脱硫废水烟道蒸发零排放处理的可行性分析

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Ｖ ｏ ｌ ． ３ ５
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： ／ １ ０． １ １ ８ ３ ５ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ４ ４ ７ ６ ４． ２ ０ １ ３． Ｓ １． ０ ５ ４ ｄ ｏ ｉ － ｊ
脱硫废水烟道蒸发零排放处理的可行性分析
康梅强， 邓 佳佳 ， 陈德奇， 潘良明
（ ） 重 庆 大学 动 力工程学院 ， 低 品 位 能 源 利用 技术 及系 统 教育部 重点实 验 室 ； 重庆 ４ ０ ０ ０ ４ ４ 摘 要： 为了研究 脱 硫 废 水 在 烟 道 内 蒸 发 处 理 的 可 行性 ， 建立 了 液 滴 在 烟 道 中 运 动、 蒸 发 等 过 程 的 数 学 模 型， 研究了 烟 道 结构 、 烟 气 温 度 和 喷 雾 粒 径等 参数对 于 脱 硫 废 水 蒸 发 特 性 的 影 响 。 得 到 了 各 个 工 况 下 的 液 体 蒸 发 状 态 ， 并对不 同 颗 粒 直径 下 和 不同 烟 气 温 度 下 的 未蒸 干 液体 量 进行了 综 合 优 化 和 定 量 分析 ， 建立了相应的计算关系式。研究结果 表明 ， 脱 硫 废 水 烟 道 蒸 发 零 排 放 处 理 方 法 是 切 实 可 行的 。 该 研究为进 一步 的工程 应 用 提 供 了 支 持 。 关键词 ： 烟气脱硫； 废水处理； 零排放； 数值模拟 （ ） 中图分类号 ： Ｘ ５ ２ 文献标志码 ： １ ６ ７ ４ ４ ７ ６ ４ ２ ０ １ ３ Ｓ １ ０ ２ ３ ８ ０ ３ 文章编号 ： － － －
１ １］ 。 文章采用数值模拟方法 ， 报道 ［ 对脱硫废水的烟 道 蒸 发 过
程进行了研究 ， 确 定 了 合 理 的 喷 雾 粒 径 和 烟 气 温 度 范 围， 为
珔 珔 珔 珔 珔 ｕ ｕ ｕ ｕ ｕ ｉ ｉ ｉ ［（ ｊ ｊ ｐ ρ ） ］－ ＋ ρ ＝－ ＋ ＋ μ ｔ ｘ ｘ ｘ ｘ ｘ ｉ ｊ ｊ ｊ ｊ
： Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ａ ｍ ａ ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｄ ｒ ｏ ｌ ｅ ｔ ｍ ｏ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｅ ｖ ａ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ａ ｓ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｔ ｏ ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｔ ｈ ｅ ｆ ｅ ａ ｓ ｉ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｏ ｆ ｐ ｐ ｇ ｙ ｙ ， ｄ ｅ ｓ ｕ ｌ ｆ ｕ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗ ａ ｓ ｔ ｅ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｅ ｖ ａ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｄ ｕ ｃ ｔ ．Ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｃ ｈ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｄ ｕ ｃ ｔ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｔ ｈ ｅ ｆ ｌ ｕ ｅ ａ ｓ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｓ ｐ ｇ ｐ ｇ ； ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｌ ｉ ｕ ｉ ｄ ｄ ｒ ｏ ｌ ｅ ｔ ａ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｚ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｓ ｏ ｆ ｅ ｖ ａ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｌ ｉ ｕ ｉ ｄ ｄ ｒ ｏ ｌ ｅ ｔ ｓ ａ ｒ ｅ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｖ ａ ｒ ｉ ｏ ｕ ｓ ｔ ｅ ｍ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｑ ｐ ｙ ｐ ｑ ｐ ｐ ， ｗ ｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ． Ｍ ｏ ｒ ｅ ｏ ｖ ｅ ｒ ａ ｆ ｕ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ｃ ｏ ｍ ｒ ｅ ｈ ｅ ｎ ｓ ｉ ｖ ｅ ｏ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｈ ａ ｖ ｅ ｂ ｅ ｅ ｎ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ｏ ｎ ｕ ａ ｎ ｔ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｇ ｐ ｐ ｙ ｑ ｕ ｎ ｅ ｖ ａ ｏ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｕ ａ ｎ ｔ ｉ ｔ ａ ｓ ｌ ｉ ｕ ｉ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｖ ａ ｒ ｉ ｏ ｕ ｓ ｆ ｌ ｕ ｅ ｔ ｅ ｍ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｄ ｒ ｏ ｌ ｅ ｔ ｄ ｉ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ．Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｉ ｓ ａ ｒ ｏ ａ ｃ ｈ ｏ ｆ ｐ ｑ ｙ ｇ ｑ ｐ ｐ ｐ ｐ ａ ｓ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｓ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｄ ｅ ｓ ｕ ｌ ｆ ｕ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗ ａ ｓ ｔ ｅ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｂ ｆ ｌ ｕ ｅ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｓ ｆ ｅ ａ ｓ ｉ ｂ ｌ ｅ ． Ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｓ ｕ ｏ ｒ ｔ ｉ ｎ ｆ ｕ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｖ ａ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｐ ｙ ｙ ｐ ｐ ｐ ｐ ｐ ｇ ｆ ｏ ｒ ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ． ｇ ｇ ： ；ｗ ； ； ａ ｓ Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓｆ ｌ ｕ ｅ ｄ ｅ ｓ ｕ ｌ ｆ ｕ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｓ ｔ ｅ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ ｚ ｅ ｒ ｏ ｄ ｉ ｓ ｃ ｈ ａ ｒ ｅ ｎ ｕ ｍ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ － ｇ ｇ ｙ 火电厂燃煤产生的大气 中国是以火力发电为主的 国 家 ， 污染严重危害 自 然 环 境 和 人 类 健 康 。 为 了 减 少 二 氧 化 硫 排 放， 中国大部分火电厂都安装 了 烟 气 脱 硫 系 统 ， 其中石灰石 石膏湿法烟气 脱 硫 系 统 应 用 最 为 广 泛 ， 约占已安装 Ｆ Ｇ Ｄ机 组容量的 ９ ０％ 。 该系统在运行时会产生一定 量 的 脱 硫 废 水 ，
第３ ５ 卷增刊
康梅强， 等： 脱 硫 废 水 烟 道 蒸 发 零 排 放 处 理 的 可 行性 分析
２ ３ ９
珔 ｕ ２ ［（ （ ｊ （ ） ） ］ ２ ｕ ′ ｕ ′ － ＋ρ ｉ ｉ ＋Ｆ ｉ ｇ ｊ） ρ μ ｘ ３ ｘ ｘ ｉ ｊ ｊ ） 式（ 中， 因为雾滴与的烟气 流 场 的 相 互 影 响 ， 文章采用颗粒 ２
Ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｆ ｅ ａ ｓ ｉ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｏ ｆ Ｄ ｅ ｓ ｕ ｌ ｆ ｕ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｗ ａ ｓ ｔ ｅ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｙ ｙ Ｅ ｖ ａ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ ｉ ｎ Ｆ ｌ ｕ ｅ Ｇ ａ ｓ Ｄ ｕ ｃ ｔ Ｗ ｉ ｔ ｈ ｏ ｕ ｔ Ｐ ｏ ｌ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｄ ｉ ｓ ｃ ｈ ａ ｒ ｅ ｐ ｇ
随机轨道模型描述烟气与雾滴颗粒相互之间的作用 。 能量守恒方程 ： ｃ Ｔ） ｕ ｃ ｕ ′ ＣｐＴ ′） Ｑ ＋ ＝ ＋ω ｓ ｓ ｐ ｊ ｐ Ｔ） ｊ （ （ ρ ρ ρ ｔ（ ｘ ｘ ｊ ｊ （ ） ３ ） 式（ 中计入了因为雾滴颗粒蒸发所导致的能量输运 。 ３ 组分 （ 包括 Ｏ 方程 ： Ｈ２Ｏ、 Ｃ Ｏ ２、 ２ 和 Ｎ ２ ４ 种组分 ）
的处理 方 法 有 多 种
［ ］ ２ ４ －
， 应用最广泛的是物理化学处理方
］ ５ ７ － ， 法［ 但该 方 法 工 艺 复 杂 ， 运 行 成 本 高， 且无法去除氯离 ］ ８ ９ １ ０］ － 。 而烟道处理技术 ［ 子［ 可采用雾化喷嘴将电厂 脱 硫 废 水
进行雾化 ， 喷入 电 厂 空 预 器 与 电 除 尘 器 之 间 的 烟 道 内 ， 利用 烟道内高温烟气将雾化后的废 水 液 滴 蒸 干 ， 形成细小固体颗 粒结晶随烟气灰尘进入电除尘 器 被 电 极 捕 捉 ， 进入除尘器灰 斗随灰外排 ， 达到 脱 硫 废 水 零 排 放 的 目 的； 而该方法由于担 心如液滴蒸干等 问 题 对 电 除 尘 可 能 潜 在 的 危 害 而 在 工 程 上 还未广泛应用 ， 国外 仅 见 美 国 Ｂ ａ ｉ ｌ ｌ ｙ电 站 使 用 该 方 法 的 少 量
收稿日期 ： ２ ０ １ ３ ０ ６ ０ ４ － － ） 基金项目 ： 国家自然科学基金 （ ５ １ ２ ０ ６ １ ９ ９ ， （ ） 。 作者简介 ： 康梅强 （ 男， 硕士生 ， 主要从事火电厂污染控制研究 ， １ ９ ８ ７ Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ｃ ｎ ｅ ｎ ｕ． ｅ ｄ ｕ． ｃ ｎ －） ＠ｃ ｇ ｑ
） 式（ 中， ， １ ０ ｃ ｋ∞ ∞ 表示气体 定 压 比 热 容 ， ｐ ｐ 表 示 液 滴 密 度， ρ 表示气相导热率 。
２ 关键工艺参数对脱硫废水蒸发的影响
某电厂 ６ ０ ０ ＭＷ 火 力 发 电 机 组 静 电 除 尘 器 烟 道 结 构 如 图 １ 所示 。 从空 预 器 出 来 的 烟 气 在 进 入 除 尘 器 之 前 被 分 成 两个烟道 ， 分别为连接除尘器 １ 的 弯 曲 长 烟 道 和 连 接 除 尘 器 直短烟 ２ 的直短烟道 。 该除尘器弯曲 长 烟 道 长 度 为 ２ ８． ５ ｍ， 宽 度 为 ５． 高 度 为 ４． 道长 度 为 １ １． ４ ｍ， ４ ｍ， ２ ｍ。 该 电 厂
第３ ５ 卷增刊 ２ ０ １ ３年６月
土 木 建 筑 与 环 境 工 程 ，Ａ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ ｒ ｃ ｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ＆Ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｇ
１］ 。脱硫废水 废水中含有多种污染物 ， 排 放 前 必 须 进 行 处 理［
工程实际应用提供了支持 。
１ 数学模型
通过 Ｃ Ｆ Ｄ 方法模拟喷雾以及喷雾液滴在空预器与静电 除尘器之间的烟道内的运动 以 及 蒸 发 过 程 。 在 模 型 中 ， 烟气 传 热、 传质过程通过流体连续性方 与废水液滴之间 的 运 动 、 程、 动量方程和能 量 方 程 描 述 ； 而液滴的相变过程则通过带 液滴表面蒸 发 以 及 液 滴 沸 腾 的 颗 粒 轨 道 模 型 来 描 述 。 在 动量守恒方 Ｃ Ｆ Ｄ 计 算 中 用 到 的 数 学 模 型 包 括 连 续 性 方 程、 ） ） 程、 能量守恒方程和组份方程 ， 如式 （ 所示 。 １ ４ ～（ 连续性方程 ： ρ＋ ｕ 珔 ＝ Ｓｍ ｉ） （ ρ ｔ ｘ ｉ ） 式（ 中 Ｓｍ 项会由于蒸发过程产生质量源项 。 １ 动量守恒方程 ： （ ） １