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石灰法矿井水处理废浓浆作为湿法脱硫吸收剂
    【技术领域】

    本发明涉及对电厂锅炉排出的烟气进行湿法脱硫的技术，更具体地涉及用于对电厂锅炉排出的烟气进行脱硫的方法和系统。

    背景技术

    矿井水可以用作发电厂的循环补充水和锅炉补给水的水源。在将矿井水用作发电厂的水源之前，需要进行预处理，以使其符合发电厂对循环补充水和锅炉补给水在水质方面的要求。

    根据电厂循环补充水和锅炉补给水的运行工况，综合考虑矿井排水的复杂性和备用水源的水质，循环水可采用适应性很强的石灰处理工艺。采用石灰处理工艺可以有效去除水中的碳酸盐硬度、SiO₂等，同时可大幅度降低水中的悬浮物、磷、浊度等，对COD、NH₃-N等有害成份也有一定的去除效果。

    图1示出了矿井水石灰处理系统工艺的流程图。首先，矿井水来水添加杀菌剂次氯酸钠之后，直接进入压力混合器，在压力混合器中添加凝聚剂(聚合硫酸铁)和助凝剂(PAM溶液)，压力混合器出水进入机械加速澄清池，在澄清池中添加石灰乳，实施软化、絮凝澄清过程。澄清池出水PH值等于10.1～10.5，浊度小于15mg/L。澄清池出水经过气水分离器实现气水分离后，进入单室单层过滤器，在过滤器中实现过滤过程，过滤器的出水浊度小于2mg/L。过滤器的出水进入压力混合器中，添加硫酸调节PH等于7.5～8.5。压力混合器出水进入软水池中，而软水池的出水用作循环补充水和锅炉补给水的水源。

    澄清池的排泥输送至泥浆池，再通过排泥输送泵输送至连续式浓缩池进行浓缩，浓缩后的泥浆由排泥泵输送至离心式脱水机，经脱水处理后的泥饼外运。其中进料污泥浓度为2～5％，脱水处理后的泥饼的基本性质为：PH等于10.1～10.5、密度1.06～1.09g/cm³、含固量11.1～13.2％、酸不溶物21.3～27.5％、碳酸钙57.6～60.2％和碳酸镁4.5～5.2％。

    如上所述，为了解决矿井水石灰处理系统产生的泥浆(废浆液)问题，需要设置脱水机对其进行脱水操作，从而会消耗相当大量的电能，并且脱水处理后的泥饼外运也会给电厂造成一定的经济负担。因此，需要一种能够直接利用矿井水石灰处理系统产生的泥浆(废浆液)的方法和系统，从而省却脱水和泥饼外运的工序，进而降低电厂生产成本，提高经济效益。

    【发明内容】

    本发明旨在解决上述问题。为此目的，本发明提供一种用于对电厂锅炉排出的烟气进行脱硫的方法和系统。该方法和系统能够有效地直接利用矿井水石灰处理系统产生的泥浆(废浆液)作为脱硫吸收剂，而无需进行脱水操作，并且大幅度地节省了湿法脱硫工艺中的石灰石用量，因此具有非常可观的企业经济效益和社会环保效益。

    具体而言，根据本发明的一个方面，提供一种用于对电厂锅炉排出的烟气进行脱硫的方法，该方法包括如下步骤：将锅炉排出的烟气引导至脱硫吸收塔；向所述脱硫吸收塔内喷射脱硫吸收剂，并使脱硫吸收剂与烟气逆向接触；使脱硫之后的烟气流经除雾器以除去烟气中夹带的液滴；使除雾之后的烟气经由排烟通道排入大气中，所述方法的特征在于：所述脱硫吸收剂中的一部分由矿井水石灰预处理产生的废浆液构成，其中所述废浆液被调节为具有10.1～10.5的PH值和2～5％的浓度。

    在优选实施方式中，在将所述废浆液用作脱硫吸收剂之前对所述废浆液进行处理，以除去其中阻碍脱硫反应的物质，例如氟化氢(HF)。

    在优选实施方式中，所述方法还包括在进入所述脱硫吸收塔之前使烟气流经烟气-烟气换热器的降温侧。

    在优选实施方式中，所述方法还包括在进入排烟通道之前使烟气流经所述烟气-烟气换热器的升温侧。

    在优选实施方式中，所述废浆液占脱硫吸收剂总量的30～40％。

    根据本发明的另一个方面，提供一种用于对电厂锅炉排出的烟气进行脱硫的系统，该系统包括：脱硫吸收塔，脱硫吸收剂在所述脱硫吸收塔中与烟气接触并发生反应；进气风机，其设置在所述脱硫吸收塔上游，用于将来自锅炉的烟气抽吸到所述脱硫吸收塔中；脱硫吸收剂供给设备，其连接到所述脱硫吸收塔并且包括用于向所述脱硫吸收塔内喷射脱硫吸收剂的喷淋管组，所述喷淋管组以使脱硫吸收剂与烟气逆向接触的方式喷射脱硫吸收剂；除雾器，其设置在所述脱硫吸收塔下游或出口处，用于除去脱硫之后的烟气中夹带的液滴；排烟通道，其设置在所述除雾器下游，用于将除雾之后的烟气排入大气中，所述系统的特征在于：所述喷淋管组喷射的脱硫吸收剂中的一部分由矿井水石灰预处理产生的废浆液构成，其中所述废浆液被调节为具有10.1～10.5的PH值和2～5％的浓度。

    在优选实施方式中，所述系统还包括预处理设备，所述预处理设备用于在将所述废浆液输送到所述脱硫吸收剂供给设备之前对所述废浆液进行处理，以除去其中阻碍脱硫反应的物质，例如氟化氢(HF)。

    在优选实施方式中，所述系统还包括设置在所述进气风机与所述脱硫吸收塔之间的烟气-烟气换热器，其中烟气在进入所述脱硫吸收塔之前流经所述烟气-烟气换热器的降温侧，并在进入所述排烟通道之前流经所述烟气-烟气换热器的升温侧。

    在优选实施方式中，所述废浆液占脱硫吸收剂总量的30～40％。

    【附图说明】

    通过下面结合附图进行的详细描述，本领域技术人员将会更充分地理解本发明，附图中：

    图1是矿井水石灰处理系统工艺的示意性流程图；

    图2是湿法脱硫工艺(即石灰石/石膏脱硫工艺)的示意图。

    图3是根据本发明的湿法脱硫工艺的示意图。

    【具体实施方式】

    湿法脱硫技术是用含有脱硫吸收剂的溶液或浆液在湿状态下脱硫和处理脱硫产物。该技术具有脱硫反应速度快、设备简单、脱硫效率高等优点。首先参见图2，该图是湿法脱硫工艺的流程示意图，更具体地说是石灰石/石膏脱硫工艺的流程示意图。石灰石/石膏脱硫方法是湿法脱硫工艺的一种，即以石灰石为脱硫吸收剂而脱硫之后的最终副产品为石膏的湿法脱硫工艺。

    石灰石/石膏脱硫工艺主要包括下列反应：

    吸收：SO₂(g)+H₂O→H₂SO3→H+HSO₃-→H+SO₃^2-；

    溶解：CaCO₃(S)+H→Ca₂+HSO₃-；

    中和：HCO₃-+H→CO₂(g)+H₂O；

    氧化：HSO₃-+1/2O₂→H+SO₃^2-；SO₃^2-+1/2O₂→SO₄^2-；

    结晶：Ca₂+SO₃^2-+1/2H₂O→CaSO₃·1/2H₂O(s)；Ca₂+SO₄^2-+2H₂O→CaSO₄·2H₂O(s)。

    接着参见图2，图中的附图标记与相关部件或操作步骤的对应关系如下：1锅炉排烟；2旁路挡板；3进口挡板；4出口挡板；5烟囱；6GGH；7增压风机；8吸收塔；9石灰石；10气化风机；11浆液循环泵；12石灰石筒仓；13工业用水；14石灰石浆液泵；15石灰石浆液箱；16废水排放；17滤液泵；18滤液水箱；19废水排出泵；20副产品石膏；21真空皮带脱水机；22石膏旋流器；23吸收塔排出泵；24废水旋流。如图2所示，由进气风机来的烟气通过增压风机7后进入回转式烟气-烟气换热器(GGH)6，在回转式换热器6内经过降温侧降温以后，烟气进入吸收塔8的反应区，烟气向上通过吸收塔8，从吸收塔8内的喷淋管组喷出的浆液液滴与上升的烟气逆流接触，发生传热、传质和吸收反应，以脱除烟气中的SO₂、SO₃以及HCl、HF，烟气中的烟尘大部分也被洗涤下来，烟气中的SO₂被塔内循环喷出的石灰石、石膏浆液吸收，生成的亚硫酸钙。吸收塔浆池中的PH值由加入的石灰石浆液量控制，PH值维持在大约5.0～6.0。脱硫之后的烟气流经除雾器以去除烟气中夹带的液滴，然后从顶部离开吸收塔，接着进入GGH的升温侧升温至80℃以上，经烟道由烟囱排入大气。

    吸收塔浆池中生成的亚硫酸钙与鼓风机鼓入的氧化空气进行氧化反应，生成硫酸钙并结晶生成二水石膏。吸收塔浆池中的石灰石/石膏浆液由循环泵循环送至浆液喷淋系统的喷淋管组，循环洗涤烟气。SO₂和SO₃与浆液中的石灰石反应，生成亚硫酸钙和硫酸钙。在吸收塔浆池中鼓入空气将生成的亚硫酸钙氧化成硫酸钙，硫酸钙结晶生成石膏(CaSO₄.2H₂O)浆液。

    石膏浆液送脱水系统进行两级脱水，第一级脱水采用石膏旋流器22将石膏浆液浓度从20％左右浓缩至40％-60％，然后进入真空皮带过滤机21进行过虑，最后得到游离水含量小于10％的石膏滤饼20输送至石膏库。

    石灰石(粒径≤20mm)由皮带称重给料机送入石灰石湿式磨机，研磨后的石灰石进入磨机浆液循环箱，经磨机浆液循环泵送入石灰石旋流器，合格的石灰石浆液自旋流器溢流口流入石灰石浆液箱15，浆液箱15中的石灰石浆液为粒径≤0.044mm(325目90％通过)、30％浓度的悬浮浆液。为了使石灰石浆液混合均匀、防止沉淀，可在石灰石浆液箱15内装设浆液搅拌器。

    上述矿井水石灰处理工艺和烟气脱硫工艺分属不同的技术领域，在这两种工艺之间的边缘领域，对矿井水石灰处理的废浆液进行品质论证和质量控制之后，使其满足烟气脱硫对石灰石浆液在活性、脱硫效率和脱硫系统的腐蚀磨损等各方面的要求，通过输送系统输送至石灰石浆液箱，从而作为湿法脱硫工艺的脱硫吸收剂使用。

    如上所述的矿井水石灰处理工艺是利用石灰粉末中的主要成分CaO与生水中的HCO₃-反应，以除去生水中的暂时硬度，生成CaCO₃沉淀。同时，水中的Mg²⁺、Fe²⁺、Al³⁺等也生成沉淀，与CaCO₃一起被浓缩成废浆液。由于该废浆液中的石灰石含量可达80％以上，因此可以省却脱水和泥饼外运操作，而直接将该废浆液用作湿法脱硫工艺的脱硫吸收剂。

    然后参见图3，图中的附图标记与相关部件或操作步骤的对应关系如下：101管道冲洗泵；102冲洗管道；103手动蝶阀；104手动止回阀；105废浆液输送管道；106异径管接头；107废浆液输送泵；108污水泵；109矿井水处理系统废浆液浓缩池；110污水池；111脱硫系统石灰石浆液箱。如图3所示，矿井水处理系统产生的废浆液作为湿法脱硫吸收剂是将连续式浓缩池浓缩污泥PH＝10.1～10.5、浓度2～5％的废浆液由废浆液输送泵107输送至石灰石/石膏脱硫系统的石灰石浆液箱111，系统的主要配置有：废浆液输送系统2套、浆液管路冲洗、排水和排气系统和喷嘴吹扫系统各1套。主要设备有：管道冲洗泵1台、污水泵1台、电控设备、管道和阀门等。浆液输送总管路例如可设计为Φ108mm(取决于输送距离)的不锈钢管，整个输送管路应设有冲洗管路和冲洗排放系统。

    矿井水石灰处理系统产生的废浆液作为脱硫吸收剂，可大大减少脱硫系统吸收剂的石灰石耗用量，同时减少制浆系统的投运率，降低脱硫厂的用电耗电量；并减少矿井水所产生的污泥排放量，同时大大降低矿井水脱水机运行时间，减少矿井水处理的电耗，进而达到节能环保降低发电成本的目的。

    以电厂2×600MW机组脱硫系统为例，一般设计满负荷工况下的石灰石消耗量约为17t/h，若负荷率在70％时石灰石消耗量约为12t/h。矿井水石灰处理系统的排泥量约为6t/h，其中的石灰石含量为80％以上，利用矿井水石灰处理系统产生的废浆液作为脱硫吸收剂将减少石灰石耗用量约40％，而且系统改造简单、方便，降低脱硫制浆系统电耗约40％，解决脱硫厂耗电高和设备损耗大的问题。降低矿井水处理脱水系统电耗90％，基本上可以实现零排泥外运，减少灰场占地，具有非常可观的企业经济效益、环保效益和社会效益。

    尽管上面结合具体实施例描述了本发明的技术方案，然而本发明不局限于这些实施例，在不改变本发明的原理和教导的情况下，本领域技术人员能够在本发明的范围内做出多种改型和变型。