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）中文摘要在湿法石灰石洗涤烟气脱硫工艺中，烟气中氯化物的溶解会提高脱硫吸收剂中氯离子的浓度，而氯离子浓度的增加会引起脱硫率下降，并影响石膏品质。因此，必须从脱硫工艺系统中排出一定量的废水并补充新鲜水来降低吸收剂中氯离子的浓度，排出的这部分废水就是脱硫废水。本文主要分析了脱硫产生的废水的水质特点，并介绍了几种国内外主要使用的脱硫废水处理工艺，分析其优缺点。着重对一种新型工艺废水蒸发工艺进行介绍，通过计算验证该方案的可行性，研究该方案的缺点。同时针对某300MW机组进行方案设计及选型，并且分析了该方案的实施对电厂可能造成的影响。关键词：湿法脱硫；脱硫废水；废水处理；蒸发处理毕业设计说明书（论文）英文摘要Title:DesignofthermalpowerplantfluegasdesulfurizationwastewaterevaporationprocessingtechnologyAbstract:Inwetfluegasdesulfurizationprocessoffluegasdesulphurizationtechnology,dissolvedgaschloridewillincreasetheconcentrationofchlorideioninthedesulfurizationabsorbent,andtheincreaseofchlorideconcentrationwilldecreasethedesulfurizationrateandinfluentthequalityofgypsum.Therefore,apartofwastewatermustbedischargedfromthedesulfurizationprocessinthesystemandtoaddfreshwatertoreducetheconcentrationofchlorineionabsorbentinthewastewater,thispartofthewastewateriscalleddischargeddesulfurizationwastewater.Thispapermainlyanalyzesthewaterqualitycharacteristicsofthewastewaterfromproductionofdesulfurization,andintroducessomemostlyusedtreatmentofthedesulfurizationwastewaterprocessofseveraldomesticandabroad,analyzestheadvantagesanddisadvantages.Thisarticleemphaticallyintroducesakindofnewtechnologywhichiswastewaterevaporation,validatethefeasibilitythroughcalculationandanalyzesshortcomingsofthetechnology.Atthesametimedesignaprocessforthe300MWunitandmakesomeselection,andanalyzedtheinfluenceoftheschememayhaveonthepowerplant.Keywords:wetfluegasdesulfurization;desulfurizationwastewater;wastewatertreatment;evaporation目录第一章绪论 11.1选题的背景及意义 11.2废水的来源及危害 31.3废水的水质特征 31.4废水的一般处理方法 41.4.1物理方法 41.4.2化学方法 61.4.3物化方法 61.4.4生物方法 71.5本文研究的内容 8第二章废水处理工艺介绍 102.1现有的废水处理工艺 102.1.1国内典型脱硫除尘处理技术 102.1.2国外典型脱硫废水处理技术 112.2新发展的脱硫废水处理工艺 122.2.1流化床法 122.2.2化学沉淀-微滤膜法 132.2.3废水蒸发处理技术 142.3现有各种技术的优缺点 152.4烟道气蒸发处理技术的发展现状及存在的主要问题 162.4.1烟道气蒸发处理技术的发展现状 162.4.2喷雾蒸发处理技术存在的主要问题 172.5喷雾蒸发处理技术的工艺简介及技术原理 182.5.1工艺简介 182.5.2技术原理及关键问题 20第三章工艺可行性分析 223.1原始数据 223.2烟气量核算 263.2.1理论空气量的计算 263.2.2空气过滤系数α 273.2.3水蒸气量的计算 273.2.4烟气体积计算 283.2.5烟气量计算结果 293.3蒸发水量计算 303.3.1空预器出口烟气成分计算结果 323.3.2热量衡算结果 323.3.3蒸发水量计算结果 333.4可行性分析结论 34第四章设备选型 354.1废水存储及输送系统 354.2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 375.1对电除尘器负荷的影响 375.2对电除尘器结构的影响 375.3对脱硫塔水耗的影响 37第六章结论 38参考文献 39致谢 42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单位：mg/m3（烟气黑度除外）序号燃料和热能转化设施类型污染物项目适用条件限值污染物排放监控位置1燃煤锅炉粉尘全部30烟囱或烟道二氧化硫新建锅炉100200(1)现有锅炉200400(1)氮氧化物（NO2计）全部100200(2)汞及其化合物全部0.032以油为燃料的锅炉或燃气轮机组粉尘全部30二氧化硫新建锅炉及燃气轮机组100现有锅炉及燃气轮机组200氮氧化物（NO2计）新建燃油锅炉100现有燃油锅炉200燃气轮机组1203以气体为燃料的机组或燃气轮机组粉尘天然气锅炉及燃气轮机组5其他气体燃料锅炉及燃气轮机组10二氧化硫天然气锅炉及燃汽轮机组35其他气体然燃料锅炉及燃气轮机组天然气锅炉100氮氧化物（NO2计）天然气锅炉及燃气轮机组100其他气体燃料锅炉200天然气燃气轮机组50其他气体燃料燃气轮机组1204燃煤锅炉，以油、气体为燃料的锅炉或燃气轮机组烟气黑度（格林曼黑度，级）全部1烟囱排放口注：(1)位于广西壮族自治区、重庆市、四川省和贵州省的火力发电锅炉执行该限值。(2)采用W型火焰炉膛的火力发电锅炉，现有循环流化床火力发电锅炉，以及2003年121.2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1pH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。4Ca2+、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] 澄清池澄清池化学反应池脱硫废水 出水澄清池澄清池化学反应池污泥图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化，但由于澄清池出水仍有较多的悬浮颗粒，微滤膜污堵现象比较严重，所以目前仍没有推广。3流化床法该工艺处理效果和费用与传统化学沉淀法基本相当，但是仍产生一定量的污泥，容易对环境造成二次污染，所以目前没有大量使用。4喷雾蒸发处理方法[25]利用特制的蒸发设备来蒸发废水的方法，其优点是有利于废水的零排放。但是该方案投资很高，蒸发设备投资大约每小时一吨出力需要50-70万元，因此基本没有投运的实例。利用烟道气余热来蒸发脱硫废水的方案，有以下五个优点：(1)可以减少传统化学处理法中使用的化学物品，减少药品的投资。(2)现有技术中一般设备较多、投资大、运行维护费用高、设备检修量大，喷雾蒸发工艺可以有效避免这些缺点。(3)运用该技术后，废水中的氯离子在蒸发后会被除尘器捕捉，避免氯离子进入水中形成酸性物质腐蚀设备的问题。(4)废水的蒸发会导致烟道气温度的降低，同时烟气的湿度也有一定程度的提高，都将降低烟气中灰的比电阻，除尘效率得到提高。(5)该方法能真正实现脱硫废水的近零排放。综上所述，该方案不管是理论还是实际中都是可行的，并且该方案跟传统的处理方案相比投资明显小得多，废水基本上完全被蒸发掉，没有有害物质的残留。但是，完全蒸发废水需要一定量的烟气热量，本文将对烟道气能不能在单位时间内完全蒸发脱硫废水进行验证。其次，该方案会导致烟气中一些粉尘发生特性的变化，有可能对后续的设备造成影响。本文也将对这方面的影响进行一些分析。2.4烟道气蒸发处理技术的发展现状及存在的主要问题2.4.1烟道气蒸发处理技术的发展现状目前，基本上电厂里所应用的脱硫废水处理工艺还是传统的化学法，前文提到的烟道气蒸发处理工艺这一提法国内部分中文文献中出现过[26]，但是基本没有应用的实例，常熟电厂对该法进行了初步应用，现如今正在实施中。烟道气蒸发处理废水工艺的关键技术是喷雾干燥技术，该技术至今为止已有一百多年研究应用历史。他是工业中一种常见的干燥技术，能够将溶液、乳浊液等加工成粉状或者颗粒状。该技术在很多领域内都得到了非常广泛的应用。它的基本原理是将溶液雾化之后喷入吸收塔，增加与高温气体的接触面积，非常短的时候内液滴被干燥[27]。强烈的热交换，大部分水迅速被蒸发掉，留下来含水量非常少的固体物质。火电厂脱硫中也有了几十年的应用喷雾干燥技术的历史。该种新型技术是20世纪80年代初出现的。其基本原理是用石灰乳作为脱硫剂，通过雾化器将之喷到喷雾塔，液滴状的石灰乳跟烟气中的二氧化硫接触反应，生成亚硫酸钙和硫酸钙，雾滴被烟道气蒸发掉，最终产物是干燥的亚硫酸钙、硫酸钙、飞灰和未被利用的氢氧化钙混合物。这些最终产物部分在塔内分离，然后随着烟气一起进入除尘器被排出。喷雾干燥法烟气脱硫技术中[28]，浆液表面发生水分的蒸发。蒸发不断进行，液相部分越来越少，固体颗粒在表面形成一个障碍层，限制水分的蒸发和二氧化硫的吸收，直到最后大部分的水分被完全蒸发掉。赵毅等[29]在分析半干法烟气脱硫反应的传热传质和反应过程基础上，建立了单颗粒环形区的脱硫反应模型和水分蒸发模型，得到了水分蒸发时间的计算公式。金玲荣等[30]研究了烟道内冲灰水喷雾烟气脱硫过程中雾滴初始粒径、雾滴初始速度等对吸收效率的影响，建立了一维方向上液滴的动量、质量和能量守恒方程。计算机技术的发展也为该技术的进一步研究提供了可行，国际上通过技术流体力学的运用来建立喷雾干燥的过程模型，取得了相当的成果。Guo[31]等和Langrish等[32]对喷雾干燥的瞬态进行了模拟研究，结果表明时间的变化会影响干燥塔内流场的变化，使得雾滴的运动非常不规则，因此，即使采用相同雾滴条件的设定，也将的到不同干燥过程的干燥颗粒。喷雾干燥技术应用与其他领域已经有了相当不错的成果，并且其研究也在前人的努力下达到了相当高的水平，同时时代的进步也为研究提供了更强有力的技术。将该技术应用到电厂废水的处理中也是一个相当不错的想法，它的可行性还有待我们进一步去实践。2.4.2喷雾蒸发处理技术存在的主要问题利用锅炉尾部烟气余热对脱硫废水进行喷雾蒸发处理，能够实现脱硫废水的零排放，符合节能环保的现实要求。废水液滴在低温烟气中喷雾蒸发处理技术面临的主要问题有如下几点：一、单位时间内排放的脱硫废水能否在单位时间内蒸发完毕。二、脱硫废水雾化液滴群能否在烟气中迅速蒸发完毕，即液滴的完全蒸发时间是该处理技术的关键。三、应用喷雾蒸发处理技术后，会降低烟气温度以及增加烟气湿度，对烟气除尘产生影响。四、烟气喷雾蒸发处理技术不仅会对烟气除尘产生影响，同时还有可能对烟道和除尘器造成腐蚀。2.5喷雾蒸发处理技术的工艺简介及技术原理2.5.1工艺简介废水烟道气蒸发工艺是将脱硫废水雾化后喷入空气预热器（APH）和电除尘器（ESP）间的烟道，利用热烟气使废水完全蒸发，废水中的污染物转化为结晶物或盐类等固体，随烟气中的飞灰一起被电除尘器收集下来，从而除去污染物，实现污水的零排放。目前国外采用该脱硫废水处理工艺的电厂清单参见下表2-4，该工艺在国内尚无完整的应用案例，仅华润常熟电厂在实施中，但类似的思想被应用与味精生产废水、造纸黑液处理中，取得了较好的效果。表2-4国外采用废水烟道气蒸发工艺的电厂时间国别用户机组/MW燃料脱硫效率/%处理废水量/m3/h1982日本KansaiElectricPowerCo.Inc600油913.51982日本KansaiElectricPowerCo.Inc66煤95.40.4-0.81992美国NorthernIndianaPublicServiceCo528煤9518.91997捷克CEZa.s200煤88.41.51998日本NipponpetroleumrefiningCo.ltd149煤99.81.61998日本ShikokuelectricpowerCo.ltd450油964.92003日本COSMOOLCo.ltd223煤99.52.22004日本NipponpetroleumrefiningCo.ltd99煤98.31.6表2-5废水物化处理工艺与烟道气蒸发工艺与烟道气蒸发工艺比较项目烟道气蒸发工艺物化处理工艺所需设备较少较多药剂消耗无需加入多种药剂占地面积很小较大操作环境好较差项目烟道气蒸发工艺物化处理工艺维修简单复杂自动化程度较高一般运行费用较低较高流动相压力对设备的影响较大基本无工艺技术要求较高一般烟道气蒸发工艺与废水物化处理工艺比较如上表所示，同传统的物化法处理工艺相比，该工艺具有工艺简单、占地面积小、投资和运行费用较低、充分利用废热的优点。通过该方案的实施能够在低投入的情况下，实现湿法烟气脱硫废水的零排放，为湿法烟气脱硫废水的处理提供了新的有效的途径。美国能源部“先进湿法烟气脱硫师范项目”中将烟道气蒸发工艺技术作为一个子项目进行工程示范，实施中仅对废水喷入后电除尘器入口的温度进行了测试，以大致确定其蒸发效果。示范工程的运行结果表明，在该使用环境下，压力型喷嘴堵塞严重，而双流体喷嘴则表现良好。尽管该项目只对部分脱硫废水采用了烟道气蒸发工艺进行处理，但该技术证明是可行的。2.5.2技术原理及关键问题针对火电厂湿法烟气脱硫废水处理的研究现状和存在的问题，以及目前节能环保的现实要求，提出了利用锅炉尾部烟道气余热对脱硫废水进行蒸发处理的喷雾蒸发技术。该技术的基本原理是在锅炉尾部烟道区域内设置雾化喷嘴，利用水泵抽取脱硫废水，空压机压缩空气，调节压缩空气与脱硫废水进入雾化喷嘴内的压力比，保证经雾化喷嘴雾化后的液滴速度和粒径在适当范围内，以便雾化液滴在锅炉尾部烟道气中运动过程吸收烟气余热能迅速蒸发成蒸汽，随烟气外排。废水液滴蒸发后，废水中的微米级细小固体颗粒和飞灰固体一起悬浮在烟气中并随烟气进入电除尘器中然后被电极捕捉，随灰一起外排。喷雾蒸发技术实施过程中，首先要保证单位时间内产生的脱硫废水尽可能地在单位蒸发时间内完全蒸发，因此，液滴群蒸发质量及其影响因素是制约喷雾蒸发技术的关键问题之一。其次，脱硫废水的蒸发有其特殊要求，微小雾滴喷入到烟气流后，需在尽量短的时间内完全蒸发汽化，否则未完全蒸发的雾滴会对烟道和电除尘器产生腐蚀。因此，控制雾化液滴的完全蒸发时间也是制约喷雾蒸发技术的关键问题之一。液滴在有相对速度的烟气中运动，受气体气动压力作用有可能发生破碎。研究表明液滴的破碎可适当缩短液滴的完全蒸发时间，因此，液滴气动破碎是影响雾化液滴完全蒸发时间的因素之一。此外，液滴在烟气中蒸发时，受液滴自身特性和烟气特性的影响，液滴完全蒸发时间会发生一定程度的改变。所以，液滴气动破碎特性和液滴蒸发特性同样是制约喷雾蒸发技术的两个关键问题。最后，烟气除尘的除尘效率对烟气特性和烟气中粉尘特性非常敏感。应用喷雾蒸发技术后，烟气特性和烟气在粉尘特性都将发生一定程度的改变，所以烟气除尘也是喷雾蒸发技术的关键问题之一。综合上述分析可知，喷雾蒸发处理技术包括的关键问题有：喷雾蒸发技术中液滴群蒸发质量及其影响因素，喷雾蒸发技术中液滴气动破碎特性、喷雾蒸发技术中液滴蒸发特性和喷蒸发处理技术对烟气除尘的影响等四个方面。第三章工艺可行性分析3.1原始数据表3-1原始数据序号项目符号单位煤种（1）煤质资料1应用基碳份Cy%51.932应用基氢份Hy%2.363应用基氧份Oy%5.884应用基氮份Ny%0.425应用基硫份Sy%0.726应用基灰份AY%30.387应用基水份Wy%8.338低位发热量QyDWkJ/kg19689（2）锅炉型号及参数1锅炉型号SG220/9.8-M6712锅炉制造厂哈尔滨锅炉3蒸发量Dgrt/h920序号项目符号单位煤种4过热蒸汽温度tgr℃5405过热蒸汽压力pgrMpa17.506过热蒸汽焓igrkJ/kg3395.37再热蒸汽流量（出口/进口）Dzrt/h7368再热蒸汽温度（出口）t"zr℃5409再热蒸汽温度（进口）t'zr℃33210再热蒸汽压力（出口）p"zrMpa3.97511再热蒸汽压力（进口）p'zrMpa3.77512再热蒸汽焓（出口）i"zrkJ/kg3538.7313再热蒸汽焓（进口）i'zrkJ/kg3147.7614汽包压力pMpa19.0015排污率αps/0.0116排污水焓ipskJ/kg1749.517给水温度tgs℃28218给水压力pgsMpa19.39219给水焓igskJ/kg1333.60序号项目符号单位煤种20锅炉效率（高位发热量计）ηgl/0.831421锅炉效率（低位发热量计）ηdl/0.924722机械未完全燃烧损失q4%1.0023炉膛过剩空气系数αl/1.1524空预器出口过剩空气系数αky/1.2025空预器进口过剩空气系数αky/1.3325灰渣分配比例Φh%85（3）环境参数1环境温度t0℃202标态下SO2密度kg/Nm32.8563空气中的水质量含量%14空气密度kg/m31.29（4）石灰石品质资料（石灰石矿点）1CaCO3含量%98.2序号项目符号单位煤种2SiO2含量%1.13CaO含量%54.54MgO含量%0.655S含量%0.025（5）脱硫废水参数及组分1废水流量t/h32废水温度℃453H2OKg/h27964CaCl2(l)Kg/h915MgSO4Kg/h156CaSO4•2H2O(s)Kg/h22注：废水中CaCl2、MgSO4、CaSO4•2H2O三者占了废水中除水之外物质总量的65.3%，除水之外物质总质量为196kg/h，而锅炉烟气携带灰分为20570kg/h。3.2烟气量核算烟气是燃料燃烧后的产物，燃料在锅炉内燃烧时，需经过一系列的化学反应，燃烧的实质是燃料与氧气发生化学反应并生成烟气。在现代大型火力发电厂中，煤粉燃烧所用的O2直接来源于空气，为保证充分燃烧，进入炉膛的空气都是过剩的。烟气的主要成分有N2、O2、SO2、水蒸气，还有少量的CO、SO3、H2、CH4和其他碳氢化合物。N2主要来自于空气，少量来源于煤中；O2来源于过剩空气；煤中的碳元素、硫元素与氧化合的生成物主要是CO2、SO2和SO3。另外，少量的CO2、水蒸气存在于过剩空气中，一部分是煤中氢元素与氧反应的生成物，而另一部分是原煤中水分的蒸发，还有一小部分是随空气带入的。CO、CH4、H2和其他碳氢化合物是由于煤的不完全燃烧造成的。SO3的生成是很少量的。在锅炉正常燃烧情况下形成的烟气中，CO、CH4、H2和其他碳氢化合物以及SO3的含量很少，常常被忽略或者只考虑CO。3.2.1理论空气量的计算假定1kg煤完全燃烧，空气中的氧和煤中能参加燃烧的氧（固有氧）全部被耗尽，此时所需要的空气量称理论空气量。计算时相关假定如下：（1）空气仅由N2和O2组成，其体积比为79/36=3.76；（2）燃料中的固态氧可用于燃烧；（3）燃料中的硫被氧化成SO2；（4）计算理论空气量时忽略NOx的生成量。1、碳与氢的作用QUOTE（1）12kg22.4m322.4m（在标准状态下，下同）此式表明，12kgC完全燃烧时，需消耗22.4m3O2，并生成22.4m3CO2，所以1kg碳完全燃烧消耗的O2为22.4/12=1.8667m32、氢与氧的作用QUOTE（2）4.032kg22.4m344.8m3由式2可知，1kgH2燃烧后要消耗O222.4/4.032=5.5556m3。3、硫与氧的作用QUOTE（3）32kg22.4m3由式（3）可知，1kgS燃烧时，需消耗O222.4/32=0.7（m3）。在1kg煤中含有的碳、的氢、的硫，所以1kg煤燃烧时，碳、氢、硫3种元素的需氧量为：。但这些氧并非完全来源于空气，因为1kg煤中还含有的氧，这部分氧可与碳、氢、硫化合，因此，在计算空气需要量时，应将这部分氧量扣除。氧的分子量为32，故kg的氧在标准状态下的体积为。这样1kg煤燃烧所需的O2为由于空气中O2的容积含量为21%，所以，1kg煤燃烧所需的理论空气量为：这是理想状态下燃烧所需的空气量，在实际燃烧过程中所需的空气量αVOi＞VOi。3.2.2实际空气量Voi与理论空气量Voi0之比为空气过量系数αα=Voi/Voi0通常α>13.2.3水蒸气量的计算在标准状态下，空气的密度γoi=1.293kg/m3，空气中水蒸气的含量d=10g/kg，水蒸气的密度为γH2O=0.804kg/m3。1kg煤在理论空气量下燃烧所生成的烟气体积称为理论烟气体积，他包括CO2、SO2、N2和水蒸气等，在理论烟气体积重水蒸气有一下三个来源。A、煤中氢元素的氧化由式2可知，1kgH2完全燃烧后生成44.8/4.032=11.11m3的水蒸气，所以1kg=11.11*Har/100=0.1111Har（m3/kg煤）（4）B、燃煤中的水分，其体积为：=War/100*1/γH2O=0.0124War（m3/kg煤）（5）C、随空气带入的水蒸气其体积为：=d*Voi*γoi/1000*1/γH2O=10*Voi*1.293/1000*1/0.804=0.0161Voi（m3/kg煤）（6）但在实际燃烧过程中，Voi=αVoi0〉Voi0，因此随空气带进去的水蒸气应为：=d*αVoi*γoi/1000*1/γH2O=0.0161αVoi（m3/kg煤）式4、5、6相加即得到烟气中水蒸气的体积：=0.1111Har+0.0124War+0.0161αVoi（m3/kg煤）3.2.4烟气体积计算1、理论烟气体积在理论空气量下，燃料完全燃烧所生成的烟气体积成为理论烟气体积，以Vwfg0表示，烟气成分主要是CO2、SO2、N2和水蒸气。干烟气：除水蒸气意外的成分称为干烟气；湿烟气：包括水蒸气在内的烟气。Vwfg0=Vdfg0+VH2OVH2O=0.111Har+0.0124War+0.0161αVoi（m3/kg煤）2、实际烟气体积VwfgVwfg=Vwfg0+（α-1）Voi3、烟气体积和密度的校正燃烧产生的烟气其T、P总高于标态（273K、1atm）故需转换成标态。大多数烟气可是为理气，故可应用理气方程。设观察状态下：（Ts、Ps下）烟气的体积为Vs，密度为ρs。标态下：（TN、PN下）烟气的体积为VN，密度为ρN。标态下体积为：VN=Vs*QUOTE*QUOTE标态下密度为：PN=ρs*QUOTE*QUOTE美国、日本和国际全球监测系统网的标准态是298K、1atm，在做数据比较时应该注意。3.2.5烟气量计算结果表3-2烟气量计算结果序号项目符号单位计算公式计算结果1耗煤量Bht/h=（Dgr（igr-igs）+αps（i'-igs）+Dzr（izc-izj））/（Qgηg）119.992计算燃料消耗量Bjt/h=Bh*（100-q4）/100118.793理论空气量VoNm3/Kg0.0889（Cy+0.375Sy）+0.265Hy-0.0333Oy5.0704N2理论体积VN20Nm3/Kg0.79V0+0.008Ny4.0095CO2理论体积VCO20Nm3/Kg1.866Cy/1000.9696SO2理论体积VSO20Nm3/Kg0.7Sy/1000.0057RO2理论体积VRO20Nm3/Kg1.866（Cy+0.375Sy）/1000.9748水蒸汽理论体积VH2O0Nm3/Kg0.111Hy+0.0124Wy+0.0161V00.4479烟气的理论体积Vy0Nm3/KgVN20+VRO20+VH2O05.43010空预器出口燃烧产物实际体积（湿烟气）VkyNm3/KgVy0+0.0161（αky-1）V0+（αky-1）V07.13011空预器出口烟气比重r0yKg/Nm3（1-0.01Ay+1.285αkyV0+g）/Vky1.32112空预器出口烟气量QpyNm3/hVky*Bj*1038469273.3蒸发水量计算热量平衡是计算蒸发水量的基础，该喷雾蒸发工艺是将废水用喷头喷到空气预热器与电除尘器之间的烟道中，废水将与烟气接触，传质换热后进入电除尘器。废水完全被烟气的热量蒸发随着烟气一起排出，同时烟气温度也将下降，烟气的湿度达到饱和，为了得到烟气带走的蒸发水量，必须对系统的热量进行计算。考虑到废水增湿后烟气温度要控制在酸露点(101℃)以上，以除尘器入口温度105℃为控制目标，空气预热器出口温度140℃，对该段系统进行热量平衡计算。首先要假设一个绝热系统，从空气预热器出口到除尘器进口这段为绝热系统。进出的物料包括烟气和脱硫废水，固体物成分复杂、含量少，温度变化小没有相变，计算时将其忽略。系统温度较低，和外界温差不大，热为绝热系统的假设可以成立。输入该绝热系统的热量转化为出口烟气焓、蒸发热量。即iyin=iyout+Qeva式中：iyin-入口烟气焓，kJiyout-出口烟气焓，kJQeva-蒸发水热量，kJ入口烟气焓可以由以下公式计算得出：iy=iN2*βN2+iO2*βO2+iH2O*βH2O+iCO2*βCO2式中：iy-烟气焓，kJ/Nm3；iN2-氮气焓，kJ/Nm3；βN2-氮气体积百分数；iO2-烟气焓，kJ/Nm3；βO2-烟气体积百分数；iH2O-水蒸气焓，kJ/Nm3；βH2O-水蒸气体积百分数；iCO2-二氧化碳焓，kJ/Nm3；βCO2-二氧化碳体积百分数。这里忽略了含量极小的SO2、HF、HCl、飞灰对烟气焓的影响.表3-3不同温度下的烟气焓计算公式：气体氮气氧气水蒸气二氧化碳空气a1.294931.30361.493521.600671.31964b-2.24995×10－51.4295×10－41.03812×10－41.05537×10－31.49132×10－5c2.62179×10－71.76927×10－72.39515×10－7-0.69641×10－62.54394×10－7d-1.99753×10-10-2.27605×10-10-1.48184×10-103.19985×10－10-2.14784×10-10e0.64628×10－139.64836×10－143.8325×10－14-0.86062×10-130.74175×10－13f-0.78791×10-17-1.41095×10-17-3.8808×10－170.98001×10－17-0.94692×10-14水蒸汽吸收的热量：Qeva=meva*rtout式中：meva-蒸发水量，kgRtout-tout温度下的汽化热，kJ/kg3.3.1空预器出口烟气成分计算结果表3-4空预器出口烟气成分计算结果序号项目符号单位计算公式计算结果1N2体积VN2Nm3/KgVN20+0.79（αky+∑△α-1）Vo5.45082O2体积VO2Nm3/Kg0.21（αky+∑△α-1）Vo0.38333CO2体积VCO2Nm3/KgVCO200.96904SO2体积VSO2Nm3/Kg0.85*VSO200.00435水蒸汽体积VH2ONm3/Kg0.47633.3.2热量衡算结果表3-5热量衡算结果序号项目符号单位计算结果1入口氮气焓kJ/Nm3181.502入口氧气焓kJ/Nm3185.713入口水蒸气焓kJ/Nm3211.73序号项目符号单位计算结果4入口二氧化碳焓kJ/Nm3242.995入口混合气体焓kJ/Nm3191.746出口氮气焓kJ/Nm3136.007出口氧气焓kJ/Nm3138.638出口水蒸气焓kJ/Nm3158.229出口二氧化碳焓kJ/Nm3178.9410出口混合气体焓kJ/Nm3143.2011水蒸气吸收热量kJ/Nm348.543.3.3蒸发水量计算结果脱硫废水从45℃被加热到105℃，吸收的热量为48.54kJ/Nm3。由此可以计算出蒸发水量。水吸热过程分为三个过程：（1）45℃水被加热到100℃，吸热量为Q1=Cp*m*ΔT=4.2kJ/kg℃*m*（100-45）。（1）（2）100℃液态水被蒸发成100℃水蒸气的汽化潜热Q2=2260kJ/kg*m。（2）（3）100℃水蒸气加热到105℃吸收的热量Q3=Cp*m*ΔT=4.2kJ/kg℃*m*（105-100）。（3）三式相加得出蒸发水吸收的热量Q=Q1+Q2+Q3=4.2kJ/kg℃*m*60+2260kJ/kg*m。水蒸气总共吸收热量值为Q=48.54kJ/Nm3*Qpy=41109837kJ/h。由此得出蒸发水量为m=Q/（252kJ/kg+2260kJ/kg）=16365.381kg/h=16t/h。3.4可行性分析结论由此可以得出初步结论，蒸发水量大于产生的废水量，烟气热量满足废水蒸发所需要的热量，脱硫废水可以被烟道气完全蒸发掉，能够实现废水的零排放。所以该种烟道气蒸发脱硫废水工艺在理论上是完全可行的。第四章设备选型废水烟道气蒸发处理方案的原则性流程图如附录图所示，自脱硫岛排出的废水首先进入废水缓冲箱，然后经由废水泵送至设置在空气预热器与电除尘器之间烟道中的喷嘴中，通过喷枪将废水雾化成细小的液滴，增加其余烟道气的接触面积，以便于废水的充分蒸发。本工艺主要系统及设备选型如下：4.1废水存储及输送系统该系统主要有三种设备：废水缓冲箱、废水泵以及输送管道。1废水缓冲箱废水的流量为3t/h，废水温度45℃。考虑到废水具有弱酸性，因此废水箱内部要有防腐处理。箱体设计为Φ5m*6m，可用体积V=100m3，内部材料碳钢衬鳞片。2废水泵根据可行性验证得出结论，烟道气的热量可以完全蒸发所产生的废水。所以废水泵的选择主要以能将产生的废水送到喷嘴为主。已知条件废水量3t/h，要求泵将其送往空气预热器与电除尘器之间的烟道，该段烟道一般在10m的高度。选用额定流量3t/h，额定扬程15m，电机动率15kw的泵，材料为不锈钢，2台，一用一备。3输送管道为了防止泵的汽蚀，设定泵入口流速为2m/s，废水流量为3t/h，转换成体积流量为3m3/h，由此可以计算出理论上管道直接为23mm。管道选用直径25mm的管道，内部材料碳钢衬鳞片。4.2废水烟道气蒸发系统该系统主要设计两种设备：雾化喷枪和烟道防腐衬里。1雾化喷枪雾化喷枪的主要作用是将废水雾化成液滴，增加其与烟道气的接触面积，以促进其充分蒸发，该工艺选用的雾化介质是压缩空气。根据已知条件得知废水的流量为3t/h，水量非常少，所以选用一个喷嘴即可，喷头采用扇形，角度为45°，喷头材质选用316L不锈钢，该种喷枪的特点有如下几点：1单支枪喷雾量大，最高可达到7t/h2雾化颗粒细 3通径大不易堵塞4安装方便，维护简单5适用于多种水质2烟道内部构件烟道内部主要是为了防腐，由于脱硫废水具有一定的酸性，还有重金属的存在，可能会对烟道产生一定的腐蚀，所以要在烟道内部安装一定的防腐层。这里选用的是碳钢。第五章废水烟道气蒸发处理工艺对下游设备的影响5.1对电除尘器负荷的影响脱硫废水的主要成分有H2O、CaCl2、总溶解物等，固体成分主要是灰分、CaSO4•2H2O、MgF2等，其中的主要污染物是Hg、Ag、Cu、Fe、Ni、Mg等重金属元素，这部分主要来源于工艺水、石灰石浆液和锅炉烟气中，除尘器可以很好的将他们除去，不会受到剧烈的腐蚀。以本文设计的脱硫废水为例：废水流量：3t/h废水温度：45℃废水组分：H2O：2796kg/h，CaCl2(l)：91kg/h，MgSO4(l)：15kg/h，CaSO4•2H2O(s)：22kg/h。废水中CaCl2、MgSO4、CaSO4•2H2O三者占了废水中除水之外物质总量的65.3%，除水之外物质总质量为196kg/h，而锅炉烟气携带灰分为20570kg/h。废水蒸发后灰分只增加了不到1%。由此可以得出结论，废水蒸发带来的灰分的增加能够导致的除尘器的负荷的增加是有一定限度的，可以忽略不计，大部分电厂的除尘器都能满足这一要求。5.2对电除尘器结构的影响该工艺对除尘器性能可能造成的影响也就是因为废水具有一定的酸性，可能对除尘器造成一定量的腐蚀，但是设计中除尘器进口的废水温度控制在了105℃，高于酸露点，因此不会对除尘器造成腐蚀。5.3对脱硫塔水耗的影响因为烟气热量在除尘器之前的损耗，会导致吸收塔内蒸发水量的减少，影响FGD的补水系统，减少的水耗基本与废水量相当。因此不会对脱硫塔系统造成不利影响。第六章结论(1)本文以300MW机组为例，设计参数见表3-1。计算得出的结果，空气预热器出口烟气量为846927Nm3/h，为了防止温度降低到酸露点以下，特设定除尘器进口烟气温度为105℃，根据热量守恒计算得出该烟气所能蒸发的水量为16t/h，原始数据中脱硫废水量为3t/h，因此该方案可以将废水量完全蒸发，该方案是完全可行的。(2)废水中CaCl2、MgSO4、CaSO4•2H2O三者占了废水中除水之外物质总量的65.3%，除水之外物质总质量为196kg/h，而锅炉烟气携带灰分为20570kg/h。废水蒸发后灰分只增加了不到1%。所以该方案对除尘器负荷影响是微乎其微的。(3)设计除尘器进口温度为105℃，高于酸露点，不会对除尘器的结构造成腐蚀。(4)烟气温度的降低会导致脱硫塔内部蒸发水量的减少，减少的这部分水量与废水量是相当的，水量也不大，基本上不会影响到脱硫塔的补水系统。参考文献[1]张志荣.火电厂湿法烟气脱硫废水喷雾蒸发处理方法关键问题研究[D].重庆:重庆大学,2011:8-9.[2]杨宝红,等.火电厂脱硫废水处理试验研究[R].西安热工研究院，2008.[3]周祖飞.湿法烟气脱硫废水的处理[J].电力环境保护,2002,18(6):37-39.[4]StandardTestMethodforOnLineDeterminationofAnionsandCarbonDioxideinHighPurityWaterbyCationExchangeandDegassedCationConductivity[S].2005.[5]HitzelH,ConlinJB.FurtherresultsofcondensatepolishingwithseparatecationandanionexchangersinthedirectaircooledpowerstationMatimbaofESKOM[J].VGBKraftwerkstechnik,1991,71(1):58-61.[6]崔丽，陈颖敏.石灰石-石膏湿法脱硫废水的处理[J].吉林电力，2008,36(2):1-2.[7]韦国平.对火电厂脱硫废水进行单独处理的必要性