基于环形菲涅尔式高倍太阳能聚光镜的脱硫废水处理系统

本发明属于燃煤电厂废水处理领域，特别涉及到一种太阳能辅助处理燃煤电厂脱硫废水的系统。

背景技术：

全国87％的so2来自煤炭的直接燃烧排放。工业中常用的脱硫方法为化学法、湿法、半干法和干法等工艺。在众多脱硫技术中，石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术以技术条件成熟、适用煤种广、脱硫效率高和对机组适应性好等优点而成为应用最为广泛的脱硫技术。但该技术运行过程中，烟气中的hcl、颗粒物、重金属等不断在脱硫浆液中富集、富集到一定程度会引起脱硫效率降低、设备腐蚀加速等多种问题，因此必须排出一定量的废水以控制脱硫中各种杂质的浓度。目前国家针对脱硫废水的相关治理文件指出：火电厂水污染防治应遵循分类处理、一水多用的原则。鼓励火电厂实现废水的循环使用不外排；脱硫废水宜经石灰处理、混凝、澄清、中和等工艺处理后回用。鼓励采用预热蒸发干燥或蒸发结晶等处理工艺，实现脱硫废水不外排。因此，脱硫废水零排放是必然的趋势。

技术实现要素：

为了实现电厂脱硫废水零排放，本发明的目地将在于提供一套低成本的脱硫废水处理系统。脱硫废水的处理主要在于废水的成分复杂，很难将污染物完全去除，同时处理成本过高也会对处理系统的应用产生极大的影响。针对于脱硫废水复杂的成分，本发明采用太阳能作为浓缩废水系统的热源，降低了系统的运行成本。采用气浮和加药的方式去除废水中影响系统运行的杂质。

为了满足以上条件，本发明采用的技术方案是：

本发明基于环形菲涅尔式高倍太阳能聚光镜的脱硫废水处理系统，所述2沉淀池中去除悬浮物和有机物杂质采用的是气浮法，添加石灰乳、有机硫、絮凝剂及助凝剂去除废水中的二价离子，同时将杂质进行沉淀。由2构成了系统的预处理部分。

所述3增压泵可以将脱硫废水的压力提升到3mpa，达到高压扩容蒸发20%蒸发率的要求。所述4为环形菲涅尔式高倍聚光器，可以调整脱硫废水的流量来达到相应的温度。所述5为高压阀门，可以调整进入扩容蒸发器的压力。3、4、5构成了脱硫废水的升温升压系统。

所述6为高温高压扩容蒸发器，可以将脱硫废水进行浓缩；所述7为冷凝器，将扩容蒸发器产生的蒸汽冷凝为淡水，冷量来源于所述8的冷凝水，产生的淡水储存在所述10中的储液罐中，蒸汽流动的动力来源于所述9的真空泵。所示6-10构成了扩容蒸发系统。

所述11为盐水箱，储存扩容蒸发器产生的盐水，具有防腐的效果，同时平衡系统的稳定性；所述12为盐水泵，可以输运盐水。所述11、12为盐水输运系统。

所述13为膜蒸馏组件，采用的是有机膜组件，膜组件为真空式膜蒸馏，需要配合冷凝器7、真空泵9来达到浓缩废水的目标，构成了第二级浓缩系统。

所述16为结晶池，利用烟气14加热浓废水，蒸发中水分将废水的固体物结晶，水分变为水蒸气和烟气一起送入排烟管道15，达到结晶出盐的目的，实验废水零排放。

本发明为热法进行脱硫废水的浓缩处理，利用菲涅尔高倍聚光镜高能流密度的优势，迅速抬升脱硫废水的温度，进行加压增温，以满足高效的扩容闪蒸的需求，此外利用膜法进行浓缩废水的提纯，为废水结晶提供基础。区别于传统的热法处理，本专利利用新型高倍聚光器将太阳能纳入热能来源，将烟气余热作为结晶能量来源，本专利并未利用有用热，在能效方面有着较大的优势。

本发明的有益效果为：

1、实现了脱硫废水零排放

2、利用太阳能作为热源，有效的降低了系统的运行成本

3、本发明结构装置简单，易于加工和安装设备，可以很好的适配于多种的脱硫系统。

附图说明

下面根据附图对本发明作进一步详细说明。

附图1为脱硫废水处理系统的流程图。

附图2为环形菲涅尔式聚光器的实物图。

附图3为高压扩容蒸发器结构图。

同中所述（1）为脱硫废水；（2）为预处理系统；（3）为增压泵；（4）为环形菲涅尔式高倍聚光器；（5）为高压阀门；（6）为高温高压扩容蒸发器；（7）为冷凝器；（8）为冷凝水；（9）为真空泵；（10）为储液罐；（11）为盐水箱；（12）为盐水泵；（13）为膜蒸馏组件；（14）为烟气；（15）为排烟管道；（16）为结晶池；（17）为高倍聚光器透镜；（18）为高倍聚光器反射镜；（19）为高倍聚光器支架。

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进一步说明：

如图1所示为整个脱硫系统的流程。在沉淀池中添加石灰乳提高脱硫废水ph值，把大部分重金属与镁、铁离子等以氢氧化物的形式沉淀出来，通过加有机硫沉淀重金属；通过加入絮凝剂以及助凝剂等使废水中的悬浮物形成絮凝物，在重量作用下将沉底无从废水中分离出来。除了加药处理外，将使用气浮法进行有机污染物去除。经过初步预处理后的脱硫废水已经去除了废水中悬浮物及二价离子等污染物，不会对后续的废水浓缩系统产生影响。

经过预处理后的脱硫废水需要进行升温升压处理，在增压泵3与高压阀5的作用下脱硫废水压力提升至3mpa，达到20%浓缩率的要求，同时也保证了高温下脱硫废水依旧可以保持为液态。脱硫废水经过增压处理后被输送到集热器中，经过高倍聚光器加热后，脱硫废水达到了扩容蒸发的需求。

在脱硫废水达到设计的工况后，打开高压阀5，将高温高压的脱硫废水排入扩容蒸发器的主体中。然后关闭高压阀，打开真空泵9，同时开启冷凝水的循环，在扩容蒸发器中气压达到指定真空度后，关闭真空泵，冷凝系统将持续运行，冷凝水量需足够大，从而可以维持扩容蒸发系统中的真空度，提高蒸发率。扩容蒸发器需要做好保温处理，维持脱硫废水的高温状态，避免热量损耗，尽可能的保持脱硫废水的过热状态，将过热水的显热转化为水蒸气的潜热，提高系统的浓缩率。当储液罐中不再有淡水产出后，关闭真空泵，打开系统放气阀将淡水与盐水分别排出，淡水可以排放到燃煤电厂的化学车间补水中，减少电厂水耗。盐水可以排放到盐水箱中，等待下一步处理。

经过扩容蒸发浓缩后的废水，经由盐水泵输运后，脱硫废水进入膜蒸馏组件中，开始循环。类似于扩容蒸发系统，当废水进入膜组件后，开启真空泵，为冷凝器及储液罐制造真空环境，将废水中的水分抽取出来，然后将废水重新循环到盐水箱中。当废水的含盐率达到饱和临界点前，关闭通往盐水箱的阀门，打开通往结晶池的阀门，将废水打入结晶池中，完成最后的废水浓缩。

废水输运到结晶池中后，利用高温烟气冲刷废水，将废水中的水分汽化，带走其中的水分，提高废水的含盐率，将废水中的残余杂盐析出，得到干净的废水以及完整固态残留物，方便进行后续处理。燃煤电厂的固废可以作为部分化工厂的原料进行出售，将脱硫废水进行了完全处理，真正实现了燃煤电厂的脱硫废水零排放。

技术特征：

1.基于环形菲涅尔式高倍太阳能聚光镜的脱硫废水处理系统特征在于：装置由：脱硫废水入口(1)，沉淀池(2)，增压泵(3)，高倍环形菲涅尔聚光集热器(4)，高压阀(5)，扩容蒸发器(6)，冷凝器(7)，冷却水(8)，真空泵(9)，储液罐(10)，盐水箱(11)，盐水泵(12)，膜蒸馏组件(13)，烟气(14)，排烟管道(15)，结晶池(16)组成；脱硫废水进入沉淀池经过加药及气浮处理，去除易结垢及污染的ca²⁺、mg²⁺等二价离子和部分有机物，以此来适配扩容蒸发器和膜蒸馏组件；本发明使用高压扩容蒸发器和膜蒸馏组件作为浓缩的方法，最后使用烟气进行出盐结晶处理。

2.根据权利要求1所述的基于环形菲涅尔式高倍太阳能聚光镜的脱硫废水处理系统中的废水浓缩装置有以下特征：扩容蒸发装置采用浓缩率大于20%的高温高压扩容蒸发器，但是废水浓度过大时蒸发率会显著降低，所以本发明添加了膜蒸馏装置作一步的浓缩，膜蒸馏的浓缩倍率会随着盐水浓度的提高而增大，从而达到出盐的要求。

3.根据权利要求1所述的基于环形菲涅尔式高倍太阳能聚光镜的脱硫废水处理系统中的高倍聚光器有以下特征：根据权利要求2中所述需要对废水进行加热处理，本文采用成本较低的太阳能进行加热，采用高倍聚光的方式满足高温需求，环形菲涅尔式聚光有着成本低运行稳定等优点，本发明为了配合本装置的特点进行了均匀度优化处理。

技术总结
本发明公开了属于燃煤电厂脱硫废水处理领域的基于环形菲涅尔式高倍太阳能聚光镜的脱硫废水处理系统。所述方法包含了对脱硫废水进行升温升压处理的环形菲涅尔式高倍太阳能聚光镜，进行预处理的沉淀池，进行出盐及浓缩废水的高温高压扩容蒸发器及膜蒸馏装置。高倍环形菲涅尔聚光器为高倍点式聚光器，成本上低于传统的碟式聚光器，也没有菲涅尔透镜聚光器对于外形大小的限制，聚光倍数也高于一般的线式聚光器，在高倍聚光光伏领域有着较高的应用前景；扩容蒸发器发面本发明采用高温高压扩容蒸发器，浓缩倍率有着显著的升高。

技术研发人员：张衡;梁凯;陈海平;刘扬;张泳
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：2021.03.26
技术公布日：2021.08.06