火电厂烟气SO3与脱硫废水协同处理系统及方法
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申请日 2020.09.28
公开（公告）日 2021.01.12
IPC分类号 C02F9/10; C02F1/16; C02F1/52; B01D53/78; B01D53/50; C02F103/18
摘要
本发明提供了一种火电厂烟气SO3与脱硫废水协同处理系统及方法，所述协同处理系统包括：脱硫废水提镁模块，通过向脱硫废水中投加碱溶液，制备氢氧化镁粉体，同时收集脱镁后的脱硫废水；炉内SO3脱除模块，通过向SCR反应器和/或空预器中投加脱硫废水提镁模块制备的氢氧化镁粉体脱除SO3；旁路烟气脱硫废水喷雾干化模块，抽取来自SCR反应器出口的高温烟气，干化脱镁后的脱硫废水，处理后的烟尘排至除尘器。该系统可同时进行烟气SO3与脱硫废水的协同处理，具有初投资省、综合运行费用低、工艺简单、生产弹性大等特点。
权利要求书
1.一种火电厂烟气SO3与脱硫废水协同处理系统，其特征在于，所述协同处理系统包括：
脱硫废水提镁模块，通过向脱硫废水中投加碱溶液，制备氢氧化镁粉体，同时收集脱镁后的脱硫废水；
炉内SO3脱除模块，通过向SCR反应器和/或APH中投加脱硫废水提镁模块制备的氢氧化镁粉体脱除SO3；
旁路烟气脱硫废水喷雾干化模块，抽取来自SCR反应器出口的高温烟气，干化脱镁后的脱硫废水，处理后的烟尘排至除尘器。
2.根据权利要求1所述的协同处理系统，其特征在于，所述脱硫废水提镁模块包括：
一级缓冲池，用于将脱硫岛排出的脱硫废水做沉降处理；
第一提镁单元，用于收集一级缓冲池排出的上清液，并添加碱溶液和絮凝剂，进行第一次氢氧化镁的沉降；
第二提镁单元，用于收集第一提镁单元排出的上清液，并添加碱溶液和絮凝剂，进行第二次氢氧化镁的沉降；
压滤干燥单元，用于汇总一级缓冲池、第一提镁单元和第二提镁单元的沉降物，并进行压滤和干燥，制备氢氧化镁粉体。
3.根据权利要求2所述的协同处理系统，其特征在于，所述第一提镁单元包括第一提镁加药装置和第一碱基药剂贮存装置；
所述第一碱基药剂贮存装置用于贮存碱溶液和絮凝剂；
所述第一提镁加药装置用于收集一级缓冲池排出的上清液，并将第一碱基药剂贮存装置内的碱溶液和絮凝剂投加到一级缓冲池排出的上清液中。
4.根据权利要求2所述的协同处理系统，其特征在于，所述第二提镁单元包括第二提镁加药装置、第二碱基药剂贮存装置、高效过滤器和反冲洗装置；
所述第二碱基药剂贮存装置用于贮存碱溶液和絮凝剂；
所述第二提镁加药装置用于收集第一提镁单元排出的上清液，并将第二碱基药剂贮存装置内的碱溶液和絮凝剂投加到第一提镁加药装置排出的上清液中；
所述高效过滤器和反冲洗装置均设置在第二提镁加药装置内，过滤效果为：SS＜200mg/L。
5.根据权利要求4所述的协同处理系统，其特征在于，所述炉内SO3脱除模块包括：
第一SO3脱除单元，位于SCR反应器的烟气入口处，通过投加压滤干燥单元产生的氢氧化镁粉体对烟气进行第一次SO3脱除；
第二SO3脱除单元，位于APH的烟气入口处，通过投加压滤干燥单元产生的氢氧化镁粉体对烟气进行第二次SO3脱除；
所述第一SO3脱除单元和第二SO3脱除单元可分开进行工作，也可以同时工作。
6.根据权利要求5所述的协同处理系统，其特征在于，所述旁路烟气脱硫废水喷雾干化模块包括：
SDE，提供空间，使得SCR反应器排出的旁路烟气进入；
二级缓冲池，用于收集第二提镁单元排出的上清液，并通过喷淋方式进入SDE，再进行干化处理。
7.一种火电厂烟气SO3与脱硫废水协同处理,包括上述权利要求1-6之一所述的协同处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1：脱硫废水提镁模块制备氢氧化镁粉体，通过投加碱溶液，将镁离子置换为氢氧化镁，氢氧化镁为不溶性固体，提取后利用废热或者余热烘干，作为脱除SO3的吸收剂；
S2：旁路烟气脱硫废水喷雾干化模块抽取来自SCR出口的高温烟气，干化未经浓缩减量处理的废水，处理后的烟尘排至除尘器，完成脱硫废水的零排放处理；
S3：炉内SO3脱除模块投加制备的氢氧化镁干粉，分别脱除SCR反应器和APH内的SO3，完成对烟气中的SO3脱除。
8.根据权利要求7所述的协同处理方法，其特征在于，所述S1具体包括：
S11：在一级缓冲池内将脱硫岛排出的脱硫废水做沉降处理；
S12：在第一提镁单元中收集一级缓冲池排出的上清液，并添加碱溶液和絮凝剂，进行第一次氢氧化镁的沉降；
S13：在第二提镁单元中收集第一提镁单元排出的上清液，并添加碱溶液和絮凝剂，进行第二次氢氧化镁的沉降；
S14：收集汇总一级缓冲池、第一提镁单元和第二提镁单元的沉降物，并进行压滤和干燥，制备氢氧化镁粉体。
9.根据权利要求7所述的协同处理方法，其特征在于，所述S3具体包括：
S31：SCR反应器接收锅炉炉膛产生的含有SO3的烟气；
S32：第一SO3脱除单元在SCR反应器的烟气入口处，投加压滤干燥单元产生的氢氧化镁粉体进行第一次SO3脱除；
S33：SCR反应器排出的烟气进入APH；
S34：第二SO3脱除单元在APH入口处，投加压滤干燥单元产生的氢氧化镁粉体进行第二次SO3脱除，完成对烟气中的SO3脱除；
所述S22和S24可以分开进行也可以同步进行。
10.根据权利要求7所述的协同处理方法，其特征在于，所述S2具体包括：
S21:SCR反应器排出的旁路烟气进入SDE；
S22:在二级缓冲池内收集第二提镁单元排出的上清液，并通过喷淋方式进入SDE；
S23:再进行干化处理，完成脱硫废水的零排放。
说明书
一种火电厂烟气SO3与脱硫废水协同处理系统及方法
【技术领域】
本发明涉及燃煤锅炉废水及烟气处理技术领域，尤其涉及一种火电厂烟气SO3与脱硫废水协同处理系统及方法。
【背景技术】
随着环保力度的加大，火电厂烟气中SO3气体的治理和脱硫废水的治理日益得到重视。但因为二者的物理特性、产生过程均完全不同，所以二者治理的技术路线不同，二者的治理是孤立的、割裂的。
首先看烟气中SO3气体的治理。虽然烟气中SO3气体的含量很少，仅占总硫的1～5％，但是危害不小，从宏观上看它是酸雨形成的主要原因，也是大气二次气溶胶的重要组成(二次气溶胶对中国大气环境PM2.5贡献率达30～77％)。从微观上看它是电厂有色烟羽的主要诱因之一，会导致烟气酸露点升高，造成APH(空预器)等低温设备腐蚀、积灰、堵塞，降低了锅炉效率、甚至危及机组的安全运行。
烟气中SO3来源于SO2的氧化，SO2/SO3转换有两个来源，一是高温转化(在炉膛内)，约0.5～2.5％，二是催化剂转化(SCR内)，约0.5～1.5％，具体总量因燃烧煤种而异。但总体看我国低硫煤储量少，燃用高硫煤的火电厂较多，现阶段SO3含量偏高，一般单台机组30～80mg/m3。
现阶段脱除烟气SO3方法，主要分为三种：炉膛法、炉外法和尾部脱除法。
炉膛法通常是从炉膛顶部喷入碱性吸收剂。碱性吸收剂常用的有钠、钾等碱金属以及钙、镁等碱土金属吸收剂。这类炉膛法主要有三个缺点，一是药剂消耗量较大，因为高温环境下脱除SO3的同时也会脱除一部分SO2。药剂消耗量大，还会降低粉煤灰的品质；二是碱性吸收剂吸收脱SO3后生成的硫酸盐往往会降低灰熔点，导致炉膛结焦；三是只能脱除炉膛内的SO3，对SCR反应器内生成的SO3没有脱除能力，整体效率不能保证。
尾部法主要在除尘器、脱硫岛上“做文章”，如增设低温电除尘器、改造湿法脱硫系统、增设湿式电除尘器、改电除尘器为电袋除尘器或者袋式除尘器等。总的看来这类模式对SO3的脱除效果显著，但投资巨大、运行费用高昂，而且对APH的硫酸氢铵(ABS)积灰与堵塞问题的改善却毫无作用。
炉外法是新近发展起来的一种方法。主要在SCR反应器和APH(空预器)入口处同时或者分别投加不同的碱性吸收剂，进行脱硫(SO3)。目前吸收剂主要为氢氧化镁、氢氧化钙、碳酸氢钠、碳酸钠、天然碱等，脱除率依次为氢氧化镁(75.3％)、碳酸氢钠(69.7％)、氢氧化钙(55.1％)和碳酸钠(52.8％)，天然碱效果与碳酸钠接近。这些碱性吸收剂亦有一些缺陷，如氢氧化镁价格昂贵，碳酸氢钠容易出现结焦、造成SCR催化剂“中毒”，氢氧化钙会改变粉尘比电阻、影响尾部的电除尘器除尘效率，而且这类吸收剂只能以干粉的型式，需要研磨细化，增加了成本；而碳酸钠不宜应用于APH(空预器)的脱硫，因为会生产部分硫酸氢钠，硫酸氢钠和硫酸氢铵(ABS)一样，粘性大、容易造成APH积灰和堵塞。
其次看脱硫废水的治理。
锅炉烟气湿法脱硫(石灰石/石膏法)过程产生的废水主要来源于脱硫吸收塔排放水、石膏脱水工艺清洗水和清洗系统。
其主要特点有以下几点：
(1)废水偏弱酸性，pH值在5～7之间。悬浮物非常高(以石膏颗粒为主)，最高可达数万mg/L；
(2)总溶解固体TDS含量高(约在20000-90000mg/L)，钙离子、镁离子、钠离子、氯离子、硫酸根离子、亚硫酸根离子等含量高，重金属、氟化物、氨氮、COD等指标超标，使得废水中盐的回收困难。受溶解度的影响，其中钙离子含量在1000mg/L以下，而镁离子含量却较高，最低都在4000mg/L以上；
(3)排放量规模小。根据《火电厂湿法烟气脱硫技术手册》，燃煤含氯为0.05％时，维持浆液中Cl-浓度不超过20000mg/L，此工况下300MW、600MW和1000MW机组单台脱硫废水量的设计值分别为4m3/h、7m3/h和12m3/h。据现场实测，大部分电厂的实际排放量平均要高出70％左右，即分别为7m3/h、12m3/h和20m3/h。
随着国家与地方环保标准的提高，脱硫废水的近零排放要求日益增长，其相关技术的发展很快。从处理成品的性质看，脱硫废水的近零排放技术可分为分盐工艺和混盐工艺。两种技术路线都可简化为三个模块：预处理→浓缩减量→固化结晶。
分析分盐工艺。分盐工艺就是先对废水作调质(pH)和全软化处理，去除可能影响浓缩减量模块正常作业的钙镁离子；然后进入浓缩减量模块对废水作进一步的处理，这个模块可以是膜法浓缩，也可以是热法浓缩；最后进入结晶器对处理后的浓缩尾液做结晶分盐处理。全过程产生的净水和凝结水回用，部分浓水和母液可能需要外排或者再用热法集中干化作混盐处理。
总的看来，分盐工艺需要投加较大量的碱基药剂、产生大量的含盐污泥，而且分盐的工艺链很长、系统庞大而复杂，更为重要的是成品无机盐的附加值较低、不可能形成规模化生产。因此，投资大和运维费高的特点，使得分盐工艺的应用受到了较大的限制。
相应的，混盐工艺的应用更为普遍。混盐工艺就是抽取SCR出口的高温烟气，利用高温烟气将废水或者浓缩减量后的废水进行干化处理，形成的混盐灰渣随烟气直接进入除尘器与粉煤灰掺混。但为了防止APH的积灰与堵塞，高温烟气的抽取量一般不宜超过3％。
以某2×350MW热电机组为例，BMCR工况下单台机组SCR出口烟气量约在1408666kg/h，烟温为360℃，如果抽取3％烟气量，约4.2万kg/h，大约可以干化2.6m3/h废水。按目前废水的产生量，3％的烟气量显然不能满足直接干化所有废水。因此，现有的混盐工业路线，均需对废水先作浓缩减量处理，再做热法固化结晶。而浓缩减量处理，其处理过程中面临的问题与分盐工艺的技术路线是一样的。因此，混盐工艺，亦存在投资大和运维费高的特点。
综上所述，现阶段烟气SO3的治理与脱硫废水的零排放处理系统是孤立的、割裂的，背离了国家倡导的“能源综合利用”的发展原则。一方面烟气SO3治理过程中，需要消耗大量的碱性吸收剂。而氢氧化镁效果虽然最佳，但迫于成本的原因，多使用副作用明显的碳酸钠或者氢氧化钙为吸收剂；另一方面废水的治理过程中，为去除镁离子，又大量使用了碱性药剂，成本居高不下。而且大量的镁离子被抛弃，又造成了再次污染。
二者孤立、割裂的后果，就是造成了需要建设两套治理系统、重复建设，增加了投资，重复投药、浪费严重、增加的生产成本，工艺也复杂、增加了运维费用。
因此，有必要研究一种烟气SO3与脱硫废水协同处理系统及方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。
【发明内容】
有鉴于此，本发明提供了一种烟气SO3与脱硫废水协同处理系统及方法，该系统可在火电厂、造纸厂等含有燃煤锅炉的工矿企业中使用，可同时进行烟气SO3与脱硫废水的协同处理，具有初投资省、综合运行费用低、工艺简单、生产弹性大等特点。
一方面，本发明提供一种烟气SO3与脱硫废水协同处理系统及方法，所述协同处理系统包括：
脱硫废水提镁模块，通过向脱硫废水中投加碱溶液，制备氢氧化镁粉体，同时收集脱镁后的脱硫废水；
炉内SO3脱除模块，通过向SCR反应器和/或APH中投加脱硫废水提镁模块制备的氢氧化镁粉体脱除SO3；
旁路烟气脱硫废水喷雾干化模块，抽取来自SCR反应器出口的高温烟气，干化脱镁后的脱硫废水，处理后的烟尘排至除尘器。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述脱硫废水提镁模块包括：
一级缓冲池，用于将脱硫岛排出的脱硫废水做沉降处理；
第一提镁单元，用于收集一级缓冲池排出的上清液，并添加碱溶液和絮凝剂，进行第一次氢氧化镁的沉降；
第二提镁单元，用于收集第一提镁单元排出的上清液，并添加碱溶液和絮凝剂，进行第二次氢氧化镁的沉降；
压滤干燥单元，用于汇总一级缓冲池、第一提镁单元和第二提镁单元的沉降物，并进行压滤和干燥，制备氢氧化镁粉体。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一提镁单元包括第一提镁加药装置和第一碱基药剂贮存装置；
所述第一碱基药剂贮存装置用于贮存碱溶液和絮凝剂；
所述第一提镁加药装置用于收集一级缓冲池排出的上清液，并将第一碱基药剂贮存装置内的碱溶液和絮凝剂投加到一级缓冲池排出的上清液中。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第二提镁单元包括第二提镁加药装置、第二碱基药剂贮存装置、高效过滤器和反冲洗装置；
所述第二碱基药剂贮存装置用于贮存碱溶液和絮凝剂；
所述第二提镁加药装置用于收集第一提镁单元排出的上清液，并将第二碱基药剂贮存装置内的碱溶液和絮凝剂投加到第一提镁加药装置排出的上清液中；
所述高效过滤器和反冲洗装置均设置在第二提镁加药装置内，过滤效果为：SS＜200mg/L。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述炉内SO3脱除模块包括：
第一SO3脱除单元，位于SCR反应器的烟气入口处，通过投加压滤干燥单元产生的氢氧化镁粉体进行第一次SO3脱除；
第二SO3脱除单元，位于APH的烟气入口处，通过投加压滤干燥单元产生的氢氧化镁粉体进行第二次SO3脱除；
所述第一SO3脱除单元和第二SO3脱除单元可分开进行工作，也可以同时工作。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述旁路烟气脱硫废水喷雾干化模块包括：
SDE，提供空间，使得SCR反应器排出的旁路烟气进入；
二级缓冲池，用于收集第二提镁单元排出的上清液，并通过喷淋方式进入SDE，再进行干化处理。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种火电厂烟气SO3与脱硫废水协同处理,所述方法包括以下步骤：
S1：脱硫废水提镁模块制备氢氧化镁粉体，通过投加碱溶液，将镁离子置换为氢氧化镁，氢氧化镁为不溶性固体，提取后利用废热或者余热烘干，作为脱除SO3的吸收剂；
S2：旁路烟气脱硫废水喷雾干化模块抽取来自SCR出口的高温烟气，干化未经浓缩减量处理的废水，处理后的烟尘排至除尘器，完成脱硫废水的零排放处理；
S3：炉内SO3脱除模块投加制备的氢氧化镁干粉，分别脱除SCR反应器和APH内的SO3，完成对烟气中的SO3脱除。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，，所述S1具体包括：
S11：在一级缓冲池内将脱硫岛排出的脱硫废水做沉降处理；
S12：在第一提镁单元中收集一级缓冲池排出的上清液，并添加碱溶液和絮凝剂，进行第一次氢氧化镁的沉降；
S13：在第二提镁单元中收集第一提镁单元排出的上清液，并添加碱溶液和絮凝剂，进行第二次氢氧化镁的沉降；
S14：收集汇总一级缓冲池、第一提镁单元和第二提镁单元的沉降物，并进行压滤和干燥，制备氢氧化镁粉体。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S3具体包括：
S31：SCR反应器接收锅炉炉膛产生的含有SO3的烟气；
S32：第一SO3脱除单元在SCR反应器的烟气入口处，投加压滤干燥单元产生的氢氧化镁粉体进行第一次SO3脱除；
S33：SCR反应器排出的烟气进入APH；
S34：第二SO3脱除单元在APH入口处，投加压滤干燥单元产生的氢氧化镁粉体进行第二次SO3脱除，完成对烟气中的SO3脱除；
所述S22和S24可以分开进行也可以同步进行。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S2具体包括：
S21:SCR反应器排出的旁路烟气进入SDE；
S22:在二级缓冲池内收集第二提镁单元排出的上清液，并通过喷淋方式进入SDE；
S23:再进行干化处理，完成脱硫废水的零排放。
与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：
(1)无需对废水进行精密的预处理，大大降低了预处理的难度；
(2)利用废水中的镁离子脱除烟气中的SO3，增加了废水中镁离子的附加值；
(3)氢氧化镁是最优的脱硫(SO3)吸收剂，较其它采用的吸收剂而言，脱硫效率最优而无副作用。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
发明人 （邓志强;陈艳;李圣轶;）
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