燃煤电厂脱硫废水烟道喷雾蒸发零排放处理装置及方法与流程

本发明涉及燃煤电厂脱硫废水处理技术领域，具体涉及一种燃煤电厂脱硫废水烟道喷雾蒸发零排放处理装置及方法。

背景技术：

国家对于工业废水达标排放的管控力度在逐年加大，其中，燃煤电厂脱硫废水因其成分复杂、处理难度大、对环境危害性高等特点受到相关部门的高度重视。而目前，化学沉淀法是国内燃煤电厂处理脱硫废水应用最为广泛的方法，但该法在运行过程中也暴露出使用条件高、处理不彻底、工艺复杂、运行经济性差等缺陷。

近年来兴起的脱硫废水烟道喷雾蒸发处理技术因其技术改造与处理成本低、无需额外能量输入、处理彻底等优势获得国内外越来越多学者的关注，全球范围内也有相关的初步运行经验，但该技术在实际运行过程中也存在对下游设备和烟道腐蚀、烟道内结晶盐沾污并出现形似钟乳石的结晶盐“挂柱”等问题，对电厂原有设备安全运行产生严重威胁，因而截止目前没有获得大面积推广。

通过实验研究发现，烟道喷雾蒸发处理技术对下游设备和烟道造成腐蚀的最根本原因是被雾化脱硫废水废水未能在进入静电除尘器之前蒸发干燥完全或脱硫废水废水雾化蒸发后产生的结晶盐具有较高的含湿量，含湿量较高的结晶盐因为表面潮湿具有一定的粘性，冲刷到烟道壁面上发生湿状态沉积并不断粘着长大，成为烟道内产生结晶盐沾污并出现结晶盐“挂柱”的主要原因，严重时可能堵塞烟道，引起停炉事故；除此之外，含湿量较高的结晶盐因为表面潮湿粘结到烟道上后引起烟道壁面发生潮湿结晶盐垢下腐蚀，使盐和金属壁面成为一体，成为“板结状”的结晶盐不断粘接长大甚至堵塞烟道的主要原因。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于根据设备产生腐蚀和沾污的根本原因提供燃煤电厂脱硫废水烟道喷雾蒸发零排放处理方法及装置，本发明利用燃煤电厂烟气/热二次风对脱硫废水进行快速蒸发，将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组合在一起快速蒸发经脱硫废水雾化组件雾化的脱硫废水射流或液滴，使脱硫废水中的盐结晶析出，产生的结晶颗粒潮湿表面完全干燥，形成脱硫废水烟道喷雾蒸发零排放处理系统，大大降低了该工艺过程中脱硫废水对下游烟道和设备的腐蚀风险，消除了结晶盐向烟道壁面以及下游设备沾污“挂壁”、“挂柱”而堵塞烟道的风险。同时，引入的贴壁热烟气和热二次风抬升的一次烟气温度可由烟气冷却器所消纳。更进一步，该方法可使脱硫废水的氯化物将Hg⁰氧化，使Hg²⁺在烟气冷却过程中和颗粒物发生吸附凝并，在流经静电除尘器过程中协同脱除，真正实现了燃煤电厂脱硫废水“零排放”及协同脱除烟气中的Hg⁰。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明燃煤电厂脱硫废水烟道喷雾蒸发零排放处理装置布置在空气预热器及静电除尘器之间的垂直下降、低位水平、垂直上升或高位水平烟道1中，包括在所述烟道1内沿一次烟气流向依次布置的贴壁热烟气分配组件2、脱硫废水雾化组件3和热二次风喷射组件4；一次烟气是指空气预热器出口的烟气；所述贴壁热烟气分配组件2中的烟气为贴壁热烟气5，贴壁热烟气5取自空气预热器进口的热烟气，通过热烟管道输送至所述贴壁热烟气分配组件2；脱硫废水6通过管道输送至所述脱硫废水雾化组件3；所述热二次风喷射组件4喷出的热二次风射流7取自经空气预热器加热后的热二次风，通过热风管道输送至所述热二次风喷射组件4；所述贴壁热烟气分配组件2通过贴壁热烟气分配管道2-2与所述烟道1相连通，所述贴壁热烟气5紧贴着烟道壁面流出和烟气流动方向相同；所述脱硫废水雾化组件3通过脱硫废水雾化管组3-3端部的雾化喷嘴与所述烟道1相连通，雾化喷嘴喷出的方向和烟气流动方向相同或与烟气流动方向呈预设角度，此时，烟道1中的烟气直接加热经过雾化的脱硫废水雾化射流，使其加速蒸发；所述热二次风喷射组件4通过热二次风喷射管组4-3上均布的热二次风喷嘴或小孔与所述烟道1相连通，喷嘴或小孔喷出的方向沿管组径向和烟气流动方向垂直。

所述贴壁热烟气分配组件2包括贴壁热烟气进口管道2-1和轮廓具有相同形状的贴壁热烟气分配管道2-2，贴壁热烟气分配管道2-2布置在烟道四周，所述贴壁热烟气分配管道2-2所采用通道大小按需要进行设计，从而调节所述贴壁热烟气5的射流刚度与一定的热烟气厚度，使贴壁热烟气能紧贴壁面向前持续运动。

所述脱硫废水雾化组件3包括依次连通的脱硫废水进口管道3-1、脱硫废水集箱3-2和轮廓具有相同形状的脱硫废水雾化管组3-3，脱硫废水雾化管组3-3横向布置在所述烟道1内，所述脱硫废水雾化管组3-3端部布置雾化喷嘴，雾化喷嘴大小和形状按需进行选取，所述脱硫废水雾化组件3为一层或多层，每层根据实际蒸发量采用一个或多个雾化喷嘴，每层中雾化喷嘴的布置方式采用规则布置或采用不规则布置。

所述废水雾化组件3采用的雾化方式为利用高速气流剧烈冲击液体再膨胀使得液体破碎雾化的双相气动雾化方式，或利用压力使液体扩展液膜并被空气撕裂而产生雾化的压力雾化方式，或采用利用声波振动力学效应使液体雾化的超声雾化方式，或者不同雾化方式的组合。

所述热二次风喷射组件4包括依次连通的热二次风进口管道4-1、热二次风集箱4-2和轮廓具有相同形状的热二次风喷射管组4-3，热二次风喷射管组横向布置在所述烟道1内，所述热二次风喷射管组4-3均匀分布在烟道截面上，其所采用管径沿轴向向下渐缩，从而实现热二次风等速喷射，管组上所用喷嘴或小孔大小和形状按需进行选取，从而调节射流热二次风量和刚度，所述热二次风喷射组件4采用一层或多层，从而保证脱硫废水蒸发浓缩产生的结晶颗粒的潮湿表面处于完全干燥状态。

该装置为制造成一种集成一次烟气、贴壁热烟气分配组件2、脱硫废水雾化组件3和热二次风喷射组件4组成的独立模块以替代原烟道以完成脱硫废水烟道中雾化蒸发和干燥的全过程；或为在原烟道上加装贴壁热烟气分配组件2、脱硫废水雾化组件3和热二次风喷射组件4从而完成烟道喷雾蒸发零排放处理。

所述一次烟气温度低，烟气量大，能够使雾化的脱硫废水整体射流加热汽化和蒸发，使脱硫废水中的盐结晶析出；所述贴壁热烟气5确保经过雾化的脱硫废水射流或液滴遇高温贴壁热烟气后被快速蒸发，不会冲击沾污到烟道上，避免烟道发生脱硫废水的严重腐蚀，而且能够显著提高烟道壁面的低温烟气温度加速近壁面蒸发过程；所述热二次风喷射组件4喷出的热二次风射流7快速蒸发和干燥结晶盐的表面，以避免含湿量较高的结晶盐因为表面潮湿粘结到烟道上后引起烟道壁面发生潮湿结晶盐垢下腐蚀，使盐和金属壁面成为一体，避免成为“板结状”的结晶盐不断粘接长大甚至堵塞烟道。

当一次烟气温度较低时，将所述贴壁热烟气5或热二次风的一部分直接引入一次烟气以提高一次烟气的汽化蒸发能力，促进脱硫废水中的盐结晶析出；或根据燃煤电厂的实际运行情况，用热二次风代替所述贴壁热烟气5；或用贴壁热烟气5代替热二次风，或者贴壁热烟气5经除尘后再替代热二次风以消除热二次风喷嘴或小孔在高浓度烟尘浓度下堵塞的危险性。

烟气冷却器通过水温和流量调整对烟气进行深度冷却以消除所述贴壁热烟气5和热二次风对一次烟气温度的抬升作用，显著提高静电除尘器脱除效率。

本发明燃煤电厂脱硫废水烟道喷雾蒸发零排放处理装置的方法：来自脱硫塔经过三联箱处理的脱硫废水通过所述脱硫废水雾化组件3在所述烟道1内被雾化，雾化后液滴群在空气预热器出口一次烟气带动下向前运动，同时在一次烟气热量作用下进行逐渐蒸发并使结晶盐开始析出，在运动至液滴群开始产生结晶盐的位置布置热二次风喷射组件4，并通过热二次风喷射组件4将高温的热二次风进行径向射流，所述热二次风喷射组件4喷出的热二次风射流7加速热二次风喷射组件4周围区域内结晶盐的析出，并使产生的结晶盐得到进一步干燥，使结晶盐颗粒失水从而丧失沾污性；为了隔绝雾化的脱硫废水射流或液滴与烟道壁面直接接触及进一步避免蒸发浓缩而产生的结晶盐在烟道内壁的沾污，所述贴壁热烟气5将通过贴壁热烟气分配组件2引至烟道1内，在烟道1内壁形成保护气流，从而保证系统正常、稳定安全运行；在脱硫废水雾化、蒸发和干燥的过程中，脱硫废水中的氯化物将Hg⁰氧化成Hg²⁺，并和结晶盐颗粒一起随着烟气进入后续的烟气冷却器发生吸附凝并，在流经静电除尘器过程中被脱除，从而完成脱硫废水烟道喷雾蒸发零排放处理过程，真正实现了燃煤电厂脱硫废水“零排放”及协同脱除烟气中的Hg⁰。

本发明和现有技术相比较，有益效果在于：

1)本发明利用燃煤电厂空气预热器出口的烟气作为一次烟气对雾化的脱硫废水进行快速蒸发，这股一次烟气虽然温度低，但是烟气量大，是雾化的脱硫废水快速蒸发的主要热量来源。

2)采用取自空气预热器进口的热烟气作为贴壁热烟气在烟道内壁形成保护气流，隔绝了雾化的脱硫废水射流或液滴与烟道壁面直接接触，大大降低了该工艺过程中脱硫废水雾化后的液滴冲击到烟道壁面上及对下游设备和烟道的腐蚀风险，避免了蒸发浓缩而产生的结晶盐颗粒在烟道内壁的沾污，确保系统正常、稳定安全运行。

3)本发明热二次风喷射组件喷出的热二次风射流7负责烟气中蒸发浓缩产生的结晶盐的干燥，和一次烟气相比，热二次风温度比一次烟气高150℃及以上，可以使脱硫废水雾化的液滴以及蒸发产生的结晶颗粒在进入静电除尘器之前快速实现干燥过程，避免表面潮湿的结晶盐颗粒对下游设备和烟道的腐蚀风险和结晶盐向烟道壁面以及下游热力设备的沾污和“挂柱”的几率。

4)本发明能够充分利用燃煤电厂空气预热器进出口的烟气热量或热二次风的热量，强化蒸发和结晶盐析出过程，而且对所取热量无浪费，节约能源。

5)本发明装置改造简单、便捷，适用于处理燃煤电厂所有脱硫废水，静电除尘器对产生结晶盐进行回收捕捉，是集雾化、蒸发、结晶以及结晶颗粒捕捉等功能于一体的真正实现废水“零排放”的装置。

6)本发明方法可使脱硫废水的氯化物将Hg⁰氧化，使Hg²⁺在烟气冷却过程中和颗粒物发生吸附凝并，在流经静电除尘器过程中协同脱除，能够变肥为宝，在实现燃煤电厂脱硫废水零排放的同时协同脱除Hg⁰。

附图说明

图1是本发明优选实施例的结构简图。

图2是燃煤电厂脱硫废水烟道喷雾蒸发零排放处理装置的结构示意图。

图3是图2燃煤电厂脱硫废水烟道喷雾蒸发零排放处理装置的左视图。

图4是图2燃煤电厂脱硫废水烟道喷雾蒸发零排放处理装置沿图2中A-A剖面的剖视图。

图5是图2燃煤电厂脱硫废水烟道喷雾蒸发零排放处理装置的主视图。

图6是图2燃煤电厂脱硫废水烟道喷雾蒸发零排放处理装置沿图5中B-B剖面的剖视图。

图7是图2燃煤电厂脱硫废水烟道喷雾蒸发零排放处理装置沿图5中C-C剖面的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1至图7所示，本发明燃煤电厂脱硫废水烟道喷雾蒸发零排放处理装置布置在空气预热器及静电除尘器之间的垂直下降、低位水平、垂直上升或高位水平烟道1中，包括在所述烟道1内沿一次烟气流向依次布置的贴壁热烟气分配组件2、脱硫废水雾化组件3和热二次风喷射组件4；一次烟气是指空气预热器出口的烟气；所述贴壁热烟气分配组件2中的烟气为贴壁热烟气5，贴壁热烟气5取自空气预热器进口的热烟气，通过热烟管道输送至所述贴壁热烟气分配组件2；脱硫废水6通过管道输送至所述脱硫废水雾化组件3；所述热二次风喷射组件4喷出的热二次风射流7取自经空气预热器加热后的热二次风，通过热风管道输送至所述热二次风喷射组件4；所述贴壁热烟气分配组件2通过贴壁热烟气分配管道2-2与所述烟道1相连通，所述贴壁热烟气5紧贴着烟道壁面流出和烟气流动方向相同；所述脱硫废水雾化组件3通过脱硫废水雾化管组3-3端部的雾化喷嘴与所述烟道1相连通，雾化喷嘴喷出的方向和烟气流动方向相同或与烟气流动方向呈预设角度，此时，烟道1中的烟气直接加热经过雾化的脱硫废水雾化射流，使其加速蒸发；所述热二次风喷射组件4通过热二次风喷射管组4-3上均布的热二次风喷嘴或小孔与所述烟道1相连通，喷嘴或小孔喷出的方向沿管组径向和烟气流动方向垂直。

作为本发明的优选实施方式，所述贴壁热烟气分配组件2包括贴壁热烟气进口管道2-1和轮廓具有相同形状的贴壁热烟气分配管道2-2，布置在烟道四周，所述贴壁热烟气分配管道2-2所采用通道大小按需要进行设计，从而调节所述贴壁热烟气5的射流刚度与一定的热烟气厚度，使贴壁热烟气能紧贴壁面向前持续运动。

作为本发明的优选实施方式，所述脱硫废水雾化组件3包括依次连通的脱硫废水进口管道3-1、脱硫废水集箱3-2和轮廓具有相同形状的脱硫废水雾化管组3-3，脱硫废水雾化管组3-3横向布置在所述烟道1内，所述脱硫废水雾化管组3-3端部布置雾化喷嘴，雾化喷嘴大小和形状按需进行选取，所述脱硫废水雾化组件3为一层或多层，每层根据实际蒸发量采用一个或多个雾化喷嘴，每层中雾化喷嘴的布置方式采用规则布置或采用不规则布置。

作为本发明的优选实施方式，所述废水雾化组件3采用的雾化方式为利用高速气流剧烈冲击液体再膨胀使得液体破碎雾化的双相气动雾化方式，或利用压力使液体扩展液膜并被空气撕裂而产生雾化的压力雾化方式，或采用利用声波振动力学效应使液体雾化的超声雾化方式，或者不同雾化方式的组合。

作为本发明的优选实施方式，所述热二次风喷射组件4包括依次连通的热二次风进口管道4-1、热二次风集箱4-2和轮廓具有相同形状的热二次风喷射管组4-3，热二次风喷射管组横向布置在所述烟道1内，所述热二次风喷射管组4-3均匀分布在烟道截面上，其所采用管径沿轴向向下渐缩，从而实现热二次风等速喷射，管组上所用喷嘴或小孔大小和形状按需进行选取，从而调节射流热二次风量和刚度，所述热二次风喷射组件4采用一层或多层，从而保证脱硫废水蒸发浓缩产生的结晶颗粒的潮湿表面处于完全干燥状态。

作为本发明的优选实施方式，该装置为制造成一种集成一次烟气、贴壁热烟气分配组件2、脱硫废水雾化组件3和热二次风喷射组件4组成的独立模块以替代原烟道以完成脱硫废水烟道中雾化蒸发和干燥的全过程；或为在原烟道上加装贴壁热烟气分配组件2、脱硫废水雾化组件3和热二次风喷射组件4从而完成烟道喷雾蒸发零排放处理。

作为本发明的优选实施方式，所述一次烟气温度低，烟气量大，能够使雾化的脱硫废水整体射流加热汽化和蒸发，使脱硫废水中的盐结晶析出；所述贴壁热烟气5确保经过雾化的脱硫废水射流或液滴遇高温贴壁热烟气后被快速蒸发，不会冲击沾污到烟道上，避免烟道发生脱硫废水的严重腐蚀，而且能够显著提高烟道壁面的低温烟气温度加速近壁面蒸发过程；所述热二次风喷射组件4喷出的热二次风射流7快速蒸发和干燥结晶盐的表面，以避免含湿量较高的结晶盐因为表面潮湿粘结到烟道上后引起烟道壁面发生潮湿结晶盐垢下腐蚀，使盐和金属壁面成为一体，避免成为“板结状”的结晶盐不断粘接长大甚至堵塞烟道。

作为本发明的优选实施方式，当一次烟气温度较低时，将所述贴壁热烟气5或热二次风的一部分直接引入一次烟气以提高一次烟气的汽化蒸发能力，促进脱硫废水中的盐结晶析出；或根据燃煤电厂的实际运行情况，用热二次风代替所述贴壁热烟气5；或用贴壁热烟气5代替热二次风，或者贴壁热烟气5经除尘后再替代热二次风以消除热二次风喷嘴或小孔在高浓度烟尘浓度下堵塞的危险性。

作为本发明的优选实施方式，烟气冷却器通过水温和流量调整对烟气进行深度冷却以消除所述贴壁热烟气5和热二次风对一次烟气温度的抬升作用，显著提高静电除尘器脱除效率。

本发明燃煤电厂脱硫废水烟道喷雾蒸发零排放处理装置的方法：来自脱硫塔经过三联箱处理的脱硫废水通过所述脱硫废水雾化组件3在所述烟道1内被雾化，雾化后液滴群在空气预热器出口一次烟气带动下向前运动，同时在一次烟气热量作用下进行逐渐蒸发并使结晶盐开始析出，在运动至液滴群开始产生结晶盐的位置布置热二次风喷射组件4，并通过热二次风喷射组件4将高温的热二次风进行径向射流，所述热二次风喷射组件4喷出的热二次风射流7加速热二次风喷射组件4周围区域内结晶盐的析出，并使产生的结晶盐得到进一步干燥，使结晶盐颗粒失水从而丧失沾污性。为了隔绝雾化的脱硫废水射流或液滴与烟道壁面直接接触及进一步避免蒸发浓缩而产生的结晶盐在烟道内壁的沾污，所述贴壁热烟气5将通过贴壁热烟气分配组件2引至烟道1内，在烟道1内壁形成保护气流，从而保证系统正常、稳定安全运行。在脱硫废水雾化、蒸发和干燥的过程中，脱硫废水中的氯化物将Hg⁰氧化成Hg²⁺，并和结晶盐颗粒一起随着烟气进入后续的烟气冷却器发生吸附凝并，在流经静电除尘器过程中被脱除，从而完成脱硫废水烟道喷雾蒸发零排放处理过程，真正实现了燃煤电厂脱硫废水“零排放”及协同脱除烟气中的Hg⁰。