一种协同零排脱硫废水的燃煤电厂环保岛系统的制作方法

本实用新型涉及燃煤电厂污染物综合治理领域，具体涉及一种协同零排脱硫废水的燃煤电厂环保岛系统。

背景技术：

随着《大气污染防治行动计划》(“大气十条”)和《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》的相继发布，到2020年，全国所有具备改造条件的燃煤电厂力争实现超低排放，即在基准氧含量6％条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于5、35、50毫克/立方米，针对上述污染物的超低排放要求，燃煤电厂在炉后配置了环保岛系统，主要包括以SCR法脱硝(从安全生产的角度出发，还原剂的制备多采用尿素热解法)、湿法脱硫和电除尘设备为主的烟气净化系统。随后在2015年4月16日国务院印发的《水污染行动计划》(“水十条”)中明确提出，到2020年，全国水环境质量得到阶段性改善，污染严重水体较大幅度减少，“狠抓工业污染防止”成为重要任务。燃煤发电行业属于五大高用水行业之一，从经济运行和环境保护出发，节约发电用水，实现燃煤电厂废水“零排放”意义重大。

在现有的环保岛系统中，烟气脱硫最普遍采用的是石灰石-石膏湿法脱硫技术，其具有技术成熟、脱硫效率高、适用煤种广等优势，但该技术在运用过程中会产生一定量的脱硫废水。脱硫废水具有水质波动范围大、成分复杂、含盐量高(Cl^-、SO4^2-等)、悬浮物含量高、腐蚀性强的特点，极大的增加了处理难度，因此实现脱硫废水的零排放已成为实现全厂废水零排放的关键。

目前国内应用最为广泛的脱硫废水处理工艺主要采用化学沉淀法，但是该法不能有效去除溶解的氯离子和氟离子，因此处理后的废水无法回收利用，无法满足全厂废水“零排放”的环保要求；处于研发阶段的烟道喷雾法也存在亟待解决的难题：处理能力很低，未蒸发的脱硫废水会腐蚀烟道，蒸发的脱硫废水形成的垢很难清洗，容易造成烟道堵塞，若未对脱硫废水进行预处理，容易堵塞喷嘴。蒸发结晶法可以将废水中的盐进行分离，但是不能将不同价盐进行分离，且投资运行成本较高；膜浓缩法可将产生的淡水有效利用，但浓缩过程产生的浓水的无害化处置问题亟待解决。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型提供了一种协同零排脱硫废水的燃煤电厂环保岛系统。具体技术方案如下：

本实用新型提供了一种协同零排脱硫废水的燃煤电厂环保岛系统，其包括烟气超净排放系统和脱硫废水零排系统，烟气超净排放系统至少包括脱硝反应器、电除尘器和湿法脱硫吸收塔，装置之间通过烟道相连；脱硫废水零排系统至少包括脱硫废水预处理及膜浓缩单元，浓水溶剂回用单元和浓水溶质回收单元。

在较优实施例中，上述烟气超净排放系统包括燃煤锅炉、脱硝反应器、空气预热器、烟气冷却器、电除尘器、引风机、湿法脱硫吸收塔、烟气再热器和烟囱，装置之间依次通过烟道相连。

在较优实施例中，上述脱硫废水零排系统的脱硫废水预处理及膜浓缩单元至少包括初沉池、中和-反应-絮凝三联箱、澄清池、污泥处置装置、超/微滤装置、高压反渗透装置、淡水工艺水箱、配套的废水输送泵、高压循环泵和清洗泵。

优选地，上述中和-反应-絮凝三联箱上设有药剂投加装置：中和除硬箱上设有NaOH和Na2CO3投加装置；反应箱上设有有机硫和絮凝剂投加装置；絮凝箱上设有絮凝剂和助凝剂投加装置。

优选地，上述高压反渗透装置由两段特种高压反渗透膜组件串联构成，第一段膜柱采用管网式高压反渗透膜组件-STRO，第二段膜柱采用碟管式高压反渗透膜组件-DTRO，均采用错流过滤形式。

优选地，上述高压反渗透装置的运行压力范围为70bar～80bar，脱盐率范围为96％～98％，回收率范围为60％～70％，淡水的TDS含量<2000mg/L，浓水的TDS含量范围为100000mg/L～130000mg/L。

优选地，上述淡水工艺水箱用于收集高压反渗透装置的淡水，并经淡水泵输送至厂区工艺水的消耗区域。

在较优实施例中，上述脱硫废水零排系统的浓水溶剂回用单元至少包括浓水工艺水箱、尿素溶解罐、尿素溶液储罐和尿素溶液高速循环模块。

优选地，上述浓水工艺水箱、尿素溶解罐、尿素溶液储罐和尿素溶液高速循环模块通过不锈钢管道相连，利用尿素溶液输送泵和尿素溶液循环泵实现尿素溶液的传输。

优选地，上述浓水工艺水箱用于收集高压反渗透装置的浓水，并经浓水泵输送至脱硝尿素区的尿素溶解罐，浓水的溶剂用于尿素颗粒的溶解。

优选地，上述浓水工艺水箱的体积与尿素溶解罐的体积之比为2：1～5：1。

优选地，上述高压反渗透装置的浓水产量与尿素溶解水耗量之比为5：1～2：1。

在较优实施例中，上述脱硫废水零排系统的浓水溶质回收单元至少包括尿素溶液喷射器、尿素热解炉和下游除尘装置收集灰斗。

优选地，上述尿素溶液喷射器采用不锈钢材质，尿素输液管采取保温措施，在合理的喷射流量及较优的雾化效果前提下，尿素溶液喷射器具有防堵塞、防尿素结晶的特征，其孔径范围为0.1mm～0.2mm。

优选地，上述尿素热解炉采用不锈钢材质，通过对尿素热解炉构型的改造使其具有防堵塞的特征，保证尿素在充分热解的同时，浓水的溶质在尿素热解炉中析出并随烟气在下游除尘装置中得以回收。

上述协同零排脱硫废水的燃煤电厂环保岛系统的工艺流程如下：

步骤1、利用烟气超净排放系统：

步骤1.1、使燃煤锅炉产生的烟气与尿素热解生成的还原剂氨气在烟道中混合后，在脱硝反应器中发生催化反应，烟气中的氮氧化物在脱硝催化剂的作用下生成氮气和水，烟气中的单质汞在脱汞催化剂的作用下生成氧化汞和颗粒汞；

步骤1.2、使经步骤1.1处理后的烟气依次通过空气预热器和烟气冷却器，对烟气的热量进行回收利用，使烟气温度降低至酸露点以下；

步骤1.3、使经步骤1.2处理后的烟气进入电除尘器，烟气中的颗粒物、被烟尘吸附的SO3、颗粒汞被捕集进入收集灰斗；

步骤1.4、使经步骤1.3处理后的烟气在引风机作用下进入湿法脱硫吸收塔，对烟气中的SO2、氧化汞、颗粒污染物进行处理；

步骤1.5、使经步骤1.4处理后的烟气通过烟气再热器，将烟气的温度提升至约80摄氏度；

步骤2、利用脱硫废水零排系统：

步骤2.1、使脱硫废水首先进入废水预处理单元，在初沉池中静置以去除大部分悬浮物，随后通过输送泵将脱硫废水输送至中和-反应-絮凝三联箱，调节脱硫废水的pH值、降低脱硫废水的硬度以及对脱硫废水进行絮凝反应；将经中和-反应-絮凝三联箱处理后的脱硫废水由废水泵提升至澄清池，进一步絮凝沉淀后经污泥压滤装置压滤分离，滤液返回初沉池；

步骤2.2、将步骤2.1中澄清池上部的清水加酸调节pH至6～9后通过膜浓缩单元，采用超/微滤装置进行过滤处理后通过高压反渗透装置进行浓缩处理，所得淡水收集于淡水工艺水箱并用于补充厂区的工艺用水，所得浓水收集于浓水工艺水箱；

步骤2.3、将浓水工艺水箱的浓水经废水泵输送至尿素溶解罐，浓水的溶剂用于尿素的溶解，尿素溶液经尿素溶液输送泵泵入尿素溶液储罐，尿素溶液储罐与尿素热解炉之间设尿素溶液高速循环模块，进行尿素溶液的传输；

步骤2.4、将尿素溶液通过尿素溶液喷射器喷入尿素热解炉以制备脱硝还原剂氨气，浓水的溶质在尿素热解炉中析出，并随生成的氨气由气体输送管经喷氨格栅与锅炉烟气在烟道中混合进入烟气超净排放系统。

与现有燃煤电厂环保岛系统相比，本实用新型具有明显的优势：

1)本环保岛系统融脱硫废水的零排放及烟气的超低排放于一体，实现了“水气并治”，简化了工艺流程，减少了占地面积，节省了投资成本。

2)脱硫废水经膜浓缩法产生的淡水用于补充厂区的工艺用水，浓水的溶剂用于脱硝系统尿素的溶解，节省了脱硝系统水耗，符合清洁生产节能、减排、降耗的要求。

3)采用特制的尿素溶液喷射器和尿素热解炉，利用尿素热解炉内的热量，使脱硫废水浓水的溶质在尿素热解炉中析出并随烟气在下游除尘装置中得以回收，解决了浓水的无害化处置问题。

应理解，在本实用新型范围内中，本实用新型的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。所以凡是不脱离本实用新型所公开的原理下完成的等效或修改，都落入本实用新型保护的范围。

以下将结合附图对本实用新型作进一步说明，以充分说明本实用新型的目的、技术特征和技术效果。

附图说明

图1是本实用新型较优实施例中协同零排脱硫废水的燃煤电厂环保岛系统的工艺流程示意图；

其中，

A-烟气超净排放系统 B-为脱硫废水零排系统 1-燃煤锅炉 2-脱硝反应器 3-空气预热器 4-烟气冷却器 5-电除尘器 6-引风机 7-湿法脱硫吸收塔 8-烟气再热器 9-烟囱 10-初沉池 11-中和除硬箱 12-反应箱 13-絮凝箱 14-澄清池 15-超/微滤装置 16-高压反渗透装置 17-管网式高压反渗透膜组件-STRO膜堆 18-碟管式高压反渗透膜组件-DTRO膜堆 19-淡水工艺水箱 20-浓水工艺水箱 21-尿素溶解罐 22-尿素溶液储罐 23-尿素溶液高速循环模块 24-尿素溶液喷射器 25-尿素热解炉 26-喷氨格栅 27-污泥压滤装置 28-污泥斗 29-第一废水泵 30-第二废水泵 31-第三废水泵 32-第四废水泵 33-第五废水泵 34-第六废水泵 35-第七废水泵 36-第八废水泵 37-第一尿素溶液输送泵 38-第二尿素溶液输送泵 39-第三尿素溶液输送泵 40-脱硫浆液脱水装置。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干调整和改进，皆属于本实用新型的保护范围。

实施例1

本实施例提供了一种协同零排脱硫废水的燃煤电厂环保岛系统，主要包括烟气超净排放系统和脱硫废水零排系统。如图1所示，烟气超净排放系统主要包括燃煤锅炉1、协同脱除氮氧化物和氧化单质汞的脱硝反应器2、空气预热器3、烟气冷却器4、协同脱除烟尘、颗粒汞和三氧化硫的电除尘器5、引风机6、协同脱除二氧化硫、氧化汞、颗粒污染物和氮氧化物的湿法脱硫吸收塔7、烟气再热器8和烟囱9，以上装置通过烟道依次相连；脱硫废水零排系统由脱硫废水预处理及膜浓缩单元、浓水溶剂回用单元和浓水溶质回收单元组成，脱硫废水预处理及膜浓缩单元主要包括初沉池10、中和-反应-絮凝三联箱11-12-13(11-中和除硬箱12-反应箱13-絮凝箱)、澄清池14、污泥处置装置27-28(27-污泥压滤装置28-污泥斗)、超/微滤装置15、高压反渗透装置16、淡水工艺水箱19、配套的废水输送泵、高压循环泵和清洗泵；浓水溶剂回用单元主要包括浓水工艺水箱20、尿素溶解罐21、尿素溶液储罐22和尿素溶液高速循环模块23，以上装置通过不锈钢管道相连，依托尿素溶液输送泵和尿素溶液循环泵实现尿素溶液的传输；浓水溶质回收单元主要包括尿素溶液喷射器24、尿素热解炉25和下游除尘装置收集灰斗。

中和-反应-絮凝三联箱上设有药剂投加装置；中和除硬箱11上设有NaOH和Na2CO3投加装置；反应箱12上设有有机硫和絮凝剂投加装置；絮凝箱13上设有絮凝剂和助凝剂投加装置。

淡水工艺水箱19用于收集高压反渗透装置16的淡水，并经淡水泵输送至厂区工艺水的消耗区域。

浓水工艺水箱20用于收集高压反渗透装置16的浓水，并经浓水泵输送至脱硝尿素区的尿素溶解罐21，浓水的溶剂用于尿素颗粒的溶解。

高压反渗透装置16由两段特种高压反渗透膜组件串联构成，第一段膜柱采用管网式高压反渗透膜组件-STRO 17，第二段膜柱采用碟管式高压反渗透膜组件-DTRO 18，均采用错流过滤形式。

高压反渗透装置16的运行压力范围为70bar～80bar，脱盐率范围为96％～98％，回收率范围为60％～70％，淡水的TDS含量<2000mg/L，浓水的TDS含量范围为100000mg/L～130000mg/L。

浓水工艺水箱体积20与尿素溶解罐21体积之比为2：1～5：1，高压反渗透装置16的浓水产量与尿素溶解水耗量之比为5：1～2：1。

尿素溶液喷射器24采用不锈钢材质，尿素输液管采取保温措施，在合理的喷射流量及较优的雾化效果前提下，喷射器具有防堵塞、防尿素结晶的特征，其孔径范围为0.1mm～0.2mm。

尿素热解炉25采用不锈钢材质，通过对尿素热解炉构型的改造使其具有防堵塞的特征，保证尿素在充分热解的同时，浓水的溶质在尿素热解炉中析出并随烟气在下游除尘装置中得以回收。

实施例2

上述协同零排脱硫废水的燃煤电厂环保岛系统的工艺流程如下：

在烟气超净排放系统A中，燃煤锅炉1产生的烟气与尿素热解生成的还原剂氨气在烟道中混合后，经脱硝反应器2顶部整流层进入载有催化剂的反应层，烟气中的氮氧化物在脱硝催化剂的作用下发生选择性催化还原反应，生成氮气和水，烟气中的单质汞在脱汞催化剂的作用下发生氧化反应，生成氧化汞和颗粒汞；烟气依次通过空气预热器3和烟气冷却器4对烟气的热量进行回收利用，提高了锅炉的热效率，烟气温度降到酸露点以下，大部分SO3冷凝被烟尘吸附，烟气温度降低至90摄氏度左右，使烟气中粉尘的比电阻降低，进而提高了下游电除尘器5的除尘效率；烟气进入电除尘器5后，烟气中的颗粒物、被烟尘吸附的SO3、颗粒汞被捕集进入收集灰斗；随后，烟气在引风机6作用下引入湿法脱硫吸收塔7，在湿法脱硫吸收塔中，烟气中的SO2被石灰石浆液吸收，烟气中的氧化汞与浆液中的SO3^2-反应后溶于脱硫浆液中，此外，烟气中的部分颗粒污染物也会在石灰石浆液的喷淋作用下被洗入脱硫浆液中；最后，烟气经过烟气再热器8，烟气温度提升至80摄氏度左右，避免了烟气通过烟囱9排出后的石膏雨现象。通过上述超净排放系统中各污染物控制设备的协同治理作用可实现超低排放，即在基准氧含量6％条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于5、35、50毫克/立方米。

在脱硫废水零排系统B中，脱硫废水首先进入预处理单元，在初沉池10中进行静置，以去除废水中的大部分悬浮物。废水随后经输送泵提升至中和-反应-絮凝三联箱11-12-13，脱硫废水的pH值一般低于6.0，呈弱酸性，故在中和除硬箱11上设有NaOH和Na2CO3投加装置，用于调节废水的pH值至9～9.5，降低废水的硬度，Ca²⁺、Mg²⁺和其他重金属离子会与OH^-或CO3^2-生成难溶的氢氧化物或碳酸盐沉淀；废水从中和除硬箱11自流进入反应箱12，在反应箱内投加有机硫和絮凝剂，将不能以氢氧化物形式沉淀的残余重金属以硫化物沉淀的形式去除，并使水中的沉淀物形成易于沉降的大颗粒絮凝物；反应箱12出水进入絮凝箱13，在絮凝箱13内投加助凝剂，在低转速搅拌下进行絮凝反应。絮凝箱出水经废水泵提升至澄清池14，废水絮体在澄清池14内进一步长大，并通过上部斜板进行沉淀分离，澄清池底部泥渣通过污泥输送泵送至污泥压滤装置27，由污泥压滤装置27完成泥渣压滤，压滤后的泥饼收集于污泥斗28，并由汽车外运处置，滤液则返回脱硫废水初沉池。澄清池上部清水经加酸调节pH至6～9后进入膜浓缩单元，经过软化澄清处理后的脱硫废水仍会携带大量的胶体及少量的悬浮物，为保证后续处理能正常进行，采用超/微滤装置15进行过滤处理。经超/微滤装置15处理后的废水进入高压反渗透装置16，通过两段特种高压反渗透膜组件串联(第一段膜柱采用管网式高压反渗透膜组件-STRO 17，第二段膜柱采用碟管式高压反渗透膜组件-DTRO 18)对废水进行浓缩处理，所得淡水收集于淡水工艺水箱19并用于补充厂区的工艺用水，所得浓水收集于浓水工艺水箱20。浓水工艺水箱20的废水经废水泵36输送至尿素溶解罐21，浓水的溶剂用于尿素的溶解，尿素溶液经尿素溶液输送泵37泵入尿素溶液储罐22，尿素溶液储罐22与尿素热解炉25之间设尿素溶液高速循环模块23，尿素溶液经尿素溶液喷射器喷入尿素热解炉25以制备脱硝还原剂氨气，浓水的溶质在尿素热解炉中析出，并随生成的氨气由气体输送管经喷氨格栅26与锅炉烟气在烟道中混合进入烟气超净排放系统A。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。