高低溫煙氣旋風(fēng)蒸發(fā)技術(shù)處理脫硫廢水

　　1工藝流程簡(jiǎn)介

　　該技術(shù)的工藝路線(xiàn)如下

　　1)從煙氣系統空預器前的高溫煙氣段引取一股高溫煙氣，再從空預器后的高溫煙氣段引取一股低溫煙氣分別進(jìn)入濃液蒸發(fā)器，使其作為濃液蒸發(fā)的熱源和濃液載體。

　　2)將脫硫廢水處理所得濃液經(jīng)泵送至濃液蒸發(fā)器，為使進(jìn)入蒸發(fā)器中的濃液能被煙氣快速蒸發(fā)，濃液進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí)被霧化為細小霧滴，采用兩相流霧化噴嘴，利用壓縮空氣進(jìn)行霧化。

　　3)高溫煙氣從蒸發(fā)器頂部進(jìn)入蒸發(fā)器。

　　4)濃液霧化噴嘴布置在煙氣均流設施后，霧化噴嘴分多組，以方便在線(xiàn)清潔維護。

　　5)低溫煙氣從霧化噴嘴后分幾路沿切線(xiàn)方向進(jìn)入蒸發(fā)器，為霧滴蒸發(fā)提供持續熱源，同時(shí)，由于切向進(jìn)風(fēng)煙氣沿筒壁速度快，使霧滴不碰壁，避免結垢。采用如此分級煙氣進(jìn)入的設計，一方面，有利于霧滴在煙氣中均布;另一方面，可減少高溫煙氣的使用量，節約運行成本。

　　6)濃液蒸發(fā)后，液體中的離子將生成鹽，以固體細粉形式進(jìn)入煙氣中，然后通過(guò)煙氣均布裝置進(jìn)入除塵器入口煙道。

　　7)濃液蒸發(fā)后，產(chǎn)生的水蒸汽在脫硫系統中冷凝下來(lái)。

　　2技術(shù)創(chuàng )新點(diǎn)

　　(1)該技術(shù)的創(chuàng )新點(diǎn)在于采用高、低溫煙氣作為濃液蒸發(fā)熱源，既可保證液體有效蒸發(fā)，又可減少使用高溫煙氣量，降低運行成本。

　　(2)蒸發(fā)器設計采用高溫煙氣從頂部進(jìn)入，通過(guò)放大氣流截面和煙氣整流裝置后，使煙氣流速均勻，速度適當。液體噴灑在此位置，更有利于噴灑的水霧分散。而后，有一路或多路低溫煙氣進(jìn)氣，低溫煙氣沿筒體圓周的切線(xiàn)方向進(jìn)入，低溫煙氣的加入，保證水分蒸發(fā)的熱源，低溫煙氣沿切線(xiàn)方向進(jìn)入，使蒸發(fā)器內的煙氣流向由原來(lái)的直線(xiàn)流變?yōu)槁菪�式流�?dòng)，且筒壁流速較快。一方面，增長(cháng)氣流路徑，有利蒸發(fā);另一方面，使霧滴不易黏在壁上，防止結垢。

　　(3)濃液的噴灑采用多支噴霧噴嘴，采用雙相流霧化噴嘴，雙相流霧化噴嘴可降低霧化粒徑，采用多支噴霧噴嘴，可保證蒸發(fā)器在工作時(shí)有一支噴霧噴嘴處在自清潔狀態(tài)，保證蒸發(fā)器工作的穩定性。

　　(4)采用先進(jìn)的CFD流場(chǎng)模擬技術(shù)，確定適當的噴射位置和噴入角度及噴入量，保證濃縮液的霧化顆粒與煙氣充分接觸，使液滴完全蒸發(fā)。

　　(5)高濕度高鈉鹽成分煙氣摻入原煙氣中，降低了煙塵比電阻，提高了下游除塵器的除塵效率，有一舉兩得的效果。

　　3技術(shù)難點(diǎn)與影響因素

　　該技術(shù)難點(diǎn)在于

　　1)合適的高溫煙氣、低溫煙氣比例，高溫煙氣采用省煤器出口、SCR反應器入口的煙氣，低溫煙氣采用空氣預熱器后的煙氣作為蒸發(fā)濃液水分熱源，如果取用的熱煙氣較多，將會(huì )影響鍋爐的效率，取用熱煙氣較少，不利于濃液蒸發(fā)。

　　2)噴嘴布置位置的選擇，既要使霧滴均勻分散到煙氣中，又要防止霧化液滴噴射到蒸發(fā)器壁上。

　　3)如何防止霧化噴嘴堵塞是技術(shù)難點(diǎn)，廢水濃液鹽分含量高、容易結晶結垢堵塞噴嘴。

　　4煙氣引取位置的影響

　　該技術(shù)引取煙氣的位置有

　　1)省煤器出口，SCR反應器入口

　　2)SCR反應器出口，空預器入口

　　3)空預器出口，電除塵器入口。以上各點(diǎn)的氣體參數見(jiàn)表

　　(1)選擇省煤器出口、SCR反應器入口的煙氣作為熱源，蒸發(fā)1m3的濃縮液(含鹽量為15%，旋風(fēng)分離器出口溫度>120℃)需要熱煙氣量約10,000Nm3，現有300MW機組的廢水量為5～15m3，經(jīng)過(guò)預處理和膜濃縮后濃液的量為1～3m3(膜回收率按80%考慮)，如按照2m3濃水進(jìn)行計算，需要熱煙氣量為2萬(wàn)Nm3，300MW機組的煙氣量約為100萬(wàn)Nm3，選取的煙氣量占總煙氣量的2%。因省煤器出口的NOx含量高，為300~500mg/Nm3，會(huì )使煙囪處的NOx含量上升6～10mg/Nm3。

　　因此該技術(shù)不選擇省煤器出口的煙氣作為熱源。

　　(2)選擇SCR反應器出口、空預器入口處的NOx含量低，不會(huì )影響脫硝效果。此處煙氣溫度在310℃～420℃。以一臺300MW機組為例，假設脫硫廢水濃液為1～3m3(蒸發(fā)器出口煙溫>120℃)，需要熱煙氣量1.0萬(wàn)～3.0萬(wàn)Nm3，300MW機組的煙氣量為100萬(wàn)Nm3，抽取氣體量占總氣體量的1.0%～3.0%，對鍋爐效率有一定的影響：增加煤耗25167kg/h。如果濃液處理量為1m3，蒸發(fā)器的直徑為2m。

　　(3)選擇空預器出口，電除塵器入口。此處煙氣溫度為140℃～150℃，取150℃，如果以一臺300MW機組為例，假設脫硫廢水濃液為1m3(蒸發(fā)器出口煙溫>110℃)，需要熱煙氣量為6萬(wàn)Nm3，處理量為1m3時(shí)，旋風(fēng)分離器的尺寸直徑為5.5m。且因蒸發(fā)器有500～800Pa的壓損，因此需配置一臺風(fēng)機，使投資費用和運行費用均提高。但選取此處的煙氣作為熱源不會(huì )影響鍋爐效率。

　　綜上所述，通過(guò)投資成本、運行穩定及工藝的特點(diǎn)綜合考慮，選擇SCR反應器出口煙氣作為高溫熱源對脫硫廢水濃液進(jìn)行初步蒸發(fā)，選取空預器出口煙氣作為低溫熱源對脫硫廢水濃液進(jìn)行再次蒸發(fā)。

　　霧化噴嘴的影響旋轉式霧化噴嘴

　　旋轉式霧化噴嘴借助了離心力和空氣動(dòng)力而霧化流體，轉盤(pán)式噴嘴主要應用于噴霧干燥設備上，國產(chǎn)離心噴霧機已有定型產(chǎn)品，如N603、N604等。噴霧干燥設備上的轉盤(pán)霧化器又有多種結構形式，如蝶形光滑圓盤(pán)、多管圓盤(pán)(N603、N604屬于此種)、多葉圓盤(pán)、多層圓盤(pán)(也帶噴管)等。圓盤(pán)霧化器，既有液膜式霧化，也有液柱式霧化原理的霧化器，其旋轉體轉速為300020,000r/min，圓盤(pán)圓周速度為60～170m/s，可處理的料液為每小時(shí)幾升至上萬(wàn)公斤，不同料液在不同霧化器上可獲得不同霧滴尺寸，數微米至數百微米。處理能力大、防堵效果好，但需盡可能提高旋轉體的轉速以保證霧化的粒徑，使得霧化范圍大，蒸發(fā)設備的直徑要求較大。

　　二流體霧化噴嘴

　　二流體霧化噴嘴利用壓縮空氣與液體的摩擦，產(chǎn)生均勻和細密的霧化效果，平均的霧化顆粒直徑在50微米以下，主要有內混式和外混式。內混式：氣體、液體在空氣帽和液體帽腔體內部混合霧化，霧化原理為空氣破裂和撞擊，霧化效果理想，但不適合有一定黏性的液體。外混式：氣體、液體在噴出后，利用高速氣流對液體進(jìn)行摩擦產(chǎn)生霧化。霧化原理為摩擦和產(chǎn)生的切向應力，霧化效果一般，尤其適合帶有一定黏性的液體。處理能力小、氣耗量大、霧化粒徑均勻，防堵效果一般。

　　一流體霧化噴嘴

　　單流體霧化噴嘴是一種在醫藥工業(yè)中廣泛應用的霧化方式，液體由泵加壓送入噴嘴，液體在噴嘴旋轉室內高速旋轉，然后從噴嘴的小孔噴出，使液體霧化成細小的液滴。其霧化特性取決于操作壓力和噴嘴的孔徑。一般來(lái)說(shuō)，細孔內外的壓力差越高噴孔越小，霧化的液滴越細，顆粒的分布越均勻;反之壓力差越小、噴孔越大，霧化的液滴越大，顆粒的分布越不均勻。處理能力及霧化效果一般，容易堵塞。不同噴嘴對比見(jiàn)表

　　根據脫硫廢水濃液含鹽量高的特點(diǎn)，以及蒸發(fā)器直徑在3m左右，通過(guò)對比三種霧化噴嘴，該工程選擇處理能力小、霧化效果好、防堵能力適中、霧化形狀為細長(cháng)形的二流體噴嘴(內混式)，其噴嘴霧化如圖

　　旋風(fēng)蒸發(fā)設備的影響霧化噴嘴布置位置的選擇

　　為保證脫硫廢水液滴充分蒸發(fā)，避免未完全蒸發(fā)的液滴腐蝕蒸發(fā)器和電除塵器極板，需使煙氣在蒸發(fā)器里停留10s以上，同時(shí)使霧化噴嘴噴出來(lái)的流體盡可能地不碰壁。因此以旋風(fēng)分離器為參考模型設計蒸發(fā)器，高溫熱源從蒸發(fā)器頂部進(jìn)入，低溫熱源從蒸發(fā)器側部切線(xiàn)進(jìn)入，混合煙氣從蒸發(fā)器底部出去再進(jìn)入電除塵。噴嘴布置在旋風(fēng)分離器的頂部中間位置。

　　蒸發(fā)設備內部件的影響

　　(1)擋板對蒸發(fā)設備內部流場(chǎng)的影響對蒸發(fā)器器壁設置擋板(100mm)前后進(jìn)行流場(chǎng)模擬，圖形見(jiàn)圖

　　通過(guò)對比可知，蒸發(fā)器沒(méi)有設置擋板時(shí)，低溫熱源從側部切線(xiàn)進(jìn)入蒸發(fā)設備，進(jìn)入蒸發(fā)設備后，在慣性和容器壁的作用下開(kāi)始進(jìn)行圓周運動(dòng)，一直旋轉至蒸發(fā)設備的出口，其中越靠近容器壁的切線(xiàn)速度越快，在蒸發(fā)器中心切線(xiàn)速度基本為零，低溫熱源進(jìn)入蒸發(fā)器后，其切向速度沒(méi)有因為流通面積的增大而大幅下降。高溫煙氣從頂部進(jìn)入反應器，高溫熱源在蒸發(fā)器中心切線(xiàn)速度基本上為零，且因低溫煙氣快速旋轉，在蒸發(fā)器中心產(chǎn)生一個(gè)低壓區域，因此高溫熱源和低溫熱源兩者基本上不混合，高溫熱源直接從蒸發(fā)器中心區域流至蒸發(fā)器出口。因低溫熱源整體切線(xiàn)速度過(guò)快，噴嘴噴出來(lái)的液滴在向心力的作用下很快就被甩至容器壁上。在蒸發(fā)器器壁設置100mm擋板時(shí)，低溫熱源從側部切線(xiàn)進(jìn)入蒸發(fā)設備，進(jìn)入蒸發(fā)設備后，在擋板的減速作用下，使切向速度下降，蒸發(fā)器中心不會(huì )產(chǎn)生明顯的低壓區域，高溫煙氣進(jìn)入蒸發(fā)器后被低溫煙氣帶動(dòng)旋轉，因低溫煙氣切線(xiàn)速度下降，噴嘴產(chǎn)生的液滴所受離心力降低，會(huì )跟著(zhù)煙氣旋轉1～2圈后才會(huì )碰壁。具體聯(lián)系污水寶或參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　(2)整流板對蒸發(fā)設備內部流場(chǎng)的影響為避免高溫煙氣直接從蒸發(fā)器中心區域流出蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器上部椎體處設置一篩板，篩板中心開(kāi)孔率為10%左右，四周開(kāi)孔率為30%左右，流程模擬圖如圖8。由模擬圖8可知，高溫煙氣從頂部進(jìn)入，通過(guò)放大氣流截面和煙氣整流裝置，使煙氣流速均勻，速度適當，液體噴灑在此位置，更有利于噴灑的水霧分散。

　　膜+高溫煙氣旋風(fēng)分離技術(shù)與膜+MVR蒸發(fā)制鹽技術(shù)的對比

　　從表3可看出，采用膜+MVR結晶蒸發(fā)技術(shù)產(chǎn)單鹽，設備初次成本高，還需要人工成本，同時(shí)設備轉動(dòng)部件多，設備維修費高，6噸濃液MVR+結晶蒸發(fā)技術(shù)處理的成本比高溫煙氣旋風(fēng)分離處理技術(shù)的成本高很多。同時(shí)MVR+結晶蒸發(fā)技術(shù)設備容易結垢，對脫硫廢水預處理要求高，要求鈣鎂離子濃度≤50mg/L，同時(shí)得到的副產(chǎn)物NaCl純度不穩定，工藝流程復雜。高溫煙氣旋風(fēng)分離處理技術(shù)工藝流程簡(jiǎn)單，轉動(dòng)設備少，無(wú)副產(chǎn)物，無(wú)需專(zhuān)人看守。

　　高溫煙氣旋風(fēng)分離處理技術(shù)充分利用了電廠(chǎng)鍋爐廉價(jià)的高、低溫煙氣作為熱源來(lái)蒸發(fā)脫硫廢水濃液，利用壓縮空氣將脫硫廢水濃液霧化成100μm左右的細小液滴，采用旋風(fēng)蒸發(fā)設備，延長(cháng)了煙氣在蒸發(fā)器中的停留時(shí)間，有利于脫硫廢水濃液霧化液滴充分蒸發(fā)，進(jìn)而不腐蝕煙道和電除塵器極板。脫硫廢水在蒸發(fā)器里蒸發(fā)成水蒸汽進(jìn)入煙氣，水蒸汽在FGD脫硫塔里冷卻下來(lái)，可減少FGD的用水量，整個(gè)FGD工藝再無(wú)排水，可實(shí)現電廠(chǎng)脫硫廢水真正意義上的零排放。同時(shí)水蒸汽進(jìn)入煙氣，可降低煙氣的溫度和灰塵的比電阻，進(jìn)而提高電除塵的除塵效率。此外，水蒸汽進(jìn)入煙氣，提高煙氣的濕度，當煙氣進(jìn)入FGD脫硫塔后，在噴淋層的作用下溫度下降，煙氣的水分冷凝下來(lái)，水相變的過(guò)程中可促進(jìn)PM2.5的凝并，有利于提高吸收塔對粉塵的脫除率。高溫煙氣旋風(fēng)分離處理技術(shù)為脫硫廢水超低排放提供一條安全、可行、工藝簡(jiǎn)單、能耗和投資成本低的新線(xiàn)路。(來(lái)源：谷騰環(huán)保網(wǎng))