申请日2019.10.28
公开(公告)日2020.01.03
IPC分类号C02F9/10; C02F1/06; C02F1/16; F28D21/00; C02F103/18
摘要
本发明提供一种真空相变废水浓缩及烟气余热回收系统，烟气通过省煤器后与第一换热介质进行换热，闪蒸罐利用梯度真空实现了多级闪蒸，有利于脱硫废水的浓缩;同时多级闪蒸可以形成不同温度的蒸汽，进入换热组件后与第二换热介质进行梯级换热，提高了换热效果;省煤器的设置使烟气余热用以提高废水温度，废水闪蒸后所回收烟气余热随蒸汽带出，第二换热介质回收蒸汽所含热量，最终使热量回至低加系统，在几乎未损失烟气余热的情况下，实现了热能梯级利用，解决了常规路线利用消耗高品质热能的弊端，并降低了机组能耗。通过以上方式即实现了废水浓缩，同时又解决了燃煤电厂或其他行业烟气余热回收问题，具有很好的社会和经济影响。
权利要求书
1.一种真空相变废水浓缩及烟气余热回收系统，包括连通设置的除尘单元和脱硫单元，其特征在于，还包括省煤器和废水浓缩系统，所述省煤器设置于所述除尘单元和脱硫单元之间，或者沿烟气流通方向设置于所述除尘单元之前，其特征在于，所述废水浓缩系统包括，
第一换热器，与所述省煤器连通，以使废水与来自所述省煤器的第一换热介质在所述第一换热器内换热;
闪蒸罐，包括至少两个闪蒸室，相邻闪蒸室通过溢流孔连通，所述闪蒸罐的进液端与所述第一换热器连通，以使换热后的废水依次通过相应闪蒸室并从所述闪蒸罐的出液端外排;
换热组件，包括至少两个换热单元，所述换热单元与闪蒸室一一对应，并彼此连通，以使相应闪蒸室内的蒸汽进入相应换热单元内换热;
第一泵，与所述闪蒸罐连接，以使沿所述闪蒸罐的进液端至出液端的方向上，各闪蒸室的真空度依次增加;
沉淀装置，与所述闪蒸罐的出液端连通，以将降温后的废水送入所述沉淀装置进行沉淀。
2.根据权利要求1所述的真空相变废水浓缩及烟气余热回收系统，其特征在于，
所述闪蒸罐内设置至少一个隔板，以将所述闪蒸罐内部分成至少两个闪蒸室;
所述隔板靠近闪蒸罐的一侧设置有溢流孔，所述溢流孔的边缘设置溢流堰，以使所述隔板、闪蒸罐的内壁及溢流堰围合成容纳废水的容纳槽;
所述第一泵依次与换热组件、闪蒸罐连通，各换热单元与第一泵的连接方式为串联或并联。
3.根据权利要求2所述的真空相变废水浓缩及烟气余热回收系统，其特征在于，相对于所述闪蒸罐的轴线，相邻溢流孔分设于所述闪蒸罐的轴线两侧以实现交错设置;
所述溢流孔沿垂直于所述闪蒸罐的轴线方向上的横截面的面积为所述隔板面积的1/8-1/4;
所述溢流堰的高度为2-30cm。
4.根据权利要求2或3所述的真空相变废水浓缩及烟气余热回收系统，其特征在于，
所述隔板由第一隔板和第二隔板组成，沿所述闪蒸罐的进液端至出液端的方向上，所述第一隔板和第二隔板依次排布于所述闪蒸罐内且将所述闪蒸罐的内部依次分为第一闪蒸室、第二闪蒸室、第三闪蒸室;
所述换热组件由第一换热单元、第二换热单元和第三换热单元组成，所述第一换热单元与所述第一闪蒸室连通，所述第二换热单元与第二闪蒸室连通，所述第三闪蒸室与第三换热单元连通;
还包括低加系统，依次与所述第三换热单元、第二换热单元和第一换热单元串联设置，以使第二换热介质依次通过所述第三换热单元、第二换热单元和第一换热单元，并与相应的蒸汽换热。
5.根据权利要求4所述的真空相变废水浓缩及烟气余热回收系统，其特征在于，所述第一隔板边缘与所述第一闪蒸室内壁相抵接，以分隔所述第一闪蒸室与第二闪蒸室;
所述第二隔板边缘与所述第二闪蒸室内壁相抵接，以分隔所述第二闪蒸室与第三闪蒸室;
所述进液端设置于所述第一闪蒸室顶部，所述出液端设置于所述第三闪蒸室底部。
6.根据权利要求4或5所述的真空相变废水浓缩及烟气余热回收系统，其特征在于，所述闪蒸罐包括，
第一溢流孔，靠近所述闪蒸罐的一侧设置于所述第一隔板上;
第二溢流孔，靠近所述闪蒸罐的一侧设置于所述第二隔板上，且与所述第一溢流孔分设于所述闪蒸罐的轴线两侧以实现交错设置;
第一蒸汽出口，设置于所述第一闪蒸室顶部或侧壁上方;
第二蒸汽出口，靠近所述第一隔板设置于所述第二闪蒸室的内壁远离所述第一溢流孔的一端;
第三蒸汽出口，靠近所述第二隔板设置于所述第三闪蒸室的内壁远离所述第二溢流孔的一端。
7.根据权利要求6所述的真空相变废水浓缩及烟气余热回收系统，其特征在于，所述闪蒸罐还包括，
第一除雾器，设置于所述第一闪蒸室顶部，且位于所述进液端所处平面与第一蒸汽出口所处平面之间的区域内，以使所述第一闪蒸室的蒸汽经过第一除雾器除雾后从第一蒸汽出口排出;
第二除雾器，靠近所述第二蒸汽出口设置，且位于所述第二蒸汽出口下端，以使所述第二闪蒸室的蒸汽经过第二除雾器除雾后从第二蒸汽出口排出;
第三除雾器，靠近所述第三蒸汽出口设置，且位于所述第三蒸汽出口下端，以使所述第三闪蒸室的蒸汽经过第三除雾器除雾后从第三蒸汽出口排出。
8.根据权利要求4所述的真空相变废水浓缩及烟气余热回收系统，其特征在于，
所述第一换热单元上方设置有第一蒸汽进口，下方设置有第一冷凝水出口，所述第一蒸汽进口与所述第一闪蒸室的第一蒸汽出口连通，以使所述第一闪蒸室的蒸汽进入第一换热单元换热，生成的冷凝水从所述第一冷凝水出口流出;
所述第二换热单元上方设置有第二蒸汽进口，下方设置有第二冷凝水出口，所述第二蒸汽进口与所述第二闪蒸室的第二蒸汽出口连通，以使所述第二闪蒸室的蒸汽进入第二换热单元换热，生成的冷凝水从所述第二冷凝水出口流出;
所述第三换热单元上方设置有第三蒸汽进口，下方设置有第三冷凝水出口，所述第三蒸汽进口与所述第三闪蒸室的第三蒸汽出口连通，以使所述第三闪蒸室的蒸汽进入第三换热单元换热，生成的冷凝水从所述第三冷凝水出口流出。
9.根据权利要求1-8任一项所述的真空相变废水浓缩及烟气余热回收系统，其特征在于，所述沉淀装置包括，
浓废液分离单元，其上方设置有浓废水流入口和上清液流出口，其下方设置有浓废水排出口，所述闪蒸罐的出液端与所述浓废水流入口连通，以使闪蒸后的浓废水进入所述浓废液分离单元分离为上清液和浓缩废水，且所述浓缩废水从浓废水排出口排出;
稀废液存储单元，与所述上清液流出口连通，以使上清液进入所述稀废液存储单元。
10.根据权利要求1-9任一项所述的真空相变废水浓缩及烟气余热回收系统，其特征在于，还包括，
真空缓冲罐，所述换热组件、真空缓冲罐、第一泵依次连通;
第二泵，设置于所述沉淀装置与所述第一换热器之间的管道上;
第三泵，外接于所述换热组件，以将蒸汽冷凝水送至脱硫单元用于脱硫单元工艺补水。
说明书
一种真空相变废水浓缩及烟气余热回收系统
技术领域
本发明涉及环保技术领域，具体涉及一种真空相变废水浓缩及烟气余热回收系统，特别涉及一种用于火力发电厂烟气余热回收协同废水浓缩的系统。
背景技术
中国电力能源以煤炭资源为主，随着火电装机容量的增加，二氧化硫成为大气的主要污染源。烟气脱硫(FGD)是工业脱硫的主要工艺，其中湿式石灰石洗涤工艺因其脱硫效率高、煤种适应性好、工艺成熟、运行可靠的优点成为目前最为普遍的烟气脱硫技术。然而其脱硫过程中会产生脱硫废水，脱硫废水的水质和水量特性与机组负荷、燃煤成分、运行条件、脱硫工艺水水质、石灰石成分等众多因素有关。脱硫废水呈酸性且腐蚀性很强，水中悬浮物含量高、氯根含量高、盐含量高、存在重金属超标的可能，是电厂中最难处置的废水。
目前脱硫废水主要通过三联箱预处理+澄清池+脱水机技术进行处理：通过向废水中添加碱性物质中和脱硫废水，加入有机硫化物使废水中的大部分重金属形成沉淀;加入絮凝剂使沉淀成为污泥，并经过压滤机形成泥饼。废水处理后，去除了部分重金属，其PH值和悬浮物浓度达标，但是无法去除氯离子，废水不可排放。
目前正在研究的技术主要为深度预处理+浓缩减量+蒸发干燥。深度预处理包括加药、澄清和过滤;浓缩减量可利用热法和膜法;蒸发干燥为利用蒸汽或烟气余热进行干燥。采用蒸汽蒸发干燥需消耗较高品质的蒸汽，能耗高、投资大，运行要求高;采用烟气余热蒸发干燥需消耗高品质烟气余热，影响空预器烟气温度，导致机组效率降低，同时会增加除尘设备负荷。总之，对脱硫废水进行浓缩减量需大量高品质蒸汽或烟气余热，能耗高、投资成本大，运行要求高，对机组造成不良影响。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有脱硫废水浓缩技术存在消耗高品质热能，且能耗高的缺陷，从而提供一种真空相变废水浓缩及烟气余热回收系统。
本发明所提供的技术方案如下：
本发明提供一种真空相变废水浓缩及烟气余热回收系统，包括连通设置的除尘单元和脱硫单元，还包括省煤器和废水浓缩系统，所述省煤器设置于所述除尘单元和脱硫单元之间，或者沿烟气流通方向设置于所述除尘单元之前，所述废水浓缩系统包括，
第一换热器，与所述省煤器连通，以使废水与来自所述省煤器的第一换热介质在所述第一换热器内换热;
闪蒸罐，包括至少两个闪蒸室，相邻闪蒸室通过溢流孔连通，所述闪蒸罐的进液端与所述第一换热器连通，以使换热后的废水依次通过相应闪蒸室并从所述闪蒸罐的出液端外排;
换热组件，包括至少两个换热单元，所述换热单元与闪蒸室一一对应，并彼此连通，以使相应闪蒸室内的蒸汽进入相应换热单元内换热;
第一泵，与所述闪蒸罐连接，以使沿所述闪蒸罐的进液端至出液端的方向上，各闪蒸室的真空度依次增加;
沉淀装置，与所述闪蒸罐的出液端连通，以将降温后的废水送入所述沉淀装置进行沉淀。
进一步地，所述闪蒸罐内设置至少一个隔板，以将所述闪蒸罐内部分成至少两个闪蒸室;所述隔板靠近闪蒸罐的一侧设置有溢流孔，所述溢流孔的边缘设置溢流堰，以使所述隔板、闪蒸罐的内壁及溢流堰围合成容纳废水的容纳槽;所述第一泵依次与换热组件、闪蒸罐连通，各换热单元与第一泵的连接方式为串联或并联。
进一步地，相对于所述闪蒸罐的轴线，相邻溢流孔分设于所述闪蒸罐的轴线两侧以实现交错设置;优选的，所述相邻溢流孔分别与所述闪蒸罐内壁的一端接触，且分设于所述闪蒸罐的轴线两侧;所述溢流孔沿垂直于所述闪蒸罐的轴线方向上的横截面的面积为所述隔板面积的1/8-1/4;所述溢流堰的高度为2-30cm。
进一步地，所述隔板由第一隔板和第二隔板组成，沿所述闪蒸罐的进液端至出液端的方向上，所述第一隔板和第二隔板依次排布于所述闪蒸罐内且将所述闪蒸罐的内部依次分为第一闪蒸室、第二闪蒸室、第三闪蒸室;
所述换热组件由第一换热单元、第二换热单元和第三换热单元组成，所述第一换热单元与所述第一闪蒸室连通，所述第二换热单元与第二闪蒸室连通，所述第三闪蒸室与第三换热单元连通;
所述真空相变废水浓缩及烟气余热回收系统还包括低加系统，依次与第三换热单元、第二换热单元和第一换热单元串联设置，以使第二换热介质依次通过第三换热单元、第二换热单元和第一换热单元，并与相应的蒸汽换热。
进一步地，所述第一隔板边缘与所述第一闪蒸室内壁相抵接，以分隔所述第一闪蒸室与第二闪蒸室;所述第二隔板边缘与所述第二闪蒸室内壁相抵接，以分隔所述第二闪蒸室与第三闪蒸室;所述进液端设置于所述第一闪蒸室顶部，所述出液端设置于所述第三闪蒸室底部。
进一步地，所述闪蒸罐包括，第一溢流孔，靠近所述闪蒸罐的一侧设置于所述第一隔板上;
第二溢流孔，靠近所述闪蒸罐的一侧设置于所述第二隔板上，且与所述第一溢流孔分设于所述闪蒸罐的轴线两侧以实现交错设置;
第一蒸汽出口，设置于所述第一闪蒸室顶部或侧壁上方;
第二蒸汽出口，靠近所述第一隔板设置于所述第二闪蒸室的内壁远离第一溢流孔的一端;
第三蒸汽出口，靠近所述第二隔板设置于所述第三闪蒸室的内壁远离第二溢流孔的一端。
进一步地，所述闪蒸罐还包括，第一除雾器，设置于所述第一闪蒸室顶部，且位于所述进液端所处平面与第一蒸汽出口所处平面之间的区域内，以使所述第一闪蒸室的蒸汽经过第一除雾器除雾后从第一蒸汽出口排出;
第二除雾器，靠近所述第二蒸汽出口设置，且位于所述第二蒸汽出口下端，以使所述第二闪蒸室的蒸汽经过第二除雾器除雾后从第二蒸汽出口排出;
第三除雾器，靠近所述第三蒸汽出口设置，且位于所述第三蒸汽出口下端，以使所述第三闪蒸室的蒸汽经过第三除雾器除雾后从第三蒸汽出口排出。
进一步地，所述第一除雾器的水平截面的面积小于或等于所述第一闪蒸室内壁截面的面积;第二除雾器的水平截面的面积小于或等于所述第一隔板底部的面积;第三除雾器的水平截面的面积小于或等于所述第二隔板底部的面积。
进一步地，所述第一除雾器、第二除雾器与第三除雾器可为丝网除雾器或折流板除雾器。
进一步地，所述第一换热单元上方设置有第一蒸汽进口，下方设置有第一冷凝水出口，所述第一蒸汽进口与所述第一闪蒸室的第一蒸汽出口连通，以使所述第一闪蒸室的蒸汽进入第一换热单元换热，生成的冷凝水从所述第一冷凝水出口流入冷凝水管;
所述第二换热单元上方设置有第二蒸汽进口，下方设置有第二冷凝水出口，所述第二蒸汽进口与所述第二闪蒸室的第二蒸汽出口连通，以使所述第二闪蒸室的蒸汽进入第二换热单元换热，生成的冷凝水从所述第二冷凝水出口流入冷凝水管;
所述第三换热单元上方设置有第三蒸汽进口，下方设置有第三冷凝水出口，所述第三蒸汽进口与所述第三闪蒸室的第三蒸汽出口连通，以使所述第三闪蒸室的蒸汽进入第三换热单元换热，生成的冷凝水从所述第三冷凝水出口流入冷凝水管。
进一步地，所述串联设置即所述第一泵、第三换热单元、第二换热单元、第一换热单元依次连通，以分别对所述第三闪蒸室、第二闪蒸室、第一闪蒸室进行抽真空;所述并联连接即连通换热组件与第一泵的真空管道引出与第一换热单元连接的第一真空支管、与第二换热单元连接的第二真空支管和与第三换热单元连接的第三真空支管，且所述第一真空支管、第二真空支管、第三真空支管分别设置有阀门，以对所述第三闪蒸室、第二闪蒸室、第一闪蒸室的真空度进行控制。
进一步地，所述冷凝水管和真空管道分别设置或合并为一根管道;当冷凝水管和真空管道分别设置时，所述冷凝水管上还设置有冷凝水收集罐。
进一步地，所述沉淀装置包括浓废液分离单元和稀废液存储单元，所述浓废液分离单元上方设置有浓废水流入口和上清液流出口，其下方设置有浓废水排出口，所述闪蒸罐的出液端与所述浓废水流入口连通，以使闪蒸后的浓废水进入所述浓废液分离单元分离为上清液和浓缩废水，且所述浓缩废水从浓废水排出口排出;所述稀废液存储单元与所述上清液流出口连通。
进一步地，所述浓废液分离单元和稀废液存储单元分别设置或可合并设置;所述浓废液分离单元和稀废液存储单元分别设置时，所述浓废液分离单元与所述稀废液存储单元之间的管道上还设置有第四泵，以将上清液送入所述稀废液存储单元;当合并设置时，所述沉淀装置包括一容腔，所述容腔下部为锥形以使浓废水沉积于容腔下部，而所述容腔上层为所述上清液并与预处理后废水混合。
进一步地，所述第一除雾器与第一隔板垂直于所述第一闪蒸室内壁设置;所述第二除雾器与第二隔板垂直于所述第二闪蒸室内壁设置;所述第三除雾器垂直于所述第三闪蒸室内壁设置。
进一步地，所述真空相变废水浓缩及烟气余热回收系统还包括，真空缓冲罐，所述换热组件、真空缓冲罐、第一泵依次连通。
第二泵，设置于所述沉淀装置与所述第一换热器之间的管道上，以将所述上清液及预处理后废水送入所述第一换热器;
第三泵，外接于所述换热组件且设置于所述冷凝水管上，以将蒸汽冷凝水送至脱硫单元用于脱硫单元工艺补水。
进一步地，所述真空相变废水浓缩及烟气余热回收系统还包括烟囱，所述烟囱与所述脱硫单元连通。
进一步地，所述除尘单元为电除尘器;所述省煤器为低低温省煤器;所述脱硫单元为脱硫塔。
进一步地，所述第一换热器、第一换热单元、第二换热单元、第三换热单元可采用板式换热器，也可采用管壳式换热器;优选地，所述第一换热器、第一换热单元、第二换热单元、第三换热单元均采用板式换热器。
进一步地，所述第一换热介质为热媒水，所述第二换热介质为低加凝结水或除盐水。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的真空相变废水浓缩及烟气余热回收系统，烟气通过省煤器后与第一换热介质进行换热，升温之后的第一换热介质被送至第一换热器与稀废水进行换热;升温后的稀废水由进液端进入闪蒸罐，第一泵的设置使沿所述闪蒸罐的进液端至出液端的方向上，各闪蒸室的真空度依次增加，因此当废水相继各闪蒸室时即发生闪蒸，稀废水得到浓缩并在各闪蒸室顶部生成了蒸汽;蒸汽进入与其闪蒸室相连的各换热单元，与第二换热介质换热，生成的蒸汽冷凝水进入冷凝水管，可用于脱硫系统工艺补水;闪蒸后的浓废水进入沉淀装置进行沉淀。闪蒸罐利用梯度真空实现了多级闪蒸，有利于脱硫废水的浓缩;同时多级闪蒸可以形成不同温度的蒸汽，进入所述换热组件后与第二换热介质进行梯级换热，提高了换热效果;省煤器的设置使用烟气余热以提高废水温度，废水闪蒸后所回收烟气余热随蒸汽带出，并利用第二换热介质回收蒸汽所含热量，最终使该热量回至低加系统，在几乎未损失所回收热量的情况下，拓展了热量用途，实现了热能梯级利用，解决了常规路线利用消耗高品质热能的弊端，并降低了机组能耗。通过以上方式即实现了废水浓缩，同时又解决了燃煤电厂或其他行业烟气余热回收问题，具有能耗低、投资少、运行费用低，达到高效的节能减排等环保效果，具有很好的社会和经济影响。
2.本发明提供的真空相变废水浓缩及烟气余热回收系统，相对于所述闪蒸罐的轴线，相邻溢流孔分设于所述闪蒸罐的轴线两侧以实现交错设置，可以增大废水与各闪蒸室的流动路径，从而增大闪蒸效果，进而增大闪蒸后浓废水的浓度和蒸汽的量，继而增大了蒸汽与第二换热介质的换热温度，最终提高了烟气余热的回收效果。
3.本发明提供的真空相变废水浓缩及烟气余热回收系统，通过设置第一除雾器、第二除雾器和第三除雾器，可以避免汽水分离过程蒸汽将细小的废水液滴带入换热组件。
4.本发明提供的真空相变废水浓缩及烟气余热回收系统，真空缓冲罐的设置可以维持系统真空度稳定，同时可将随不凝气体带出的液滴分离，避免液滴进第一泵对第一泵造成伤害。
5.本发明提供的真空相变废水浓缩及烟气余热回收系统，省煤器的设置可提高除尘单元的除尘能力。（发明人王争荣;汪洋;苏军划;胡小夫;夏怀鹏;耿宣）