一种废水浓缩余热回用装置及方法
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种废水浓缩余热回用装置及方法。
背景技术
我国绝大多数电厂采用石灰石湿法脱硫技术脱除烟气中的二氧化硫，在运行中产生的脱硫废水因成分复杂、污染物种类多，成为燃煤电厂最难处理的废水之一。目前，国内主要采用化学沉淀法处理脱硫废水，俗称三联箱沉淀处理法，但是该方法处理出水含盐量较高，氯离子含量高，直接排放后容易造成二次污染。
为了实现脱硫废水的零排放，越来越多的学者开始研究脱硫废水深度处理工艺，如蒸发+结晶工艺相结合、预处理系统+蒸发浓缩系统相结合、预处理系统+结晶蒸发+分离干燥相结合、MVR蒸发结晶工艺等，深度处理工艺可以实现废水中水的的回用，产生可回收盐，但是也还存在很多问题，如回收盐品位低、蒸发过程需要用较高品质的蒸汽，末级二次蒸汽品质太低，只能通过公用冷却系统将热量排向大气，能耗高、投资大，废水进行浓缩减量会使大量水分进入脱硫系统，导致脱硫塔蒸发量减少，甚至影响脱硫塔水平衡，处理废水量受到烟气温度和负荷限制。
中国专利文献CN207002312U公开了一种脱硫废水低温蒸发处理系统，该系统包括废水加热系统、废水闪蒸处理系统、闪蒸蒸汽冷却系统、废水加热热源系统，脱硫装置的脱硫废水输出管连接废水闪蒸处理系统，废水闪蒸处理系统连接废水加热系统，废水闪蒸处理系统中的脱硫废水流经废水加热系统被加热后，进入废水闪蒸处理系统的喷淋闪蒸机构进行闪蒸；废水闪蒸处理系统的闪蒸蒸汽分两路管路分别连接闪蒸蒸汽冷却系统和废水加热热源系统；闪蒸蒸汽冷却系统接入闪蒸蒸汽和冷源，进行蒸汽冷却和凝结水回收，该处理系统用到的蒸汽为中品质蒸汽，且蒸汽耗量较大，二次蒸汽热量不能完全回收，热量损失严重。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的脱硫废水进行减量浓缩需要大量高品质蒸汽、能耗高、热量损失大等缺陷，从而提供一种废水浓缩余热回用装置及方法。
为此，本发明提供了以下技术方案。
本发明提供了一种废水浓缩余热回用装置，包括连通的脱硫单元和废水浓缩系统，废水浓缩系统包括连通的废水池、废水加热器、闪蒸罐和冷凝器，所述废水浓缩余热回用装置还包括低加凝结水系统，所述低加凝结水系统与所述废水浓缩系统连通，所述低加凝结水系统包括，
发电机组，与所述废水加热器连通，以使来自发电机组的部分第一换热介质与来自废水池的废水在所述废水加热器中换热；
凝汽器，与所述发电机组连通，以使来自发电机组第三换热介质凝结成液体；所述凝汽器与所述冷凝器的冷媒进口连通，来自凝汽器的部分液体作为冷媒与来自闪蒸罐的第二换热介质在冷凝器中换热，换热后的冷媒从冷凝器的冷媒出口排出至低加凝结水系统；
第一低加加热器，分别与所述凝汽器和所述发电机组连通，以使来自凝汽器的部分液体与来自所述发电机组的部分第一换热介质在所述低加加热器内换热；
若干个连通的高加加热器，与所述发电机组和所述第一低加加热器连通。
所述废水加热器与所述凝汽器连通，以使在废水加热器中换热后的第一换热介质在凝汽器中凝结成液体；或，
所述废水加热器还与工艺补水单元连通，以使废水加热器中换热后的第一换热介质凝结成水用于工艺补水。
所述低加凝结水系统还包括依次连通的第二低加加热器、第三低加加热器和第四低加加热器，所述第二低加加热器分别与所述第一低加加热器和所述冷凝器连通，以使来自第一低加加热器的液体和来自冷凝器的冷媒进入低加凝结水系统回收再利用。
所述高加加热器与低加加热器之间设置有除氧器。
所述冷凝器与所述闪蒸罐连通，以使闪蒸罐内的第二换热介质进入到冷凝器内换热。
所述闪蒸罐内设置至少一个隔板，以将所述闪蒸罐内部分成至少两个闪蒸室，且相邻的两个闪蒸室连通，对进入闪蒸罐内的废水进行梯级闪蒸；
所述冷凝器与所述闪蒸室一一对应连通。
所述废水浓缩系统还包括废水池，所述废水池内设置有上清液出口和浓废水出口；
所述废水池分别与脱硫单元、所述废水加热器和闪蒸罐连通，以使闪蒸后的废水和脱硫单元的废水进入废水池后分离为上清液和浓缩废水，上清液进入废水加热器，浓缩废水从浓废水出口排出。
所述废水浓缩系统还包括真空泵，所述真空泵通过真空缓冲罐与所述冷凝器连通，以调整冷凝器和闪蒸罐的真空度；
凝水泵，分别与所述冷凝器和所述真空缓冲罐连通，将废水浓缩系统产生的冷凝水输送至工艺补水系统。
本发明还提供了一种废水浓缩余热回用方法，采用上述装置，包括以下步骤，
第一换热介质从发电机组排出，分成两部分，分别进入第一低加加热器和废水加热器；
第三换热介质从发电机组排出，进入凝汽器中凝结成液体；
第一换热介质从发电机组排出,分成两部分，一部分进入废水加热器，与来自废水池的废水在废水加热器换热；另一部分第一换热介质进入第一低加加热器，和来自凝汽器的部分液体进行换热；
凝汽器出口的部分液体作为冷媒进入废水浓缩系统的冷凝器中，与闪蒸罐排出的第二换热介质在冷凝器中换热，换热后的冷媒再次循环至低加凝结水系统回收。
进一步地，来自所述发电机组的部分第一换热介质进入到所述废水加热器时的温度为97-99℃；来自废水池的废水进入所述废水加热器时的温度为33-37℃；换热后的废水的温度为65-95℃；
所述闪蒸罐的闪蒸温度为55-85℃。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的废水浓缩余热回用装置，包括连通的脱硫单元和废水浓缩系统，废水浓缩系统包括连通的废水池、废水加热器、闪蒸罐和冷凝器，所述废水浓缩余热回用装置还包括低加凝结水系统，所述低加凝结水系统与所述废水浓缩系统连通，所述系统包括发电机组、凝汽器、第一低加加热器和高加加热器。发电机组排出的热量可以用于废水加热器中加热废水、在凝汽器出口的凝结水作为冷媒回收二次蒸汽的热量，热量进行了梯级利用，通过废水浓缩系统，又将热量归还至低加凝结水系统，在该过程热量几乎未损失，又满足了脱硫废水处理所需的热量，有效利用了发电机组产生的热量，实现了热量的零排放，减少了热损，解决了常规路线利用消耗高品质热能的弊端，同时还降低了机组能耗，该装置还实现了废水的浓缩，减少了高品质蒸汽的使用，达到了节能、降耗的效果。
该废水浓缩余热回用装置解决了燃煤电厂等行业的废水浓缩、排放等的问题，具有能耗低、投资少、运行费用低，达到了高效节能减排的效果，具有很好的经济和社会效益。
2.本发明提供的废水浓缩余热回用装置，本发明通过将闪蒸罐分为多个闪蒸室，并控制各个闪蒸室的真空度依次增加，形成梯度蒸发，进而形成不同温度的二次蒸汽，当冷凝器对二次蒸汽进行冷凝时，二次蒸汽可以对冷凝器中的冷媒进行梯级加热，可以有效提升热换热的品质，实现二次蒸汽热量的全部回收。
本发明的低加凝结水系统通过设置有若干低加加热器，不需要新建冷却系统，就可以实现回收二次蒸汽热量的效果，减少了热能的浪费，克服了现有技术中末级二次蒸汽温度低，无法实现热量回收利用，只能排向大气的缺陷。
该废水浓缩系统中闪蒸罐顶部为二次蒸汽的出口，有利于二次蒸汽排出；在闪蒸罐顶部设置除雾器，防止二次蒸汽将细小的废水液滴带入冷凝器和管道中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1中一种实施方式的废水浓缩余热回用装置的结构示意图；
图2是本发明实施例1中另一种实施方式的废水浓缩余热回用装置的结构示意图；
图3是本发明实施例1中一种优选的实施方式废水浓缩余热回用装置的结构示意图；
附图标记：
1-锅炉；2-高压汽轮机；3-中压汽轮机；4-低压汽轮机；5-第四高加加热器；6-第三高加加热器；7-第二高加加热器；8-第一高加加热器；9-除氧器；10-第四低加加热器；11-第三低加加热器；12-第二低加加热器；13-第一低加加热器；14-凝汽器；15-废水加热器；16-工艺补水系统；17-一级闪蒸室；18-二级闪蒸室；19-三级闪蒸室；20-废水池；21-第一废水输送泵；22-一级冷凝器；23-二级冷凝器；24-三级冷凝器；25-真空缓冲罐；26-真空泵；27-凝水泵；28-第一管道；29-第二管道；30-第二废水输送泵；31-第六管道；32-第四管道；33-第五管道；34-第三管道；35-第七管道；
22-1-一级冷凝器冷媒出口；22-2-一级冷凝器冷媒入口；
24-1-三级冷凝器冷媒入口；
28-1-第一支流；28-2-第二支流。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例1
本实施例提供了一种废水浓缩余热回用装置，如图1所示，包括连通的脱硫单元、废水浓缩系统和低加凝结水系统；
废水浓缩系统包括，依次连通的废水加热器15、闪蒸罐17、第一废水输送泵21和废水池20，废水池20与废水加热器15通过第二废水输送泵30连通；废水池20内设置有上清液出口和浓废水出口，闪蒸罐17内设置至少一个闪蒸室，装置正常运行时，闪蒸室内的废水的高度为5-50cm，该高度根据废水循环量进行调整；在本实施例中，闪蒸罐17内设置有1个闪蒸室，闪蒸室的中部与废水加热器15连通，闪蒸室的顶部与一级冷凝器22连通，闪蒸室的个数与冷凝器的个数对应，一级冷凝器22通过真空缓冲罐25与真空泵26连通，真空缓冲罐25与冷凝器通过第五管道33连通，真空泵26调整闪蒸室和冷凝器的真空度，使闪蒸罐内为负压；加热后的废水进入闪蒸室时即发生闪蒸，废水得到浓缩，生成二次蒸汽，从顶部排出，进入冷凝器与冷凝器内的冷媒换热后冷凝成水，闪蒸后的废水进入到废水池20，废水池20中的废水分离为上清液和浓缩废水，浓缩废水从浓废水出口排出，上清液进入废水加热器，浓废水出口为锥形沉淀口。
低加凝结水系统包括，
发电机组，包括锅炉1、高压汽轮机2、中压汽轮机3和低压汽轮机4；发电机组与废水加热器15连通，以使来自发电机组的部分第一换热介质与来自废水池的废水在废水加热器15中换热；在本实施例中，第一换热介质为发电机组排出的蒸汽，蒸汽经第一管道28和第二支流28-2后进入到废水加热器15中与来自废水池20的废水换热，换热后的废水进入闪蒸罐17中进行闪蒸，换热后的蒸汽经第四管道32，进入到凝汽器14凝结成水；
凝汽器14，通过第二管道29与发电机组连通，以使来自发电机组的第三换热介质凝结成液体；凝汽器14出口与冷凝器的冷媒进口连通，来自凝汽器14的部分液体作为冷媒与来自闪蒸罐的第二换热介质在冷凝器中换热，换热后的冷媒从冷凝器的冷媒出口排出至低加加热器；在本实施例中，第二换热介质为闪蒸罐闪蒸后的二次蒸汽，凝汽器中的部分液体通过第三管道34、第七管道35从一级冷凝器冷媒入口22-2进入冷凝器中，与二次蒸汽换热，换热后的冷媒从一级冷凝器冷媒出口22-1排出，进入第二低加加热器12，回收了二次蒸汽的热量；第一换热介质为脱硫废水浓缩提供热量，加热废水，第三换热介质可以凝结成液体作为冷媒，回收二次蒸汽的热量至低加凝结水系统，有效利用了发电机组产生热量，减少了热损；
第一低加加热器13，分别与凝汽器14和发电机组连通，以使来自凝汽器14的部分液体与来自发电机组的部分第一换热介质在低加加热器内换热；在本实施例中，发电机组中的第一换热介质通过第一管道28和第一支流28-1进入第一低加加热器13中，凝汽器14中的液体通过第三管道34进入到第一低加加热器13，与蒸汽换热；
第二低加加热器12，与第一低加加热器13连通，第一低加加热器13中换热后的液体进入第二低加加热器循环利用；且第二低加加热器与冷凝器的冷媒出口连通，换热后的冷媒进入到第二低加加热器，回收利用二次蒸汽的热量；
与第二低加加热器连通的第三低加加热器11和第四低加加热器10；
除氧器9，分别与第四低加加热器10和第一高加加热器8连通；
依次连通的第二高加加热器7、第三高加加热器6和第四高加加热器5，其中，第四高加加热器5与发电机组连通。
本发明提供的装置，第一换热介质在废水加热器中加热废水、在第一低加加热器换热，第三换热介质在凝汽器中凝结成水后作为冷凝回收二次蒸汽的热量，在过程没有发生热量的损失，有效利用了发电机组产生的热量，实现了废水的浓缩，减少了热损，解决了常规路线利用消耗高品质热能的弊端，同时还降低了机组能耗，该装置还实现了废水的浓缩。
进一步地，废水浓缩系统还包括凝水泵27，通过第六管道31与冷凝器连通，且与真空缓冲罐25连通，将废水浓缩系统产生的冷凝水用于脱硫单元工艺补水中。作为一种可替换的实施方式，凝水泵27和真空泵也可以通过同一管道与冷凝器连通。
进一步地，在废水加热器15中，对废水加热后的第一换热介质通过第四管道32与第二管道29中的第一换热介质混合，进入凝汽器14中凝结。
废水加热器和冷凝器可以是板式换热器，也可以管壳式换热器，在本实施例中，废水加热器和冷凝器均采用板式换热器。作为另一种可替换的实施方式，如图2所示，对废水加热后的第一换热介质进入工艺补水系统16中回收再利用。
作为一种优选的实施方式，闪蒸室的顶部还设置有除雾器，二次蒸汽经除雾器后从闪蒸室排出，防止二次蒸汽将细小的废水液滴带入冷凝器和管道中。除雾器可以是丝网除雾器，也可以是折流板除雾器，在本实施例中，除雾器为丝网除雾器。
作为另一种优选的实施方式，如图3所示，闪蒸罐内通过设置两个隔板将闪蒸罐分隔成三个闪蒸室，且相邻的闪蒸室连通，分别为一级闪蒸室17、二级闪蒸室18和三级闪蒸室19，冷凝器包括串联连通的一级冷凝器22、二级冷凝器23和三级冷凝器24，三级冷凝器24和凝汽器14通过第七管道35连通，凝汽器14中的液体作为冷媒从三级冷凝器冷媒入口24-1进入到冷凝器中，经三级冷凝后从一级冷凝器冷媒出口22-1排出，冷媒循环至低加凝结水系统，一级冷凝器22与一级闪蒸室17连通，二级冷凝器23和二级闪蒸室18连通，三级冷凝器24与三级闪蒸室19连通，如图3所示，废水加热器15与一级闪蒸室17连通，废水进入一级闪蒸室17中部闪蒸，得到二次蒸汽，经除雾后从顶部排出进入一级冷凝器22；闪蒸后的废水从一级闪蒸室17的底部流出，进入二级闪蒸室18的中部进行闪蒸，二级闪蒸室内的压力小于废水的饱和蒸气压，二级闪蒸室18产生的二次蒸汽经除雾后进入二级冷凝器23中，二级闪蒸后的废水从二级闪蒸室18底部流出，进入三级闪蒸室19的中部进行闪蒸，三级闪蒸室19的压力低于废水的饱和蒸气压，三级闪蒸产生二次蒸汽经除雾后进入三级冷凝器24中，闪蒸后的废水从三级闪蒸室19的底部排出，进入废水池20中，二次蒸汽经冷凝器冷凝后，通过第六管道31，经凝水泵27后，可用于脱硫单元工艺补水中；真空泵26通过第五管道33分别与3个冷凝器连通，进而控制三个闪蒸室的真空度，从一级闪蒸室到三级闪蒸室的真空度依次增加，形成梯度蒸发，进而形成不同温度的二次蒸汽，当三个冷凝器对二次蒸汽进行冷凝时，二次蒸汽可以对冷凝器中的冷媒进行梯级加热，实现二次蒸汽热量的全部回收。
在本实施例中，二次蒸汽先在冷凝器中冷却，冷却过程可以产生负压，维持系统负压状态，但系统启动和保持真空稳定，需要真空泵进行抽真空，在运行中只需抽取二次蒸汽析出的不凝气体，在保证真空度稳定的同时降低真空泵功能，节能降耗。
作为一种替换的实施方式，当闪蒸罐包括多个闪蒸室，冷凝器包括多级冷凝器时，每个冷凝器引出支管，与真空泵连通，各个支管上设置阀门，来控制各个冷凝器的真空度。
作为另一种可替换的实施方式，当废水加热器中的第一换热介质换热后凝结成的液体，然后再与第二管道29中的第一换热介质凝结成的液体混合，进入第三管道34中。
实施例2
本实施例提供了一种废水浓缩余热回用方法，采用图3提供的装置，包括以下步骤，
发电机组排出第一换热介质和第三换热介质，第三换热介质通过第二管道29进入到凝汽器14中，蒸汽凝结成水，第一换热介质通过第一管道28分别进入第一低加加热器13和废水加热器15中；
来自发电机组的部分蒸汽进入废水加热器15时的温度为97-99℃，用于加热来自废水池20的废水，进入废水加热器20的废水的温度为33-37℃，废水经加热后，温度达到65-95℃，进入闪蒸罐中闪蒸，得到二次蒸汽，二次蒸汽进入冷凝器中，闪蒸后的废水进入废水池中，与来自脱硫单元的废水混合，经分离后得到上清液和浓缩废水，上清液进入废水加热器15中，浓缩废水排出；其中，闪蒸罐的温度为55-85℃，真空度为负压，通过真空泵来调整闪蒸罐的真空度。
进入第一低加加热器13的蒸汽与来自凝汽器14的部分液体换热，换热后的液体循环至低加凝结水系统中的低加加热器中；
凝汽器出口的部分液体经第三管道34和第七管道35后进入冷凝器中，作为冷媒，冷凝来自闪蒸罐的二次蒸汽，二次蒸汽冷凝成水，经第六管道31、凝水泵27后回收至脱硫单元的补水系统中；冷媒吸收二次蒸汽的热量后，进入第二低加加热器12，循环利用。
上述废水浓缩系统的蒸汽耗量为0.15-0.2t蒸汽/t二次蒸汽。该方法与三效闪蒸蒸汽耗量相比，可节约蒸汽0.2-0.5倍。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
