一种利用烟气余热基于液柱蒸发的废水浓缩系统的制作方法

本实用新型涉及能源与环境领域，尤其涉及一种利用烟气余热基于液柱蒸发的废水浓缩系统。

背景技术：

燃煤火电厂是我国工业用水的大户，其用水量和排水量十分巨大，在工业用水中约40％用于燃煤火电厂，燃煤火电厂每年排水约占全国工业企业排放量的10％。随着水资源的日益紧张和环保要求的日趋严格,燃煤发电厂的节水减污势在必行。燃煤发电厂废水的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。实现废水零排放，最终需要废水固化，固化工艺包括机械蒸汽再压缩(MVR)及高温烟气喷雾蒸发，其投资及运行成本均与废水处理量直接相关。

废水MVR蒸发结晶工艺在国内外已经得到了广泛研究及实际应用，利用蒸发器中产生的二次蒸汽，经压缩机压缩，压力、温度升高，热焓增加，然后送到蒸发器的加热室当作加热蒸汽使用，进行待蒸发料液的加热，而加热蒸汽本身则冷凝成水。蒸汽潜热得到充分利用，同时回收冷凝水，水中盐分实现固化回收。该技术成熟可靠，但是投资费用及处理成本高，一般与废水浓缩工艺结合应用，同时MVR蒸发系统对水质要求较高。

目前，燃煤电厂废水的处理工艺中，利用高温烟气喷雾蒸发燃煤电厂废水逐渐受到关注，即将喷雾蒸发技术用于湿法烟气燃煤电厂废水的深度处理，在锅炉尾部烟道空气预热器与除尘器之间的区域设置雾化喷嘴，将燃煤电厂废水泵送到雾化喷嘴内，喷入并分散到高温烟气环境中，吸收烟气热量后，废水雾化液滴蒸发为水蒸汽并随烟气一起排放，原废水中的干灰和固体物则悬浮在烟气中并进入到电除尘器被电极捕捉，最后随飞灰一起外排。但是在高温烟气喷雾蒸发过程中，高温烟气的提取，损失了部分锅炉效率，增加了电厂的煤耗，提取高温烟气的量取决于喷入的废水量。

无论是MVR技术还是高温烟气喷雾蒸发技术，其投资及运行成本均与废水处理量直接相关，实现废水的浓缩是十分必要的。目前的主流浓缩技术是反渗透膜技术，反渗透膜的运行对废水的水质要求较高。燃煤电厂废水中钙镁离子高，需通过絮凝沉淀、pH值调节、离子交换树脂等工艺实现废水的除硬，其预处理费用非常高。另一方面，燃煤电厂烟气余热尚未得到充分利用，若能利用烟气余热实现废水浓缩，将大大降低废水零排放的成本。

技术实现要素：

本实用新型目的是提供一种利用烟气余热基于液柱蒸发的废水浓缩系统，该系统通过设置蒸发塔，蒸发塔内采取液柱蒸发的方式，不存在换热面结垢等问题，无需预处理，克服了喷雾蒸发中喷嘴易堵塞、壁面积灰等问题。

为了达成上述目的，本实用新型提供的技术方案：

一种利用烟气余热基于液柱蒸发的废水浓缩系统，包括：

蒸发塔，蒸发塔设于脱硫塔进气端的一侧且与脱硫塔连通；蒸发塔内设置喷淋区，喷淋区包括若干个竖直设置的用于喷射废水的液柱喷孔，烟气从蒸发塔的烟气入口进入同与烟气垂直或相交的被液柱喷孔喷射的废水传热传质，废水吸收热量蒸发产生水蒸气进入烟气中，通过蒸发塔烟气出口流出进入脱硫塔内，液柱喷孔与废水储存池连接，蒸发塔与废水储存池连接蒸发后的废水进入废水储存池实现废水循环浓缩，或蒸发后的废水直接从蒸发塔排出。

该废水浓缩系统中，烟气与废水传热传质降温增湿，利用烟气余热，废水通过换热提取热量，蒸发成水蒸汽，废水由此被浓缩，同时烟气温度降低，极大的利用了烟气余热，避免了热能浪费，部分SO₂会被吸收；通过烟气与液柱喷孔喷射的废水水柱垂直接触，可降低压力损失，烟气在蒸发塔内吸收部分水分后进入脱硫系统，机组可以降低脱硫用水补水量；进入脱硫系统的烟气温度降低，可进一步提高脱硫效率；此外，在蒸发塔内，烟气释放热量温度降低同时吸收水分，液柱吸收热量蒸发，即液柱表面升温蒸发和烟气降温增湿过程。回收利用烟气余热用于燃煤电厂废水的液柱蒸发浓缩，取得了显著的节能效果和经济效益，避免了常规水处理中的预处理问题，克服了喷嘴易堵塞、壁面积灰等问题。

其中，为了在蒸发塔内增加烟气与废水的接触面积，所述蒸发塔的两端尺寸小于蒸发塔中部的尺寸，蒸发塔可由脱硫塔前烟道改造而成，也可通过旁路实现。

所述液柱喷孔设于所述喷淋区的底部，这样液柱喷孔喷射的废水朝上喷出后又自由落体，增大废水与烟气的接触时间及接触面积。若烟气与液柱喷孔相交设置，相交的角度在60°～120°之间。

进一步地，多个液柱喷孔呈一排相互平行设置，液柱喷孔布置方式按照交叉阵列或者矩阵排列或者扇形排列布置。

所述液柱喷孔与废水储存池的连接管路上设置废水循环泵，废水循环泵对废水进行增压，从而液柱喷孔在蒸发塔内喷射形成水柱，加快废水在蒸发塔内的蒸发，此外，在该连接管路上设置流量计、热电偶和压力表。

所述蒸发塔的烟气出口与所述的脱硫塔连接，在蒸发塔的烟气出口设置除雾器，除雾器用于阻挡液滴携带，烟气通过除雾器后进入脱硫塔本体。

在该方案中，蒸发塔的底部设置第二管路与废水储存池连通，浓缩液回流到储水池，并不断循环。

此外，所述蒸发塔通过第一管路与废水储存池连接，在第一管路上设置废水循环泵、流量计、热电偶和压力表；

进一步地，在蒸发塔的烟气入口与烟气出口均设置温度测点与压力测点；

所述蒸发塔底部还设置有第二管路以排出废水，同样，为了对蒸发浓缩后的废水进行监测，在第二管路上同样设置流量计、热电偶和压力表。

采用上述系统的一种利用烟气余热基于液柱蒸发的废水浓缩方法，在脱硫塔的进气端设置蒸发塔，烟气从蒸发塔的烟气入口进入，蒸发塔内通过液柱喷孔喷射的被增压的废水喷射方向与烟气方向垂直，废水与烟气传热传质，废水吸收热量蒸发产生的水蒸气进入烟气中，从蒸发塔烟气出口流出进入脱硫塔内。

在上述方法中，所述废水被增压至0.1-0.5MPa后喷入到蒸发塔内。

所述液柱喷孔喷射的废水高度低于蒸发塔顶部壁面0.5-1m，以防止废水喷到蒸发塔壁面引起结垢、腐蚀等，喷射高度可通过调节喷水流量、压力等实现。

在所述蒸发塔的烟气出口内设置除雾器，除雾器可以是水平型、人字型、V字型、X型或者开孔式等。

这样，废水可通过废水循环泵反复进入蒸发塔浓缩，浓缩到一定浓度后排出；当一次蒸发量达到浓缩比例要求时(浓缩比例是设定好的，可通过在线TDS监测来获得)，蒸发塔出口废水直接排出，不再进入废水储存池循环蒸发，为此，蒸发塔的底部设置至少两个带阀门的废水出口，一个废水出口与废水储存池连接，另一个与后续处理工艺连接。

本实用新型具有以下优点：

1)燃煤电厂废水与烟气直接接触换热，不存在换热面结垢等问题，无需预处理，克服了喷雾蒸发中喷嘴易堵塞、壁面积灰等问题；

2)燃煤电厂废水在烟气余热下蒸发浓缩，可以大大降低废水的处理量，节约成本；

3)烟气吸收部分水分后进入脱硫系统，机组可以降低脱硫用水补水量；

4)通过烟气与废水水柱垂直接触，对SO₂有一定的去除率；

5)投资及运行成本较低，仅需增加一个蒸发塔，或通过改造原烟道实现水柱喷淋，运行成本仅为泵的耗电。

6)本实用新型在不损失锅炉效率的基础上，利用了烟气余热，避免了堵塞问题，大大降低废水的处理量和脱硫用水补水，兼顾提高脱硫效率并部分去除SO₂，减少脱硫塔压力，能够达到节能节水效果，产生巨大的经济效益和环境效益。

附图说明

图1利用烟气余热基于液柱蒸发的废水浓缩系统图(高浓缩比)，其中，1-蒸发塔，2-喷淋区，3-液柱喷孔，4-除雾器，5-脱硫塔本体，6-废水循环泵，7-废水储存池，8-废水排出泵

图2利用烟气余热基于液柱蒸发的废水浓缩系统图(低浓缩比)，其中，1-蒸发塔，2-喷淋区，3-喷淋区喷孔，4-除雾器，5-脱硫塔本体，6-废水循环泵，7-废水储存池，8-废水排出泵。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

蒸发塔烟气入口和出口分别设置有温度和压力测点，用于监测烟气，蒸发塔1烟气出口设置有除雾器4；烟气出口与脱硫塔本体5连通，所述蒸发塔1内有喷淋区2，设置有不同排列方式的液柱喷孔3；烟气与液柱喷孔相交设置垂直或相交设置，若烟气与液柱喷孔相交设置，相交的角度在60°～120°之间，所述蒸发塔1喷淋区2废水进口与废水储存池7之间设置有废水循环泵6、流量计、热电偶、压力表，用于监测蒸发浓缩前废水流量、温度、压力，以对进入蒸发塔1内的废水的温度、压力和流量进行控制，避免温度过高，压力过小的情况；所述蒸发塔1废水出口设置在蒸发塔底部，可通过第一管路与废水储存池7相连，也可通过第二管路排出进行下一步处理，第一管路与第二管路上设均设置有流量计、热电偶、压力表，用于监测蒸发浓缩后废水的流量、温度、压力，如图1和图2所示。

所述蒸发塔1烟气出口设置有除雾器4，用于阻挡液滴携带，与燃煤电厂脱硫塔本体相连；

所述蒸发塔1可由脱硫塔前烟道改造而成，依据现场情况及废水处理量大小进行确定，脱硫前烟道一般为水平布置，通过增加烟道中心的高度实现；也可设置在旁路；

所述液柱喷孔3布置方式分类有交叉阵列、矩阵排列、扇形排列等；

上述利用烟气余热基于液柱蒸发的废水浓缩系统中，废水可通过废水循环泵6反复进入蒸发塔浓缩，浓缩到一定浓度后排出；当一次蒸发量达到浓缩比例要求时，蒸发塔出口废水通过第二管路直接排出，不再进入废水储存池7循环蒸发。

此外，采用上述装置的一种利用烟气余热基于液柱蒸发的废水浓缩方法，包括如下步骤：

1)燃煤电厂废水通过管路集中储存在废水储存池7中，通过废水循环泵6增压至0.1-0.5MPa后，经喷淋区2喷入蒸发塔1；

2)废水以液柱形式在蒸发塔1内与100-150℃的烟气直接接触传热传质，利用烟气余热进行蒸发浓缩；

3)废水在蒸发塔1内蒸发，水蒸汽随烟气经过除雾器4后一起进入脱硫塔。

4)浓缩后的废水通过蒸发塔1底部出口重新进入废水储存池7，可通过废水循环泵6重新进入蒸发塔1浓缩，浓缩到一定程度后，通过废水排出泵8排出，进行下一步处理；当一次蒸发量达到浓缩比例要求时，蒸发塔1出口废水直接排出，不再进入废水储存池循环蒸发。

所述步骤1)中进入液柱的废水量需根据实际运行参数确定(实际参数包括废水温度、烟气流量、烟气温度、浓缩比例、喷孔布置等)。

所述步骤2)中废水的蒸发量是由废水温度、烟气温度、烟气流速、喷孔布置方式等因素共同确定的。

实施例1：

以300MW机组浓缩循环水为例。标况烟气流量约为1000000Nm³/h流量为100t/h、全盐量为3000mg/L的燃煤电厂循环水排水经废水循环泵打入蒸发塔喷淋区，通过喷孔喷入蒸发塔内与烟气直接接触传热传质，浓缩后废水通过蒸发塔下部的出口排入废水储存池，通过废水循环泵进一步循环蒸发浓缩，待浓缩至全盐量为60000mg/L、废水流量为5t/h，通过废水排出泵排出，进行下一步处理。

实施例2：

以300MW机组浓缩脱硫废水为例。标况烟气流量约为1000000Nm³/h，流量为10t/h、全盐量为30000mg/L的燃煤电厂脱硫废水经废水循环泵打入蒸发塔喷淋区，通过喷孔喷入蒸发塔内与烟气直接接触传热传质，浓缩后废水全盐量为150000mg/L、流量为2t/h，通过蒸发塔下部的出口直接排出，进行下一步处理。与实施例1工艺流程不同的是，废水需要的浓缩比例较低时，蒸发塔出口的浓缩废水无需进入废水储存池进行循环浓缩，直接通过废水排出泵排出，进入下一步处理。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，未予以详细说明和局部放大呈现的部分，为现有技术，在此不进行赘述。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。