含有的高浓度氯离子无法处理,导致处理后的脱硫废水仍然不能回收利用也不能直接排放,其基本工艺流程如图1所示。      1.2蒸发结晶   通过蒸发结晶可实现氯化物的结晶析出与蒸发水分的循环利用,解决脱硫废水中Cl-的富集问题。蒸汽浓缩蒸发技术是利用蒸发对废水进行蒸发浓缩产生蒸馏水和浓缩水,浓缩通过结晶器或是喷雾干燥进一步的蒸发,产生蒸馏水和固体废弃物,固体废弃物进行回收或是填埋处理。为了防止蒸发器结垢,需要对废水进行预处理,去除废水中的钙镁离子,其基本工艺流程如图2所示      国内河源电厂采用了此技术,该系统设计出力为22m3/h,包括脱硫废水18m3/h 和其他废水4m3/h,采用“预处理+深度处理”的方式,其中预处理分为混凝沉淀系统、水质软化系统和污泥处理系统;深度处理则采用4效立管强制循环蒸发结晶工艺,预处理出水依次进入1~4效蒸发结晶罐进行蒸发结晶。此脱硫废水处理系统的总投资在(7000~7500)万元,运行成本高昂。   1.3烟气余热喷雾干燥处理工艺   利用锅炉烟气余热进行脱硫废水的蒸发干燥处理,不但能够回收水分减少湿法脱硫塔蒸发水量,而且可利用烟气余热降低运行成本。在本工艺中,部分脱硫废水引入到电除尘器前的烟道内,利用烟气余热对废水进行干燥。但脱硫废水喷入受限烟道内蒸发容易引起烟道干燥段的腐蚀、结垢与堵塞,由此带来的锅炉安全运行风险与经济损失限制了此工艺的推广应用,故采用烟气旁路干燥塔干燥脱硫废水的工艺可以有效解决该问题的出现,其主要工艺流程如图3所示。      通过新建干燥塔进行废水干燥处理,安装、检修时对主系统无影响。新建干燥塔设计烟气流速低、停留时间长,且与主系统隔离开,不会影响锅炉主系统的运行。从省煤器后抽取一部分中温烟气用于干燥,抽取高温烟气热容量大,抽取的烟气量少,有利于实现脱硫废水迅速干燥与减少系统占地面积及投资。另外,由于空预器阻力大于干燥塔的阻力,所以干燥系统无需再设置风机旁路干燥。因此,通过干燥塔利用中温烟气干燥脱硫废水工艺具有更好的系统可靠性与实际可行性,而且在投资、运行费用方面更具优势。   2.烟气余热喷雾干燥原理特点   喷雾干燥是指将溶液、乳浊液、悬浊液或浆料在热风中喷雾成细小的液滴,在其下落过程中,水分被蒸发而成为粉末状或颗粒状的产物。本实验采用的喷雾干燥塔是在干燥塔底部导入热风,同时通过双流体雾化喷嘴把脱硫废水从塔底喷入干燥塔,雾化后的液滴群的表面积很大,与高温热风接触后水分迅速蒸发,在极短的时间内便成为干燥产物,随热烟气从干燥塔顶排出。      物料干燥过程分等速阶段和减速阶段两个部分进行。在等速干燥阶段,水分蒸发是在液滴表面发生的,蒸发速度由蒸汽通过周围气膜的扩散速度所控制。主要的推动力是周围热风和液滴的温度,温度差越大,蒸发速度越快,水分通过颗粒的扩散速度大于蒸发速度。当扩散速度降低而不能维持颗粒表面的饱和时,蒸发速度开始减慢,干燥进入减速阶段。此时颗粒温度开始上升,干燥结束时,物料的温度近于周围空气的温度。   3.烟气余热喷雾干燥工艺试验应用   孟津电厂委托相关单位利用传热传质计算,进行了理论分析,设计出了实验工况。以此为基础,搭建了中试试验系统,如图所示。      实验系统中干燥塔直径400mm,主干燥段11m,入口设计烟温250-350℃;采用双流体雾化喷嘴进行废水雾化,双流体喷嘴空气雾化压力0.4-0.6MPa,喷水量30-100L/h;干燥塔烟气量1000-1500m3/h;加灰量5-20g/Nm3。烟气中SO2浓度200ppm。左右主干燥段设计有11个测温点,干燥塔入口与出口设置有温度、压力测点。干燥固相产物与气相产物分别从干燥塔入口与出口取样进行分析。固相产物采用烟气分析仪进行取样,气相产物通过烟气取样器取样后进行测试分析。   3.1烟温对脱硫废水干燥的影响   脱硫废水经过干燥塔后迅速能否干燥完全是试验的重点。因此,在中试实验台上首先进行了不同入口烟温、不同喷水量(控制出口烟气温度最低80℃)、喷嘴不同空气雾化压力对废水干燥特性的影响分析。实验过程中标况烟气流量650-800m3/h。   在脱硫废水流量低于理论设计干燥流量下,不同入口烟气温度、烟气流量下经过3-5秒,脱硫废水均能获得很好的干燥;脱硫废水流量一定,则喷嘴空气雾化压力越高,雾化液滴粒径越小,在塔内分布越均匀,因此干燥速度越快,干燥塔内温度分布也越均匀。如果脱硫废水流量过大,则难以在短时间内干燥完全,对后续除尘设备造成影响。   3.2高盐废水干燥后烟气对电除尘器的影响   脱硫废水干燥后产物的比电阻如表4所示。由下表可知,在110℃以下脱硫废水干燥后的产物比电阻比粉煤灰的比电阻要高,120℃后脱硫废水干燥后的产物比电阻比粉煤灰的比电阻要低,根据比电阻变化,建议干燥后温度控制在110-120℃为宜;另外,即使干燥后烟气温度不在这个范围内,由于废水干燥过程中与粉煤灰进行的颗粒团聚等作用,也同样能实现废水干燥产物的高效收集。      中温干燥过程中,由于抽取的烟气量比较小,而且控制干燥后烟气温度与进入静电除尘器的主烟气温度基本一致,因此干燥后的烟气与主烟气混合后,不会对原烟气温度造成影响,而且由于喷水量比较小,混合后对主烟气湿度影响很小,烟气远达不到饱和状态,因此水蒸气不会冷凝析出造成腐蚀;连续一个月的中试试验也证明,控制出口温度与喷水量在理论设计条件下,除尘器的运行没有受到任何影响。进一步验证了中温干燥脱硫废水对后续除尘的不利影响可以忽略。   另外,脱硫系统产生的废水量,约占烟气蒸发带走水量的3-10%之间,通过烟气干燥脱硫废水,实现了水资源的回收利用,降低了烟气蒸发水量,而且由于废水量占烟气蒸发水量的比例不大,不会对脱硫水平衡产生不利影响。   结语:   综上所述,烟气余热喷雾干燥技术用于脱硫废水干燥,能够有效降低脱硫废水处理投资与运行成本,保证系统运行可靠性,而且不会对静电除尘器的性能产生不利影响,因此本技术用于脱硫废水干燥是完全可行。研究结论为利用中温烟气进行脱硫废水低成本干燥处理、实现废水资源化利用提供了基础数据与设计参考。 
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