火电厂湿法烟气脱硫废水蒸发处理技术的方案设计毕业设计

火电厂湿法烟气脱硫废水蒸发处理技术的方案设计毕业设计说明书（论文）中文摘要
毕业设计说明书（论文）英文摘要
目录
第一章绪论 (1)
1.1选题的背景及意义 (1)
1.2废水的来源及危害 (3)
1.3废水的水质特征 (3)
1.4废水的一般处理方法 (4)
1.4.1 物理方法 (4)
1.4.2 化学方法 (6)
1.4.3 物化方法 (6)
1.4.4 生物方法 (7)
1.5本文研究的内容 (8)
第二章废水处理工艺介绍 (9)
2.1现有的废水处理工艺 (9)
2.1.1 国内典型脱硫除尘处理技术 (9)
2.1.2国外典型脱硫废水处理技术 (11)
2.2新发展的脱硫废水处理工艺 (12)
2.2.1流化床法 (12)
2.2.2化学沉淀-微滤膜法 (13)
2.2.3废水蒸发处理技术 (14)
2.3现有各种技术的优缺点 (14)
2.4烟道气蒸发处理技术的发展现状及存在的主要问题 (15)
2.4.1 烟道气蒸发处理技术的发展现状 (15)
2.4.2 喷雾蒸发处理技术存在的主要问题 (17)
2.5喷雾蒸发处理技术的工艺简介及技术原理 (17)
2.5.1 工艺简介 (17)
2.5.2 技术原理及关键问题 (19)
第三章工艺可行性分析 (21)
3.1原始数据 (21)
3.2烟气量核算 (25)
3.2.1 理论空气量的计算 (25)
3.2.2 空气过滤系数α (26)
3.2.3 水蒸气量的计算 (27)
3.2.4 烟气体积计算 (27)
3.2.5 烟气量计算结果 (28)
3.3蒸发水量计算 (29)
3.3.1空预器出口烟气成分计算结果 (31)
3.3.2热量衡算结果 (32)
3.3.3蒸发水量计算结果 (32)
3.4可行性分析结论 (33)
第四章设备选型 (34)
4.1废水存储及输送系统 (34)
4.2废水烟道气蒸发系统 (35)
第五章废水烟道气蒸发处理工艺对下游设备的影响 (36)
5.1对电除尘器负荷的影响 (36)
5.2对电除尘器结构的影响 (36)
5.3对脱硫塔水耗的影响 (37)
第六章结论 (37)
参考文献 (38)
致谢 (41)
第一章绪论
1.1选题的背景及意义
随着社会的进步和经济的发展，人类对电力的需求也在逐年增长。

电力需求量的大幅增长，电力建设也必将加快速度，预计到2020年我国的电厂机组总装机容量将达到10亿千瓦[1]。

目前我国的能源结构以煤炭为主，我国发电装机容量中火电容量占75%以上，火电机组又以燃煤机组为主，电力行业是燃煤大户。

这种局面在今后相当长的时间内不会改变。

随着全国装机容量的大幅增长，火电耗煤的消费量也将逐步增长。

煤炭是以中国低品位的化石能源，中国的煤炭中杂质较多，含硫量也较高，大气中排放的二氧化硫90%来自于燃煤。

二氧化硫跟NOx形成的酸雨严重影响了社会经济的发展和对公众的健康和人民的生活造成了很大的影响。

火电厂排放的大气污染物必须进行控制[2]，不然将直接影响我国电力行业和大气环境质量的可持续发展。

为此国家环境总局和国家质量监督检验检疫总局于2011年发布了新修订的国家污染物排放标准《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）。

(见表1-1)
目前火电厂脱硫的主要途径有三种：
(1)燃烧前脱硫；主要有物理化学洗煤法、煤的汽化与液化、水煤浆(代油然燃料)、微生物脱硫法等。

(2)燃烧中脱硫；主要有炉内加固硫剂、LIMB喷钙技术、LIFAC烟气脱硫工艺等。

(3)燃烧后脱硫(FGD烟气脱硫)；主要有氨法、有机碱法、钙法、石灰石-石膏法、喷雾式半干法FGD、粉煤灰式干法FGD、氢氧化钠湿法FGD等。

还有一些应用不是很广的新型工艺：等离子体干法技术、电子束照射脱硫、脉冲电晕法、海水脱硫等。

其中燃烧后脱硫即烟气脱硫为最主要使用的工艺[3]。

烟气脱硫按工艺特点可分为湿法、半干法和干法三类。

湿法烟气脱硫以其速度快、设备简单、效率高等优点为大多数火电厂使用，占脱硫装机容量的80%以上。

而其中又以石灰石-石膏法实用业绩最多、运行状况最稳定、技术最成熟。

用该法进行脱硫会
产生少量的脱硫废水[4]，废水中含有很多杂质以及极具污染的重金属，其中很多是国家环保标准中要求严格控制的第一类污染物，因此必须对其进行处理达标后才能排放[5]。

表1-1 火力发电锅炉及燃气轮机组大气污染物排放浓度限值
3
1.2废水的来源及危害
脱硫系统排放的废水一般来自石膏脱水和清洗系统：石膏水力旋流器的溢流水、废水旋流器的溢流水或是真空皮带过滤机的滤液[6]。

煤炭中大多含有氯离子，在炉膛中燃烧后以HCl的形式进入烟气中，经过脱硫塔的喷淋，氯离子在塔底浆液中不停累积；吸收塔内水分蒸发需用工艺水或者除雾器补水，其中也含有一定量的氯离子。

因此在烟气脱硫装置中氯离子浓度不断增高。

氯离子在浆液中的浓度过高，会导致SO2的脱除效率降低。

因为氯离子浓度比较高时，Ca离子就会跟氯离子形成CaCl2化合物，抑制碳酸钙的溶解，降低液相的碱度，从而严重影响SO2的脱除效率。

同时，氯离子具有一定的腐蚀性。

越高浓度的浆液腐蚀能力越强，这就要求与之接触的设备具有一定的抗腐蚀能力，氯离子的浓度越高所要的材料抗腐蚀能力越强，大大增加了设备的投资，影响了电厂的经济性。

另外，浆液中杂质也会影响生产的石膏的质量，脱硫系统内的微细粉尘主要来之烟气中携带的粉尘、石灰石中的惰性物质、停止生长的小石膏晶体及工艺水中的杂质等。

基于以上这些原因，必须要维持吸收塔内浆液的氯离子保持在一定的数值范围以内并控制杂质的量，为此就必须要排出一定量的废水。

常规的要求是吸收塔内氯离子浓度控制在10000mg/L，并尽量维持低运行值。

1.3废水的水质特征
1 pH值
pH值一般低于6.0，呈现弱酸性。

2 颗粒细小的悬浮物
主要为粉尘及脱硫产物等。

悬浮物含量很高，大部分可以直接沉淀。

3 重金属离子
来源于脱硫剂和煤。

电厂的电除尘器对小于0.5um的细颗粒脱除率很低，而这些细颗粒富集重金属的能力远高于细颗粒，因此脱硫系统入口烟气中含
有相当多的汞、铜、铅、镍等重金属元素以及砷、氟等非金属元素，在吸收塔洗涤的过程中进入FGD浆液内富集[7]。

石灰石中也存在重金属，如Hg、Cd等。

4 Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、SO32-、CO32-、铅、铁等含量也较高[8]
其中，汞、砷、铅、镍等均为我国严格限制排放的物质，属于对人体、环境产生长远不利影响的第一类污染物。

例如汞不仅毒性大，而且是最易挥发的重金属元素，在大气中的平均停留时间长达1-2年，非常容易通过长距离的大气运输形成全球性的汞污染。

因此必须对脱硫废水进行处理。

1.4废水的一般处理方法
脱硫废水的处理方法按照原理基本可以分为四类，分别是物理法、化学法、物化法及生物法四大类。

1.4.1 物理方法
根据不同原理分为重心分离法、筛滤调节法、重力分离法、均衡调节法等几种。

主要作用是除掉脱硫废水中的悬浮物，对污染物本身性质不会造成影响[9]。

重力分离法
该法主要利用重力，污染物的密度大于水因而下沉，然后与水分离的方法叫做重力分离法。

其中又可以细分为三种方法：沉沙法、沉淀法和除油法。

沉淀法是将污水中可以沉淀部分分离出来的简单经济的有效办法。

根据污水中可以沉淀部分物质的特性，沉淀法可分为下述四中类型：
1 自由沉淀
这类沉淀主要适用于悬浮物浓度低的废水，沉淀过程中颗粒之间互不干扰，其形状、大小及密度等物理性质不发生变化，颗粒各自进行沉淀。

2 絮凝沉淀
在沉淀过程中，悬浮物颗粒相互粘合，结合成大的絮凝体而加快下沉，颗粒的质量、形状及沉速是变化的。

主要有二次沉淀池及化学絮凝沉淀等。

3 集团沉淀
当污水中的悬浮物的质量浓度超过5000mg/L时，每个颗粒都会跟周围的颗粒集合起来形成共同沉淀的现象，典型的例子就是活性污泥。

4 压缩沉淀
当废水中悬浮物颗粒浓度特别高时，固体颗粒之间相互挤压，上面的颗粒会挤压下层颗粒使其内部水分被挤出，压缩颗粒致其体积变小。

典型的例子主要有二沉池的污泥斗和污泥浓缩池。

筛滤法
利用栅格、筛网或者过滤介质截止悬浮颗粒的方法称为筛滤法。

主要有格栅法、筛网法、过滤法等多种方法。

1 栅格法
在污水流经的渠道上安装一组平行的金属栅条制成的框架，粒径大的悬浮物被拦截下来，一般此法是污水处理的第一道工序。

2 筛网法
筛网法就是利用一个筛网，污水中难以沉淀的细小悬浮物将被格栅截留的方法。

3 过滤法
废水经过由石英砂、石榴石、无烟煤等为滤料组成的滤池，其间的悬浮物被截留下来。

重心分离法
废水在存储的容器中旋转，产生的离心力会将污染物分离出去，这样的方法叫做重心分离法。

主要分为旋流分离器法和离心机法。

1 离心机法
该法可以除去废水中的乳油、纸浆及纤维等，采用的是用各种分离机来分离脱硫废水中的污染物。

2 旋流分离器法
该法又主要分为两种。

一种是利用水泵将废水加压压入旋流器内应用重心分离的方法；还有一种是靠进水口和出水口的压头差来实现离心分离的方法。

均衡调节法
调节均衡法是污水处理的不可缺少的重要方法。

它可均衡调节污水水量
与水质，使污水处理达到稳定，平衡运转。

1.4.2 化学方法
化学方法是现在很多电厂主要使用的废水处理工艺，主要是利用化学反应，处理回收污水中的污染物，或将其毒性转移的方法[10]。

1 中和处理
调整电厂排放的酸性废水或碱性废水的pH，使其达到中性状态。

2 化学氧化
该法的主要措施是想污水中投加氧化剂，利用氧化还原反应分解水中的污染物，去除废水中溶解的有机物及无机物。

3 化学还原
该法与化学氧化法具有相同的机理，同样是利用化学反应来达到净水的目的。

4 化学沉淀
投加化学药剂使之与污水中的污染物反应生成难溶的沉淀物而去除掉，主要去除水中的重金属离子。

5 电解
利用电解原理，使废水中的有毒有害物质咋阴阳极上分别发生氧化和还原反应而转化为无毒无害物质实现净水的目的。

6 消毒
利用物理或化学方法，灭杀废水中病菌及有毒有害微生物的方法。

1.4.3 物化方法
该方法主要利用的是物理化学原理，去除废水中溶解的污染物[11]。

1 混凝
向废水中投加混凝剂，其是电解质可水解形成带电的胶团，所带电荷与废水中胶体的电荷相反，在电中和的作用下，不稳定的废水中的胶体物质形成大絮状颗粒而下沉，然后被分离。

2 澄清
该法主要是在澄清池中设置一层悬浮泥渣层，充当介质，当投加了混凝剂的原水通过泥渣层这一层介质的时候，原水中的悬浮物被吸附在悬浮泥渣层上，由此将原水澄清。

3 吸附
污水中的污染物会被多孔固体物质吸附从而被净化。

4 离子交换
利用离子交换剂中的交换离子的作用，交换去除废水中的污染物离子的方法。

5 气浮
向废水中通入空气，产生微小气泡，粘附在废水中的微小的悬浮物颗粒上，使颗粒相对密度降低而上浮分离。

6 萃取
将溶剂投入到废水中，因为该溶剂具有吸收废水中污染物的能力，因此能够将不溶于水的污染物与废水分离开来，继而回收有用的部分。

7 蒸发
加热废水，使废水中的某些物质会挥发出来，从而与废水分离。

8 结晶
降温冷却，将废水中具有结晶性能的固体溶质以晶体状态析出回收。

除了以上比较常用的物化方法，还有吹脱、汽提、扩散渗析、电渗析、反渗析、超滤等方法。

1.4.4 生物方法
该方法利用的是生物的代谢氧化，将废水中溶解性的有机物氧化降解，其根据微生物对氧的习性可分为好氧生物法和厌氧生物法两大类。

生物法的主要方法是好氧生物法，因为他处理效率较高。

好氧生物法又可分为生物膜法和活性污泥法。

厌氧生物法主要应用领域是在消化污泥和处理有机污水[12]。

其中生物法又可根据是否经过人工强化分为自然生物法及人工生物法两类。

前者分为土地处理法及氧化塘；后者分为好氧活性污泥法、生物膜法及厌氧消化法。

目前工艺废水处理过程中已广泛应用生物法[13]。

1活性污泥处理法
该法主要用活性污泥来净化污水。

活性污泥是由真菌、细菌、原生动物和后生动物组成的絮状泥粒，其具有强烈的吸附氧化和分解有机物的能力。

在供氧曝气的条件下，通过微生物的代谢作用，一部分有机物被吸附氧化分解为CO2、H2O等无害物质，一部分物质代谢合成细胞原生质[14]。

活性污泥的主要优点在于净化效果，卫生条件及产生的轻微臭气,广泛应用与城市污水和工业污水的处理上。

但是也存在着一些缺点：产生的污泥量大，对水质、水量的波动较敏感。

2 生物膜法
当碎石、炉渣或者塑料蜂窝等固体填料被废水连续冲刷时，在其表面会形成一种生物膜，这种生物膜因为其繁殖者大量的微生物，所以他们能够吸附氧化分解水中的有机物，这样的方法叫做生物膜法。

3 氧化塘
该方法是将废河道、峡谷地带、沼泽等通过人工手段将他们改成池塘，塘内的自然生物有净化污水的能力。

这种方法能够充分利用当地的地形优势，节省初期的设备投资，运行管理的费用也比较低。

同时这种方法也受着气候和光照制约。

4 土地处理
将污水直接排到土地上，土壤和植物系统具有过滤吸附、微生物代谢分解的作用能够将废水净化，该系统充分利用了污水中的营养成分，为农作物提供养分，同时该法也有着比较低的成本。

缺点是该法受气候和光照的制约比较明显。

1.5本文研究的内容
本文将着重对现在国内外使用的废水处理工艺进行介绍，分析其优缺点。

并重点对一种新型的能够实现废水零排放的工艺-废水烟道气蒸发处理工艺进行研究，探讨其实施的可行性，讨论该工艺系统的设计和设备的选型问题，以及分析该工艺会不会对原有脱硫系统的正常运行造成不利影响。

第二章废水处理工艺介绍
2.1现有的废水处理工艺
2.1.1 国内典型脱硫除尘处理技术
1废水中和
反应池由三个隔槽组成，每个隔槽充满后自流进入下个隔槽，脱硫废水
进入第一个隔槽的同时加入一定量的石灰浆液，通过不断搅拌，调整废水pH 值，其pH值从5.5左右升至9.0以上，在调整酸碱度的同时，为后续处理工艺环节创造适宜的反应条件；
2 重金属沉淀
加入石灰浆液、有机硫化物等化学物质。

在加入碱液使废水的pH上升到9左右时，大多数重金属离子均形成了难溶氢氧化物，同时石灰浆中的Ca2+与废水中的部分F-反应，生成CaF2；与As3+络合生成Ca(AsO3)3等难溶物质。

此时仍有Pb2+、Hg2+等离子存在，他们和加入的有机硫化物反应形成难溶的硫化物沉积下来。

机械搅拌创造了合适的反应梯度使废水中的大部分重金属与加入的沉淀剂反应形成难溶沉淀物并沉降下来[15]；
3 絮凝反应
通过投加一定比例的絮凝剂和适宜的反应条件，使得废水中的大部分细小分散的颗粒、胶体物质和悬浮物凝聚成大颗粒沉淀下来，同时在废水反应池的出口加入阳离子高分子聚合电解质作为助凝剂，降低颗粒的表面张力，强化颗粒的长大过程，进一步促进氢氧化物和硫化物的沉淀。

沉淀物通过沉清池予以去除[16]；
4 浓缩澄清
加入絮凝剂使沉淀浓缩成为污泥，污泥被送至灰场堆放。

废水的pH和悬浮物达标后直接外排，否则将其送回废水反应池继续处理。

其工艺流程图见图2-1
图2-1脱硫废水加药处理工艺流程图
2.1.2国外典型脱硫废水处理技术
1 酸碱度调节
现在废水中加入石灰乳或其他碱性化学试剂NaOH等，将pH值调整至6-7，为后续处理工艺创造良好的技术条件，同时在该环节可以有效去除氟化物和部分重金属。

然后加入石灰乳、有机硫和絮凝剂，将pH升至8.5左右，这时重金属会以氢氧化物的形式沉淀下来[17]。

2 去除汞、铜等重金属
活泼金属除外，许多金属的氢氧化物的溶解度较小，故沉淀分离成为了一种比较实用的分离重金属的方法。

脱硫废水中去除重金属一般也采用的这种方法如添加NaOH来产生能够沉淀下来的氢氧化物使之沉淀[18]。

由于金属氢氧化物的容积在不同pH条件下相差较大，所以反应时应该严格控制其pH 值。

在处理脱硫废水过程中，一般控制pH在8-9之间，这个pH范围可以使得一些重金属，如铜、铁、镍、铅和铬生成氢氧化物沉淀[19]。

对于汞、铜等重金属，一般加入硫化钠等可溶性硫化物，以产生Hg2S、CuS[20]等沉淀，这两种沉淀物质溶解度都很小，很容易沉淀以便除去。

对于汞使用硫化钠，只要添加少量S2-(小于1mg/L)，就可以对浓度小于10ug/L的汞产生作用。

为了改善金属析出过程，制备一种能良好沉淀的泥浆，一般可使用三价铁盐如FeCl3及一般为阴离子态的絮凝剂。

通过以上两级处理，即可使重金属达标排放。

还有一些用的比较少工艺，以Ca(OH)2代替NaOH，反应过程中同时产生CaF2、CaSO3、CaSO4沉淀物，由此可以分离出亚硫酸盐、氟化物、硫酸盐等盐类物质。

波兰RAFAKO公司采用Steinmullerj[21]技术，他们认为，使用Ca(OH)2溶液，通过加助凝剂、絮凝剂还可沉淀CaCl2分离出Cl-。

另外，一些德国的公司，使用同样有选择作用的TMT（Timer～capto-trianzin）代替Na2S来沉淀分离汞，这种工艺相对操作简单。

2.2新发展的脱硫废水处理工艺
2.2.1流化床法
近几年来，丹麦，德国试图取代化工厂流化床脱硫废水处理沉淀池，并取得很好的效果。

丹麦学者首先提出了流化床法的概念，最开始的作用是对去除水溶液中溶解性重金属的研究，如灰场渗滤液和地下水。

其原理为：废水通过流化床时，由于其含有二价锰、亚铁离子和氧化剂(如O2、H2O2、KMnO4等)，因此金属载体上会不停的吸附亚铁离子和二价锰，之后氧化剂的氧化使他们变成二氧化锰和氢氧化铁，他们都对无机溶解性离子具有很强的吸附性，这种覆盖层的连续增加，使得被吸附的可溶性的离子形成颗粒沉降下来。

该工艺过程中产生的污泥浓度可以达到 2.5-3.0kg/l，脱水的水量低于20%，相比传统的化学沉淀法，污泥量流化床法将产生小于25%。

火力发电厂的烟气脱硫废水中含有大量的二价锰和亚铁离子，向流化床系统中加入高锰酸钾能将二价锰和亚铁离子氧化，形成二氧化锰和氢氧化铁，覆盖在金属表面，由此可以除掉废水中的重金属。

该工艺的主要设备有缓冲池、循环池和流化床，石英砂作为流化床的调料，图2-2为流化床法的工艺流程图。

图2-2 流化床法工艺图
该工艺的流程如下：首先经过缓冲池，由顶部进入流化床，同时NaOH、
KMnO4溶液和循环池回流液等也一起进入,在流化床中废水进行混合、反应,进入循环池后上清液排放掉。

重金属的去除率会受到pH值和废水流速的影响。

最好的条件下,该工艺对Ni、Cd、Zn等重金属离子的去除率能达到很高的比例。

脱硫废水中存在的大量Cl-,能与Hg离子形成复杂的络合物,因此Hg的去除效率比较低,采取两个流化床串联的方法,可以更好的去除掉废水中的重金属。

[22]。

2.2.2化学沉淀-微滤膜法
分别利用亲水和疏水微滤膜对化学沉淀后的脱硫废水进行深度处理。

该法处理效果好，能满足高要求的排放标准，操作简单可以实现自动化，但由于澄清池出水仍有较多的悬浮颗粒，微滤膜堵塞现象比较严重，所以目前仍没有推广。

在很多发达国家,他们对废水的排放控制的相当严格,传统的化学沉淀法无法达到他们对废水的要求,因此,G.D.Enoch等一干人对实际的脱硫废水,采用对比试验验证亲水和疏水微滤膜对脱硫废水的处理效果,图2-3是工艺流程图[23]
脱硫废水出水
污泥
图2-3微滤膜法工艺流程
把NaOH或Ca(OH)2和Na2S等物质加入到化学沉淀池中,大部分存在于废水中的重金属会与他们反应生成难溶沉淀,把反应完的废水通入澄清池中,由于重力的作用,大部分悬浮颗粒和难溶于水的物质沉淀下来,澄清池出水进入微滤反应池,剩余的悬浮物和金属化合物在微滤池中被截留下来,淡水穿过微滤膜进入蓄水池,其他的浓度较高的回到澄清池。

这种方法去除废水中的重金属等非常有效,经过这种方法处理的废水，他的各项指标都符合西方发达国家对脱硫废水处理严格的要求。

2.2.3废水蒸发处理技术
该种工艺的提出一开始有两种方案[24]，一种方案是通过设置专门的蒸发和干燥装置，其作用是将脱硫废水分离成高品质的水和固体废物。

由于蒸发设备投资比较高，该方案的投资很高.因此目前该方案仅是一种设想而已，没有相关研究的报告；另一种方案是将脱硫废水通过压缩空气与之混合进入喷嘴雾化喷入电除尘器和空气预热器之间的烟道，雾化液滴群吸收烟气余热在烟道中迅速蒸发，废水蒸发后剩余物主要包括重金属、杂质和各种金属盐，其中重金属主要是Pb、Cd、Cr、Ni、Hg、Co、Cu、Al、Zn和Mn等，杂质主要是石膏和飞灰，金属盐主要是碳酸钙和亚硫酸钙。

这些微米级细小固体颗粒物和灰一起悬浮在烟气中并随烟气进入除尘器，在电除尘器中随着灰分一起外排，因为脱硫废水中固体量和各种金属盐含量极低，对灰的物性及综合利用不会产生影响。

这一方案目前华润常熟电厂在试用，具体效果还有待观察。

本文将对这种工艺进行重点介绍，并对废水蒸发处理工艺进行初步设计，分析其可行性。

2.3现有各种技术的优缺点
目前，鉴于脱硫废水水质的特殊性，以及各个电厂自己发展状态的不同，上述脱硫废水处理方法在各自电厂得到了不同程度的应用，它们各自的优缺点如下：
1 传统的化学沉淀法。

该方法是目前采用最多的方法，不仅能对副产品石膏进行综合利用，提高了火力发电厂的经济性，而且处理后的水质已经达到较高的标准。

但是，随着环保要求的逐步提高，经化学沉淀方法处理后的废水氯离子(目前尚无化学药剂可以去除氯离子)仍无法去除，并且氯离子具有在偏酸性水环境中腐蚀性大的特点，导致处理后的废水无法进入系统回收，而且也打不到排放标准。

因此，随着环保标准的提高，该方法在未来废水处理中收到限制。

2 化学微滤-微滤膜法
该处理工艺效果好，能满足高要求的排放标准，操作简单可以实现自动。