一种高温空气旁路干燥系统及方法与流程

一种高温空气旁路干燥系统及方法
【技术领域】
1.本发明涉及火电厂技术领域，尤其涉及一种高温空气旁路干燥系统及方法。


背景技术：

2.随着“水十条”的发布，对工业企业特别是火电厂等企业的水资源利用提出了更高的要求。其中要求工业企业需进一步提升水资源利用率，进一步减少废水排放。因此，火电厂及其他工业企业需要对目前废水的排放进行净化回用或者“零排放”处理。
3.火电厂及工业锅炉产生的废水中除含有悬浮物，cod等常规污染物外，还有各个工艺排污环节累积的大量无机盐等盐分。目前火电厂实现废水零排放的工艺路线有膜法和热法两大类。其中热法工艺路线就是充分利用火电厂大量的烟气余热将废水进行蒸发浓缩直至干燥的工艺过程。
4.由于热法零排放处理工艺充分结合了火电厂大量烟气余热的特点，同时具有工艺流程简单，运行费用低，可靠性高等特点，是目前应用最为广泛的工艺路线。目前火电厂废水零排放项目中，90％以上客户均选择了热法零排放的工艺路线。
5.传统的热法零排放工艺分为热法浓缩工艺和热法干燥工艺，如图2所示，对于废水处理量比较大的项目，一般先采用热法浓缩工艺将废水浓缩减量处理，减少进入到干燥系统的废水量，再使用热法干燥系统将废水彻底蒸干，达到零排放。而对于废水处理量比较小的项目，可以直接采用热法干燥系统将废水直接蒸干处理，因此，大部分火电厂废水零排放项目对热法干燥系统的需求量较大，而目前已投产的热法干燥项目存在诸多问题：
6.1、干燥热源一般使用高温烟气，其中含有大量酸性气体及粉尘，对高温旁路系统的稳定运行造成极大影响，烟气中的氮氧化物及硫氧化物和废水接触后会产生酸性废液，对干燥系统设备造成腐蚀，烟气中的粉尘容易堵塞烟道，造成系统堵塞；
7.2、干燥系统使用空预器前后烟气压差作为烟气驱动力，在机组负荷较低时，空预器阻力快速下降，导致干燥器进烟气量同步下降，影响干燥系统出力，同时增大积灰风险；
8.3、干燥后的高温烟气直接进入除尘器，导致大量热量损失，影响锅炉效率。
9.因此，有必要研究一种高温空气旁路干燥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。


技术实现要素：

10.有鉴于此，本发明提供了一种高温空气旁路干燥系统及方法，针对传统工艺中的“高温烟气旁路干燥”的改进，在原有工艺的基础上进行了多处创新，使其建设成本运行成本更低，工艺流程更加简单，运行更加可靠，维护更加简单方便。
11.一方面，本发明提供一种高温空气旁路干燥系统，所述高温空气旁路干燥系统设置在锅炉旁，所述高温空气旁路干燥系统包括：
12.高温烟气通道，所述高温烟气通道连接锅炉顶部，用于输送锅炉内的高温烟气；
13.冷风通入模块，用于通入冷空气；
14.空气换热模块，同时接收高温烟气和冷空气并将进行热交换，输出低温烟气和高温空气，所述高温空气温度为250℃-320℃，含水量为1-2％，含尘量为100-500mg/m3；
15.高温空气通道，用于输送空气换热模块中的高温空气；
16.废水通入模块，用于通入工业废水；
17.雾化蒸发模块，用于雾化工业废水并通过高温空气进行蒸发，输出流动空气，所述流动空气温度不小于170℃；
18.流动空气驱动模块，用于接收雾化蒸发模块中的流动空气并驱动流动空气与未进入雾化蒸发模块的高温空气进行汇总，汇总后作为二次热风送入锅炉；
19.所述雾化蒸发模块一端同时连接废水通入模块和高温空气通道，另一端连接流动空气驱动模块，所述空气换热模块同时连接高温烟气通道、冷风通入模块和高温空气通道，所述流动空气驱动模块通过高温空气通道连接锅炉。
20.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，所述雾化蒸发模块包括蒸发塔和雾化装置，所述雾化装置设置在蒸发塔内部上方，所述雾化装置连接废水通入模块，所述蒸发塔顶部连接高温空气通道，底部连接流动空气驱动模块。
21.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，所述冷风通入模块包括空气送风机，所述空气送风机一端连接高温空气旁路干燥系统外部的空气，另一端连接空气换热模块。
22.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，所述空气换热模块为空预器。
23.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，所述废水通入模块包括废水储罐和废水输送泵，所述废水储罐通过废水输送泵连接雾化装置。
24.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，所述流动空气驱动模块包括增压风机，所述增压风机一端连接蒸发塔底部，另一端连接高温空气通道。
25.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，所述高温空气旁路干燥系统还包括尾气处理模块，所述尾气处理模块连接空气换热模块，用于处理低温烟气。
26.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，所述尾气处理模块包括去除尘器，所述去除尘器一端连接空气换热模块，另一端连接高温空气旁路干燥系统外部。
27.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，所述蒸发塔底部出口设有温度计、风速计和流量计，所述高温烟气通道、高温空气通道以及冷风通入模块中也均设有温度计、风速计和流量计。
28.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种高温空气旁路干燥方法，所述高温空气旁路干燥方法通过所述的高温空气旁路干燥系统完成，所述干燥方法包括以下步骤：
29.s1：空气换热模块同时接收来自锅炉的高温烟气和来自冷风通入模块的冷空气，并在空气换热模块中进行热交换，输出高温空气和低温烟气；
30.s2：雾化蒸发模块将废水通入模块通入的工业废水进行雾化，输出废水雾滴；
31.s3：空气换热模块输出的部分高温空气与废水雾滴在蒸发塔内直接接触，废水雾
滴蒸发后分解成水蒸气和固态颗粒，与废水雾滴直接接触后的高温空气变成流动空气；
32.s4：流动空气通过增压风机与未进入蒸发塔的高温空气进行汇总，形成二次热风，输送到锅炉底部；
33.s5：低温烟气通过尾气处理模块进行烟气处理；
34.其中，所述s1和s2顺序不固定。
35.与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：
36.1)：本发明采用锅炉空预器空气侧出口的高温空气作为热源，将一部分高温空气引入旁路烟道内，流经旁路干燥塔，在塔内和雾化后的废水进行接触，将废水进行干燥，达到废水零排放处理的目的；
37.2)：本发明相比于传统采用高温烟气进行废水干燥处理的工艺，能够降低运行风险，同时降低了运行成本、简化了工艺流程。
38.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。
【附图说明】
39.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。
40.图1是本发明一个实施例提供的高温空气旁路干燥系统的结构图；
41.图2是本发明背景技术中及对比例中所述的传统的高温空气旁路干燥系统的结构图。
【具体实施方式】
42.为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
43.应当明确，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
44.在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
45.本发明提供一种高温空气旁路干燥系统，所述高温空气旁路干燥系统设置在锅炉旁，所述高温空气旁路干燥系统包括：
46.高温烟气通道，所述高温烟气通道连接锅炉顶部，用于输送锅炉内的高温烟气；
47.冷风通入模块，用于通入冷空气；
48.空气换热模块，同时接收高温烟气和冷空气并将进行热交换，输出低温烟气和高温空气，所述高温空气温度为250℃-320℃，含水量为1-2％，含尘量为100-500mg/m3；
49.高温空气通道，用于输送空气换热模块中的高温空气；
50.废水通入模块，用于通入工业废水；
51.雾化蒸发模块，用于雾化工业废水并通过高温空气进行蒸发，输出流动空气，所述
流动空气温度不小于170℃；
52.流动空气驱动模块，用于接收雾化蒸发模块中的流动空气并驱动流动空气与未进入雾化蒸发模块的高温空气进行汇总，汇总后作为二次热风送入锅炉；
53.所述雾化蒸发模块一端同时连接废水通入模块和高温空气通道，另一端连接流动空气驱动模块，所述空气换热模块同时连接高温烟气通道、冷风通入模块和高温空气通道，所述流动空气驱动模块通过高温空气通道连接锅炉。所述雾化蒸发模块包括蒸发塔和雾化装置，所述雾化装置设置在蒸发塔内部上方，所述雾化装置连接废水通入模块，所述蒸发塔顶部连接高温空气通道，底部连接流动空气驱动模块。所述冷风通入模块包括空气送风机，所述空气送风机一端连接高温空气旁路干燥系统外部的空气，另一端连接空气换热模块。
54.所述空气换热模块为空预器。所述废水通入模块包括废水储罐和废水输送泵，所述废水储罐通过废水输送泵连接雾化装置。所述流动空气驱动模块包括增压风机，所述增压风机一端连接蒸发塔底部，另一端连接高温空气通道。所述高温空气旁路干燥系统还包括尾气处理模块，所述尾气处理模块连接空气换热模块，用于处理低温烟气。所述尾气处理模块包括去除尘器，所述去除尘器一端连接空气换热模块，另一端连接高温空气旁路干燥系统外部。所述蒸发塔底部出口设有温度计、风速计和流量计，所述高温烟气通道、高温空气通道以及冷风通入模块中也均设有温度计、风速计和流量计。干燥塔出口烟气温度和废水流量数据采用pi d控制，设定干燥塔出口烟气温度(一般在120-180℃之间)为目标值，通过调节阀门开度来控制废水流量，从而影响烟气温度。流量数据和干燥塔出口烟气温度为正反馈，烟气温度升高则需调高废水流量，烟气温度降低则需调低废水流量。一般情况下，控制烟道内烟气流速在10m/s至20m/s之间。
55.本发明还提供一种高温空气旁路干燥方法，所述高温空气旁路干燥方法通过所述的高温空气旁路干燥系统完成，所述干燥方法包括以下步骤：
56.s1：空气换热模块同时接收来自锅炉的高温烟气和来自冷风通入模块的冷空气，并在空气换热模块中进行热交换，输出高温空气和低温烟气；
57.s2：雾化蒸发模块将废水通入模块通入的工业废水进行雾化，输出废水雾滴；
58.s3：空气换热模块输出的部分高温空气与废水雾滴在蒸发塔内直接接触，废水雾滴蒸发后分解成水蒸气和固态颗粒，与废水雾滴直接接触后的高温空气变成流动空气；
59.s4：流动空气通过增压风机与未进入蒸发塔的高温空气进行汇总，形成二次热风，输送到锅炉底部；
60.s5：低温烟气通过尾气处理模块进行烟气处理；
61.其中，所述s1和s2顺序不固定。
62.如图1所示，本发明所述系统的工艺流程描述如下：
63.在一个具体实施例中，本发明所用的热源为经锅炉空预器加热后的高温空气，其温度按照锅炉负荷率不同在250℃至320℃之间波动，空气含水量按照气象状况不同在1-2％浮动。
64.在一个具体实施例中，蒸发过程发生在新建的蒸发塔内。蒸发塔实质上是做为锅炉热二次风风道的一个旁路，蒸发塔的空气入口设置在锅炉空预器热二次风出口附近，出口设置在锅炉前烟道。
65.在一个具体实施例中，喷雾系统布置在蒸发塔的顶部。喷雾系统可以采用压力式
双流体喷雾系统或者高速旋转雾化系统。雾化系统将废水雾化成为40-120μm的细小雾滴喷入到蒸发塔内，和高温空气进行直接接触，废水雾滴中的液态水受热蒸发成为水蒸气，废水中的其他物质失去水分后成为固态颗粒，达到废水干燥的效果。
66.在一个具体实施例中，蒸发塔出口管道设置有一台增压风机，用来为系统烟气流动提供驱动力。由于系统热源介质采用高温空气，含尘量约为100-500mg/m3，仅为高温烟气平均含尘量6-13g/m3的2-10％，对风机磨损影响不大，风机在该系统中可以保证较长的使用寿命和可靠的运行状态。风机和塔出口的连接管道可以根据客户要求确定是否设置除尘器，如设置除尘器，可以将空气中携带的部分粉煤灰及盐灰单独收集出来进行固废处置，防止盐灰进入炉膛。
67.在一个具体实施例中，整套系统的控制是由温度和流量信号实现闭环反馈控制。在运行时，需要保证干燥塔出口的烟气温度高于170℃，避免可能产生的湿底及湿壁现象。雾化器进液流量调节阀门和干燥塔出口烟气温度进行连锁，一旦烟气温度低于170℃，则自动减少进液流量以保证出口烟气温度稳定，反之亦然。同时还需要设置烟气流量报警阈值，防止因为干燥系统烟气流量过大造成锅炉燃烧不稳。
68.在一个具体实施例中，雾化装置可以采用压力式雾化器或者高速旋转雾化器。不同的雾化器形式，需要对蒸发塔进行针对性的流场分析设计，使蒸发塔结构和雾化器形式匹配。但无论采用那种雾化器形式，均不对本工艺产生实质性影响。
69.本发明的目的是提供一种流程简单，运行成本低的适用于火电厂及工业锅炉的废水零排放处理的装置，具有流程简单，运行成本低的特点。本发明“高温空气旁路干燥系统”是针对传统工艺“高温烟气旁路干燥系统”的改进，在原有工艺的基础上进行了多处改进，使其建设成本运行成本更低，工艺流程更加简单，运行更加可靠，维护更加简单方便。下面，将本发明所述系统作为实施例，传统系统作为对比例，如图2所示，二者通过实际使用后得到如下比较结果：
70.在蒸发热源的选择上，本发明采用热二次风高温空气作为蒸发热源，对比例采用高温烟气作为蒸发热源，在性能上来说热二次风相比热烟气，不含酸性气体、含尘量很少，对设备腐蚀性和磨损性都更弱，延长设备使用寿命。
71.在热源介质驱动方式上；本发明采用风机驱动，对比例采用空预器压差驱动，在性能上来说传统装置采用高温烟气作为热源，含有大量灰尘，对风机磨损非常严重，无法使用风机驱动，只能使用空预器压差驱动。空预器压差受机组负荷变化影响，不可调节。风机出力可调。系统运行更加灵活，调节范围更广，更加适应调峰机组运行需求。
72.在蒸发塔出口介质去向上；本发明回到热二次风管道，最终回收至炉膛，对比例回到空预器出口，在性能上来说本装置所有热量全部回收至炉膛，蒸发损失热量小。传统装置所有高温烟气全部损失，运行成本高。
73.在蒸发塔烟气出口位置上；本发明蒸发塔下部锥斗底部中心，对比例蒸发塔下部锥斗底部侧方，在性能上来说本装置出口设置位置使蒸发塔内流场更为均匀，积灰概率极低。传统装置锥斗底部中心需设置输灰装置，无法同时设置出风口。
74.在输灰装置上；本发明无，对比例有，在性能上来说本装置采用热空气作为蒸发热源，含尘量少，均可通过热风流动带走，无需设置输灰装置。
75.在盐灰收集上，本发明可单独收集，对比例无法单独收集，在性能上来说本装置采
用风机驱动干燥介质，其能够带来较大驱动力且流量可调，可以预留阻力余量用来增设除尘器进行盐灰的单独收集。传统装置通过空预器压差驱动，没有余量增设除尘器。
76.通过以上性能对比以及根据实际的参数结果可以看出，本发明蒸发塔内不产生堵塞现象，不产生明显的结垢现象，结垢周期可控；系统高温烟气消耗量低于总体烟气的5％；蒸发塔内无湿底现象，壁面结垢速率可控，塔底部无明显积灰，整体系统能耗比传统系统能耗低50％以上。
77.本发明中空预器具体指空气预热器，指燃煤锅炉中用来回收锅炉高温排烟中的热量来加热锅炉进口空气的设备，高温空气特指经空预器加热后的空气；高温烟气特指火电厂烟风系统中锅炉排出的烟气经过空气预热器前的烟气。
78.本发明提供了一种流程简单，运行成本低的适用于火电厂及工业锅炉的废水零排放处理的装置。高温空气旁路干燥系统具有流程简单，运行成本低的特点。针对传统工艺“高温烟气旁路干燥系统”的改进，在原有工艺的基础上进行了多处创新，使其建设成本运行成本更低，工艺流程更加简单，运行更加可靠，维护更加简单方便。
79.以上对本技术实施例所提供的一种高温空气旁路干燥系统及方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。
80.如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本技术的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本技术的一般原则为目的，并非用以限定本技术的范围。本技术的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
81.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
82.应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
83.上述说明示出并描述了本技术的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本技术并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本技术的精神和范围，则都应在本技术所附权利要求书的保护范围内。

技术特征：
1.一种高温空气旁路干燥系统，所述高温空气旁路干燥系统设置在锅炉旁，其特征在于，所述高温空气旁路干燥系统包括：高温烟气通道，所述高温烟气通道连接锅炉顶部，用于输送锅炉内的高温烟气；冷风通入模块，用于通入冷空气；空气换热模块，同时接收高温烟气和冷空气并将进行热交换，输出低温烟气和高温空气，所述高温空气温度为250℃-320℃，含水量为1-2％，含尘量为100-500mg/m3；高温空气通道，用于输送空气换热模块中的高温空气；废水通入模块，用于通入工业废水；雾化蒸发模块，用于雾化工业废水并通过高温空气进行蒸发，输出流动空气，所述流动空气温度不小于170℃；流动空气驱动模块，用于接收雾化蒸发模块中的流动空气并驱动流动空气与未进入雾化蒸发模块的高温空气进行汇总，汇总后作为二次热风送入锅炉；所述雾化蒸发模块一端同时连接废水通入模块和高温空气通道，另一端连接流动空气驱动模块，所述空气换热模块同时连接高温烟气通道、冷风通入模块和高温空气通道，所述流动空气驱动模块通过高温空气通道连接锅炉。2.根据权利要求1所述的高温空气旁路干燥系统，其特征在于，所述雾化蒸发模块包括蒸发塔和雾化装置，所述雾化装置设置在蒸发塔内部上方，所述雾化装置连接废水通入模块，所述蒸发塔顶部连接高温空气通道，底部连接流动空气驱动模块。3.根据权利要求1所述的高温空气旁路干燥系统，其特征在于，所述冷风通入模块包括空气送风机，所述空气送风机一端连接高温空气旁路干燥系统外部的空气，另一端连接空气换热模块。4.根据权利要求1所述的高温空气旁路干燥系统，其特征在于，所述空气换热模块为空预器。5.根据权利要求2所述的高温空气旁路干燥系统，其特征在于，所述废水通入模块包括废水储罐和废水输送泵，所述废水储罐通过废水输送泵连接雾化装置。6.根据权利要求2所述的高温空气旁路干燥系统，其特征在于，所述流动空气驱动模块包括增压风机，所述增压风机一端连接蒸发塔底部，另一端连接高温空气通道。7.根据权利要求1所述的高温空气旁路干燥系统，其特征在于，所述高温空气旁路干燥系统还包括尾气处理模块，所述尾气处理模块连接空气换热模块，用于处理低温烟气。8.根据权利要求7所述的高温空气旁路干燥系统，其特征在于，所述尾气处理模块包括去除尘器，所述去除尘器一端连接空气换热模块，另一端连接高温空气旁路干燥系统外部。9.根据权利要求2所述的高温空气旁路干燥系统，其特征在于，所述蒸发塔底部出口设有温度计、风速计和流量计，所述高温烟气通道、高温空气通道以及冷风通入模块中也均设有温度计、风速计和流量计。10.一种高温空气旁路干燥方法，其特征在于，所述高温空气旁路干燥方法通过上述权利要求1-9之一所述的高温空气旁路干燥系统完成，所述干燥方法包括以下步骤：s1：空气换热模块同时接收来自锅炉的高温烟气和来自冷风通入模块的冷空气，并在空气换热模块中进行热交换，输出高温空气和低温烟气；s2：雾化蒸发模块将废水通入模块通入的工业废水进行雾化，输出废水雾滴；
s3：空气换热模块输出的部分高温空气与废水雾滴在蒸发塔内直接接触，废水雾滴蒸发后分解成水蒸气和固态颗粒，与废水雾滴直接接触后的高温空气变成流动空气；s4：流动空气通过增压风机与未进入蒸发塔的高温空气进行汇总，形成二次热风，输送到锅炉底部；s5：低温烟气通过尾气处理模块进行烟气处理；其中，所述s1和s2顺序不固定。

技术总结
本发明提供了一种高温空气旁路干燥系统及方法，所述高温空气旁路干燥系统设置在锅炉旁，所述高温空气旁路干燥系统包括：高温烟气通道、冷风通入模块、空气换热模块、高温空气通道、废水通入模块、雾化蒸发模块和流动空气驱动模块，所述雾化蒸发模块一端同时连接废水通入模块和高温空气通道，另一端连接流动空气驱动模块，所述空气换热模块同时连接高温烟气通道、冷风通入模块和高温空气通道，所述流动空气驱动模块通过高温空气通道连接锅炉，本发明在原有工艺的基础上进行了多处改进，使建设成本运行成本更低，工艺流程更加简单，运行更加可靠，维护更加简单方便。维护更加简单方便。维护更加简单方便。


技术研发人员：裴迪 李亚莉 王斌
受保护的技术使用者：北京光耀环境工程有限公司
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/9/14