一種火電廠脫硫廢水高效噴霧蒸發成核的方法

2023-08-03 21:05:21

一種火電廠脫硫廢水高效噴霧蒸發成核的方法
【專利摘要】本發明公開了一種火電廠脫硫廢水高效噴霧蒸發成核的方法，將脫硫廢水引入廢水流道，含塵煙氣與添加劑混合後引入內側風道；將高壓高流速的壓縮空氣引入外側風道，脫硫廢水噴出後先與噴出的含塵煙氣及添加劑混合後發生化學反應，脫硫廢水再被外側風道噴出的高速空氣破碎霧化進而進入煙道蒸發並成核。該發明採用內外側風道模式，先使脫硫廢水與含塵煙氣及添加劑混合物發生化學反應形成沉澱微粒，再利用煙氣中的粉塵顆粒、沉澱微粒的成核效應加強廢水霧化、蒸發和結晶成核，最後液滴被高速空氣破碎霧化；該發明可有效減少廢水液滴在鍋爐尾部煙道中的蒸發成核時間，蒸髮結晶成核後的顆粒物易於在除塵器中被捕獲，從而實現脫硫廢水的零排放。
【專利說明】-種火電廠脫硫廢水高效噴霧蒸發成核的方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種火電廠脫硫廢水高效噴霧蒸發成核的方法，主要適用火電廠煙氣 溼法脫硫廢水的處理。

【背景技術】
[0002] 在石灰石-石膏溼法煙氣脫硫工藝過程中產生一定量的脫硫廢水，它與火電廠一 般的工業廢水相比，水質比較特殊，主要表現在以下幾個方面：（1)廢水呈弱酸性，PH為4? 6 ;(2)懸浮物含量高，但顆粒細小，主要成份是石膏，其次還有來自煙氣的飛灰、脫硫過程 中加入的碳酸鈣以及亞硫酸鈣等；（3)廢水中含有可溶性的氯化物、氟化物等，氟化物含量 一般超過50mg/L ; (4)廢水中含有Pb、Cd、Cr、Ni、Hg、Co、Cu、A1、Ζη、Μη等重金屬元素，其 中大部分是火電廠現行汙水排放標準（GB8978-1996)中限制的重金屬元素。（5)從水質指 標看，脫硫廢水中化學耗氧量（C0D)也是超標項目之一。由此帶來的脫硫廢水處理問題也 成為火力發電廠設計、生產和科研中的一個新問題。
[0003] 根據脫硫廢水水質特點和電廠實際情況，目前，火電廠溼法煙氣脫硫廢水的處理 方法綜合起來主要有六種： ① 將脫硫廢水與經濃縮的副產品石膏混合後排至灰場堆放。這種方法適用於石膏副產 品完全拋棄，不綜合利用的溼法脫硫工藝系統。在我國一些電廠採用此方法進行脫硫廢水 處理； ② 用於水力衝灰，即脫硫廢水不經處理，直接進入水力除灰系統，脫硫廢水中的重金屬 或酸性物質與灰中的氧化鈣反應生成固體而得到去除，從而達到以廢治廢的目的； ③ 傳統的化學沉澱法，即設置專門的脫硫廢水處理系統，處理後排放或回收利用。該方 法處理系統各異，國外主要由NaOH中和沉澱、Na 2S沉澱處理、FeCL3凝聚和砂濾等部分組成， 國內主要由氫氧化鈣中和、有機硫（TMT15)沉澱、？冗1^0 4絮凝等部分組成。該方法在我國 一些電廠也已經應用； ④ 化學沉澱-微濾膜法，即分別用親水和疏水微濾膜對化學沉澱後的脫硫廢水進行深 度處理。該法處理效果好，能滿足高要求的排放標準，操作簡單可以實現自動化，但由于澄 清池出水仍有較多的懸浮顆粒，微濾膜汙堵現象比較嚴重，所以目前仍沒有推廣。
[0004] ⑤流化床法，其原理為：廢水通過流化床時，向流化床中連續加入二價錳、亞鐵離 子和氧化劑，二價錳和亞鐵離子吸附在金屬載體上，之後在氧化劑作用下被氧化成二氧化 錳和氫氧化鐵，並在金屬表面形成一層覆蓋層，二氧化錳和氫氧化鐵對無機溶解性離子具 有很強的吸附特性，通過連續增加覆蓋層，被吸收的可溶性離子共聚成顆粒沉降下來形成 汙泥。由於脫硫廢水中含有大量的二價錳和亞鐵離子，只需向流化床中加入一定量的高錳 酸鉀即可。該方法與傳統的化學沉澱法相比，處理效果和費用基本相當，但是產生的汙泥量 將少於25%。目前該法已在丹麥愛德屋電廠試驗運行。
[0005] ⑥噴霧蒸發處理方法，該方法有兩種方案，一種方案是通過設置專門的蒸發和幹 燥裝置，使脫硫廢水分離成高品質的水（蒸汽）和固體廢物。另一種方案是將脫硫廢水通 過噴嘴霧化噴入電除塵器和空氣預熱器之間的煙道，霧化液滴吸收煙氣餘熱在煙道中迅速 蒸發，廢水蒸發後剩餘的微米級細小固體顆粒物主要包括重金屬、雜質和各種金屬鹽，其中 重金屬主要是Pb、Cd、Cr、Ni、Hg、Co、Cu、Al、Zn和Μη等，雜質主要是石膏和飛灰，金屬鹽主 要是碳酸鈣和亞硫酸鈣。這些微米級細小固體顆粒物和灰一起懸浮在煙氣中並隨煙氣進入 電除塵器，在電除塵器中被電極捕捉，隨灰一起外排，因為脫硫廢水中固體量和各種金屬鹽 含量極低，對灰的物性及綜合利用不會產生影響。
[0006] 針對噴霧蒸發處理脫硫廢水的方法，冉景煜等人申請專利《火電廠溼法煙氣脫硫 廢水噴霧蒸發處理方法》，該發明公開了一種火電廠溼法煙氣脫硫廢水噴霧蒸發處理方法， 在鍋爐尾部煙道內煙氣速度為5-llm/s，且溫度在413Κ-470Κ的區域內設置霧化噴嘴；利 用水泵抽取脫硫廢水，空壓機壓縮空氣，壓縮空氣與脫硫廢水進入霧化噴嘴內的壓力比為 0. 25-0. 6;經霧化噴嘴霧化後的液滴速度為50-80m/s，液滴粒徑小於50 μ m ;蒸發後隨煙氣 排出煙囪。潘良明等人申請專利《脫硫廢水零排放處理方法及系統》，該發明公開了一種脫 硫廢水零排放處理方法，包括以下步驟：1)將經脫硫塔脫硫後的脫硫廢水排入預沉池，在 預沉池中經過初步分離，將分離出的上部清液經漿液泵輸運至緩衝池中；2)將緩衝池中的 脫硫廢水依次通過霧化裝置和靜電除塵器；3)將預沉池下部含固量較大的廢水經汙泥泵 輸運至汙泥緩衝池，汙泥緩衝池中的含固量較大的廢水經另一汙泥泵輸運至壓濾機；4)將 過濾後的廢水經漿液泵送回預沉池。
[0007] 但是，由於鍋爐尾部煙氣溫度相對較低，以上發明專利中向鍋爐尾部煙道噴霧後 需要較長的煙道使得廢水霧化後的液滴完全蒸發並結晶成核，而實際鍋爐尾部煙道距離非 常有限，在進入除塵器之前，如果液滴沒有完全蒸發成核，將會造成除塵器積灰、除塵效率 降低等問題。因此希望通過某些措施提高霧化、蒸發及結晶成核的效果，以此來減少廢水液 滴在煙道中的蒸發、結晶成核時間或者減小蒸發、結晶成核所需煙道長度，保證能夠在除塵 器中被捕獲。


【發明內容】

[0008] 針對現有技術中存在的上述不足，本發明提供了一種火電廠脫硫廢水高效噴霧蒸 發成核的方法。
[0009] 為了解決上述技術問題，本發明採用了如下技術方案： 一種火電廠脫硫廢水高效噴霧蒸發成核的方法，在該方法中採用了一種噴嘴，所述噴 嘴的中部設置一貫穿噴嘴的廢水通道，所述噴嘴內且在廢水通道的上方和下方分別設置一 內側風道，所述噴嘴內且在廢水通道的上方和下方分別設置一外側風道，所述外側風道位 於內側風道的外側，所述廢水通道的出口為廢水噴口，所述內側風道和外側風道的一端均 伸向廢水噴口； 該方法為：將脫硫廢水池中的廢水在水泵的作用下引入噴嘴中的廢水流道；含塵煙氣 與添加劑存儲器中的添加劑混合均勻後引入噴嘴中的內側風道；將高壓高流速的壓縮空氣 引入噴嘴中的外側風道；脫硫廢水經廢水流道從廢水噴口噴出，先與內側風道噴出的含塵 煙氣及添加劑混合後發生化學反應，使脫硫廢水中的可溶性硫酸鹽發生沉澱形成微粒，同 時煙氣中的粉塵顆粒物及沉澱微粒與廢水形成成核效應；廢水被噴嘴中的外側風道噴出的 高速空氣破碎霧化並進入煙道蒸發並成核。
[0010] 作為本發明的一種優選方案，在停機時，關閉煙氣通道，通入壓縮空氣，防止粉塵 在管路中沉積；關閉脫硫廢水管道，通入清水，防止脫硫廢水在管路中沉積發生腐蝕。
[0011] 作為本發明的另一種優選方案，所述內側風道中引入煙氣是從空氣預熱器之後鍋 爐尾部煙道中引出。
[0012] 作為本發明的一種改進方案，所述添加劑存儲器中的添加劑種類要求為鹼性且能 與脫硫廢水發生沉澱化學反應的物質，其顆粒的研磨細度要求在28-32um，廢水霧化成核後 的液滴粒徑控制在45-55um。
[0013] 作為本發明的進一步改進方案，所述外側風道內通入的壓縮空氣壓力高於內側風 道內通入的含塵煙氣及添加劑混合物的壓力。
[0014] 本發明與原有的脫硫廢水噴霧方式相比具有如下優點： 1、本發明在內側風道中通入含塵煙氣和添加劑，煙氣中含有鹼性物質，添加劑(例如 Na2C03)可以與廢水中的CaS04等物質發生化學反應，反應後的沉澱顆粒物粒徑較小，有利於 廢水霧化後成核，可以提高霧化效果，同時減少霧化後的廢水在鍋爐尾部煙道中的蒸發、結 晶成核時間。
[0015] 2、本發明在內側風道中通入的含塵煙氣是從鍋爐尾部煙道(空預器之後除塵器之 前）引出，有一定溫度，可以對廢水有一定的加熱作用，提高其蒸發效果。
[0016] 3、本發明採用內外側風道結構，內側風道中通入壓力、流速相對較低的煙氣和添 加劑，外側風道中通入高壓高流速的空氣，利用內外側風道結構和壓力差使得煙氣混合物 和廢水充分反應。
[0017] 4、本發明具有調節功能，可以利用閥門開閉，保持流道清潔，使得整個系統保持較 高的工作效率。
[0018] 5、本發明環保，且投資小，結構簡單，利用化學反應後的沉澱顆粒及煙氣中的粉塵 成核，加強霧化效果，減小廢水蒸發、結晶成核時間，同時該模型可廣泛推廣應用與其他同 類需要增加添加劑反應的系統中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1為噴嘴的結構示意圖。
[0020] 附圖中：1一清水池；2-脫硫廢水池；3-添加劑存儲器；4一外側風道；5- 內側風道；6-夕卜壁面；7-廢水流道；8-廢水噴口； 9 一閥門；10 -閥門；11 一閥 門；12 -閥門；13 -閥門；14 一閥門；15-7jC泵；16-噴嘴。

【具體實施方式】
[0021] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細地描述。
[0022] -種火電廠脫硫廢水高效噴霧蒸發成核的方法，在該方法中採用了一種噴嘴16， 噴嘴的結構如圖1所示，噴嘴16的中部設置一貫穿噴嘴16的廢水通道7,噴嘴16內且在廢 水通道7的上方和下方分別設置一內側風道5,噴嘴16內且在廢水通道7的上方和下方分 別設置一外側風道4,外側風道4位於內側風道5的外側，廢水通道7的出口為廢水噴口 8, 內側風道5和外側風道4的一端均伸向廢水噴口 8。
[0023] 該方法為：將脫硫廢水池 2中的廢水在水泵15的作用下引入噴嘴16中的廢水流 道7 ;含塵煙氣與添加劑存儲器3中研磨均勻且細度與含塵煙氣中粉塵細度相近的添加劑 (本例可採用Na2C03)混合均勻後引入噴嘴16中的內側風道5 ;將高壓高流速的壓縮空氣引 入噴嘴16中的外側風道4 ;當系統正常工作霧化時關閉閥門9和閥門14,打開閥門10、閥門 11、閥門12和閥門13。首先利用水泵15從脫硫廢水池2中引出脫硫廢水到噴嘴16的廢 水流道7中，脫硫廢水經廢水流道7從廢水噴口 8噴出，先與內側風道5噴出的含塵煙氣及 添加劑混合後發生化學反應，廢水與煙氣中的鹼性物質及添加劑發生化學放熱以&20) 3與 廢水中的CaS04反應生成沉澱CaC03並放出熱量)，使脫硫廢水中的可溶性硫酸鹽發生沉澱 形成微粒，並由於內外側風道氣體壓力差的原因可以使得煙氣與廢水有充分的時間反應， 同時煙氣中的粉塵顆粒物及沉澱微粒可以與廢水形成成核效應，有利於廢水霧化蒸發後成 核，有利於蒸發；廢水被噴嘴16中的外側風道4噴出的高速空氣破碎霧化並進入煙道蒸發 並成核。外側風道4通過外壁面6與外界相隔同時調整外壁面6在廢水噴口 8處的長度，保 證在內外側風道壓力差作用下，可使得廢水與內側風道5流出的煙氣和添加劑與廢水反應 充分，同時保證廢水在充分反應後由於受到四周高速流體的衝擊後廢水的液滴破碎霧化。
[0024] 由於內側風道5內流動的是煙氣及反應試劑，廢水流道7內流動的是含有雜質較 多的脫硫廢水，所有本發明還可以通過閥門9-14的開閉使得高壓高流速的空氣通入內側 風道5使其不會有顆粒堵塞；使得清水池1的清水衝洗廢水流道7使其不會有廢水雜質殘 留堵塞流道。當內側風道5和外側風道4需要清理吹灰時，關閉閥門9、閥門10、閥門11和 閥門12,打開閥門13和閥門14。使得煙氣及添加劑停止引入內偵彳風道5,空氣通進內側風 道5,同時在外側風道4中也通入空氣防止灰塵流入外側風道4,防止粉塵在管路中沉積。 當廢水流道7需要清洗時，關閉閥門10、閥門12、閥門13和閥門14,打開閥門9和閥門11。 使得脫硫廢水池2中的廢水停止流出，利用水泵15引入清水池1中的清水清洗廢水流道7 及廢水噴口 8,防止脫硫廢水在管路中沉積發生腐蝕。
[0025] 在內側風道5中通入的煙氣粉塵中的鹼性物質及添加劑可以與脫硫廢水發生化 學反應形成沉澱等細小微粒，煙氣中的粉塵及化學反應後的細小微粒，可利於廢水霧化成 核，減少廢水在鍋爐尾部煙道中的蒸發時間，易於被電除塵捕獲。內側風道5中引入煙氣是 從鍋爐尾部煙道（空氣預熱器之後，除塵器之前）中引出，同時煙氣具有一定的溫度，可以起 到加熱廢水的作用。
[0026] 噴嘴16採用內偵彳風道5和外側風道4形式，內偵彳風道5輸送煙氣及添加劑，外側風 道4輸送高壓高流速的空氣，利用空氣與廢水的流速不同，使得廢水霧化。同時外側風道4 的氣壓高於內側風道5,保證內側風道5的氣流可與廢水充分反應。添加劑存儲器3中的添 加劑顆粒的研磨細度要求在28-32um，以便廢水霧化成核後的液滴粒徑控制在45-55um，達 到控制蒸發時間的目的。添加劑種類要求為可以與廢水中離子發生沉澱反應的鹼性物質， 本例為Na 2C03。
[0027] 由於本發明採用了內側風道5和外側風道4模式，先使廢水與煙氣及添加劑混合 物發生化學反應形成沉澱微粒，再利用煙氣中的粉塵顆粒、沉澱微粒的成核效應加強廢水 霧化、蒸發和結晶成核。該發明可有效減少廢水液滴在鍋爐尾部煙道中的蒸發成核時間，蒸 髮結晶成核後的顆粒物易於在除塵器中被捕獲，從而實現脫硫廢水的零排放。
[0028] 最後說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較 佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技 術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和範圍，其均應涵蓋在本 發明的權利要求範圍當中。
【權利要求】
1. 一種火電廠脫硫廢水高效噴霧蒸發成核的方法，其特徵在於：在該方法中採用了一 種噴嘴（16)，所述噴嘴（16)的中部設置一貫穿噴嘴（16)的廢水通道（7)，所述噴嘴（16)內 且在廢水通道（7)的上方和下方分別設置一內側風道（5)，所述噴嘴（16)內且在廢水通道 (7)的上方和下方分別設置一外側風道（4)，所述外側風道（4)位於內側風道（5)的外側，所 述廢水通道（7)的出口為廢水噴口（8)，所述內側風道（5)和外側風道（4)的一端均伸向廢 水噴口（8); 該方法為：將脫硫廢水池（2)中的脫硫廢水在水泵（15)的作用下引入噴嘴（16)中的 廢水流道（7);含塵煙氣與添加劑存儲器（3)中的添加劑混合均勻後引入噴嘴（16)中的內 側風道（5);將高壓高流速的壓縮空氣引入噴嘴（16)中的外側風道（4);脫硫廢水經廢水流 道（7)從廢水噴口（8)噴出，先與內側風道（5)噴出的含塵煙氣及添加劑混合後發生化學反 應，使脫硫廢水中的可溶性硫酸鹽發生沉澱形成微粒，同時煙氣中的粉塵顆粒物及沉澱微 粒與廢水形成成核效應；廢水被噴嘴（16)中的外側風道（4)噴出的高速空氣破碎霧化並進 入煙道蒸發並成核。
2. 根據權利要求1所述的一種火電廠脫硫廢水高效噴霧蒸發成核的方法，其特徵在 於：在停機時，關閉煙氣通道，通入壓縮空氣，防止粉塵在管路中沉積；關閉脫硫廢水管道， 通入清水，防止脫硫廢水在管路中沉積發生腐蝕。
3. 根據權利要求1或2所述的一種火電廠脫硫廢水高效噴霧蒸發成核的方法，其特徵 在於：所述內側風道（5)中引入煙氣是從空氣預熱器之後鍋爐尾部煙道中引出。
4. 根據權利要求1或2所述的一種火電廠脫硫廢水高效噴霧蒸發成核的方法，其 特徵在於：所述添加劑存儲器（3)中的添加劑種類要求為鹼性且能與脫硫廢水發生沉澱 化學反應的物質，其顆粒的研磨細度要求在28-32um，廢水霧化成核後的液滴粒徑控制在 45_55um〇
5. 根據權利要求1或2所述的一種火電廠脫硫廢水高效噴霧蒸發成核的方法，其特徵 在於：所述外側風道（4)內通入的壓縮空氣壓力高於內側風道（5)內通入的含塵煙氣及添 加劑混合物的壓力。
【文檔編號】C02F1/12GK104085934SQ201410335319
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月15日 優先權日:2014年7月15日
【發明者】楊仲卿, 梁正興, 張力, 冉景煜, 唐強, 蒲舸, 閆雲飛 申請人:重慶大學