申請日2015.11.06
公開(公告)日2016.01.06
IPC分類號C02F9/06; C01B3/02
摘要
本發(fā)明提供了一種無廢水排放的濕法脫硫系統(tǒng)及工藝。該系統(tǒng)利用電解-電滲析聯(lián)合的方式，對脫硫系統(tǒng)中富含氯離子的石膏漿液旋流器的溢流液和來自脫水機(jī)的石膏濾液水進(jìn)行處理，將其中的氯離子以氯氣的形式排出脫硫漿液系統(tǒng)，產(chǎn)生的低氯、高pH值的混合液，送入噴淋系統(tǒng)再次利用。該系統(tǒng)避免了脫硫廢水的排放，可實(shí)現(xiàn)脫硫增效，并獲得優(yōu)良副產(chǎn)物氫氣和氯氣，具有很好的經(jīng)濟(jì)意義和環(huán)保意義。
權(quán)利要求書
1.一種無廢水排放的濕法脫硫工藝，其特征是，包括以下步驟：
(1)來自脫硫裝置的石膏漿液經(jīng)石膏旋流器分離后，溢流液進(jìn)入溢流液箱匯集，濃縮液送至脫水機(jī)后獲得脫硫?yàn)V液進(jìn)入濾液箱匯集;
(2)步驟(1)中經(jīng)濾液箱匯集后的脫硫?yàn)V液進(jìn)入電解-電滲析復(fù)合槽的電滲析室，在直流電的作用下，實(shí)現(xiàn)電滲析脫鹽，得到脫鹽水;
(3)步驟(2)中的脫鹽水與來自溢流液箱的旋流器溢流液一同進(jìn)入電解-電滲析復(fù)合槽的陰極室，在陰極板發(fā)生反應(yīng)生成Ca(OH)2，富含Ca(OH)2的陰極液進(jìn)入脫硫裝置中進(jìn)行脫硫;陽極室中充滿稀鹽酸，從電滲析室遷移來的Cl-不斷在陽極板放電生成氯氣。
2.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征是：步驟(2)中，在直流電的作用下，脫硫?yàn)V液中的Ca2+在電場力作用下透過陽離子交換膜遷移至陰極室，Cl-在電場力作用下透過陰離子交換膜遷移至陽極室，實(shí)現(xiàn)電滲析脫鹽。
3.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征是：步驟(3)中，當(dāng)步驟(2)中的脫鹽水與來自溢流液箱的旋流器溢流液一同進(jìn)入電解-電滲析復(fù)合槽的陰極室時(shí)，在陰極板發(fā)生如下析氫反應(yīng)：2H2O+2e-→H2↑+2OH-，陰極電解生成的OH-與電滲析室遷移來的Ca2+形成Ca(OH)2，富含Ca(OH)2的陰極液送至脫硫裝置中進(jìn)行脫硫。
4.如權(quán)利要求3所述的工藝，其特征是：步驟(3)獲得的氫氣送至氫氣儲罐，用于外售或者氫冷發(fā)電機(jī)補(bǔ)氫，獲得的氯氣送至循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，用于消毒殺菌、滅藻。
5.用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)無廢水排放的濕法脫硫工藝的系統(tǒng)，包括脫硫裝置，其特征是：
還包括電解-電滲析復(fù)合槽，所述電解-電滲析復(fù)合槽至少分隔為三個(gè)部分，依次為陰極室、電滲析室和陽極室;
所述脫硫裝置的出液端與石膏旋流器連接;
所述石膏旋流器的底流口通過脫水機(jī)與濾液箱相連，所述濾液箱通過電解-電滲析復(fù)合槽的電滲析室與所述陰極室的進(jìn)液端相連;
所述石膏旋流器的溢流端通過溢流液箱與電解-電滲析復(fù)合槽的陰極室相連;所述陰極室的出液端與脫硫裝置的進(jìn)液端結(jié)構(gòu)相連。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征是：所述電解-電滲析復(fù)合槽的陰極室還與氫氣儲罐相連。
7.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征是：所述電解-電滲析復(fù)合槽的陽極室與循環(huán)冷卻水系統(tǒng)相連。
8.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征是：所述電解-電滲析復(fù)合槽設(shè)有陽離子交換膜和陰離子交換膜，所述陽離子交換膜和陰離子交換膜將電解-電滲析復(fù)合槽分隔為三部分，依次為陰極室、電滲析室和陽極室，所述陰極室設(shè)有陰極板，所述陽極室設(shè)有陽極板。
9.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征是：所述電解-電滲析復(fù)合槽內(nèi)陽離子交換膜、陰離子交換膜、陰極板和陽極板采用平行排列的方式布置。
10.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征是：所述電解-電滲析復(fù)合槽通過漿液泵與脫硫裝置的進(jìn)液端相連。
說明書
一種無廢水排放的濕法脫硫系統(tǒng)及工藝
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于煙氣脫硫技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無廢水排放的濕法脫硫系統(tǒng)及工藝。
背景技術(shù)
我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國，2013年我國生產(chǎn)和消費(fèi)的煤炭量分別占世界 總量的47.4%和50.3%，長期以來煤炭在我國的一次能源結(jié)構(gòu)中的比例高達(dá)70%以上，由此 導(dǎo)致我國排放的SO2有90%左右來自于燃煤。燃煤排放的大量SO2對農(nóng)作物、森林、建筑 和人類健康造成了巨大危害，我國每年因SO2的排放造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)千億元。
石灰石-石膏法煙氣脫硫技術(shù)(WFGD)因其煤種適應(yīng)范圍廣、脫硫效率高、脫硫劑利 用率高、工藝成熟以及運(yùn)行可靠性高等優(yōu)勢，成為現(xiàn)階段世界范圍內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的煙氣 脫硫工藝。該工藝過程中，煙氣中的氯元素、工藝水中的氯元素和脫硫劑(石灰石)中的 氯元素不斷進(jìn)入脫硫漿液且逐漸富集，漿液中高濃度的氯離子具有降低脫硫效率、加速設(shè) 備腐蝕以及影響石膏品質(zhì)等眾多危害，因此在常規(guī)WFGD工藝運(yùn)行過程中，為了維持系統(tǒng) 穩(wěn)定安全運(yùn)行并保持較高的脫硫效率，必須排出一定量的廢水。
脫硫廢水含有高濃度的氯離子和其他污染物，不能回收利用也不能直接排放，因此濕 法脫硫系統(tǒng)仍需建立復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行廢水處理。目前火電廠采用最多的脫硫廢水處理方法 是傳統(tǒng)的化學(xué)沉淀法，該方法經(jīng)過中和、沉降、絮凝和澄清等過程對廢水進(jìn)行處理，該工 藝比較復(fù)雜、投資大且需要消耗多種藥劑。
中國專利文獻(xiàn)CN101486517A、CN103086550A、CN104150569A、CN101844819A、 CN101417827A、CN101851041A、CN102020369A、CN103787541A、CN103896420A、 CN104649498A、CN101486517A、CN101803504A等公開了一些脫硫廢水處理工藝，這些 工藝均在一定程度上簡化了傳統(tǒng)化學(xué)沉淀法工藝，但是上述所有工藝均是針對脫硫系統(tǒng)排 放的廢水進(jìn)行處理，而并不是從根本上避免脫硫系統(tǒng)排放廢水。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種無廢水排放的濕法脫硫系統(tǒng)及工藝， 該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、占地少、不消耗化學(xué)藥劑等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)脫硫系統(tǒng)氯離子的資源 化利用，并可回收高純氫氣、節(jié)省脫硫劑，且能避免脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生廢水。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
一種無廢水排放的濕法脫硫工藝，包括以下步驟：
(1)來自脫硫裝置的石膏漿液經(jīng)石膏旋流器分離后，溢流液進(jìn)入溢流液箱匯集，濃縮 液送至脫水機(jī)后獲得脫硫?yàn)V液進(jìn)入濾液箱匯集;
(2)步驟(1)中經(jīng)濾液箱匯集后的脫硫?yàn)V液進(jìn)入電解-電滲析復(fù)合槽的電滲析室，在 直流電的作用下，實(shí)現(xiàn)電滲析脫鹽，得到脫鹽水;
(3)步驟(2)中的脫鹽水與來自溢流液箱的旋流器溢流液一同進(jìn)入電解-電滲析復(fù)合 槽的陰極室，在陰極板發(fā)生反應(yīng)生成Ca(OH)2，富含Ca(OH)2的陰極液進(jìn)入脫硫裝置中進(jìn) 行脫硫;陽極室中充滿稀鹽酸，從電滲析室遷移來的Cl-不斷在陽極板放電生成氯氣。
步驟(2)中，在直流電的作用下，脫硫?yàn)V液中的Ca2+在電場力作用下透過陽離子交換 膜遷移至陰極室，Cl-在電場力作用下透過陰離子交換膜遷移至陽極室，實(shí)現(xiàn)了電滲析脫鹽。
步驟(3)中，當(dāng)步驟(2)中的脫鹽水與來自溢流液箱的旋流器溢流液一同進(jìn)入電解- 電滲析復(fù)合槽的陰極室時(shí)，在陰極板發(fā)生如下析氫反應(yīng)：
2H2O+2e-→H2↑+2OH-
陰極電解生成的OH-與電滲析室遷移來的Ca2+形成Ca(OH)2，富含Ca(OH)2的陰極液 送至脫硫裝置中進(jìn)行脫硫，主要反應(yīng)為：
Ca(OH)2+SO2→CaSO3+H2O
陽極室中充滿稀鹽酸，從電滲析室遷移來的Cl-不斷在陽極板放電生成氯氣，電解反應(yīng) 如下：
2Cl--2e-→Cl2↑
由于氯氣在水中會發(fā)生如下水解反應(yīng)：
Cl2+H2O→HClO+HCl
而電解-電滲析復(fù)合槽的陽極室充滿了稀鹽酸，因此會抑制上述水解反應(yīng)的發(fā)生，從而 陽極電解產(chǎn)生的氯氣可以不斷的析出。另外，運(yùn)行過程中陽極電室中的稀鹽酸并不消耗， 而僅僅是保證電解-電滲析裝置的導(dǎo)電性并提供氯氣析出的環(huán)境。
步驟(3)獲得的氫氣送至氫氣儲罐，用于外售或者氫冷發(fā)電機(jī)補(bǔ)氫，獲得的氯氣送至 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，用于消毒殺菌、滅藻。
步驟(3)中，所述富含Ca(OH)2的陰極液的pH值為9～12。高pH值的混合液，送入 脫硫裝置的噴淋系統(tǒng)再次利用。
為了更好的實(shí)施本發(fā)明的無廢水排放的濕法脫硫工藝，本發(fā)明還提供一種濕法脫硫系 統(tǒng)。
一種無廢水排放的濕法脫硫系統(tǒng)，包括脫硫裝置和電解-電滲析復(fù)合槽，所述電解-電滲 析復(fù)合槽至少分隔為三個(gè)部分，依次為陰極室、電滲析室和陽極室;
所述脫硫裝置的出液端與石膏旋流器連接;
所述石膏旋流器的底流口通過脫水機(jī)與濾液箱相連，所述濾液箱通過電解-電滲析復(fù)合 槽的電滲析室與所述陰極室的進(jìn)液端相連;
所述石膏旋流器的溢流端通過溢流液箱與電解-電滲析復(fù)合槽的陰極室相連;所述陰極 室的出液端與脫硫裝置的進(jìn)液端結(jié)構(gòu)相連。
其中，所述電解-電滲析復(fù)合槽設(shè)有陽離子交換膜和陰離子交換膜，所述陽離子交換膜 和陰離子交換膜將電解-電滲析復(fù)合槽分隔為三部分，依次為陰極室、電滲析室和陽極室， 所述陰極室設(shè)有陰極板，所述陽極室設(shè)有陽極板。
所述電解-電滲析復(fù)合槽內(nèi)陽離子交換膜、陰離子交換膜、陰極板和陽極板采用平行排 列的方式布置。
優(yōu)選的，所述電解-電滲析復(fù)合槽的陰極室還與氫氣儲罐相連。將本系統(tǒng)獲得的氫氣送 至氫氣儲罐，用于外售或者氫冷發(fā)電機(jī)補(bǔ)氫。
優(yōu)選的，所述電解-電滲析復(fù)合槽的陽極室與循環(huán)冷卻水系統(tǒng)相連。將本系統(tǒng)獲得的氯 氣送至循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，用于消毒殺菌、滅藻。
優(yōu)選的，所述電解-電滲析復(fù)合槽通過漿液泵與脫硫裝置的進(jìn)液端相連。
優(yōu)選的，所述電解-電滲析復(fù)合槽的陰極室與脫硫裝置的頂層噴淋層相連，或者所述電 解-電滲析復(fù)合槽的陰極室與脫硫裝置中的頂層噴淋層漿液循環(huán)泵之前的入口管道相連。從 陰極室流出的陰極液經(jīng)漿液泵送至脫硫塔頂層噴淋層經(jīng)噴嘴霧化后用于脫硫增效，或者送 至頂層噴淋層的漿液循環(huán)泵之前的入口管道。
優(yōu)選的，所述脫硫裝置為脫硫塔。對工業(yè)廢氣進(jìn)行脫硫處理的脫硫裝置，以塔式設(shè)備 居多，其脫硫效果優(yōu)異。
優(yōu)選的，所述脫水機(jī)為真空皮帶機(jī)。采用真空皮帶機(jī)對濃縮液進(jìn)行脫水，可以得到脫 硫?yàn)V液，脫硫?yàn)V液中的主要成分是CaCl2。
本發(fā)明的有益效果是：
(1)該系統(tǒng)利用電解-電滲析聯(lián)合的方式，對脫硫系統(tǒng)中富含氯離子的石膏漿液旋流器 的溢流液和來自脫水機(jī)的石膏濾液水進(jìn)行處理，將其中的氯離子以氯氣的形式排出脫硫漿 液系統(tǒng)，產(chǎn)生的低氯、高pH值的混合液，送入脫硫裝置中的噴淋系統(tǒng)再次利用。該系統(tǒng)避 免了脫硫廢水的排放，可實(shí)現(xiàn)脫硫增效，并獲得優(yōu)良副產(chǎn)物氫氣和氯氣，具有很好的經(jīng)濟(jì) 意義和環(huán)保意義。
(2)系統(tǒng)簡單，占地少，無廢水排放，省去了復(fù)雜的廢水處理系統(tǒng)。
(3)將脫硫系統(tǒng)中的有害離子氯離子變廢為寶轉(zhuǎn)變?yōu)槁葰�，用于循環(huán)冷卻水殺菌消毒， 大大節(jié)省了循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的電解制氯能耗。
(4)可以實(shí)現(xiàn)脫硫增效，節(jié)省脫硫劑，同時(shí)可獲得優(yōu)良的副產(chǎn)品氫氣，提升了經(jīng)濟(jì)效 益。
