一种低负荷工况下脱硫废水和排烟废热的综合整治系统的制作方法

本发明涉及一种燃煤电厂低负荷工况下回收利用排烟废热蒸发脱硫废水的系统，该系统可实现低负荷工况下脱硫废水的零排放同时提高机组能量利用率，属于火力发电节能减排领域。

背景技术：

为了达到国家对燃煤电厂so2超低排放的要求，国内电厂大多采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术，该技术在高效脱硫的同时产生了严重的废水排放。2015年4月，国务院发布《水污染行动计划》强化了对各类水污染的防治力度，脱硫废水由于成分复杂(含悬浮物、氟化物、重金属和盐分等)、排放危害大受到了业内的高度关注。目前，大多电厂采用化学沉淀的工艺(传统三联箱方法)去除脱硫废水污染物，但该方法运行费用高，对氯盐等可溶性盐分和硒等重金属离子去除率有限，其出水悬浮颗粒物和cod等也往往不能稳定达标排放，容易造成二次污染。为了实现脱硫废水的零排放，烟道蒸发技术被提出并逐渐得到重视，该技术将脱硫废水雾化为液滴后喷入空预器和电除尘器之间的烟道，利用锅炉尾部排烟废热将废水蒸干，产生的固体细颗粒物由电除尘器捕捉，其关键在于有效利用锅炉排烟废热将废水液滴在短时间内完全蒸发。对于锅炉排烟温度较高的机组，其额定负荷下锅炉排烟废热一般都足够在短时间内蒸干脱硫废水液滴。然而，近年来国内火电机组普遍长期处于低负荷运行状态，负荷的降低往往导致锅炉排烟温度的下降，当烟气所含热量不足以在既定时间内蒸干脱硫废水时，液滴将附着于烟道内表面或进入电除尘器，极易引起腐蚀、结垢和电除尘器故障，脱硫废水烟道蒸发技术将无法投入使用。提高低负荷工况下锅炉尾部的排烟温度成为了该技术实现脱硫废水零排放的关键。

煤电机组脱硝系统催化剂的活性反应温度一般约为320-420℃。在机组低负荷运行状态下，省煤器出口烟气的温度会相应下降，当烟温不足以达到催化剂活性反应温度时会导致脱硝设备效率大幅降低甚至被迫退出运行，机组将无法达到国家对氮氧化物超低排放的要求。为了解决低负荷工况脱硝的问题，“零号高压加热器”技术被提出并逐渐推广应用。该技术在汽轮机回热系统1号高加之后(按给水流程)增设一级加热器(即零号高压加热器)，该加热器从系统高品质汽源处引蒸汽加热来自1号高加出口的锅炉给水，可显著提高锅炉给水温度。给水温度的提高降低了烟气和给水在省煤器中的换热量，使省煤器出口烟温上升达到脱硝催化剂的活性温度，实现了低负荷工况下脱硝效率的提高。然而，由于该技术同时也会提高空预器出口的烟温，所以导致了锅炉排烟热损失的增大，合理利用该部分废热对提高机组能量利用率有着重要意义。

综上所述，在机组低负荷运行工况下，“零号高压加热器”技术在确保脱硝设备效率的同时却提高了锅炉尾部烟气温度，增大了排烟热损失；脱硫废水烟道蒸发技术虽然可以实现废水的零排放，但却必须以充足的锅炉排烟余热为前提。联合两种技术可有效利用排烟废热、实现脱硫废水零排放并提升脱硝效率，达到电厂废水与废热综合整治的目的。

技术实现要素：

本发明提供一种联合脱硫废水蒸发子系统和补热子系统的系统，可在燃煤电厂低负荷工况下实现脱硫废水的零排放与排烟废热的回收利用。脱硫废水蒸发子系统用于对脱硫废水进行预处理(过滤减量和预热)，并雾化喷射于空预器和电除尘器之间的烟道中；预处理可减少废水在烟道内蒸发所需的热能；废水最终在烟道中吸收排烟热量被蒸发，产生的颗粒物进入电除尘器被捕捉。补热子系统用来提高锅炉给水和排烟温度，可为废水在烟道中蒸发提供更充足的热能并缩短其蒸发时间；此外，也可提高机组低负荷工况下的脱硝效率。

本发明采用的技术方案如下所述。

一种低负荷工况下脱硫废水和排烟废热的综合整治系统，其特征在于，包括补热子系统和脱硫废水蒸发子系统；所述的补热子系统包括零号高压加热器、高压蒸汽管道与蒸汽阀门；所述的脱硫废水蒸发子系统包括废水缓冲箱、废水过滤减量装置、废水预热器、水泵、雾化喷嘴和废水管道。

进一步地，零号高压加热器通过高压蒸汽管道与高品质汽源连接，零号高压加热器与回热系统的各级加热器串联，布置于1号高压加热器与省煤器之间。

进一步地，废水缓冲箱与脱硫塔相连，废水缓冲箱、废水过滤减量装置、废水预热器、水泵和雾化喷嘴依次相连，雾化喷嘴布置于空预器和电除尘器之间的烟道顶端，将脱硫废水雾化喷射于烟道内。

进一步地，补热子系统的高压蒸汽管道一端与汽轮机高压缸开孔相连，另一端与零号高压加热器相连。

进一步地，汽轮机系统设有补汽调节阀，补热子系统的高压蒸汽管道一端与补汽调节阀后的管道相通，另一端与零号高压加热器相连。

进一步地，补热子系统包括零号高压加热器、喷射式热泵、第一高压蒸汽管道、第二高压蒸汽管道、第三高压蒸汽管道、蒸汽阀门；第一高压蒸汽管道一端与锅炉屏式过热器蒸汽管道相通，另一端与喷射式热泵驱动蒸汽进口相连；第二高压蒸汽管道一端与1号高加抽汽管道相通，另一端与喷射式热泵吸入蒸汽进口相连；第三高压蒸汽管道一端与喷射式热泵蒸汽出口连接，另一端与零号高压加热器连接。

进一步地，废水过滤减量装置采用反渗透原理；脱硫废水被过滤为高浓度废水与清水，其中清水进行水资源回收利用，高浓度废水进行蒸发。

进一步地，废水过滤减量装置由多个独立模块组成，分批进行投运与清洗，实行整体不间断运行。

进一步地，废水预热器为管式换热器，安装于电除尘器与脱硫塔之间的烟道内；换热管内为低温脱硫废水，管外为高温烟气；或者废水预热器为管式换热器，管外为低温脱硫废水，管内为高温热媒水，废水预热器通过热媒水管道与烟气废热回收器相连；烟气废热回收器为管式换热器，设置在电除尘器与脱硫塔之间的烟道内，其管内为低温热媒水，管外为高温烟气。

进一步地，脱硫废水水泵和雾化喷嘴之间连接有空气压缩机，提供一定压强的空气，提升废水的雾化效果。

与现有技术相比，本发明针对国内燃煤机组长期低负荷运行的现状，采用联合脱硫废水蒸发子系统与补热子系统的方式，主要解决了低负荷工况下机组排烟温度较低，脱硫废水不能在烟道内完全蒸发的问题，实现了脱硫废水的零排放，提高了电除尘器运行的安全性；在机组额定负荷下，可关闭补热子系统，脱硫废水蒸发子系统同样可以实现废水零排放；有效回收利用了机组排烟废热，提高了能量利用率；提升了机组低负荷工况下的脱硝效率；废水液滴被雾化喷射于烟道内，有利于其中细小颗粒物的团聚，在一定程度上减少烟尘排放。

附图说明

图1是本发明的实施例一的结构示意图；

图2是本发明的实施例二的结构示意图；

图3是本发明的实施例三的结构示意图；

其中：1-锅炉，2-省煤器，3-脱硝设备，4-空预器，5-电除尘器，6-脱硫塔，7-废水过滤减量装置，8-废水预热器，9-水泵，10-雾化喷嘴，11-1号高加，12-零号高压加热器，13-汽轮机高压缸，14-脱硫废水管道，15-高压蒸汽管道，16-蒸汽阀门，17-补汽调节阀，18-喷射式热泵，19-蒸汽阀门，20-蒸汽阀门，21-高压蒸汽管道，22-高压蒸汽管道，23-废水缓冲箱，24-热媒水循环泵，25-烟气废热回收器，26-废水预热器，27-空气压缩机。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。

在机组低负荷工况下实现脱硫废水零排放，其关键在于提高锅炉尾部的排烟温度和减少废水蒸发需求的热量。本发明通过高压加热器补热子系统提高空预器后烟气的温度，为废水蒸发提供更充足的热能，同时缩短其蒸发时间；脱硫废水首先经过过滤减量和预热等预处理，减少了其在烟道内蒸发所需的热能，其后通过雾化喷嘴喷射于空预器和电除尘器之间的烟道中，水分吸收烟气热量被蒸发，产生的颗粒物进入电除尘器被捕捉。

高压加热器补热子系统包括零号高压加热器、高压蒸汽管道与蒸汽阀门等部分。零号高压加热器通过高压蒸汽管道与高品质汽源连接，高压蒸汽管道上设有蒸汽阀门，高品质汽源可以为锅炉高压蒸汽管道、汽轮机高压缸以及其它高压蒸汽管道等。零号高压加热器与回热系统的各级加热器串联，通过锅炉给水管道连接于1号高加与省煤器之间，给水依次流经1号高加、零号高压加热器与省煤器。当机组低负荷运行时，启动补热子系统。来自高品质汽源的蒸汽经高压蒸汽管道进入零号高压加热器，加热来自1号高加出口的锅炉给水，加热后的锅炉给水依次被送至省煤器与锅炉。由于锅炉给水温度得到显著提升，省煤器中烟气与给水的换热量降低，省煤器出口的烟温被提高约10-25℃(与机组和负荷等多方面因素有关)。此时，空预器出口的烟温也得到提升(可提升约5-10℃，若增大高品质蒸汽的抽汽量可以提升更高)，为低负荷下脱硫废水在烟道中的蒸发提供了更充足的热能，同时缩短了其蒸发所需的时间。此外，由于低负荷工况下锅炉排烟温度较低，往往不能达到脱硝系统催化剂的活性反应温度(约为320-420℃)，脱硝设备效率会大幅降低甚至被迫退出运行。本发明通过增设的补热子系统，可提高省煤器出口烟气的温度约10-25℃，使其达到脱硝催化剂的活性反应温度，可提升机组低负荷运行下的脱硝效率(可达到80％-90％)。

脱硫废水蒸发子系统包括废水缓冲箱、废水过滤减量装置、废水预热器、水泵、雾化喷嘴和废水管道等部分，上述设备与废水接触的部位均需用耐酸腐蚀材料制作。废水缓冲箱与脱硫塔相连，脱硫废水经缓冲后依次经过废水过滤减量装置、废水预热器、水泵与雾化喷嘴进入烟道蒸发。废水过滤减量装置采用反渗透原理，由多个独立模块组成，可分批投运与清洗，不间断运行；脱硫废水被该装置过滤为高浓度废水与清水，其中清水可回收利用，高浓度废水(约占原水量的40％-70％)流向废水预热器。废水预热器有效利用电除尘器和脱硫塔之间烟气的废热对脱硫废水进行预热，可提高废水温度约40-70℃，同时烟气温度降低约1-2℃。由废水预热器流出的脱硫废水经水泵引至雾化喷嘴，雾化喷嘴安装于空预器与电除尘器之间的烟道顶端，可将脱硫废水雾化(平均粒径≤70μm)喷射于烟道内。在烟道中，液滴与烟气发生混合式换热，充分吸收其中废热，水分被蒸发，产生的固体颗粒物随烟气进入电除尘器被电极捕捉，实现脱硫废水的零排放。在此蒸发过程中，烟气温度降低约3-8℃，由于低负荷工况下烟温高于酸露点，并且零号高压加热器可提升5-10℃的烟温，所以不会发生低温腐蚀影响机组安全运行。

实施例1：

如图1所示，补热子系统包括零号高压加热器12、高压蒸汽管道15与蒸汽阀门16。高压蒸汽管道15上设有蒸汽阀门16，其一端与汽轮机高压缸13开孔相连，另一端与零号高压加热器12相连。零号高压加热器12安装于1号高加11与省煤器2之间，锅炉给水依次流经1号高加11、零号高压加热器12与省煤器2。当机组低负荷运行时，打开蒸汽阀门16，汽轮机高压缸13的高压蒸汽进入零号高压加热器12加热来自1号高加11出口的锅炉给水，提高空预器4出口烟气的温度，为脱硫废水蒸发提供了更高的热能。同时还提高进入脱硝设备3烟气的温度，提升脱硝效率。

脱硫废水蒸发子系统包括废水缓冲箱23、废水过滤减量装置7、废水预热器8、水泵9、雾化喷嘴10与脱硫废水管道14，前述设备与废水接触的部位均采用耐酸腐蚀材料制作。由脱硫塔6出口而来的废水依次经过废水缓冲箱23、废水过滤减量装置7、废水预热器8、水泵9与雾化喷嘴10。废水缓冲箱23的入口与脱硫塔6的出口相连，脱硫废水经缓冲后进入废水过滤减量装置7。废水过滤减量装置7采用反渗透原理，由多个独立模块组成，可分批投运与清洗，不间断运行；脱硫废水被该装置过滤为高浓度废水与清水，其中清水可回收利用，高浓度废水(约占原水量的40％-70％)流向废水预热器8。废水预热器8为管式换热器，安装于电除尘器5与脱硫塔6之间的烟道内；换热管内为低温脱硫废水，管外为高温烟气，废水温度经换热得到提升。废水预热器8出口的废水经水泵9送至雾化喷嘴10，该喷嘴安装于空预器4与电除尘器5之间的烟道内顶部，为了增加液滴在烟道中的换热时间，需尽量布置在靠近空预器4的一侧；该喷嘴将高浓度的脱硫废水雾化为平均粒径70μm以下的液滴群并喷射于烟道内；液滴在烟道内吸收烟气废热蒸发，产生的固体颗粒物随烟气进入电除尘器5被电极捕捉，实现脱硫废水的零排放。

实施例2：

本实施例针对设有补汽调节阀17的系统。如图2所示，补热子系统包括零号高压加热器12、高压蒸汽管道15与蒸汽阀门16。高压蒸汽管道15上设有蒸汽阀门16，管道一端与补汽调节阀17后的管道相通，另一端与零号高压加热器12相连。零号高压加热器12安装于1号高加11与省煤器2之间，锅炉给水依次流经1号高加11、零号高压加热器12与省煤器2。当机组低负荷运行时，打开补汽调节阀17与蒸汽阀门16，补汽调节阀17后的高压蒸汽进入零号高压加热器12加热来自1号高加出口的锅炉给水，提高空预器4出口烟气的温度，为脱硫废水蒸发提供了更高的热能。同时还提高进入脱硝设备3烟气的温度，提升脱硝效率。

“脱硫废水蒸发”子系统包括废水缓冲箱23、废水过滤减量装置7、废水预热器8、水泵9、空气压缩机27、雾化喷嘴10与脱硫废水管道14，前述设备与废水接触的部位均采用耐酸腐蚀材料制作。由脱硫塔6流出的废水依次经过废水缓冲箱23、废水过滤减量装置7、废水预热器8、水泵9与雾化喷嘴10。废水缓冲箱23的入口与脱硫塔6的出口相连，脱硫废水经缓冲后进入废水过滤减量装置7。废水过滤减量装置7采用反渗透原理，由多个独立模块组成，可分批投运与清洗，不间断运行；脱硫废水被该装置过滤为高浓度废水与清水，其中清水可回收利用，高浓度废水(约占原水量的40％-70％)流向废水预热器8。废水预热器8为管式换热器，安装于电除尘器5与脱硫塔6之间的烟道内；换热管内为低温脱硫废水，管外为高温烟气，废水温度经换热得到提升。废水预热器8出口的废水经水泵9送向雾化喷嘴10，水泵9与雾化喷嘴10之间连接有空气压缩机27；空气压缩机27提供一定压强的空气，提升雾化喷嘴10对废水的雾化效果。雾化喷嘴10安装于空预器4与电除尘器5之间的烟道内顶部，为了增加液滴在烟道中的换热时间，需尽量布置在靠近空预器4的一侧；该喷嘴将高浓度的脱硫废水雾化为平均粒径70μm以下的液滴群并喷射于烟道内；液滴在烟道内吸收烟气废热蒸发，产生的固体颗粒物随烟气进入电除尘器5被电极捕捉，实现脱硫废水的零排放。

实施例3：

如图3所示，补热子系统包括零号高压加热器12、喷射式热泵18、高压蒸汽管道15(与21、22)、蒸汽阀门16(与19、20)。高压蒸汽管道21上设有蒸汽阀门19，管道一端与锅炉屏式过热器蒸汽管道相通，另一端与喷射式热泵18驱动蒸汽进口相连；高压蒸汽管道22上设有蒸汽阀门20，管道一端与1号高加抽汽管道相通，另一端与喷射式热泵18吸入蒸汽进口相连；高压蒸汽管道15上设有蒸汽阀门16，管道一端与喷射式热泵18蒸汽出口连接，另一端与零号高压加热器12连接；零号高压加热器12安装于1号高加11与省煤器2之间，锅炉给水依次流经1号高加11、零号高压加热器12与省煤器2。当机组低负荷运行时，打开蒸汽阀门16、19和20。来自锅炉屏式过热器的蒸汽经高压蒸汽管道21进入喷射式热泵喷嘴18，引射来自1号高加的部分抽汽(经高压蒸汽管道22)，两部分蒸汽混合后经高压蒸汽管道15进入零号高压加热器12加热来自1号高加出口的锅炉给水，提高空预器4出口烟气的温度，为脱硫废水蒸发提供了更高的热能。同时还提高进入脱硝设备3烟气的温度，提升脱硝效率。

脱硫废水蒸发子系统包括废水缓冲箱23、废水过滤减量装置7、废水预热器26、烟气废热回收器25、热媒水循环泵24、水泵9、雾化喷嘴10与脱硫废水管道14，上述设备与废水接触的部位均采用耐酸腐蚀材料制作。由脱硫塔6流出的废水依次经过废水缓冲箱23、废水过滤减量装置7、废水预热器26、水泵9与雾化喷嘴10。废水缓冲箱23的入口与脱硫塔6的出口相连，脱硫废水经缓冲后进入废水过滤减量装置7。废水过滤减量装置7采用反渗透原理，由多个独立模块组成，可分批投运与清洗，不间断运行；脱硫废水被该装置过滤为高浓度废水与清水，其中清水可回收利用，高浓度废水(约占原水量的40％-70％)流入废水预热器26。废水预热器26为管式换热器，管外为低温脱硫废水，管内为高温热媒水，废水温度经换热得到提升；该设备通过热媒水管道与烟气废热回收器25相连，热媒水管道上设置热媒水循环泵24。烟气废热回收器25为管式换热器，设置在电除尘器5与脱硫塔6之间的烟道内；其管内为低温热媒水，管外为高温烟气，经换热烟气将热量传递给热媒水。由废水预热器26流出的脱硫废水经水泵9送向雾化喷嘴10。雾化喷嘴10安装于空预器4与电除尘器5之间的烟道内顶部，为了增加液滴在烟道中的换热时间，需尽量布置在靠近空预器4的一侧；该喷嘴将高浓度的脱硫废水雾化为平均粒径70μm以下的液滴群并喷射于烟道内；液滴在烟道内吸收烟气废热蒸发，产生的固体颗粒物随烟气进入电除尘器5被电极捕捉，实现脱硫废水的零排放。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的解释，并不用于限制本发明，尽管对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。