一种旋流雾化脱硫废水凝并除尘自适应处理装置及方法与流程

本发明涉及火电厂烟气脱硫除尘领域，尤其涉及一种旋流雾化脱硫废水凝并除尘自适应处理装置及方法。

背景技术：

近年来，随着经济社会的快速发展，我国火电装机容量不断增长，但伴随而来的污染物的排放总量的增加对生态环境带来了巨大的压力，因此烟气脱硫处理技术逐渐受到关注。当前，石灰石-石膏湿法脱硫技术因具有适用性强、脱硫效率高、吸收剂利用率高、设备运转率高、脱硫剂石灰石来源丰富廉价易得等优点，成为应用最广泛、技术最成熟的脱硫工艺。

然而，这种工艺所产生的脱硫废水的ph为4～6，并且含有大量的悬浮物(石膏颗粒、二氧化硅、铝和铁的氢氧化物)、过饱和的亚硫酸盐、硫酸盐、氟化物和微量的重金属。这其中很多是国家环保标准中要求控制的第一类污染物，采用常用的中和、絮凝、沉淀等化学方法处理后也无法达到排放指标。由于水质的特殊性，脱硫废水处理难度较大，处理不达标将造成严重的水污染。

目前，脱硫废水的处理难点主要有以下几点：

1、水质、水量受燃煤、脱硫系统补水及脱硫运行工况影响大，水质波动范围很大；

2、悬浮物浓度高，细颗粒物比例大，易造成膜过滤装置污堵；

3、硅、镁等浓度高，硫酸钙过饱和度高，结垢倾向强，膜系统结垢清洗恢复难；

4、有机物浓度高时，显著影响膜系统运行性能，造成膜污堵。

因此，对火电厂脱硫废水处理工艺的创新性研究是行业的热点。除了传统的加药、沉淀、压滤外，也有采用分子膜过滤等工艺，但这些工艺不仅处理成本高，而且很难实现零排放。

当前，在脱硫废水的零排放处理工艺领域，主要有两类工艺路线：蒸发结晶法和锅炉烟道处理法。

蒸发结晶法是将脱硫废水引入专门的蒸发器中，通过蒸汽或电加热器加热至沸腾，使得废水中的水分逐渐蒸发成气相，所分离的气相水经冷却后重新凝结成液相，得到重复利用；废水中的悬浮物和可溶性物质随着浓缩倍数的增大而被截留在蒸残液中，最终以晶体形式析出。蒸发结晶法因其传热系数高、操作弹性大、进水预处理简单等优点，被广泛应用于化工、医药、海水淡化以及废水处理等领域中。但蒸发结晶法所具有的能耗高、设备易结垢和投资大等缺点是制约其应用的重要因素。

而锅炉烟道处理法是在烟道内喷雾蒸发处理脱硫废水的一种方法。即通过一定的喷射方式，将脱硫废水雾化后喷入电除尘器之前的锅炉尾部烟道内，使得雾化后的废水液滴在高温烟气的加热下迅速蒸发气化，而其中的悬浮物与可溶性物质则形成细小的固体颗粒，在烟气流的夹带作用下一同进入电除尘器被电极捕捉，成为灰分排除，实现脱硫的废水近零排放处理。

与传统的蒸发结晶法相比，烟道处理法所需要的设备简单，无需添加额外的化学药剂，能够有效解决当前废水处理系统所存在的设备数量较多、投资金额巨大、运行成本高昂和检修维护的工作量较大等缺点；与此同时，系统的运行操作流程简单，脱硫废水中的污染物均成为灰分排除，因而不存在污泥的后续处理问题；与此同时，合理利用了锅炉余热，达到环保节能的目的。

目前，已经有大量的烟道处理法的专利技术，但其实际应用中成功案例的报道较少。主要原因是脱硫废水进入烟道后，引起烟气温度降低。由于锅炉负荷不断变化，锅炉烟气量及温度也不断发生变化，脱硫废水喷入可能带来喷入点烟气温度过低，一方面降至酸露点，引起烟道大量腐蚀；另一方面由于喷嘴的雾化性能差和布置方式不合理，导致烟道大量积灰结垢、冲刷，引起烟道堵塞。例如中国发明专利申请(申请公布号：cn101844819a，申请公布日：2010-9-29)公开了一种火电厂湿法烟气脱硫废水烟道喷雾处理方法。该方法在空气预热器后的烟道内布置了双流体喷嘴，并将脱硫废水泵入喷嘴中雾化后蒸发，与烟气一同排放。由于喷嘴布置方式不合理，废水难以实现与烟气的充分接触、换热，因而可能导致雾化液滴无法在短时间内完全蒸发，造成烟道腐蚀、冲刷；另一方面，该方法没有对雾化废水流量进行有效控制，采取的是固定雾化量，当机组运行工况变化时不能对处理后的烟气温度实现有效控制，可能会带来低温腐蚀的相关问题。

针对上述问题，发明者通过反复试验，发现脱硫废水喷入点的温度及其变化值、喷入后多相流体的流场是制约脱硫废水处理的关键。因此，本发明采用发明者发明的高效旋流雾化器通过旋流布置技术，设计出一套与机组负荷相适应的废水处理装置及方法，可以有效的实现脱硫废水雾化、蒸发、凝并，解决了烟道蒸发发中结垢、腐蚀及堵塞问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种旋流雾化脱硫废水凝并除尘自适应处理装置及方法。既解决了脱硫废水的处理问题，提高了脱硫效率；又促进了微细颗粒物的凝并，提高电除尘的捕集效率，减少微细颗粒物的排放；同时有效利用锅炉余热，节省了能耗。

本发明通过下述技术方案实现：

一种旋流雾化脱硫废水凝并除尘自适应处理装置，包括锅炉1和烟气废水自适应处理系统11；

所述锅炉1的烟气出口通过烟道依次连接：空气预热器2、尾部热烟道3、电除尘器4、脱硫塔5；所述锅炉1排出的烟气依次经过空气预热器2、尾部热烟道3、电除尘器4和脱硫塔5，最后由烟囱8排出；

所述尾部热烟道3内布置有多个旋流雾化器9；

所述脱硫塔5旁设有脱硫废水池6，用于收集脱硫塔5产生的脱硫废水；

所述脱硫废水池6通过水管依次连接旋流雾化泵7、电磁阀、旋流雾化器9；

所述烟气废水自适应处理系统11包括：烟气温度传感器、烟气流量传感器、烟气压力传感器、废水温度传感器、废水池液位高度传感器、废水流量传感器、雾化压力传感器以及与上述传感器连接的基于多项平衡模型的废水处理全工况耦合器；

所述烟气温度传感器、烟气流量传感器设置在烟道内；

所述废水温度传感器、废水池液位高度传感器设置在脱硫废水池6内；

所述废水流量传感器、雾化压力传感器设置在电磁阀与旋流雾化器9的水管管路上；

所述烟气废水自适应处理系统11采用模型耦合器及自适应控制器，模型输入量包括烟气流量qp、废水池液位高度h、处理前烟气压力p1、处理前烟气温度t1、处理后烟气压力p2、处理后烟气温度t2、废水压力p3、废水温度t3、雾化压力p4、雾化温度t4，控制量为雾化废水流量ql、即调节旋流雾化泵压力和阀门开度，实现自适应控制。

所述旋流雾化器9为多个、并切向以旋流的方式布置在空气预热器2后的尾部热烟道3的同一截面上，其作用是将脱硫废水雾化成5-15μm的微细液滴，在大比表面积下由烟气废热蒸发。

所述旋流的方式是指：旋流雾化器9的中心线均与一假想圆相切；所述假想圆所在平面与烟气流动方向垂直；所述假想圆的圆心在烟道的中心线上；所述假想圆的直径与烟道的内切圆直径之比小于1:2，用于实现烟气与高速旋转的脱硫废水在烟道中形成稳定旋流场，含尘热烟气与雾化微细废水液滴发生相互卷吸、撞击和混合。

所述脱硫废水池6内设有搅拌器10，用于搅拌脱硫废水，避免颗粒物沉降。

本发明的一具体实施例中，常温下脱硫废水池中的脱硫废水温度为25℃，空气预热器2出口的烟气温度为160℃。经过雾化脱硫废水冷却后温降控制在2℃左右时，根据烟道3内的热平衡关系可以得到脱硫废水雾化流量与烟气流量之比，当烟气流量为120万m³/h时，脱硫废水雾化流量调节为8-10m³/h。当处理后烟气温度t2低于158℃时，自动调节器将调节阀开度，实现烟温稳定。由此可以通过模型耦合器及自适应控制根据不同的烟气流量条件自动调节相应的脱硫废水雾化量，实现脱硫废水处理系统的流量自适应控制。

一种旋流雾化脱硫废水凝并除尘自适应处理方法，其包括如下步骤：

步骤一：脱硫废水经过旋流雾化泵7泵入旋流雾化器9，经过旋流雾化器9高速旋流离心分离与雾化后，沿切圆方向喷入尾部热烟道3内，与含有粉尘的烟气发生剧烈的卷吸、撞击和混合；

步骤二：脱硫废水中的固体颗粒物产生离心分离，其微细水雾与粉尘结合凝并，被快速加热，水膜被迅速蒸发，随烟气进入电除尘器4内；在旋流湍流过程中，烟气中的微细粉尘与湿周的脱硫废水颗粒迅速凝并成大颗粒，同时脱硫废水中的悬浮物和可溶性污染物，以固体的形式析出长大，并一同被电除尘器4捕捉，成为灰分排出系统；

此时，烟气废水自适应处理系统11通过实时检测处理烟气前后的温度与压力变化梯度，结合烟气流量、旋流雾化器9压力，通过模型计算，自动调节旋流雾化泵压力及阀门开度，调整进入旋流雾化器9的废水量，使旋流雾化区域混合烟气温度下降值控制在2℃以内，且高于烟尘露点温度5℃。

所述烟气废水自适应处理系统11自适应调节依据还包括如下参数：

对于一具体实施例：常温下，脱硫废水池中的脱硫废水温度为25℃，空气预热器2出口的烟气温度为160℃；

经过雾化脱硫废水冷却后温降控制在2℃左右时，根据尾部热烟道3内的热平衡关系，可以得到脱硫废水雾化流量与烟气流量之比，当烟气流量为120万m³/h时，脱硫废水雾化流量调节为8-10m³/h；

当处理后烟气温度t2低于158℃时，自动调节器将调节电磁阀开度，实现烟温稳定；由此可通过模型耦合器及自适应控制根据不同的烟气流量条件自动调节相应的脱硫废水雾化量，实现脱硫废水处理系统的流量自适应控制。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

1、通过烟气废水自适应处理系统自动调节旋流雾化泵压力及阀门开度，能够确保旋流雾化区温度不会降低到酸露点，实现烟温控制，降低烟道腐蚀的可能性；

2、喷嘴在烟道内采用旋流布置，使得烟气与脱硫废水发生剧烈的卷吸、撞击和混合，在烟道中一同螺旋前进，实现均布流场，并使脱硫废水有足够的时间达到蒸发态，避免了液滴冲刷壁面。

3、高速旋转的脱硫废水与烟气发生剧烈的撞击和混合过程中，粉尘颗粒产生高效凝并并旋流前进，变成大颗粒，便于除尘器捕捉，不会导致烟道积灰堵塞。

4、将脱硫废水向烟道内引入，可以适当降低烟气温度，减小体积流量，从而降低引风机的电耗。

5、引入烟道中的脱硫废水可以提高烟气湿度，降低烟气中灰尘颗粒的比电阻，强化微细颗粒荷电，有利于提高除尘器效率。

6、合理利用锅炉余热将脱硫废水蒸发，与传统采用蒸发器的脱硫废水处理系统相比，大大降低了能耗，达到了节能的目的。

7、脱硫废水中的水分大部分进入脱硫塔后参与脱硫工艺的水循环，可降低脱硫工艺水耗。

8、脱硫废水在电除尘器之前的烟道内迅速蒸发气化，其中的悬浮物和可溶性固体在气流的夹带作用下进入电除尘器并被电极捕捉去除，既解决了脱硫废水的处理问题，又提高了除尘效率，最终实现脱硫废水的零排放处理。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为图1中a-a剖视图；即旋流雾化器9的分布示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。

如图1、2所示。本发明公开了一种旋流雾化脱硫废水凝并除尘自适应处理装置，包括锅炉1和烟气废水自适应处理系统11；

所述锅炉1的烟气出口通过烟道依次连接：空气预热器2、尾部热烟道3、电除尘器4、脱硫塔5；所述锅炉1排出的烟气依次经过空气预热器2、尾部热烟道3、电除尘器4和脱硫塔5，最后由烟囱8排出；

所述尾部烟道(3)内布置有多个旋流雾化器(9)；

所述脱硫塔5旁设有脱硫废水池6，用于收集脱硫塔5产生的脱硫废水；

旋流雾化器9将脱硫废水雾化成粒径小于15μm的雾化颗粒，雾化颗粒的大小可通过旋流雾化器9的调节阀调节。

所述脱硫废水池6通过水管依次连接旋流雾化泵7、电磁阀、旋流雾化器9；旋流雾化泵7入口安装旋转滤网。

所述烟气废水自适应处理系统11包括：烟气温度传感器、烟气流量传感器、烟气压力传感器、废水温度传感器、废水池液位高度传感器、废水流量传感器、雾化压力传感器以及与上述传感器连接的基于多项平衡模型的废水处理全工况耦合器；

所述烟气温度传感器、烟气流量传感器设置在烟道内；

所述废水温度传感器、废水池液位高度传感器设置在脱硫废水池6内；

所述废水流量传感器、雾化压力传感器设置在电磁阀与旋流雾化器9的水管管路上；

所述烟气废水自适应处理系统11采用模型耦合器及自适应控制器，模型输入量包括烟气流量qp、废水池液位高度h、处理前烟气压力p1、处理前烟气温度t1、处理后烟气压力p2、处理后烟气温度t2、废水压力p3、废水温度t3、雾化压力p4、雾化温度t4，控制量为雾化废水流量ql、即调节旋流雾化泵压力和阀门开度，实现自适应控制。

所述旋流雾化器9为多个、并切向以旋流的方式布置在空气预热器2后的尾部热烟道3的同一截面上，其作用是将脱硫废水雾化成5-15μm的微细液滴，在大比表面积下由烟气废热蒸发。

所述旋流的方式是指：旋流雾化器9的中心线均与一假想圆相切；所述假想圆所在平面与烟气流动方向垂直；所述假想圆的圆心在烟道的中心线上；所述假想圆的直径与烟道的内切圆直径之比小于1:2，用于实现烟气与高速旋转的脱硫废水在烟道中形成稳定旋流场，含尘热烟气与雾化微细废水液滴发生相互卷吸、撞击和混合。

脱硫塔5底部浆液经过脱水处理后，分离的脱硫废水贮存在脱硫废水池6中；所述脱硫废水池6内设有搅拌器10，用于搅拌脱硫废水，避免颗粒物沉降。

本发明基本原理如下：

1.采用高效的旋流雾化器将脱硫废水雾化成10μm以下的雾滴，同时脱硫废水中的悬浮物在旋流雾化器离心力作用下与废水分离；

2.旋流雾化器的喷嘴在烟道内采用旋流布置，使得烟气与脱硫废水发生剧烈的卷吸、撞击和混合，在烟道中与烟尘一同螺旋前进，促进颗粒凝并。采用多个旋流雾化器的分布，不仅均布流场，而且避免了液滴冲刷壁面。

3.利用自适应控制原理，通过实时检测烟气温度与流量，旋流雾化器压力，通过运算，自动调节旋流雾化泵压力及废水入口开度，确保变工况下旋流雾化区温度下降不超过2℃且混合温度高于烟尘露点温度5℃。

本发明旋流雾化脱硫废水凝并除尘自适应处理方法，其包括如下步骤：

步骤一：脱硫废水经过旋流雾化泵7泵入旋流雾化器9，经过旋流雾化器9高速旋流离心分离与雾化后，沿切圆方向喷入尾部热烟道3内，与含有粉尘的烟气发生剧烈的卷吸、撞击和混合；

步骤二：脱硫废水中的固体颗粒物产生离心分离，其微细水雾与粉尘结合凝并，被快速加热，水膜被迅速蒸发，随烟气进入电除尘器4内；在旋流湍流过程中，烟气中的微细粉尘与湿周的脱硫废水颗粒迅速凝并成大颗粒，同时脱硫废水中的悬浮物和可溶性污染物，以固体的形式析出长大，并一同被电除尘器4捕捉，成为灰分排出系统；

此时，烟气废水自适应处理系统11通过实时检测处理烟气前后的温度与压力变化梯度，结合烟气流量、旋流雾化器9压力，通过模型计算，自动调节旋流雾化泵压力及阀门开度，调整进入旋流雾化器9的废水量，使旋流雾化区域混合烟气温度下降值控制在2℃以内，且高于烟尘露点温度5℃。

所述烟气废水自适应处理系统11自适应调节依据还包括如下参数：

对于一具体实施例：常温下，脱硫废水池中的脱硫废水温度为25℃，空气预热器2出口的烟气温度为160℃；

经过雾化脱硫废水冷却后温降控制在2℃左右时，根据尾部热烟道3内的热平衡关系，可以得到脱硫废水雾化流量与烟气流量之比，当烟气流量为120万m³/h时，脱硫废水雾化流量调节为8-10m³/h；

当处理后烟气温度t2低于158℃时，自动调节器将调节电磁阀开度，实现烟温稳定；由此可通过模型耦合器及自适应控制根据不同的烟气流量条件自动调节相应的脱硫废水雾化量，实现脱硫废水处理系统的流量自适应控制。

如上所述，便可较好地实现本发明。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。