本发明属于脱硫废水处理技术领域，具体涉及一种脱硫废水热法与膜法耦合浓缩系统及方法。
背景技术：
随着环境治理标准的日益提升，脱硫废水零排放逐渐成为电厂水处理的技术趋势。目前，脱硫废水蒸发结晶及高温烟气干化是两种最主要的技术路线，但是由于脱硫废水水量较大，如果直接进行蒸发结晶或高温烟气干化处理，会导致系统能耗较高，经济性较差，同时还会造成高品质热源的消耗，影响锅炉的热效率，导致煤耗增加。因此，通常需要对脱硫废水进行浓缩处理。
膜法和热法是废水浓缩的两种主要技术路线。其中，膜法能够回收高品质的产水，但是由于膜法需要压力驱动，能耗较高；热法通过换热过程实现废水的蒸发，工艺简单，且电厂等工业企业通常具备丰富的热源，因此，可以充分利用余热，运行成本较低，但是通常未考虑水回收过程，造成了水资源的浪费。
技术实现要素：
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种脱硫废水热法与膜法耦合浓缩系统及方法，充分利用烟气热量，在对废水进行浓缩减量的同时，能够回收高品质的水。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种脱硫废水热法与膜法耦合浓缩系统，包括废水预处理系统、引风机、蒸发塔、循环水泵和膜蒸馏装置；
蒸发塔的下部为废水池，废水池底部设有浓缩废水排出口；废水池液面上方布置有烟气分布器；废水预处理系统的入口与湿法脱硫系统出口连通，废水预处理系统的出口与蒸发塔下部的废水池连通；
引风机的入口与
除尘器后的烟道相连，出口与蒸发塔中的气体分布器相连；
蒸发塔的中部布置有填料层和废水喷淋装置，蒸发塔的上部布置有除雾器，蒸发塔顶部的烟气出口与脱硫塔前的烟道相连；
循环水泵的入口与废水池相连，循环水泵的出口与膜蒸馏装置的废水入口连通；
膜蒸馏装置的废水出口与蒸发塔中部的废水喷淋装置连通；
膜蒸馏装置中沿介质流向依次设置冷却侧、产水侧和废水侧，冷却侧与产水侧之间设置间壁式换热结构，产水侧与废水侧之间设置滤膜。
膜蒸馏装置的冷却侧入口与送风机的出口连通，送风机的入口与大气连通；冷却侧出口与空预器的空气入口相连。
废水预处理系统沿介质流向依次设置中和水池、沉淀水池、絮凝水池和澄清水池，其中，中和水池、沉淀水池以及絮凝水池内设置搅拌和加药装置，澄清水池出水口设置ph监测装置。
膜蒸馏装置采用空气隙式膜蒸馏。
膜蒸馏装置的滤膜采用ptfe及其改性的疏水膜。
蒸发塔中填料层和喷淋层为两层或多层。
蒸发塔废水池内设置有电导率及溶解性固体总量监测装置。
一种脱硫废水热法与膜法耦合浓缩方法，引风机抽取除尘器出口的烟气进入蒸发塔内，烟气通过蒸发塔下部的气体分布器在塔内均匀分布并向上流动；脱硫废水经过废水预处理系统去除部分硬度离子、重金属离子以及悬浮物后，进入蒸发塔的废水池中；废水池的脱硫废水经过循环水泵进入喷淋装置，废水被分散形成小液滴向下淋洒，液滴与向上部流动的热烟气直接接触，部分水分被蒸发，并随烟气回到脱硫塔中；未蒸发的脱硫废水进一步被蒸发；最后未蒸发的废水落入蒸发塔底部的废水池内，并通过循环水泵进入膜蒸馏装置的废水侧，低温空气进入膜蒸馏装置的冷却侧，冷空气出膜蒸馏装置后进入空预器；冷却侧和产水侧之间为间壁式换热结构，低温空气换热后进入空预器，废水侧和产水侧之间为滤膜，滤膜两侧液体温度不同，存在蒸汽压力差，高温废水以蒸汽形式透过滤膜进入产水侧冷凝为液体，获得冷凝产水，废水侧的脱硫废水进入喷淋装置再次进行蒸发。
废水预处理系统出水的ph为6-9；低温烟气的温度为90～120℃；烟气和水蒸汽排放温度为50～60℃。
实时监测蒸发塔底部废水池中的电导率及溶解性固体总量，当电导率及溶解性固体总量达到预设值后排出或进行后续处理。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
、在脱硫废水循环浓缩的过程中通过膜蒸馏装置，充分利用蒸发后废水的余热，回收高品质产水；利用环境空气作为膜蒸馏装置的冷却介质，经过加热的空气再进入空预器，进一步回收了膜蒸馏过程中的热量，提高全系统热利用效率，该系统设计合理，通过膜法和热法耦合系统实现废水的浓缩减量，具有良好的应用前景。
进一步的，膜蒸馏装置采用空气隙膜蒸馏，利用空预器前低温空气作为冷却介质。
进一步的，膜蒸馏装置采用ptfe及其改性疏水膜材料，能够提高膜耐温、抗污染能力。
进一步的，蒸发浓缩塔中部装有多层填料，有利于废水形成水膜，增加废水与热空气的热交换面积，提高废水的蒸发浓缩效率。
采用膜蒸馏系统利用废水的热量对废水进一步浓缩，并回收高品质的冷凝产水，相对于传统的膜法浓缩工艺，工艺流程简单，相对于热法浓缩工艺，在抽取低温烟气对锅炉运行的影响较小，且充分利用废水余热，回收得到高品质的产水；
废水通过喷淋装置被分散成液滴在蒸发塔内向下淋洒，液滴与上升的热烟气接触，水分被逐渐蒸发；未被蒸发的液滴落至填料层，并在填料表面形成液膜，增加与热烟气的接触面积，部分水分在填料表面被进一步蒸发；未被蒸发的液体最终落入废水池；废水通过循环水泵不断循环，与蒸发浓缩塔内的热空气接触，实现浓缩减量；利用除尘器之后的烟气余热对脱硫废水进行蒸发浓缩，工艺流程简单，同步实现了废水的浓缩减量和高品质回收利用，具有良好的经济收益，环保优势明显，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明一种可实施的脱硫废水热法与膜法耦合浓缩系统示意图。
附图中，1-废水预处理系统，2-引风机，3-蒸发塔，4-循环水泵，5-膜蒸馏装置，6-送风机，7-除尘器，8-空预器，9-脱硫塔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做详细叙述
参考图1，本发明公开了一种脱硫废水热法与膜法耦合浓缩系统，包括废水预处理系统1、引风机2、蒸发塔3、循环水泵4和膜蒸馏装置5；蒸发塔3的下部为废水池，废水池底部设有浓缩废水排出口；废水池液面上方布置有烟气分布器；废水预处理系统1的入口与湿法脱硫系统出口连通，废水预处理系统1的出口与蒸发塔3下部的废水池连通；引风机2的入口与除尘器7后的烟道相连，出口与蒸发塔3中的气体分布器相连；
蒸发塔3的中部布置有填料层和废水喷淋装置，蒸发塔3的上部布置有除雾器，蒸发塔3顶部的烟气出口与脱硫塔9前的烟道相连；循环水泵4的入口与废水池相连，循环水泵4的出口与膜蒸馏装置5的废水入口连通；膜蒸馏装置5的废水出口与蒸发塔3中部的废水喷淋装置连通；膜蒸馏装置5中沿介质流向依次设置冷却侧、产水侧和废水侧，冷却侧与产水侧之间设置间壁式换热结构，产水侧与废水侧之间设置滤膜。
废水预处理系统1的入口与湿法脱硫系统相连，出口与蒸发塔3底部的废水池相连；引风机的入口与除尘器后的烟道相连，出口与蒸发塔3内的气体分布器相连；蒸发塔3的下部为废水池，废水池底部有浓缩废水排出口；废水池液面上方布置有烟气分布器；蒸发塔3的中部交替布置有填料层和废水喷淋装置，蒸发塔3的上部布置有除雾器；循环水泵4的入口与废水池相连，循环水泵4的出口与膜蒸馏装置5的废水入口相连；膜蒸馏装置5的废水出口与蒸发塔3中部的废水喷淋装置相连；废水通过喷淋装置被分散成液滴在蒸发塔3内向下淋洒，液滴与上升的热烟气接触，水分被逐渐蒸发；未被蒸发的液滴落至填料层，并在填料表面形成液膜，被热烟气进一步蒸发；未被蒸发的液体最终落入废水池；废水通过循环水泵4不断循环，与蒸发浓缩塔内的热空气接触，实现浓缩减量。膜蒸馏装置5冷却侧入口与送风机6的出口相连，送风机6的入口与大气连接；膜蒸馏装置5冷却侧出口与空预器8的空气入口相连；由于空气的冷却作用，膜蒸馏产水侧温度低，而进入膜蒸馏装置5的废水温度较高，导致膜蒸馏装置5内膜的两侧存在蒸汽压力差，驱动废水侧的水以蒸汽形式透过膜进入产水侧，并冷凝为液体，原水中的盐分等杂质不能通过膜，从而膜蒸馏装置5可以获得品质较高的产水。
下面对本发明的脱硫废水热法与膜法耦合浓缩系统工作方法进行进一步的说明：
引风机抽取除尘器后90℃的烟气进入蒸发塔3内，烟气通过蒸发塔3内下部的气体分布器在塔内均匀分布，并向上流动；脱硫废水经过废水预处理系统1，去除部分硬度离子、重金属离子以及悬浮物后，并调节ph至7，进入蒸发塔3的废水池中；废水池的脱硫废水经过循环水泵4进入喷淋装置，废水被分散形成小液滴向下淋洒，液滴与向上部流动的热烟气直接接触，部分水分被蒸发，并随烟气回到脱硫塔9前烟道内，蒸发塔3出口烟气温度60℃；未蒸发的液滴落在填料层上形成水膜，水分被烟气进一步被蒸发；最后未蒸发的废水落入蒸发塔3底部的废水池内，并通过循环水泵4再进行喷淋蒸发；温度升高的废水再次进行喷淋蒸发前，首先进入膜蒸馏装置5的废水侧，送风机6抽取低温空气进入膜蒸馏的冷却侧，冷空气出膜蒸馏装置5后进入空预器8；冷却侧和产水侧之间为间壁式换热结构，低温空气使得产水侧的温度降低，废水侧和产水侧之间为ptfe滤膜，由于滤膜两侧液体温度不同，存在蒸汽压力差，高温废水以蒸汽形式透过膜进入产水侧，由于温度降低而冷凝为液体，从而获得品质较高的冷凝产水。
技术特征：
1.一种脱硫废水热法与膜法耦合浓缩系统，其特征在于，包括废水预处理系统（1）、引风机（2）、蒸发塔（3）、循环水泵（4）和膜蒸馏装置（5）；
蒸发塔（3）的下部为废水池，废水池底部设有浓缩废水排出口；废水池液面上方布置有烟气分布器；废水预处理系统（1）的入口与湿法脱硫系统出口连通，废水预处理系统（1）的出口与蒸发塔（3）下部的废水池连通；
引风机（2）的入口与除尘器（7）后的烟道相连，出口与蒸发塔（3）中的气体分布器相连；
蒸发塔（3）的中部布置有填料层和废水喷淋装置，蒸发塔（3）的上部布置有除雾器，蒸发塔（3）顶部的烟气出口与脱硫塔（9）前的烟道相连；
循环水泵（4）的入口与废水池相连，循环水泵（4）的出口与膜蒸馏装置（5）的废水入口连通；
膜蒸馏装置（5）的废水出口与蒸发塔（3）中部的废水喷淋装置连通；
膜蒸馏装置（5）中沿介质流向依次设置冷却侧、产水侧和废水侧，冷却侧与产水侧之间设置间壁式换热结构，产水侧与废水侧之间设置滤膜。
2.根据权利要求1所述的脱硫废水热法与膜法耦合浓缩系统，其特征在于，膜蒸馏装置（5）的冷却侧入口与送风机（6）的出口连通，送风机（6）的入口与大气连通；冷却侧出口与空预器（8）的空气入口相连。
3.根据权利要求1所述的脱硫废水热法与膜法耦合浓缩系统，其特征在于，废水预处理系统（1）沿介质流向依次设置中和水池、沉淀水池、絮凝水池和澄清水池，其中，中和水池、沉淀水池以及絮凝水池内设置搅拌和加药装置，澄清水池出水口设置ph监测装置。
4.根据权利要求1所述的脱硫废水热法与膜法耦合浓缩系统，其特征在于，膜蒸馏装置采用空气隙式膜蒸馏。
5.根据权利要求1所述的脱硫废水热法与膜法耦合浓缩系统，其特征在于，膜蒸馏装置的滤膜采用ptfe及其改性的疏水膜。
6.根据权利要求1所述的脱硫废水热法与膜法耦合浓缩系统，其特征在于，蒸发塔（3）中填料层和喷淋层为两层或多层。
7.根据权利要求1所述的脱硫废水热法与膜法耦合浓缩系统，其特征在于，蒸发塔废水池内设置有电导率及溶解性固体总量（tds,totaldissolvedsolids）监测装置。
8.一种脱硫废水热法与膜法耦合浓缩方法，其特征在于，引风机（2）抽取除尘器（7）出口的烟气进入蒸发塔（3）内，烟气通过蒸发塔（3）下部的气体分布器在塔内均匀分布并向上流动；脱硫废水经过废水预处理系统（1）去除部分硬度离子、重金属离子以及悬浮物后，进入蒸发塔（3）的废水池中；废水池的脱硫废水经过循环水泵（4）进入喷淋装置，废水被分散形成小液滴向下淋洒，液滴与向上部流动的热烟气直接接触，部分水分被蒸发，并随烟气回到脱硫塔（9）中；未蒸发的脱硫废水进一步被蒸发；最后未蒸发的废水落入蒸发塔底部的废水池内，并通过循环水泵（4）进入膜蒸馏装置（5）的废水侧，低温空气进入膜蒸馏装置（5）的冷却侧，冷空气出膜蒸馏装置（5）后进入空预器（8）；冷却侧和产水侧之间为间壁式换热结构，低温空气换热后进入空预器（8），废水侧和产水侧之间为滤膜，滤膜两侧液体温度不同，存在蒸汽压力差，高温废水以蒸汽形式透过滤膜进入产水侧冷凝为液体，获得冷凝产水，废水侧的脱硫废水进入喷淋装置再次进行蒸发。
9.根据权利要求7所述的脱硫废水热法与膜法耦合浓缩方法，其特征在于，废水预处理系统（1）出水的ph为6-9；低温烟气的温度为90~120℃；烟气和水蒸汽排放温度为50~60℃。
10.根据权利要求7所述的脱硫废水热法与膜法耦合浓缩方法，其特征在于，实时监测蒸发塔（3）底部废水池中的电导率及溶解性固体总量，当电导率及溶解性固体总量达到预设值后排出或进行后续处理。
技术总结
本发明公开了一种脱硫废水热法与膜法耦合浓缩系统及方法，属于脱硫废水处理技术领域，系统包括废水预处理系统、引风机、蒸发塔、循环水泵和膜蒸馏装置；利用除尘器之后的烟气作为热源，在蒸发塔内与脱硫废水直接进行换热，通过废水的蒸发，实现废水的浓缩减量。同时，在脱硫废水的循环回路上增加了膜蒸馏装置，利用废水蒸发后的余热实现高品质冷凝产水的回收，膜蒸馏冷却介质为低温空气，空气经过膜蒸馏系统回收部分热量后进入空预器；相对于传统的膜法浓缩工艺，工艺流程简单，相对于热法浓缩工艺，在抽取低温烟气对锅炉运行的影响较小，且充分利用废水余热，回收得到高品质的产水，通过膜法和热法耦合系统实现废水的浓缩减量，具有良好的应用前景。
技术研发人员：余智勇;刘练波;李卫东;李野;牛红伟
受保护的技术使用者：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司
技术研发日：2021.02.26
技术公布日：2021.07.23
声明：
“脱硫废水热法与膜法耦合浓缩系统及方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司
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2024年08月08日 ~ 10日 
