一种利用低温旁路烟气浓缩含盐废水的系统及方法与流程

本发明涉及工业废水处理领域，尤其涉及一种利用低温旁路烟气浓缩含盐废水的系统及方法。

背景技术：

含盐废水的产生途径广泛，水量也逐年增加，其排放势必会造成水资源矿化及土壤碱化。国家及各省相关标准相继增加了全盐量指标，但与发达国家的高盐废水“零排放”及“近零排放”的脱盐技术相比，我国有较大差距。2015年4月，我国出台了《水污染防治行动计划》(简称：“水十条”)，提出最严格的源头保护和生态恢复质素，全面控制污染物排放，给废水零排放提供了法律法规依据。零排放可以最少的利用水资源，最大限度的减少或者不进行污水外排，具有良好的环境效益和经济效益。含盐废水零排放的投资及运行成本均与废水处理量直接相关，实现含盐废水的浓缩是十分必要的。

目前的主流浓缩技术是膜分离法，即利用特殊的薄膜对液体中的某些成分进行选择性透过。含盐废水的膜法浓缩，一般有反渗透、纳滤、电渗析等方法。膜分离技术具有物料无相变、能耗低、设备简单、操作方便和适应性强等特点。但是用膜法处理高浓度含盐废水容易造成膜的污染，而现有低盐复合膜的耐污染性较差，清洗周期短，直接导致膜产水量下降、生产效率下降、产水水质变差、停机清洗、膜元件提前更换、膜使用寿命变短以及操作运行费用增加。膜的易污染、运行费用高等因素严重制约了膜技术在高盐度废水处理领域中的应用推广。

蒸发法也是含盐废水浓缩的重要途径，包括多效蒸发、多级闪蒸、机械蒸汽再压缩(MVR)等。申请号为201410846718.6的专利，提出了多效蒸发浓缩含盐废水的工艺；申请号为201410102031.8、201410099755.1及201510318771.X的专利，将蒸汽机械再压缩蒸发和多效蒸发相结合来浓缩含盐废水；申请号为201610120012.7的专利，利用水平管式降膜蒸发器和蒸汽再循环压缩来实现含盐废水的深度浓缩；申请号为201310471984.7的专利利用热泵系统浓缩含盐废水。上述形式的含盐废水蒸发浓缩均需要高品位热源，运行成本较高，一定程度上浪费了高品质能源。

申请号为201610158397.6的专利，利用增湿减湿的方法，以流动的空气作为水蒸气的载体来蒸发浓缩处理含盐废水；申请号为201610351716.5的专利，利用机械通风冷却塔蒸发加热后的含盐废水。利用空气吸收水分是一种相对节能的含盐废水浓缩途径，但所用空气温度相对较低，蒸发浓缩效率低，同时造成蒸发水分的浪费。

另一方面，我国的能源利用效率相对较低，节能任务艰巨，但同时节能潜力巨大，低品位余热的回收利用将成为节能领域的重要课题。由于烟道中的低温烟气的温度较低，换热效率较差，而且烟气中的二氧化硫的含量很高，为了避免低温腐蚀的产生，又需要保持该部分低温烟气不至于太低，造成该部分低温烟气中的热量无法被合理利用。所以，很多大型工厂如发电厂、钢铁厂、水泥厂、化工厂等的低温(90℃～150℃)烟气余热尚未得到充分利用，若能利用低温烟气余热实现废水浓缩，不仅能够利于企业的节能降耗，同时能够大大降低含盐废水处理的成本。但是由于现有生产工艺的烟道内烟气流速很高、本身空间有限，导致蒸发能力受限、布置困难，同时由于烟气流速较高会造成废水携带和结垢等问题，直接影响浓缩效率和生产运行。

技术实现要素：

为不影响原有生产工艺运行及适应不同废水量负荷变化的需求，可采用引出部分烟气至旁路实现含盐废水的蒸发及浓缩。起初，发明人将烟气引出烟道后，单独对含盐废水进行蒸发和浓缩，然后烟气携带水蒸气经过脱硫塔脱硫后，再经烟囱排放。但是由于与含盐废水换热后的烟气的温度已经降至50-80℃，烟道壁的温度较低，而且烟气中会含有大量的二氧化硫、三氧化硫和水蒸气，所以在含盐废水蒸发塔与脱硫塔之间的烟道壁极易出现低温腐蚀的现象，直接影响烟道的寿命。如果将低温烟气先经过脱硫塔进行脱硫，然后再对含盐废水进行浓缩时，经过脱硫后的烟气的温度一般会降低到50℃左右，对含盐废水的浓缩效果太差，难以实现工业化应用。而如果直接将喷淋结构设置在烟囱中，烟气对含盐废水浓缩后直接由烟囱排放，此时，烟气无法进行脱硫处理(脱硫后的烟气温度降至50℃左右，对含盐废水的浓缩效果较差)，烟气中同样会含有大量的二氧化硫和水蒸气，而且在喷淋过程中都会对烟囱造成严重的腐蚀，烟囱的投资成本较高，采用该种方式得不偿失。

发明人发现该问题后，对处理方案进行了改进，得到了本文的技术方案。

为了解决上述现有技术中存在的不足，本发明提供一种利用旁路烟气蒸发含盐废水的浓缩系统，包括主烟道、旁路烟道和蒸发塔，旁路烟道的两端分别与主烟道的上游和蒸发塔连接，通过旁路烟道将主烟道中的部分烟气引至蒸发塔中，与通入蒸发塔中喷淋的含盐废水换热，蒸发器的气体出口端与主烟道的下游连接，使换热后的烟气进入主烟道中。

本发明中通过旁路烟道从主烟道中引出部分高温烟气进入蒸发塔中，与喷淋的含盐废水换热后，再进入主烟道中，可以同时实现以下目的：

1、无需将大量的含盐废水喷淋到主烟道中，进而避免了析出的大量的盐对主烟道造成堵塞和腐蚀。

2、主烟道的空间有限，对含盐废水的处理量受限，无法实现大规模工业应用。采用蒸发塔，可以提高烟气与含盐废水的接触面积，提高对含盐废水的浓缩效率；并且可以通过循环喷淋含盐废水，以反复浓缩，达到更佳的浓缩倍数，降低了后续含盐废水的处理负荷。同时，旁路烟道引出的烟气的流量可以随着处理的含盐废水的量进行调节，以达到最佳的处理效果。

3、与含盐废水换热后的烟气温度较低，且含有大量的水分，将该部分烟气直接通入到主烟道的下游，由于该部分烟气的流动方向与主烟道内的烟气的流动方向垂直或呈一定角度，所以，当换热后的烟气通入主烟道后，主烟道中的烟气和换热后的烟气可以迅速地充分混合，一方面，主烟道中的烟气可以对换热后的烟气进行加热，使其达到较高的温度，避免了水蒸气的冷凝，另一方面，主烟道中的烟气稀释了换热后的烟气中的水蒸气的浓度，第三方面，主烟道中的烟气的温度较高，可以使烟道内壁保持较高的温度。以上三方面的协同作用，避免了烟道中低温腐蚀的产生；同时，将混合后的烟气送入脱硫塔中脱硫时，烟气中大量的水蒸气则会为脱硫塔中补充较多的水分，减少了脱硫塔中的水的补充，节省了水资源。

进一步的，所述蒸发塔为喷淋塔或填料塔。可以提高废水与烟气的接触面积，增加传热传质效率，提高含盐废水的浓缩倍率。

更进一步的，所述蒸发塔为填料塔。

填料塔内填充有适当的填料，可以增加烟气和含盐废水两流体间的接触面积。提高烟气与含盐废水之间的传热传质效率，提高烟气中的热量利用率，采用相同流量的烟气对相同体积的含盐废水浓缩相同的倍数时，流经蒸发塔的烟气的温降是较小的，当换热后的烟气进入主烟道后，会进一步避免烟道内壁低温腐蚀的产生。

进一步的，所述旁路烟道上设置有引风机。

引风机可以将主烟道中的烟气部分引至旁路烟道，为该部分的烟气流动提供了动力，使烟气与含盐废水之间的换热成为可能。

进一步的，所述蒸发塔的气体出口处设置有除雾器。

除雾器可以将烟气中携带的液滴进行去除，降低烟气中液滴的夹带量，可以有效防止液滴对主烟道产生腐蚀。

进一步的，所述蒸发塔包括含盐废水储仓和喷淋层，含盐废水储仓与喷淋层之间通过泵连接。

该泵可以将含盐废水储仓内的含盐废水抽至喷淋层进行喷淋，并且可以反复喷淋，使含盐废水可以浓缩至设定的浓度。

进一步的，所述蒸发塔的气体出口与主烟道的连接段还包括缩径结构，缩径结构的直径与旁路烟道直径的比值为1:1.2-1.5。

将主烟道中的小部分烟气引入蒸发塔对含盐废水进行加热，换热后的烟气重新流入主烟道，用于换热的烟气的温度较低且量少，当换热后的烟气在缩径段与主烟道的交界处与大量的温度较高的主烟道内烟气混合时，可以将换热后的烟气迅速加热。此外，换热后的烟气经过缩径段加速，以较快的速度进入主烟道内，可以提高与烟气的混合效率，进而实现了主烟道内的烟气重新对换热后的烟气的加热。在这两种因素的协同作用下，可以成功解决烟道内部低温腐蚀的问题。

此外，缩径段的存在，还会对烟气的流动产生一定的阻碍作用，延长了烟气在蒸发塔内的停留时间，提高了对含盐废水的加热效率。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种利用旁路烟气蒸发含盐废水的浓缩方法，包括如下步骤：

通过旁路烟道从主烟道中引出部分烟气通入蒸发塔中，在蒸发塔中与喷淋的含盐废水逆流换热，浓缩含盐废水。换热后的烟气重新送入主烟道内，与主烟道内的烟气混合后，被重新加热，通过烟囱排放；被浓缩后的含盐废水进入下一步处理流程。

进一步的，所述的喷淋的含盐废水经过泵增压，增压后的压力为0.05-0.65MPa(表压)。

对含盐废水进行增压后，一方面可以提高喷淋雾化效果，提高与烟气的接触面积，进而提高换热效果；另一方面可以提高含盐废水的处理速率，便于实现工业化大量处理。

进一步的，所述浓缩方法还包括对换热后的烟气进行除雾的步骤。

进一步的，所述含盐废水在蒸发塔中为循环蒸发浓缩。

含盐废水中的盐的浓度有大有小，当盐的浓度较小时，经过一次换热浓缩，难以达到较好的浓缩倍数，在后续的含盐废水处理过程中还是会提高处理负荷，所以，经过循环蒸发浓缩，大大降低了含盐废水中的水的含量，有利于后续的废水处理过程。

本发明的有益效果为：

1.通过本发明可实现低品位热源蒸发浓缩含盐废水，投资及运行成本低，促进企业节能降耗的同时，降低废水处理成本；

2.本发明中选择旁路烟气蒸发，不影响主工艺运行，可调节引出烟气流量，以适应不同废水处理量的要求，同时避免了烟道空间不足的缺陷；

3.本发明中蒸发塔为喷淋塔或填料塔，可增大气液接触面积，增加蒸发率；

4.将换热后的烟气直接通入到主烟道的下游，由于该部分烟气的流动方向与主烟道内的烟气的流动方向垂直或呈一定角度，主烟道中的烟气和换热后的烟气可以迅速地充分混合，一方面，主烟道中的烟气可以对换热后的烟气进行加热，使其达到较高的温度，避免了水蒸气的冷凝，另一方面，主烟道中的烟气稀释了换热后的烟气中的水蒸气的浓度，第三方面，主烟道中的烟气的温度较高，可以使烟道内壁保持较高的温度。以上三方面的协同作用，避免了烟道中低温腐蚀的产生。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为实施例1的利用旁路烟气蒸发的含盐废水浓缩的系统结构示意图(喷淋塔)；

图2为实施例2的利用旁路烟气蒸发的含盐废水浓缩的系统结构示意图(填料塔)。

其中，1.主烟道，2.旁路烟道，3.引风机，4.蒸发塔，5.喷嘴，6.除雾器，7.储水池，8.第一水泵，9.第二水泵。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

术语解释部分：

主烟道，是指大型发电厂、钢铁厂、水泥厂、化工厂等用于输送烟气的原有的烟道设备，在本文中并没有对该烟道的结构进行改进，为了与后续引入的旁路烟道相区别，重新命名为主烟道。

旁路烟道，是重新引入的一个烟气流动通道，将烟气引出主烟道，引入蒸发塔中，其主要作用是连通主烟道和蒸发塔，为烟气的流动提供通道。

蒸发塔，是指含盐废水蒸发浓缩的场所，在蒸发塔内，含盐废水喷淋，自上而下流动，烟气自下而上流动，通过两者的逆流，实现烟气与含盐废水的对流换热。

除雾器，用于分离塔中气体夹带的液滴，以保证传质效率。

实施例1

如图1所示，一种利用旁路烟气蒸发的含盐废水浓缩的系统，包括主烟道1、旁路烟道2、引风机3、蒸发塔4、喷嘴5、除雾器6、储水池7、第一水泵8和第二水泵9。引风机3从主烟道1抽取部分烟气至旁路烟道2，烟气经旁路烟道2进入蒸发塔4，在蒸发塔4内自下而上运动。

含盐废水储存在储水池7中，储水池7位于蒸发塔的底部，经第一水泵8加压后通过喷淋层的喷嘴5雾化后进入蒸发塔4，自上而下运动，与烟气逆流，且直接接触换热，含盐废水吸热蒸发，蒸发的水蒸气进入烟气，夹带有部分液滴的烟气经过除雾器6除雾后，出蒸发塔4重新进入主烟道1中，与主烟道1中的烟气充分混合，被重新加热到较高的温度，避免了烟道内壁低温腐蚀的产生。储水池7中的含盐废水则在第一水泵8的作用下，循环喷淋换热蒸发，当达到规定的浓缩倍率后，浓缩后的含盐废水通过第二水泵9排出，进行下一步处理。

第一水泵8后装有热电偶、压力表及流量计等部件，可用于含盐废水的温度、压力及流量的监测。

其工艺过程为：

90-150℃的烟气经过引风机3从主烟道1进入旁路烟道2，5-50℃、常压的含盐废水通过第一水泵8增压至0.6MPa通过喷嘴5雾化后进入蒸发塔4，与烟气逆流直接接触换热，蒸发的水蒸汽进入烟气，烟气温度降至50-60℃。夹带有部分液滴的烟气经过除雾器6除雾后，出蒸发塔4重新进入主烟道1，与主烟道1中的烟气进行充分混合，被高温烟气重新加热。含盐废水经过循环换热浓缩，当达到规定的浓缩倍率后，浓缩后的含盐废水通过第二水泵9排出，进行下一步处理。

实施例2

如图2所示，与实施例1的不同之处在于：5-50℃、常压的含盐废水通过第一水泵8增压至0.2MPa，通过喷嘴5喷淋进入蒸发塔4中的填料床，与烟气逆流直接接触，填料床可以进一步提高烟气与含盐废水的接触面积，提高含盐废水的浓缩效率；可不设置除雾器6。其余与实施例1相同。

通过实施例2可知，当蒸发塔采用填料塔时，在不设置除雾器6的前提下，可以避免烟气对主烟道1的内壁产生低温腐蚀。原因在于：填料塔内，喷淋层将含盐废液雾化，雾化后的含盐废液落在填料层上，在填料层的填料上形成较薄的液膜，提高了液膜与烟气的接触面积，进而提高了烟气与含盐废水之间的传热传质效率。所以，当采用相同流量的烟气对相同体积的含盐废水浓缩相同的倍数时，流经填料层的烟气的温降是较小的。所以，当烟气流经填料层，流到喷淋层下方时，烟气的温度要大于喷淋塔中喷淋层下方的温度。烟气的温度较高，会对雾化的含盐废水产生更好的加热蒸发效果，大大降低了烟气中夹带的液滴的含量，所以，无需在填料塔的上方设置除雾器6，此部分烟气进入主烟道内，与主烟道内的烟气混合时，仍然可以避免主烟道1内壁低温腐蚀的产生。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。