燃煤電廠脫硫廢水煙道噴霧蒸發零排放處理裝置及方法與流程

本發明涉及燃煤電廠脫硫廢水處理技術領域，具體涉及一種燃煤電廠脫硫廢水煙道噴霧蒸發零排放處理裝置及方法。

背景技術：

國家對于工業廢水達標排放的管控力度在逐年加大，其中，燃煤電廠脫硫廢水因其成分復雜、處理難度大、對環境危害性高等特點受到相關部門的高度重視。而目前，化學沉淀法是國內燃煤電廠處理脫硫廢水應用最為廣泛的方法，但該法在運行過程中也暴露出使用條件高、處理不徹底、工藝復雜、運行經濟性差等缺陷。

近年來興起的脫硫廢水煙道噴霧蒸發處理技術因其技術改造與處理成本低、無需額外能量輸入、處理徹底等優勢獲得國內外越來越多學者的關注，全球范圍內也有相關的初步運行經驗，但該技術在實際運行過程中也存在對下游設備和煙道腐蝕、煙道內結晶鹽沾污并出現形似鐘乳石的結晶鹽“掛柱”等問題，對電廠原有設備安全運行產生嚴重威脅，因而截止目前沒有獲得大面積推廣。

通過實驗研究發現，煙道噴霧蒸發處理技術對下游設備和煙道造成腐蝕的最根本原因是被霧化脫硫廢水廢水未能在進入靜電除塵器之前蒸發干燥完全或脫硫廢水廢水霧化蒸發后產生的結晶鹽具有較高的含濕量，含濕量較高的結晶鹽因為表面潮濕具有一定的粘性，沖刷到煙道壁面上發生濕狀態沉積并不斷粘著長大，成為煙道內產生結晶鹽沾污并出現結晶鹽“掛柱”的主要原因，嚴重時可能堵塞煙道，引起停爐事故；除此之外，含濕量較高的結晶鹽因為表面潮濕粘結到煙道上后引起煙道壁面發生潮濕結晶鹽垢下腐蝕，使鹽和金屬壁面成為一體，成為“板結狀”的結晶鹽不斷粘接長大甚至堵塞煙道的主要原因。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術存在的不足，本發明的目的在于根據設備產生腐蝕和沾污的根本原因提供燃煤電廠脫硫廢水煙道噴霧蒸發零排放處理方法及裝置，本發明利用燃煤電廠煙氣/熱二次風對脫硫廢水進行快速蒸發，將空氣預熱器出口的一次煙氣、熱二次風和一定比例的進口熱煙氣貼壁射流組合在一起快速蒸發經脫硫廢水霧化組件霧化的脫硫廢水射流或液滴，使脫硫廢水中的鹽結晶析出，產生的結晶顆粒潮濕表面完全干燥，形成脫硫廢水煙道噴霧蒸發零排放處理系統，大大降低了該工藝過程中脫硫廢水對下游煙道和設備的腐蝕風險，消除了結晶鹽向煙道壁面以及下游設備沾污“掛壁”、“掛柱”而堵塞煙道的風險。同時，引入的貼壁熱煙氣和熱二次風抬升的一次煙氣溫度可由煙氣冷卻器所消納。更進一步，該方法可使脫硫廢水的氯化物將Hg⁰氧化，使Hg²⁺在煙氣冷卻過程中和顆粒物發生吸附凝并，在流經靜電除塵器過程中協同脫除，真正實現了燃煤電廠脫硫廢水“零排放”及協同脫除煙氣中的Hg⁰。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：

本發明燃煤電廠脫硫廢水煙道噴霧蒸發零排放處理裝置布置在空氣預熱器及靜電除塵器之間的垂直下降、低位水平、垂直上升或高位水平煙道1中，包括在所述煙道1內沿一次煙氣流向依次布置的貼壁熱煙氣分配組件2、脫硫廢水霧化組件3和熱二次風噴射組件4；一次煙氣是指空氣預熱器出口的煙氣；所述貼壁熱煙氣分配組件2中的煙氣為貼壁熱煙氣5，貼壁熱煙氣5取自空氣預熱器進口的熱煙氣，通過熱煙管道輸送至所述貼壁熱煙氣分配組件2；脫硫廢水6通過管道輸送至所述脫硫廢水霧化組件3；所述熱二次風噴射組件4噴出的熱二次風射流7取自經空氣預熱器加熱后的熱二次風，通過熱風管道輸送至所述熱二次風噴射組件4；所述貼壁熱煙氣分配組件2通過貼壁熱煙氣分配管道2-2與所述煙道1相連通，所述貼壁熱煙氣5緊貼著煙道壁面流出和煙氣流動方向相同；所述脫硫廢水霧化組件3通過脫硫廢水霧化管組3-3端部的霧化噴嘴與所述煙道1相連通，霧化噴嘴噴出的方向和煙氣流動方向相同或與煙氣流動方向呈預設角度，此時，煙道1中的煙氣直接加熱經過霧化的脫硫廢水霧化射流，使其加速蒸發；所述熱二次風噴射組件4通過熱二次風噴射管組4-3上均布的熱二次風噴嘴或小孔與所述煙道1相連通，噴嘴或小孔噴出的方向沿管組徑向和煙氣流動方向垂直。

所述貼壁熱煙氣分配組件2包括貼壁熱煙氣進口管道2-1和輪廓具有相同形狀的貼壁熱煙氣分配管道2-2，貼壁熱煙氣分配管道2-2布置在煙道四周，所述貼壁熱煙氣分配管道2-2所采用通道大小按需要進行設計，從而調節所述貼壁熱煙氣5的射流剛度與一定的熱煙氣厚度，使貼壁熱煙氣能緊貼壁面向前持續運動。

所述脫硫廢水霧化組件3包括依次連通的脫硫廢水進口管道3-1、脫硫廢水集箱3-2和輪廓具有相同形狀的脫硫廢水霧化管組3-3，脫硫廢水霧化管組3-3橫向布置在所述煙道1內，所述脫硫廢水霧化管組3-3端部布置霧化噴嘴，霧化噴嘴大小和形狀按需進行選取，所述脫硫廢水霧化組件3為一層或多層，每層根據實際蒸發量采用一個或多個霧化噴嘴，每層中霧化噴嘴的布置方式采用規則布置或采用不規則布置。

所述廢水霧化組件3采用的霧化方式為利用高速氣流劇烈沖擊液體再膨脹使得液體破碎霧化的雙相氣動霧化方式，或利用壓力使液體擴展液膜并被空氣撕裂而產生霧化的壓力霧化方式，或采用利用聲波振動力學效應使液體霧化的超聲霧化方式，或者不同霧化方式的組合。

所述熱二次風噴射組件4包括依次連通的熱二次風進口管道4-1、熱二次風集箱4-2和輪廓具有相同形狀的熱二次風噴射管組4-3，熱二次風噴射管組橫向布置在所述煙道1內，所述熱二次風噴射管組4-3均勻分布在煙道截面上，其所采用管徑沿軸向向下漸縮，從而實現熱二次風等速噴射，管組上所用噴嘴或小孔大小和形狀按需進行選取，從而調節射流熱二次風量和剛度，所述熱二次風噴射組件4采用一層或多層，從而保證脫硫廢水蒸發濃縮產生的結晶顆粒的潮濕表面處于完全干燥狀態。

該裝置為制造成一種集成一次煙氣、貼壁熱煙氣分配組件2、脫硫廢水霧化組件3和熱二次風噴射組件4組成的獨立模塊以替代原煙道以完成脫硫廢水煙道中霧化蒸發和干燥的全過程；或為在原煙道上加裝貼壁熱煙氣分配組件2、脫硫廢水霧化組件3和熱二次風噴射組件4從而完成煙道噴霧蒸發零排放處理。

所述一次煙氣溫度低，煙氣量大，能夠使霧化的脫硫廢水整體射流加熱汽化和蒸發，使脫硫廢水中的鹽結晶析出；所述貼壁熱煙氣5確保經過霧化的脫硫廢水射流或液滴遇高溫貼壁熱煙氣后被快速蒸發，不會沖擊沾污到煙道上，避免煙道發生脫硫廢水的嚴重腐蝕，而且能夠顯著提高煙道壁面的低溫煙氣溫度加速近壁面蒸發過程；所述熱二次風噴射組件4噴出的熱二次風射流7快速蒸發和干燥結晶鹽的表面，以避免含濕量較高的結晶鹽因為表面潮濕粘結到煙道上后引起煙道壁面發生潮濕結晶鹽垢下腐蝕，使鹽和金屬壁面成為一體，避免成為“板結狀”的結晶鹽不斷粘接長大甚至堵塞煙道。

當一次煙氣溫度較低時，將所述貼壁熱煙氣5或熱二次風的一部分直接引入一次煙氣以提高一次煙氣的汽化蒸發能力，促進脫硫廢水中的鹽結晶析出；或根據燃煤電廠的實際運行情況，用熱二次風代替所述貼壁熱煙氣5；或用貼壁熱煙氣5代替熱二次風，或者貼壁熱煙氣5經除塵后再替代熱二次風以消除熱二次風噴嘴或小孔在高濃度煙塵濃度下堵塞的危險性。

煙氣冷卻器通過水溫和流量調整對煙氣進行深度冷卻以消除所述貼壁熱煙氣5和熱二次風對一次煙氣溫度的抬升作用，顯著提高靜電除塵器脫除效率。

本發明燃煤電廠脫硫廢水煙道噴霧蒸發零排放處理裝置的方法：來自脫硫塔經過三聯箱處理的脫硫廢水通過所述脫硫廢水霧化組件3在所述煙道1內被霧化，霧化后液滴群在空氣預熱器出口一次煙氣帶動下向前運動，同時在一次煙氣熱量作用下進行逐漸蒸發并使結晶鹽開始析出，在運動至液滴群開始產生結晶鹽的位置布置熱二次風噴射組件4，并通過熱二次風噴射組件4將高溫的熱二次風進行徑向射流，所述熱二次風噴射組件4噴出的熱二次風射流7加速熱二次風噴射組件4周圍區域內結晶鹽的析出，并使產生的結晶鹽得到進一步干燥，使結晶鹽顆粒失水從而喪失沾污性；為了隔絕霧化的脫硫廢水射流或液滴與煙道壁面直接接觸及進一步避免蒸發濃縮而產生的結晶鹽在煙道內壁的沾污，所述貼壁熱煙氣5將通過貼壁熱煙氣分配組件2引至煙道1內，在煙道1內壁形成保護氣流，從而保證系統正常、穩定安全運行；在脫硫廢水霧化、蒸發和干燥的過程中，脫硫廢水中的氯化物將Hg⁰氧化成Hg²⁺，并和結晶鹽顆粒一起隨著煙氣進入后續的煙氣冷卻器發生吸附凝并，在流經靜電除塵器過程中被脫除，從而完成脫硫廢水煙道噴霧蒸發零排放處理過程，真正實現了燃煤電廠脫硫廢水“零排放”及協同脫除煙氣中的Hg⁰。

本發明和現有技術相比較，有益效果在于：

1)本發明利用燃煤電廠空氣預熱器出口的煙氣作為一次煙氣對霧化的脫硫廢水進行快速蒸發，這股一次煙氣雖然溫度低，但是煙氣量大，是霧化的脫硫廢水快速蒸發的主要熱量來源。

2)采用取自空氣預熱器進口的熱煙氣作為貼壁熱煙氣在煙道內壁形成保護氣流，隔絕了霧化的脫硫廢水射流或液滴與煙道壁面直接接觸，大大降低了該工藝過程中脫硫廢水霧化后的液滴沖擊到煙道壁面上及對下游設備和煙道的腐蝕風險，避免了蒸發濃縮而產生的結晶鹽顆粒在煙道內壁的沾污，確保系統正常、穩定安全運行。

3)本發明熱二次風噴射組件噴出的熱二次風射流7負責煙氣中蒸發濃縮產生的結晶鹽的干燥，和一次煙氣相比，熱二次風溫度比一次煙氣高150℃及以上，可以使脫硫廢水霧化的液滴以及蒸發產生的結晶顆粒在進入靜電除塵器之前快速實現干燥過程，避免表面潮濕的結晶鹽顆粒對下游設備和煙道的腐蝕風險和結晶鹽向煙道壁面以及下游熱力設備的沾污和“掛柱”的幾率。

4)本發明能夠充分利用燃煤電廠空氣預熱器進出口的煙氣熱量或熱二次風的熱量，強化蒸發和結晶鹽析出過程，而且對所取熱量無浪費，節約能源。

5)本發明裝置改造簡單、便捷，適用于處理燃煤電廠所有脫硫廢水，靜電除塵器對產生結晶鹽進行回收捕捉，是集霧化、蒸發、結晶以及結晶顆粒捕捉等功能于一體的真正實現廢水“零排放”的裝置。

6)本發明方法可使脫硫廢水的氯化物將Hg⁰氧化，使Hg²⁺在煙氣冷卻過程中和顆粒物發生吸附凝并，在流經靜電除塵器過程中協同脫除，能夠變肥為寶，在實現燃煤電廠脫硫廢水零排放的同時協同脫除Hg⁰。

附圖說明

圖1是本發明優選實施例的結構簡圖。

圖2是燃煤電廠脫硫廢水煙道噴霧蒸發零排放處理裝置的結構示意圖。

圖3是圖2燃煤電廠脫硫廢水煙道噴霧蒸發零排放處理裝置的左視圖。

圖4是圖2燃煤電廠脫硫廢水煙道噴霧蒸發零排放處理裝置沿圖2中A-A剖面的剖視圖。

圖5是圖2燃煤電廠脫硫廢水煙道噴霧蒸發零排放處理裝置的主視圖。

圖6是圖2燃煤電廠脫硫廢水煙道噴霧蒸發零排放處理裝置沿圖5中B-B剖面的剖視圖。

圖7是圖2燃煤電廠脫硫廢水煙道噴霧蒸發零排放處理裝置沿圖5中C-C剖面的剖視圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明。

如圖1至圖7所示，本發明燃煤電廠脫硫廢水煙道噴霧蒸發零排放處理裝置布置在空氣預熱器及靜電除塵器之間的垂直下降、低位水平、垂直上升或高位水平煙道1中，包括在所述煙道1內沿一次煙氣流向依次布置的貼壁熱煙氣分配組件2、脫硫廢水霧化組件3和熱二次風噴射組件4；一次煙氣是指空氣預熱器出口的煙氣；所述貼壁熱煙氣分配組件2中的煙氣為貼壁熱煙氣5，貼壁熱煙氣5取自空氣預熱器進口的熱煙氣，通過熱煙管道輸送至所述貼壁熱煙氣分配組件2；脫硫廢水6通過管道輸送至所述脫硫廢水霧化組件3；所述熱二次風噴射組件4噴出的熱二次風射流7取自經空氣預熱器加熱后的熱二次風，通過熱風管道輸送至所述熱二次風噴射組件4；所述貼壁熱煙氣分配組件2通過貼壁熱煙氣分配管道2-2與所述煙道1相連通，所述貼壁熱煙氣5緊貼著煙道壁面流出和煙氣流動方向相同；所述脫硫廢水霧化組件3通過脫硫廢水霧化管組3-3端部的霧化噴嘴與所述煙道1相連通，霧化噴嘴噴出的方向和煙氣流動方向相同或與煙氣流動方向呈預設角度，此時，煙道1中的煙氣直接加熱經過霧化的脫硫廢水霧化射流，使其加速蒸發；所述熱二次風噴射組件4通過熱二次風噴射管組4-3上均布的熱二次風噴嘴或小孔與所述煙道1相連通，噴嘴或小孔噴出的方向沿管組徑向和煙氣流動方向垂直。

作為本發明的優選實施方式，所述貼壁熱煙氣分配組件2包括貼壁熱煙氣進口管道2-1和輪廓具有相同形狀的貼壁熱煙氣分配管道2-2，布置在煙道四周，所述貼壁熱煙氣分配管道2-2所采用通道大小按需要進行設計，從而調節所述貼壁熱煙氣5的射流剛度與一定的熱煙氣厚度，使貼壁熱煙氣能緊貼壁面向前持續運動。

作為本發明的優選實施方式，所述脫硫廢水霧化組件3包括依次連通的脫硫廢水進口管道3-1、脫硫廢水集箱3-2和輪廓具有相同形狀的脫硫廢水霧化管組3-3，脫硫廢水霧化管組3-3橫向布置在所述煙道1內，所述脫硫廢水霧化管組3-3端部布置霧化噴嘴，霧化噴嘴大小和形狀按需進行選取，所述脫硫廢水霧化組件3為一層或多層，每層根據實際蒸發量采用一個或多個霧化噴嘴，每層中霧化噴嘴的布置方式采用規則布置或采用不規則布置。

作為本發明的優選實施方式，所述廢水霧化組件3采用的霧化方式為利用高速氣流劇烈沖擊液體再膨脹使得液體破碎霧化的雙相氣動霧化方式，或利用壓力使液體擴展液膜并被空氣撕裂而產生霧化的壓力霧化方式，或采用利用聲波振動力學效應使液體霧化的超聲霧化方式，或者不同霧化方式的組合。

作為本發明的優選實施方式，所述熱二次風噴射組件4包括依次連通的熱二次風進口管道4-1、熱二次風集箱4-2和輪廓具有相同形狀的熱二次風噴射管組4-3，熱二次風噴射管組橫向布置在所述煙道1內，所述熱二次風噴射管組4-3均勻分布在煙道截面上，其所采用管徑沿軸向向下漸縮，從而實現熱二次風等速噴射，管組上所用噴嘴或小孔大小和形狀按需進行選取，從而調節射流熱二次風量和剛度，所述熱二次風噴射組件4采用一層或多層，從而保證脫硫廢水蒸發濃縮產生的結晶顆粒的潮濕表面處于完全干燥狀態。

作為本發明的優選實施方式，該裝置為制造成一種集成一次煙氣、貼壁熱煙氣分配組件2、脫硫廢水霧化組件3和熱二次風噴射組件4組成的獨立模塊以替代原煙道以完成脫硫廢水煙道中霧化蒸發和干燥的全過程；或為在原煙道上加裝貼壁熱煙氣分配組件2、脫硫廢水霧化組件3和熱二次風噴射組件4從而完成煙道噴霧蒸發零排放處理。

作為本發明的優選實施方式，所述一次煙氣溫度低，煙氣量大，能夠使霧化的脫硫廢水整體射流加熱汽化和蒸發，使脫硫廢水中的鹽結晶析出；所述貼壁熱煙氣5確保經過霧化的脫硫廢水射流或液滴遇高溫貼壁熱煙氣后被快速蒸發，不會沖擊沾污到煙道上，避免煙道發生脫硫廢水的嚴重腐蝕，而且能夠顯著提高煙道壁面的低溫煙氣溫度加速近壁面蒸發過程；所述熱二次風噴射組件4噴出的熱二次風射流7快速蒸發和干燥結晶鹽的表面，以避免含濕量較高的結晶鹽因為表面潮濕粘結到煙道上后引起煙道壁面發生潮濕結晶鹽垢下腐蝕，使鹽和金屬壁面成為一體，避免成為“板結狀”的結晶鹽不斷粘接長大甚至堵塞煙道。

作為本發明的優選實施方式，當一次煙氣溫度較低時，將所述貼壁熱煙氣5或熱二次風的一部分直接引入一次煙氣以提高一次煙氣的汽化蒸發能力，促進脫硫廢水中的鹽結晶析出；或根據燃煤電廠的實際運行情況，用熱二次風代替所述貼壁熱煙氣5；或用貼壁熱煙氣5代替熱二次風，或者貼壁熱煙氣5經除塵后再替代熱二次風以消除熱二次風噴嘴或小孔在高濃度煙塵濃度下堵塞的危險性。

作為本發明的優選實施方式，煙氣冷卻器通過水溫和流量調整對煙氣進行深度冷卻以消除所述貼壁熱煙氣5和熱二次風對一次煙氣溫度的抬升作用，顯著提高靜電除塵器脫除效率。

本發明燃煤電廠脫硫廢水煙道噴霧蒸發零排放處理裝置的方法：來自脫硫塔經過三聯箱處理的脫硫廢水通過所述脫硫廢水霧化組件3在所述煙道1內被霧化，霧化后液滴群在空氣預熱器出口一次煙氣帶動下向前運動，同時在一次煙氣熱量作用下進行逐漸蒸發并使結晶鹽開始析出，在運動至液滴群開始產生結晶鹽的位置布置熱二次風噴射組件4，并通過熱二次風噴射組件4將高溫的熱二次風進行徑向射流，所述熱二次風噴射組件4噴出的熱二次風射流7加速熱二次風噴射組件4周圍區域內結晶鹽的析出，并使產生的結晶鹽得到進一步干燥，使結晶鹽顆粒失水從而喪失沾污性。為了隔絕霧化的脫硫廢水射流或液滴與煙道壁面直接接觸及進一步避免蒸發濃縮而產生的結晶鹽在煙道內壁的沾污，所述貼壁熱煙氣5將通過貼壁熱煙氣分配組件2引至煙道1內，在煙道1內壁形成保護氣流，從而保證系統正常、穩定安全運行。在脫硫廢水霧化、蒸發和干燥的過程中，脫硫廢水中的氯化物將Hg⁰氧化成Hg²⁺，并和結晶鹽顆粒一起隨著煙氣進入后續的煙氣冷卻器發生吸附凝并，在流經靜電除塵器過程中被脫除，從而完成脫硫廢水煙道噴霧蒸發零排放處理過程，真正實現了燃煤電廠脫硫廢水“零排放”及協同脫除煙氣中的Hg⁰。