基于余热法和冷冻法分盐的脱硫废水全资源化方法和系统，属于高盐废水零排放及资源化利用技术领域。针对现状热电厂、钢铁厂等脱硫废水、高浓缩工艺废水等复杂工业高盐废水，利用各组分的不同温度条件下的溶解度不同，采用烟气余热等余热资源作为驱动热源，对高盐废水进一步浓缩，并首先对易于分盐的组分例如Na2SO4进行结晶分离；再通过冷冻法分离出高纯度十水Na2SO4结晶体；再分盐结晶出高纯度NaCl；残液则喷入烟气干化并由除尘器回收利用；污水蒸发后的二次蒸汽用于预热热网回水或工艺水并实现二次余热利用；二次凝结水则用作除盐水的原水、冷却塔补水等，热源成本接近于零，符合双碳目标下的大幅降低热能及燃料消耗的需要。的需要。的需要。
【技术实现步骤摘要】
基于余热法和冷冻法分盐的脱硫废水全资源化方法和系统
[0001]本专利技术涉及基于余热法和冷冻法分盐的脱硫废水全资源化方法和系统，属于高盐废水零排放及资源化利用
技术介绍
[0002]燃煤火电厂、热源厂、煤化工厂、钢铁厂、水泥厂、化工厂等的大量排烟对环境造成污染，目前多采用湿法脱硫方式处理烟气，以减少NOx和SOx的排放，但又产出了脱硫废水，其脱硫废水的主要成分是CaSO4、Na2SO4、NaCl、NaNO3等杂盐，属于工业固废或危废；同时，现有火电厂的烟气排烟温度较高，存在着较大的能量回收潜力。目前脱硫废水处置方法主要包括蒸发塘结晶、蒸汽驱动蒸发结晶、烟道气喷雾干燥、脱硫废水引入除渣系统以及煤场喷洒等几种方式。但这些方案均属于污染物的转移，并非有效降低污染物对环境的潜在危害，并未实现脱硫废水中水与盐的资源化利用。
[0003]脱硫废水资源化主要在于回收脱硫废水中的盐和水。针对脱硫废水的NaCl和Na2SO4 等的盐回收，主要采用的分盐结晶方式为蒸发结晶和冷冻结晶方式。蒸发结晶一般采用外部蒸汽供热，而冷冻结晶一般只采用制冷机蒸发侧制冷。这种方式耗费了大量的蒸汽和电等高品位能源，导致清洁生产的成本过高，严重影响了推动循环经济发展的积极性。
[0004]与本专利相关的现有技术及存在问题分析如下。
[0005](一)现有技术一的技术方案：CN205473131U公布了一种高浓盐水分质制盐装置。该分质制盐装置包括进水箱201、第一预换热器202、第一主换热器203、蒸发结晶器204、第二干燥器205、冷却塔206、制冷机207、冷冻结晶器208、浓缩结晶器209、第一干燥器210、冷凝器211、蒸馏水箱212、干化器213、第二预换热器214、第二主换热器215。该专利通过蒸发浓缩、冷冻结晶、浓缩结晶和干燥设备，实现了高纯度Na2SO4及NaCl结晶盐的制取，降低高浓盐水对环境的污染，实现了结晶盐的资源化利用。该方案参见附图2所示。
[0006]现有技术一的缺点如下：该方案利用闭式冷却塔以及螺杆式制冷机将浓缩液降温冷却至
ꢀ‑
5℃，以芒硝形式分质提取Na2SO4，再利用冷凝水和150℃低压饱和蒸汽对母液进行进一步浓缩和结晶，制取NaCl结晶盐，实现浓缩液中盐的分离。然而，该专利利用闭式冷却塔和制冷机冷却浓缩液需耗费较大的压缩机、风机电耗，且利用150℃高温蒸汽作为驱动热源实现蒸发浓缩和结晶，存在热能利用品位不匹配问题，从而导致制冷机冷凝热等余热浪费，且设备的运行能耗高。
[0007](二)现有技术二的技术方案：CN111068510A提供了一种脱硫废水分盐零排放协同烟气脱汞系统及方法，所述系统包括预处理和纳滤系统、氯盐溶液余热及烟道喷淋系统、硫酸盐溶液多效蒸馏系统和冷冻结晶系统。该方式通过纳滤装置实现脱硫废水盐分分离，利用氯盐溶液与热泵冷凝器换热，氯盐溶液喷淋至脱硝装置中实现脱汞，而通过蒸发浓缩和冷冻结晶装置，利用热泵蒸发器与硫酸盐换热，回收Na2SO4，实现脱硫废水资源化应用。该方案参见附图3所示。
[0008]其中，方案图中的各个编号名称如下：选择性催化还原脱硝装置301、空气预热器
302、除尘器303、脱硫塔304、烟囱305、三联箱306、溶液增压泵增307、纳滤装置308、离心泵 309、氯盐溶液主溶液阀310、冷凝器311、氯盐溶液旁路阀312、氯盐溶液事故水阀313、喷淋口314、硫酸盐溶液阀315、硫酸盐溶液预热器316、硫酸盐溶液加热器317、多效蒸馏系统318、硫酸盐溶液事故水阀319、硫酸盐冷冻结晶器320、压缩机321、膨胀阀322、事故水池323。
[0009]现有技术二的缺点如下：该专利利用纳滤膜实现Na2SO4和NaCl的分离，纳滤膜可实现一价离子和二价离子的分离，但由于对于高浓度废水，采用膜分离方式，容易造成膜结垢，使用稳定性较差，维护成本较高。除此之外，利用蒸汽及冷凝水进行硫酸盐溶液的加热浓缩，需耗费较多高品位蒸汽进行蒸发浓缩；从较高温度的浓缩母液降温至低温进行蒸发结晶，溶液温降较大，制冷系统制冷量较大，耗电量增加，存在着能量利用不合理的问题；本方案仅实现了Na2SO4盐的回收，且废盐溶液循环处理，会造成循环液中的Na2SO4盐浓度越来越高，增大纳滤膜的结垢风险。
[0010](三)现有技术三的技术方案：CN205473131U公开了一种热泵低温分盐的废水处理装置，包括热泵、蒸发浓缩器、冷冻结晶器。废水进入蒸发浓缩器，利用热泵的冷凝器侧加热蒸发浓缩，而后进入冷冻结晶器，利用热泵的蒸发器侧冷冻降温废水，产生Na2SO4
·
10H2O 晶体，利用离心机将Na2SO4
·
10H2O晶体与废水分离，分离出的母液进入NaCl蒸发结晶器，利用蒸发浓缩器产生的二次蒸汽做NaCl的蒸发结晶以及Na2SO4
·
10H2O的脱水提纯，剩余母液由泵重新送入蒸发浓缩器，与废水混合后进行蒸发浓缩。该方案参见附图4所示。
[0011]其中，方案图中的各个编号名称如下：热泵401、高温端411、低温端412、第一换热器 402A、第二换热器428、蒸发浓缩器403、升温腔431、废水入口432、第一输送管433、第一输送泵434、第二输送管435、第二输送泵436、第三输送管437、第三输送泵438、冷冻结晶器404、降温腔441、冷冻离心机405、固体出料口451、液体出料口452、Na2SO4蒸发结晶器406、Na2SO4蒸发结晶腔461、Na2SO4加热夹层462、第一冷凝水排出口463、Na2SO4 离心机407、液体出料口471、NaCl蒸发结晶器408、NaCl蒸发结晶腔481、NaCl加热夹层 482、第一冷凝水排出口483、NaCl离心机409、液体出料口491、NaCl釜底液排出口492。
[0012]现有技术三的缺点如下：该专利利用Na2SO4溶解度随温度降低显著降低，而NaCl溶解度随温度变化不显著的特点，在低温冷冻结晶析出Na2SO4，高温蒸发结晶析出NaCl，并利用热泵分别为蒸发和冷却过程提供冷量和热量。但由于废水蒸发浓缩所需的热量远大于废水降温冷量，仅采用热泵蒸发器提供冷量进行冷冻结晶时，采用热泵冷凝器无法提供适宜温度和足够的热量进行蒸发浓缩；另一方面，由于同时利用热泵的高温侧进行蒸发浓缩废水，低温侧进行冷冻结晶，浓缩和结晶过程耦合度高，难以实现独立控制；从较高温度的浓缩母液降温至低温进行蒸发结晶，溶液温降较大，对于制冷系统制冷量较大，耗电量增加，存在着能量利用不合理的问题。利用浓缩结晶产生的二次蒸汽直接加热蒸发废水，二次蒸汽需先将 NaCl加热、浓缩至饱和状态再进行结晶，同时进行Na2SO4热熔提纯结晶，二次蒸汽产生量难以满足两部分需求。由于高浓度废液的循环利用，势必造成循环中的废水浓度越来越高，对于蒸发浓缩和冷冻结晶设备均存在较大的结垢风险。因此该方案虽然利用热泵实现了低温分盐废水处理，但仅凭热泵冷凝器难以提供足够热量进行废水蒸发浓缩，热泵效率和盐产率本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于余热法和冷冻法分盐的脱硫废水全资源化方法和系统，其特征在于，所述废水零排放及资源化方法和系统的系统组成包括：中低温烟气余热回收器（1）、烟道喷淋干化装置（2）、除尘器（3）、脱硫塔（4）、低温烟气余热回收器（5）、烟囱（6）、预浓缩设备（7）、第一蒸发结晶器（8）、回热器（9）、冷冻结晶器（10）、第二蒸发结晶器（11）、冷凝水收集设备（12）、热泵机组（13）、供热水泵（14）、热用户（15）；所述预浓缩设备（7）包含预处理装置（71）、单效或多效蒸发器（72），所述第一蒸发结晶器（8）包括真空结晶器（81）、换热器（82）、循环泵（83）、晶浆过滤器（84）、二次蒸汽冷凝器（85），所述冷冻结晶器（10）包括冷冻结晶室（101）、蒸发器（102）、循环泵（103）、晶浆过滤器（104），所述第二蒸发结晶器（11）包括真空结晶器（111）、换热器（112）、循环泵（113）、第二晶浆过滤器（114）、第二二次蒸汽冷凝器（115），所述冷凝水收集设备（12）包括真空泵（121）、储水罐（122），所述热泵机组（13）包括压缩机（131）、冷凝器（132）、节流阀（133）和蒸发器（102）；所述脱硫塔（4）的脱硫废水排出口与预浓缩设备（7）的进料口相连，预浓缩设备（7）的出料口与第一蒸发结晶器（8）的进料口相连，第一蒸发结晶器（8）的出料口与回热器（9）的高温进料口相连，回热器（9）的高温出料口与冷冻结晶器（10）的原液进料口相连，冷冻结晶器（10）的浓缩液出料口与回热器（9）的低温进料口相连，回热器（9）的低温出料口与第二蒸发结晶器（11）的进料口相连，第二蒸发结晶器（11）的第二晶浆过滤器（114）的残液出口与烟道喷淋干化装置（2）的喷雾干化进料口相连，烟道喷淋干化装置（2）的烟气出口与除尘器（3）的烟气进口相通；除尘器（3）设置有干化固体（a）的排料口，所述晶浆过滤器（84）设置有Na2SO4晶体（b）的排料口，所述冷冻结晶器晶浆过滤器（104）设置有Na2SO4
·
10H2O晶体（c）的排料口，所述第二蒸发结晶器第二晶浆过滤器（114）设置有NaCl晶体（d）的排料口；所述中低温烟气余热回收器（1）设置有烟气进、出口和载热介质进、出口，其中烟气出口与烟道喷淋干化装置（2）的烟气进口相通，烟道喷淋干化装置（2）的烟气出口与除尘器（3）的烟气进口相通、除尘器（3）的烟气出口与脱硫塔（4）的烟气进口相通，脱硫塔（4）的烟气出口与低温烟气余热回收器（5）的烟气进口相通，低温烟气余热回收器（5）的烟气出口与烟囱（6）的烟气进...
【专利技术属性】
技术研发人员：石文星，李天成，李先庭，王宝龙，张茂勇，韩志刚，刘士刚，
申请(专利权)人：北京清大天工能源技术研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。