一种燃煤电厂湿法脱硫废水减量零排放处理系统及方法与流程

本发明属于环保水处理技术领域，具体涉及一种燃煤电厂湿法脱硫废水减量零排放处理系统及方法。

背景技术：

燃煤电厂在运行过程中烟气中会产生大量的二氧化硫，造成较大的污染，形成酸雨。我国治理二氧化硫污染的主流技术是湿法石灰石脱硫，即利用石灰石浆液来中和二氧化硫。湿法石灰石脱硫工艺中运行过程中，会产生部分外排废水，俗称脱硫废水。排放脱硫废水的主要目的是将运行中不断富集的氯盐、氟化物、镁盐、重金属以及部分悬浮物排出，以保证脱硫反应持续进行。由于脱硫废水水量大、含盐量高(总含盐量可达30000mg/l甚至更高)，目前已经成为燃煤发电厂中最难处理的废水，是火电厂实现废水零排放的难点。

脱硫废水零排放处理系统，目前已有专利申请(中国专利申请号：201610705481.5、201710388275.0、201610118638.6、201510030770.5)。现有的脱硫废水零排放系统，大多采用直接旁路烟气蒸发方法和蒸发结晶方法。直接旁路烟气蒸发方法，即将脱硫废水直接喷入设置在燃煤锅炉烟气旁路上的烟气干燥塔中，利用烟气热量将废水蒸干，结晶盐留在灰中。这种方法虽然有效处理了脱硫废水，但存在设备规模过大、运行成本过高(综合成本达到100元/吨)、经济性差(吨水影响发电机组煤耗约0.3g/kwh)的问题，因而难以大规模推广。蒸发结晶系统，先将脱硫废水脱除钙镁硬度，然后利用蒸汽热量将废水逐级蒸发，再送入结晶器将废水中的盐类结晶出来，此种技术在广东河源电厂、华能长兴电厂、湖北汉川电厂实施，存在的问题是结晶盐是杂盐难以有效利用、设备复杂庞大、运行成本高(综合成本达到150元/吨)、软化的废弃物难以处理等，也难以大规模推广。

因此，有必要优化现有的脱硫废水零排放的设备和工艺。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种燃煤电厂湿法脱硫废水减量零排放处理系统及方法，以最有限的成本高效实现脱硫废水减量零排放处理的目标。

这种燃煤电厂湿法脱硫废水减量零排放处理系统，包括脱硫废水澄清处理系统、过滤系统、脱硫废水非软化浓缩减量系统和脱硫废水末端处置系统；脱硫系统的脱硫废水连接至脱硫废水澄清处理系统的入口，脱硫废水澄清处理系统的出口连接过滤系统的入口，过滤系统的出口连接脱硫废水非软化浓缩减量系统的入口，脱硫废水非软化浓缩减量系统的回用水连接至脱硫系统，脱硫废水非软化浓缩减量系统的浓缩废水连接至脱硫废水末端处置系统；脱硫废水末端处置系统的干燥塔系统的烟气进出口分别通过旁路烟道连接空预器的前后端，干燥塔系统的结晶盐输出至灰库，脱硫废水非软化浓缩减量系统的浓缩废水连接至干燥塔系统的废水入口。

作为优选：脱硫废水澄清处理系统包括三联箱系统。

作为优选：过滤系统包括管式微滤系统、碟片式过滤系统或平板陶瓷膜式系统。

作为优选：脱硫废水非软化浓缩减量系统由若干个定向驱动电渗析模块串联或并联组成，每个定向驱动电渗析模块设置有正极板和负极板，并配有直流电源，正负极板间间隔排列有阳离子交换膜和阴离子交换膜，一个阳离子交换膜和一个阴离子交换膜组成一个膜对。

这种燃煤电厂湿法脱硫废水减量零排放处理系统的处理方法，包括以下步骤：

1)脱硫废水自脱硫系统排出后，经过澄清、过滤、非软化浓缩减量后，分为回用水和浓缩废水；

2)回用水返回至脱硫系统的脱硫浆液吸收塔资源化利用，浓缩废水通过脱硫废水末端处理系统进行深度处理；

3)在空预器前端设置旁路烟道，引出部分烟气；浓缩废水通入脱硫废水末端处理系统的干燥塔系统中，在干燥塔系统中利用烟气余热蒸发干燥浓缩废水；溶解于废水中的污染物以结晶盐的形式析出并转移至灰库中，蒸发水回用至脱硫系统，最终实现脱硫废水零排放。

作为优选：所述步骤1)中，回用水水量较大，回用水包括so4^2-、ca²⁺、少量mg²⁺以及少量cl^-的溶液；浓缩废水水量较小，浓缩废水包括cl^-、f^-、no3^-、mg²⁺、ca²⁺、no3^-、hg²⁺、fe³⁺以及al³⁺的溶液。

本发明的有益效果是：

(1)本发明形成了一套完整的脱硫废水处理新系统，能够与燃煤电厂现有的脱硫系统结合，减少脱硫废水的处理量，以高效率、低成本、低污染的方式处理脱硫废水。

(2)本发明对脱硫废水中的硫酸根离子、部分钙离子和水进行了高度的资源化回用，能够减少电厂脱硫工艺的用水量，提高副产物脱硫石膏的产量，减小固体废弃物的量，具有较好的经济效益、环境友好性和可持续发展潜力。

(3)本发明将脱硫废水中的有害杂质从液相转移到固相，将结晶盐与灰混合处理，避免了进一步深度处理。

附图说明

图1为燃煤电厂湿法脱硫废水减量零排放处理系统流程图；

图2为定向驱动电渗析模块示意图；

图3为脱硫废水非软化浓缩减量系统的两种模式示意图(其中图a为串联模式，图b为并联模式)；

图4为脱硫废水末端处置系统示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

如图1所示，所述燃煤电厂湿法脱硫废水减量零排放处理系统，将脱硫废水在最终处理前先进行减量浓缩具有重要的意义，一方面能够资源化利用部分可回用资源，另一方面能够减轻后续末端处理系统的压力，从而以高效、低成本、低污染的方式，实现燃煤电厂湿法脱硫系统的废水减量零排放。其结构包括脱硫废水澄清处理系统、过滤系统、脱硫废水非软化浓缩减量系统和脱硫废水末端处置系统。脱硫系统的脱硫废水连接至脱硫废水澄清处理系统的入口，脱硫废水澄清处理系统的出口连接过滤系统的入口，过滤系统的出口连接脱硫废水非软化浓缩减量系统的入口，脱硫废水非软化浓缩减量系统的回用水连接至脱硫系统，脱硫废水非软化浓缩减量系统的浓缩废水连接至脱硫废水末端处置系统；脱硫废水末端处置系统的干燥塔系统的烟气进出口分别通过旁路烟道连接空预器的前后端，干燥塔系统的结晶盐连接至灰库，脱硫废水非软化浓缩减量系统的浓缩废水连接至干燥塔系统的废水入口。锅炉、空预器、电除尘器、脱硫塔(脱硫系统)、烟囱依次连接，其中电除尘器连接灰库。

脱硫废水澄清处理系统：包括三联箱系统，以去除系统内大的悬浮物、重金属离子和部分氟离子。

过滤系统：可以是管式微滤系统、碟片式过滤系统或平板陶瓷膜式系统，主要作用是进一步去除细小的颗粒，达到保护后续精密系统的目的。

脱硫废水非软化浓缩减量系统：该系统由多个定向驱动电渗析模块串联或并联组成。每个定向驱动电渗析模块设置有正极板和负极板，配有直流电源，正负极板间间隔排列阳离子交换膜和阴离子交换膜。一个阳离子交换膜和一个阴离子交换膜组成一个膜对，膜对排列以正极-阳膜-阴膜-阳膜-阴膜-阳膜-负极的方式排列，可以根据处理水量的大小增加或减少膜对。该系统能够对脱硫废水进行浓缩减量，这种浓缩技术是在非软化基础上(因此无需投加常规工艺中大量使用的软化药剂)，是一种以定向驱动电渗析技术为核心技术的脱硫废水减量系统。

脱硫废水末端处置系统：设立自主研发的旁路烟气蒸发处理系统，该系统由干燥塔系统、废水供给系统、旁路烟道、灰渣输送系统及配套的测量及控制系统组成。采用旁路烟气蒸发法处置浓缩废水：在空预器前设置旁路烟道，引出部分烟气，在干燥塔中利用烟气余热蒸发干燥浓缩废水。溶解于废水中的污染物以结晶盐的形式析出并转移至灰渣中，蒸发水回用至脱硫系统，最终实现脱硫废水零排放。

脱硫废水自烟气脱硫系统排出后，经过澄清、过滤、非软化浓缩减量后，分为回用水和浓缩废水。其中回用水水量较大(占脱硫废水的75％)，主要含so4^2-、ca²⁺义及少量mg²⁺、cl^-的溶液，因其主要成分是caso4，其他杂质较少，因此可以返回至脱硫浆液吸收塔资源化利用。浓缩废水水量较小(占脱硫废水的25％)，主要含cl^-、f^-、no3^-、mg²⁺、ca²⁺、no3^-、hg²⁺、fe³⁺、al³⁺的溶液，属于需要排出的杂质，因此通过末端处理系统进行深度处理，从而避免了脱硫系统杂质的富集。

相比直接脱硫废水末端处理，本发明利用非软化技术及定向驱动电渗析技术对脱硫废水进行了浓缩减量，能够使末端处理系统的废水处理量降低为原来的25％-20％，固体废弃物结晶盐总量降低为原来的80％-85％。从而降低末端处理系统运行成本和固体废弃物处理成本。

在本发明中，脱硫废水处理控制工艺能够根据脱硫废水水质和水量的波动变化而调整，最终能确保以高效、经济、环保的方式处理脱硫系统产生的全部脱硫废水，实现脱硫废水的零排放。

实施例：

某燃煤电厂采用湿法石灰石脱硫工艺，脱硫废水未经过有效处理直接外排，不仅浪费水资源，而且环境污染严重。为了解决这个问题，该电厂建设了脱硫废水减量零排放处理系统，以绿色环保的方式处理脱硫废水。

这种脱硫废水零排放系统由澄清处理系统、过滤系统、非软化浓缩减量系统、末端处置系统四部分组成。

澄清处理系统包括中和箱、沉淀箱、絮凝箱、澄清池、加药系统等设备，包括了中和、絮凝、澄清等过程。中和过程主要实现硫酸钙的脱饱和，重金属的脱除，除氟，降浊。絮凝的目的是使细小的颗粒聚集成絮凝体，以利于澄清。

过滤系统包括管式膜组件、过滤水槽等设备，过滤精度达到0.1μm。主要用于去除废水中的浊度和cod，以保护后续的精密装置。

非软化浓缩减量系统的核心设备是定向驱动电渗析装置，能够将脱硫废水分为回用水和不可回用的浓缩废水。其中回用水水量约占处理水量的四分之三，含有较高浓度的so4^2-和部分ca²⁺，返回至烟气脱硫系统资源化利用。浓缩废水约占处理水量的四分之一，含有极高浓度的cl^-和其他有害杂质离子。浓缩减量处理过程中，无需投加化学药剂，排出有害金属的同时，回用部分so4^2-和ca²⁺。

末端处置系统为旁路烟气干燥系统，利用烟气余热蒸干浓缩废水，将干化后的结晶盐转移至电除尘得到的灰中，并将蒸发水回用至水汽系统。

这种新型湿法脱硫废水减量零排放技术，能够高效而经济地处理电厂难处理的末端脱硫废水，具有显著的经济效益、环境效益和社会效益。