一种脱硫废水的四段法蒸发装置及方法与流程

本发明涉及脱硫废水处理技术领域，特别是指一种脱硫废水的四段法蒸发装置及方法。

背景技术：

随着国家对于大气环境保护和水环境保护的认识逐渐加深，燃煤电厂等大型工业烟气二氧化硫排放标准要求的变得愈加严格，湿法脱硫技术在业内得到广泛的认可和应用。近年，随着大气污染物排放标准的进一步收紧，超净排放改造已经在重点地区燃煤电厂中得到实施，高效湿法脱硫技术就成为目前脱除烟气中二氧化硫的主力技术。在火电厂紧盯降低大气污染物浓度的同时，电厂废水排放问题日益得到关注，针对脱硫废水零排放的概念也渐渐被提出，脱硫废水零排放技术逐渐兴起。

继烟气湿法脱硫技术在燃煤工业领域得到广泛应用后，其系统产生的脱硫废水由于盐分含量较高，已经成为处理的难题。近年来随着国家对于工业水排放要求的逐渐提高，脱硫废水的零排放技术已经得到相关技术领域的重视，尤其是应用在燃煤电厂脱硫废水零排放技术的可靠性得到更多的关注。

燃煤电厂湿法脱硫废水与电厂其它系统所产生的废水差异较大，是燃煤电厂水系统内水质最复杂、污染最严重的水体。脱硫废水含有高浓度的悬浮物、高氯根、高含盐量、高浓度重金属，对环境污染性极强，因此脱硫废水零排放势在必行。

目前，烟道喷射蒸发技术对于燃煤电厂脱硫废水零排放具有一定的效果，即利用烟气作为热源，在原有烟道内对脱硫废水进行蒸干。

现有的烟道喷射蒸发技术，均采用在原有主烟道内架设喷枪，将脱硫废水通过喷枪喷入烟道内蒸干来完成。

喷枪喷出的液滴在烟道内能否完全蒸发，主要依赖以下几个要素：(1)停留时间：通常除尘器前的水平烟道长度在十几米，甚至更短，烟气在此位置停留时间只有一秒左右，无法保证蒸发完全；(2)液滴粒径大小：其中大粒径的液滴虽然数量较少，但所需蒸发时间长，烟道内不能完全蒸发是导致烟道结垢堵塞的主要因素；(3)喷入水量：对于喷嘴，水量越大，相应的液滴最大粒径越大，同时烟道中废水蒸发会降低烟温，蒸发所需时间就会更长。

由于蒸发反应环境需要合适的温度窗口，同时考虑喷射系统布置空间的合理性和可行性，一般来讲喷射点选择的合适位置是在电厂空气预热器出口至电除尘器入口之间的烟道内，甚至空气预热器前更靠近锅炉的位置。由于此段烟道处在电除尘器前，烟气内大量的灰分还没有被除尘器收集，反应环境恶劣，脱硫废水雾滴喷入烟道过程中，大量的飞灰势必会对其产生包裹和干扰，造成无法完全蒸干，长期运行下去，极容易在这种状况下产生贴壁、积灰现象，影响烟气主系统的正常运行。一旦积灰形成，较大颗粒的积灰会落在烟道底部，如果不及时清理，会造成严重的安全事故，现有很多电厂由于超低排放的要求在除尘器前端加设低温省煤器，这部分较小颗粒积灰会在进入除尘器前由于无法通过低温省煤器而造成低温省煤器的堵塞。

受上述条件的限制，现有的烟道蒸发技术并不能保证在各种烟气条件下蒸发所产生的全部脱硫废水，大多情况下只能实现脱硫废水的减量排放，且安全性差，喷水量越大，会造成后部烟道、除尘器等结垢、堵塞的现象。

无论是哪种积灰或堵塞的产生，电厂均需要停机检修，对电厂主系统的稳定运行造成极大的影响。

目前对于湿法脱硫污泥的处理办法是经过板框压滤机压制出泥饼外运填埋。产生的污泥属于危险废弃物范畴，需专业的危废处理，另外板框压滤机故障率较高，稳定运行存在风险，如出现故障，污泥处理就无法正常进行，这也成为现在燃煤电厂比较难解决的问题，随着超净排放改造的到来，污泥处理处置的压力也会随之增加。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种脱硫废水的四段法蒸发装置及方法。

一种脱硫废水的四段法蒸发装置，包括稳流布气段、汇流蒸发段、环流干化段和干燥收集段，稳流布气段内设置均气稳流装置，汇流蒸发段设置喷射装置和蒸发温度场模块，环流干化段通过物理隔离的方式分为中央反应区和环壁布风区，环流干化段设环风布气模块，干燥收集段设布风收集模块，计量分配模块位于整个装置前端，计量分配模块控制喷射装置的喷射量，烟气入口位于该装置上部，该装置末端连接除尘器前烟道。

其中，该装置为空心筒体结构，装置内气体流速为1-30m/s。

其中，计量分配模块由流量计、调节阀、压力表等组成，通过控制喷射装置控制喷入整个装置的水量。

其中，稳流布气段设置不少于一级的均气稳流装置。

其中，喷射装置采用两相流喷枪，实现喷出脱硫废水的雾化，喷射装置喷射角度为15-20°。

其中，蒸发温度场模块用于在整个装置周边形成高温温度场，实现蒸发过程中温度场的不均匀性，加快雾滴蒸干速度。

其中，在环壁布风区的下端做变径调整，控制环壁布风区出口风速为1-100m/s。

其中，在该装置烟气入口前与烟道相接处作为旁路起点，装置末端与烟道相接处作为旁路终点，在旁路起点和终点均设置挡门板或插门板。

采用该装置进行蒸发的方法，具体过程如下：

S1烟气或一次风从烟气入口进入该装置，在稳流布气段通过均气稳流装置实现气流均布，使烟气或一次风的密度及流速等在同一断面上分布一致；

S2脱硫废水或泥水混合水体通过计量分配模块分配，由喷射装置喷入该装置汇流蒸发段进行蒸干出盐，混合水体经喷枪雾化后形成的雾滴与高温烟气或一次风充分混合，进行蒸发，采用蒸发温度场模块，在该装置周边形成高温温度场，实现蒸发过程中温度场的不均匀性，加快雾滴蒸干速度；

S3经过蒸发的水体和烟气或一次风一起进入环流干化段，通过采用环风布气模块在装置周边形成环风，防止雾滴贴壁，对雾滴结晶水进行有效干化处理，起到辅助作用，中央反应区在前端均气稳流装置的辅助下完成高温气体对液滴的充分混合蒸发，环壁布风区通过均气稳流装置将一部分气体聚集在环壁四周，在环壁布风区的下端即液滴即将产生碰壁效应的位置，做变径调整，使通过环壁布风区出来的气体压力、流速大于中央反应区，从而使整个流场中在该装置内壁上产生一环风幕，避免液滴的碰壁，降低飞灰和蒸干盐的挂壁问题；

S4进入干燥收集段，采用布风收集模块，控制烟气流速，防止贴壁及搭桥，对蒸干盐进行干燥和收集，进一步降低蒸干盐的含水率，避免在收集过程中形成蒸干盐搭桥现象造成积灰，最终，蒸干盐同烟气送入烟道，进行后续除尘处理。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，采用引烟气或一次风旁路四段法蒸发装置进行蒸发的方法，从热源和反应环境的源头根本解决了传统烟道蒸发带来的飞灰积灰问题，另外，旁路方案从反应位置的角度上增加了反应的灵活性，从根本上实现了脱硫废水蒸发系统可脱离烟气主系统独立检修，不会造成机组被迫停机的局面，机组不受脱硫废水喷射蒸发装置影响，可正常运行，保证了机组正常运行的稳定性。

附图说明

图1为本发明的脱硫废水的四段法蒸发装置结构示意图；

图2为本发明的脱硫废水的四段法蒸发装置整体示意图。

其中：1-计量分配模块；

2-喷射装置；

3-均气稳流装置；

4-蒸发温度场模块；

5-环风布气模块；

6-中央反应区；

7-环壁布风区；

8-布风收集模块；

9-烟气入口；

10-烟道；

11-除尘器；

12-稳流布气段；

13-汇流蒸发段；

14-环流干化段；

15-干燥收集段。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

如图1和图2所示，本发明提供一种脱硫废水的四段法蒸发装置，所述装置为空心筒体结构，自上而下分为稳流布气段12、汇流蒸发段13、环流干化段14和干燥收集段15，如图1所示，稳流布气段12内设置均气稳流装置3，汇流蒸发段13设置喷射装置2和蒸发温度场模块4，环流干化段14通过物理隔离的方式分为中央反应区6和环壁布风区7，环流干化段14设环风布气模块5，干燥收集段15设布风收集模块8，计量分配模块1位于整个装置前端，计量分配模块1控制喷射装置2的喷射量，烟气入口9位于该装置上部，该装置末端连接除尘器11前烟道10。

计量分配模块1由流量计、调节阀、压力表等组成，控制喷射装置2喷入该装置的水量。泥水混合水体通过计量分配，由汇流蒸发段喷射装置喷入该装置中蒸干。

整个装置中气体流速为1-30m/s。

采用所述的脱硫废水的四段法蒸发装置进行蒸发的方法，包括如下步骤：

S1烟气或一次风从烟气入口9进入该装置，在稳流布气段12通过均气稳流装置3实现气流均布，使烟气或一次风的密度及流速等在同一断面上分布一致；

S2脱硫泥水混合水体通过计量分配模块1分配，由喷射装置2喷入该装置汇流蒸发段13进行蒸干，混合水体经喷枪雾化后形成的雾滴与高温烟气或一次风充分混合，进行蒸发，采用蒸发温度场模块4，在该装置周边形成高温温度场，实现蒸发过程中温度场的不均匀性，加快雾滴蒸干速度；

S3经过蒸发的混合水体和烟气或一次风一起进入环流干化段14，通过采用环风布气模块5在装置周边形成环风，防止雾滴贴壁，对雾滴结晶水进行有效干化处理，起到辅助作用，中央反应区6在前端均气稳流装置3的辅助下完成高温气体对液滴的充分混合蒸发，环壁布风区7通过均气稳流装置3将一部分气体聚集在环壁四周，在环壁布风区7的下端即液滴即将产生碰壁效应的位置，做变径调整，使通过环壁布风区7出来的气体压力、流速大于中央反应区6，从而使整个流场中在该装置内壁上产生一环风幕，避免液滴的碰壁，降低飞灰和蒸干盐的挂壁问题；

S4进入干燥收集段15，采用布风收集模块8，控制烟气流速，防止贴壁及搭桥，对蒸干盐进行干燥和收集，进一步降低蒸干盐的含水率，避免在收集过程中形成蒸干盐搭桥现象造成积灰，最终，蒸干盐同烟气送入烟道10，进行后续除尘处理。

下面对四段进行详细介绍。

首先，在稳流布气段应针对该装置内的流场做全面的流场模拟工作，通过流场的模拟确定相关均布参数的设定和相应设施的配备。在烟气或一次风流经的反应区前(即脱硫废水喷入位置前)，根据流场模拟结果布置不少于一级的均气稳流装置3。

其次，在汇流蒸发段进行游离水的蒸发，混合水体经喷枪雾化后形成的雾滴与高温烟气或一次风充分混合，进行蒸发。采用防堵塞、防盐析出的两相流喷枪；选择合理的雾化粒径，粒径范围控制在30-200μm；保证蒸发流场合理的气流均布系数，气流均布系数选择0.1-0.2；采用独特的蒸发温度场模块4，在装置周边形成高温温度场，实现蒸发过程中温度场的不均匀性，加快雾滴蒸干速度。

再次，在环流干化段进行结晶水的蒸发。通过采用环风布气模块5在装置周边形成环风，防止雾滴贴壁，对雾滴结晶水进行有效干化处理，起到辅助作用。根据流场模拟出来的液滴喷射分布状况，从废水液滴喷入的位置开始，到液滴开始碰壁的位置为止，通过物理隔离的方式将这部分空间分成两部分：中央反应区6和环壁布风区7。中央反应区6在前端均气稳流装置3的辅助下完成高温气体对液滴的充分混合蒸发，避免由于温度场反应环境的不均匀而造成的反应不完全而产生的积灰问题。此段由于喷嘴喷射角度的限制(15-20°)，不会存在液滴碰壁现象，液滴在喷射角度的影响下逐渐反应逐渐扩散。

最后，在干燥收集段，采用姚魏环保独特的布风收集模块8，确定合理的烟气流速，防止贴壁及搭桥，对蒸干盐进行干燥和收集，进一步降低蒸干盐的含水率，避免在收集过程中形成蒸干盐搭桥现象造成积灰。

四段法蒸发装置采用旁路烟气或一次风蒸发技术，反应过程与锅炉烟气系统主烟道完全分离。

在该装置烟气入口前与烟道相接处作为旁路起点，装置末端与烟道相接处作为旁路终点，从锅炉引烟气为喷射蒸发提供热源和反应环境，泥水混合水体喷射点设置在蒸发炉体内，由于喷入的水体含盐量较高，反应区域应充分考虑内壁的防腐措施，避免由于高含盐废水的强腐蚀性对内壁金属造成破坏。脱硫废水在喷射区域内完全蒸干后，产生结晶盐，此部分结晶盐颗粒会随着烟气或一次风排入除尘器11前端的烟道10，这部分完全被蒸干的结晶盐颗粒与烟道中的飞灰混合，最终进入除尘器11被收集。

由于旁路布置的灵活性，可以根据实际需要加长脱硫废水喷射蒸发的有效蒸发距离，完全保证脱硫废水液滴的完全蒸干，干燥的结晶盐热风排入烟道与飞灰混合，不存在烟道内的飞灰包裹和飞灰积累的过程，不会造成主烟道的积灰问题。

旁路的起点位置与终点位置处均设置挡板门或插板门，正常运行状态下，挡板门或插板门均处于开启状态，满足热源的正常供给。如需要对蒸发炉体进行必要检修，可关闭挡板门或插板门，实现独立检修，检修整个过程不需要停机，不影响锅炉烟气主系统的正常运行。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。