本實(shí)用新型涉及能源與環(huán)境領(lǐng)域，尤其涉及一種利用煙氣余熱基于液柱蒸發(fā)的廢水濃縮系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

燃煤火電廠是我國(guó)工業(yè)用水的大戶，其用水量和排水量十分巨大，在工業(yè)用水中約40％用于燃煤火電廠，燃煤火電廠每年排水約占全國(guó)工業(yè)企業(yè)排放量的10％。隨著水資源的日益緊張和環(huán)保要求的日趨嚴(yán)格,燃煤發(fā)電廠的節(jié)水減污勢(shì)在必行。燃煤發(fā)電廠廢水的零排放可以最少的利用水資源,最大限度的減少或者不進(jìn)行污水外排,具有良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)現(xiàn)廢水零排放，最終需要廢水固化，固化工藝包括機(jī)械蒸汽再壓縮(MVR)及高溫?zé)煔鈬婌F蒸發(fā)，其投資及運(yùn)行成本均與廢水處理量直接相關(guān)。

廢水MVR蒸發(fā)結(jié)晶工藝在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)得到了廣泛研究及實(shí)際應(yīng)用，利用蒸發(fā)器中產(chǎn)生的二次蒸汽，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮，壓力、溫度升高，熱焓增加，然后送到蒸發(fā)器的加熱室當(dāng)作加熱蒸汽使用，進(jìn)行待蒸發(fā)料液的加熱，而加熱蒸汽本身則冷凝成水。蒸汽潛熱得到充分利用，同時(shí)回收冷凝水，水中鹽分實(shí)現(xiàn)固化回收。該技術(shù)成熟可靠，但是投資費(fèi)用及處理成本高，一般與廢水濃縮工藝結(jié)合應(yīng)用，同時(shí)MVR蒸發(fā)系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)要求較高。

目前，燃煤電廠廢水的處理工藝中，利用高溫?zé)煔鈬婌F蒸發(fā)燃煤電廠廢水逐漸受到關(guān)注，即將噴霧蒸發(fā)技術(shù)用于濕法煙氣燃煤電廠廢水的深度處理，在鍋爐尾部煙道空氣預(yù)熱器與除塵器之間的區(qū)域設(shè)置霧化噴嘴，將燃煤電廠廢水泵送到霧化噴嘴內(nèi)，噴入并分散到高溫?zé)煔猸h(huán)境中，吸收煙氣熱量后，廢水霧化液滴蒸發(fā)為水蒸汽并隨煙氣一起排放，原廢水中的干灰和固體物則懸浮在煙氣中并進(jìn)入到電除塵器被電極捕捉，最后隨飛灰一起外排。但是在高溫?zé)煔鈬婌F蒸發(fā)過程中，高溫?zé)煔獾奶崛?，損失了部分鍋爐效率，增加了電廠的煤耗，提取高溫?zé)煔獾牧咳Q于噴入的廢水量。

無論是MVR技術(shù)還是高溫?zé)煔鈬婌F蒸發(fā)技術(shù)，其投資及運(yùn)行成本均與廢水處理量直接相關(guān)，實(shí)現(xiàn)廢水的濃縮是十分必要的。目前的主流濃縮技術(shù)是反滲透膜技術(shù)，反滲透膜的運(yùn)行對(duì)廢水的水質(zhì)要求較高。燃煤電廠廢水中鈣鎂離子高，需通過絮凝沉淀、pH值調(diào)節(jié)、離子交換樹脂等工藝實(shí)現(xiàn)廢水的除硬，其預(yù)處理費(fèi)用非常高。另一方面，燃煤電廠煙氣余熱尚未得到充分利用，若能利用煙氣余熱實(shí)現(xiàn)廢水濃縮，將大大降低廢水零排放的成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型目的是提供一種利用煙氣余熱基于液柱蒸發(fā)的廢水濃縮系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過設(shè)置蒸發(fā)塔，蒸發(fā)塔內(nèi)采取液柱蒸發(fā)的方式，不存在換熱面結(jié)垢等問題，無需預(yù)處理，克服了噴霧蒸發(fā)中噴嘴易堵塞、壁面積灰等問題。

為了達(dá)成上述目的，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案：

一種利用煙氣余熱基于液柱蒸發(fā)的廢水濃縮系統(tǒng)，包括：

蒸發(fā)塔，蒸發(fā)塔設(shè)于脫硫塔進(jìn)氣端的一側(cè)且與脫硫塔連通；蒸發(fā)塔內(nèi)設(shè)置噴淋區(qū)，噴淋區(qū)包括若干個(gè)豎直設(shè)置的用于噴射廢水的液柱噴孔，煙氣從蒸發(fā)塔的煙氣入口進(jìn)入同與煙氣垂直或相交的被液柱噴孔噴射的廢水傳熱傳質(zhì)，廢水吸收熱量蒸發(fā)產(chǎn)生水蒸氣進(jìn)入煙氣中，通過蒸發(fā)塔煙氣出口流出進(jìn)入脫硫塔內(nèi)，液柱噴孔與廢水儲(chǔ)存池連接，蒸發(fā)塔與廢水儲(chǔ)存池連接蒸發(fā)后的廢水進(jìn)入廢水儲(chǔ)存池實(shí)現(xiàn)廢水循環(huán)濃縮，或蒸發(fā)后的廢水直接從蒸發(fā)塔排出。

該廢水濃縮系統(tǒng)中，煙氣與廢水傳熱傳質(zhì)降溫增濕，利用煙氣余熱，廢水通過換熱提取熱量，蒸發(fā)成水蒸汽，廢水由此被濃縮，同時(shí)煙氣溫度降低，極大的利用了煙氣余熱，避免了熱能浪費(fèi)，部分SO₂會(huì)被吸收；通過煙氣與液柱噴孔噴射的廢水水柱垂直接觸，可降低壓力損失，煙氣在蒸發(fā)塔內(nèi)吸收部分水分后進(jìn)入脫硫系統(tǒng)，機(jī)組可以降低脫硫用水補(bǔ)水量；進(jìn)入脫硫系統(tǒng)的煙氣溫度降低，可進(jìn)一步提高脫硫效率；此外，在蒸發(fā)塔內(nèi)，煙氣釋放熱量溫度降低同時(shí)吸收水分，液柱吸收熱量蒸發(fā)，即液柱表面升溫蒸發(fā)和煙氣降溫增濕過程。回收利用煙氣余熱用于燃煤電廠廢水的液柱蒸發(fā)濃縮，取得了顯著的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益，避免了常規(guī)水處理中的預(yù)處理問題，克服了噴嘴易堵塞、壁面積灰等問題。

其中，為了在蒸發(fā)塔內(nèi)增加煙氣與廢水的接觸面積，所述蒸發(fā)塔的兩端尺寸小于蒸發(fā)塔中部的尺寸，蒸發(fā)塔可由脫硫塔前煙道改造而成，也可通過旁路實(shí)現(xiàn)。

所述液柱噴孔設(shè)于所述噴淋區(qū)的底部，這樣液柱噴孔噴射的廢水朝上噴出后又自由落體，增大廢水與煙氣的接觸時(shí)間及接觸面積。若煙氣與液柱噴孔相交設(shè)置，相交的角度在60°～120°之間。

進(jìn)一步地，多個(gè)液柱噴孔呈一排相互平行設(shè)置，液柱噴孔布置方式按照交叉陣列或者矩陣排列或者扇形排列布置。

所述液柱噴孔與廢水儲(chǔ)存池的連接管路上設(shè)置廢水循環(huán)泵，廢水循環(huán)泵對(duì)廢水進(jìn)行增壓，從而液柱噴孔在蒸發(fā)塔內(nèi)噴射形成水柱，加快廢水在蒸發(fā)塔內(nèi)的蒸發(fā)，此外，在該連接管路上設(shè)置流量計(jì)、熱電偶和壓力表。

所述蒸發(fā)塔的煙氣出口與所述的脫硫塔連接，在蒸發(fā)塔的煙氣出口設(shè)置除霧器，除霧器用于阻擋液滴攜帶，煙氣通過除霧器后進(jìn)入脫硫塔本體。

在該方案中，蒸發(fā)塔的底部設(shè)置第二管路與廢水儲(chǔ)存池連通，濃縮液回流到儲(chǔ)水池，并不斷循環(huán)。

此外，所述蒸發(fā)塔通過第一管路與廢水儲(chǔ)存池連接，在第一管路上設(shè)置廢水循環(huán)泵、流量計(jì)、熱電偶和壓力表；

進(jìn)一步地，在蒸發(fā)塔的煙氣入口與煙氣出口均設(shè)置溫度測(cè)點(diǎn)與壓力測(cè)點(diǎn)；

所述蒸發(fā)塔底部還設(shè)置有第二管路以排出廢水，同樣，為了對(duì)蒸發(fā)濃縮后的廢水進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在第二管路上同樣設(shè)置流量計(jì)、熱電偶和壓力表。

采用上述系統(tǒng)的一種利用煙氣余熱基于液柱蒸發(fā)的廢水濃縮方法，在脫硫塔的進(jìn)氣端設(shè)置蒸發(fā)塔，煙氣從蒸發(fā)塔的煙氣入口進(jìn)入，蒸發(fā)塔內(nèi)通過液柱噴孔噴射的被增壓的廢水噴射方向與煙氣方向垂直，廢水與煙氣傳熱傳質(zhì)，廢水吸收熱量蒸發(fā)產(chǎn)生的水蒸氣進(jìn)入煙氣中，從蒸發(fā)塔煙氣出口流出進(jìn)入脫硫塔內(nèi)。

在上述方法中，所述廢水被增壓至0.1-0.5MPa后噴入到蒸發(fā)塔內(nèi)。

所述液柱噴孔噴射的廢水高度低于蒸發(fā)塔頂部壁面0.5-1m，以防止廢水噴到蒸發(fā)塔壁面引起結(jié)垢、腐蝕等，噴射高度可通過調(diào)節(jié)噴水流量、壓力等實(shí)現(xiàn)。

在所述蒸發(fā)塔的煙氣出口內(nèi)設(shè)置除霧器，除霧器可以是水平型、人字型、V字型、X型或者開孔式等。

這樣，廢水可通過廢水循環(huán)泵反復(fù)進(jìn)入蒸發(fā)塔濃縮，濃縮到一定濃度后排出；當(dāng)一次蒸發(fā)量達(dá)到濃縮比例要求時(shí)(濃縮比例是設(shè)定好的，可通過在線TDS監(jiān)測(cè)來獲得)，蒸發(fā)塔出口廢水直接排出，不再進(jìn)入廢水儲(chǔ)存池循環(huán)蒸發(fā)，為此，蒸發(fā)塔的底部設(shè)置至少兩個(gè)帶閥門的廢水出口，一個(gè)廢水出口與廢水儲(chǔ)存池連接，另一個(gè)與后續(xù)處理工藝連接。

本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)燃煤電廠廢水與煙氣直接接觸換熱，不存在換熱面結(jié)垢等問題，無需預(yù)處理，克服了噴霧蒸發(fā)中噴嘴易堵塞、壁面積灰等問題；

2)燃煤電廠廢水在煙氣余熱下蒸發(fā)濃縮，可以大大降低廢水的處理量，節(jié)約成本；

3)煙氣吸收部分水分后進(jìn)入脫硫系統(tǒng)，機(jī)組可以降低脫硫用水補(bǔ)水量；

4)通過煙氣與廢水水柱垂直接觸，對(duì)SO₂有一定的去除率；

5)投資及運(yùn)行成本較低，僅需增加一個(gè)蒸發(fā)塔，或通過改造原煙道實(shí)現(xiàn)水柱噴淋，運(yùn)行成本僅為泵的耗電。

6)本實(shí)用新型在不損失鍋爐效率的基礎(chǔ)上，利用了煙氣余熱，避免了堵塞問題，大大降低廢水的處理量和脫硫用水補(bǔ)水，兼顧提高脫硫效率并部分去除SO₂，減少脫硫塔壓力，能夠達(dá)到節(jié)能節(jié)水效果，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

附圖說明

圖1利用煙氣余熱基于液柱蒸發(fā)的廢水濃縮系統(tǒng)圖(高濃縮比)，其中，1-蒸發(fā)塔，2-噴淋區(qū)，3-液柱噴孔，4-除霧器，5-脫硫塔本體，6-廢水循環(huán)泵，7-廢水儲(chǔ)存池，8-廢水排出泵

圖2利用煙氣余熱基于液柱蒸發(fā)的廢水濃縮系統(tǒng)圖(低濃縮比)，其中，1-蒸發(fā)塔，2-噴淋區(qū)，3-噴淋區(qū)噴孔，4-除霧器，5-脫硫塔本體，6-廢水循環(huán)泵，7-廢水儲(chǔ)存池，8-廢水排出泵。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。

蒸發(fā)塔煙氣入口和出口分別設(shè)置有溫度和壓力測(cè)點(diǎn)，用于監(jiān)測(cè)煙氣，蒸發(fā)塔1煙氣出口設(shè)置有除霧器4；煙氣出口與脫硫塔本體5連通，所述蒸發(fā)塔1內(nèi)有噴淋區(qū)2，設(shè)置有不同排列方式的液柱噴孔3；煙氣與液柱噴孔相交設(shè)置垂直或相交設(shè)置，若煙氣與液柱噴孔相交設(shè)置，相交的角度在60°～120°之間，所述蒸發(fā)塔1噴淋區(qū)2廢水進(jìn)口與廢水儲(chǔ)存池7之間設(shè)置有廢水循環(huán)泵6、流量計(jì)、熱電偶、壓力表，用于監(jiān)測(cè)蒸發(fā)濃縮前廢水流量、溫度、壓力，以對(duì)進(jìn)入蒸發(fā)塔1內(nèi)的廢水的溫度、壓力和流量進(jìn)行控制，避免溫度過高，壓力過小的情況；所述蒸發(fā)塔1廢水出口設(shè)置在蒸發(fā)塔底部，可通過第一管路與廢水儲(chǔ)存池7相連，也可通過第二管路排出進(jìn)行下一步處理，第一管路與第二管路上設(shè)均設(shè)置有流量計(jì)、熱電偶、壓力表，用于監(jiān)測(cè)蒸發(fā)濃縮后廢水的流量、溫度、壓力，如圖1和圖2所示。

所述蒸發(fā)塔1煙氣出口設(shè)置有除霧器4，用于阻擋液滴攜帶，與燃煤電廠脫硫塔本體相連；

所述蒸發(fā)塔1可由脫硫塔前煙道改造而成，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及廢水處理量大小進(jìn)行確定，脫硫前煙道一般為水平布置，通過增加煙道中心的高度實(shí)現(xiàn)；也可設(shè)置在旁路；

所述液柱噴孔3布置方式分類有交叉陣列、矩陣排列、扇形排列等；

上述利用煙氣余熱基于液柱蒸發(fā)的廢水濃縮系統(tǒng)中，廢水可通過廢水循環(huán)泵6反復(fù)進(jìn)入蒸發(fā)塔濃縮，濃縮到一定濃度后排出；當(dāng)一次蒸發(fā)量達(dá)到濃縮比例要求時(shí)，蒸發(fā)塔出口廢水通過第二管路直接排出，不再進(jìn)入廢水儲(chǔ)存池7循環(huán)蒸發(fā)。

此外，采用上述裝置的一種利用煙氣余熱基于液柱蒸發(fā)的廢水濃縮方法，包括如下步驟：

1)燃煤電廠廢水通過管路集中儲(chǔ)存在廢水儲(chǔ)存池7中，通過廢水循環(huán)泵6增壓至0.1-0.5MPa后，經(jīng)噴淋區(qū)2噴入蒸發(fā)塔1；

2)廢水以液柱形式在蒸發(fā)塔1內(nèi)與100-150℃的煙氣直接接觸傳熱傳質(zhì)，利用煙氣余熱進(jìn)行蒸發(fā)濃縮；

3)廢水在蒸發(fā)塔1內(nèi)蒸發(fā)，水蒸汽隨煙氣經(jīng)過除霧器4后一起進(jìn)入脫硫塔。

4)濃縮后的廢水通過蒸發(fā)塔1底部出口重新進(jìn)入廢水儲(chǔ)存池7，可通過廢水循環(huán)泵6重新進(jìn)入蒸發(fā)塔1濃縮，濃縮到一定程度后，通過廢水排出泵8排出，進(jìn)行下一步處理；當(dāng)一次蒸發(fā)量達(dá)到濃縮比例要求時(shí)，蒸發(fā)塔1出口廢水直接排出，不再進(jìn)入廢水儲(chǔ)存池循環(huán)蒸發(fā)。

所述步驟1)中進(jìn)入液柱的廢水量需根據(jù)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)確定(實(shí)際參數(shù)包括廢水溫度、煙氣流量、煙氣溫度、濃縮比例、噴孔布置等)。

所述步驟2)中廢水的蒸發(fā)量是由廢水溫度、煙氣溫度、煙氣流速、噴孔布置方式等因素共同確定的。

實(shí)施例1：

以300MW機(jī)組濃縮循環(huán)水為例。標(biāo)況煙氣流量約為1000000Nm³/h流量為100t/h、全鹽量為3000mg/L的燃煤電廠循環(huán)水排水經(jīng)廢水循環(huán)泵打入蒸發(fā)塔噴淋區(qū)，通過噴孔噴入蒸發(fā)塔內(nèi)與煙氣直接接觸傳熱傳質(zhì)，濃縮后廢水通過蒸發(fā)塔下部的出口排入廢水儲(chǔ)存池，通過廢水循環(huán)泵進(jìn)一步循環(huán)蒸發(fā)濃縮，待濃縮至全鹽量為60000mg/L、廢水流量為5t/h，通過廢水排出泵排出，進(jìn)行下一步處理。

實(shí)施例2：

以300MW機(jī)組濃縮脫硫廢水為例。標(biāo)況煙氣流量約為1000000Nm³/h，流量為10t/h、全鹽量為30000mg/L的燃煤電廠脫硫廢水經(jīng)廢水循環(huán)泵打入蒸發(fā)塔噴淋區(qū)，通過噴孔噴入蒸發(fā)塔內(nèi)與煙氣直接接觸傳熱傳質(zhì)，濃縮后廢水全鹽量為150000mg/L、流量為2t/h，通過蒸發(fā)塔下部的出口直接排出，進(jìn)行下一步處理。與實(shí)施例1工藝流程不同的是，廢水需要的濃縮比例較低時(shí)，蒸發(fā)塔出口的濃縮廢水無需進(jìn)入廢水儲(chǔ)存池進(jìn)行循環(huán)濃縮，直接通過廢水排出泵排出，進(jìn)入下一步處理。

對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實(shí)用新型。對(duì)實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實(shí)用新型的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)，未予以詳細(xì)說明和局部放大呈現(xiàn)的部分，為現(xiàn)有技術(shù)，在此不進(jìn)行贅述。因此，本實(shí)用新型將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。