申請日2014.02.06
公開(公告)日2015.10.21
IPC分類號C02F9/08; C02F1/28; C02F1/04
摘要
本發(fā)明公開了用于處理熱電廠、其它工業(yè)工廠和/或其它工業(yè)來源處產(chǎn)生的廢水的方法、系統(tǒng)和/或設(shè)備。所述廢水被引導(dǎo)穿過包括直接接觸絕熱濃縮系統(tǒng)的廢水濃縮器。熱進(jìn)料氣體流被引導(dǎo)穿過所述廢水濃縮器。所述廢水濃縮器將所述熱進(jìn)料氣體與所述廢水直接混合并且從所述廢水蒸發(fā)水蒸氣。所述廢水濃縮器從剩余濃縮廢水分離所述水蒸氣。內(nèi)含式空氣-水界面液體蒸發(fā)器可以被布置成在由所述廢水濃縮器處理之前對所述廢水進(jìn)行預(yù)處理。
權(quán)利要求書
1.一種用于熱電廠的廢水處理系統(tǒng)，所述廢水處理系統(tǒng)包括：
廢水濃縮器，所述廢水濃縮器實施直接接觸絕熱廢水濃縮器系 統(tǒng)，所述廢水濃縮器包括直接接觸蒸發(fā)區(qū)段和氣-液分離器;
廢水流，所述廢水流產(chǎn)生于熱電廠中，操作性地連接至所述廢 水濃縮器以將廢水供應(yīng)至所述直接接觸蒸發(fā)區(qū)段;以及
熱進(jìn)料氣體流，所述熱進(jìn)料氣體流操作性地連接至所述廢水濃 縮器以將熱進(jìn)料氣體與所述廢水流同時供應(yīng)至所述直接接觸蒸發(fā)區(qū) 段;
其中，所述直接接觸蒸發(fā)區(qū)段將所述熱進(jìn)料氣體與所述廢水直 接混合并且從所述廢水蒸發(fā)水，以形成水蒸氣和濃縮廢水，以及
其中，所述氣-液分離器將所述水蒸氣從所述濃縮廢水分離，并 且從所述氣-液分離器排放排氣，所述排氣包括所述水蒸氣和所述熱 進(jìn)料氣體的一些或全部。
2.如權(quán)利要求1或前述權(quán)利要求中任一項所述的廢水處理系統(tǒng)，其中， 所述廢水流包括煙道氣脫硫清洗用水、冷卻塔清洗用水、工業(yè)水、 發(fā)電廠滲濾液以及發(fā)電廠貯水庫水中的至少一種。
3.如權(quán)利要求2或前述權(quán)利要求中任一項所述的廢水處理系統(tǒng)，其中， 所述熱進(jìn)料氣體流用來自所述熱電廠中的廢熱來加熱。
4.如權(quán)利要求3或前述權(quán)利要求中任一項所述的廢水處理系統(tǒng)，其中， 所述熱進(jìn)料氣體包含來自燃烴的燃燒加熱器的熱煙道氣。
5.如權(quán)利要求2或前述權(quán)利要求中任一項所述的廢水處理系統(tǒng)，其中， 所述直接接觸蒸發(fā)區(qū)段包括文丘里管區(qū)段和沉浸式導(dǎo)氣管中的至少 一個。
6.如權(quán)利要求5或前述權(quán)利要求中任一項所述的廢水處理系統(tǒng)，其中， 所述氣-液分離器包括操作性地連接至所述直接接觸蒸發(fā)區(qū)段的叉 流式氣-液分離器和氣旋式氣-液分離器中的至少一個。
7.一種用廢水濃縮器處理來自熱電廠的廢水的方法，其中，所述廢水 濃縮器包括直接接觸絕熱廢水濃縮器系統(tǒng)，并且所述熱電廠包括廢 水源和熱進(jìn)料氣體源，所述方法包括以下步驟：
將熱進(jìn)料氣體流接收到所述廢水濃縮器中;
通過導(dǎo)管將包括所述廢水的進(jìn)料廢水從所述熱電廠接收到所 述廢水濃縮器中;
將熱進(jìn)料氣體與所述進(jìn)料廢水在所述廢水濃縮器中直接混合 以從所述進(jìn)料廢水蒸發(fā)水蒸氣;
在所述廢水濃縮器中將所述水蒸氣從所述進(jìn)料廢水分離以形 成濃縮排出鹽水和排氣;以及
從所述廢水濃縮器排放所述排氣。
8.如權(quán)利要求7或前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述廢 水包括煙道氣脫硫清洗用水、冷卻塔清洗用水以及工業(yè)水中的至少 一種。
9.如權(quán)利要求7或前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述熱 進(jìn)料氣體包含從燃烴的燃燒加熱器排出的熱煙道氣。
10.如權(quán)利要求7或前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，所述方法還包 括在將所述進(jìn)料廢水接收到所述廢水濃縮器中之前對所述進(jìn)料廢水 進(jìn)行預(yù)處理的步驟。
11.如權(quán)利要求7或前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，所述方法還包 括對所述濃縮排出鹽水進(jìn)行后處理的步驟。
12.如權(quán)利要求11或前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述后 處理的步驟包括在固-液分離器中將所述濃縮排出鹽水中的固體從 液體去除和/或進(jìn)一步濃縮所述濃縮排出鹽水的步驟。
13.如權(quán)利要求7或前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，所述方法還包 括對所述熱進(jìn)料氣體流預(yù)處理以在將所述熱進(jìn)料氣體接收到所述廢 水濃縮器中之前將微粒從所述熱進(jìn)料氣體分離的步驟。
14.如權(quán)利要求7或前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，所述方法還包 括以下步驟：
將所述排氣再加熱到所述排氣的酸-氣冷凝溫度之上;以及
將所述排氣返回到所述熱電廠的排放系統(tǒng)中。
15.一種熱電廠，所述熱電廠包括：
熱電發(fā)電機(jī)，所述熱電發(fā)電機(jī)用于產(chǎn)生電;
廢水濃縮器，所述廢水濃縮器包括直接接觸絕熱廢水濃縮器系 統(tǒng);
廢水源，所述廢水源操作性地連接至所述廢水濃縮器以將進(jìn)料 廢水供應(yīng)至所述廢水濃縮器;以及
熱進(jìn)料氣體源，所述熱進(jìn)料氣體源操作性地連接至所述廢水濃 縮器以將熱進(jìn)料氣體供應(yīng)至所述廢水濃縮器;
其中，所述廢水濃縮器將所述熱進(jìn)料氣體與所述進(jìn)料廢水直接 混合，從所述進(jìn)料廢水蒸發(fā)水蒸氣，將所述水蒸氣從所述進(jìn)料廢水 分離，從而形成排出鹽水和排氣，將所述排氣排放至大氣和/或另一 處理部件，并且以適于進(jìn)一步處理和/或處置的形式提供與所述排氣 分離的所述排出鹽水。
16.如權(quán)利要求15或前述權(quán)利要求中任一項所述的熱電廠，其中，所述 熱電發(fā)電機(jī)包括用于產(chǎn)生蒸汽以使操作性地連接至發(fā)電機(jī)的渦輪機(jī) 旋轉(zhuǎn)的鍋爐，并且其中所述廢水源包括操作性地連接至所述鍋爐以 從所述鍋爐接收煙道氣的煙道氣脫硫系統(tǒng)，其中所述煙道氣脫硫系 統(tǒng)從所述煙道氣去除硫并且產(chǎn)生含有污染物的煙道氣脫硫清洗用 水，并且其中所述廢水濃縮器操作性地連接至所述煙道氣脫硫系統(tǒng) 以接收含有所述煙道氣脫硫清洗用水的至少一些的進(jìn)料廢水。
17.如權(quán)利要求16或前述權(quán)利要求中任一項所述的熱電廠，其中，所述 鍋爐包括燃烴的燃燒加熱器。
18.如權(quán)利要求16或前述權(quán)利要求中任一項所述的熱電廠，其中，所述 熱進(jìn)料氣體源包含來自所述鍋爐的熱煙道氣。
19.如權(quán)利要求15或前述權(quán)利要求中任一項所述的熱電廠，其中，所述 廢水源包括冷卻塔清洗用水和工業(yè)水中的至少一種。
20.如權(quán)利要求15或前述權(quán)利要求中任一項所述的熱電廠，其中，所述 熱電發(fā)電機(jī)包括燃?xì)鉁u輪機(jī)并且所述熱進(jìn)料氣體源包括由所述燃?xì)?渦輪機(jī)產(chǎn)生的廢熱。
說明書
用于發(fā)電廠和其它工業(yè)來源的廢水處理系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明一般涉及用于處理熱電廠、其它工業(yè)工廠和/或其它工業(yè)來源 中產(chǎn)生的廢水的方法、系統(tǒng)和/或設(shè)備。
背景技術(shù)
包括燃烴發(fā)電廠諸如煤、油和/或天然氣燃燒的發(fā)電廠的熱電廠和核 發(fā)電廠以及其它重工業(yè)過程使用大量水以用于進(jìn)行各種工藝并且提供輔 助功能。通常，水是從周圍環(huán)境諸如附近的溪流或湖泊抽取，并且水最終 返回到溪流或湖泊中。
問題是水往往會被化學(xué)品和/或來自工業(yè)過程的其它廢棄產(chǎn)物污染， 從而形成廢水。因此，經(jīng)常需要在將廢水返回到環(huán)境中之前處理這種廢水 以去除污染物的一些或全部。
燃烴熱電廠中經(jīng)常產(chǎn)生的廢水的一個特定來源是煙道氣脫硫 (“FGD”)清洗用水，或“排污水”。FGD清洗用水是含硫的廢水或漿料 和/或從煙道氣(即，來自鍋爐或其它烴燃料燃燒過程的排氣)流去除的其 它化學(xué)品。FGD清洗用水是煙道氣脫硫系統(tǒng)的副產(chǎn)物，其中硫和其它污染 物通常在稱為吸收器的部件中從煙道氣流去除。在吸收器中，硫和/或其它 污染物通常通過用攜帶各種化學(xué)品的基于水的漿料對煙道氣流噴霧來從 煙道氣去除，化學(xué)品被設(shè)計成幫助從氣體去除硫和/或其它污染物。漿料在 被噴霧到煙道氣流中之后收集，并且典型地通過吸收器再循環(huán)多次。FGD 清洗用水是隨著漿料中的硫和/或其它污染物的堆積的增加而從漿料抽出 的，例如以在某一預(yù)選擇的范圍內(nèi)或在某一預(yù)選擇的上限下維持漿料中的 總?cè)芙夤腆w(“TDS”)的廢水流。
發(fā)電廠和其它工業(yè)工廠中經(jīng)常產(chǎn)生的廢水的另一個來源是冷卻塔清 洗用水，或“排污水”。與FGD清洗用水類似，冷卻塔清洗用水是含有溶 解固體的廢水，該廢水從用于冷卻排氣的供水抽出，通常以在某一預(yù)選擇 的范圍或限制之內(nèi)或之下維持冷卻水中的TDS。
發(fā)電廠中經(jīng)常產(chǎn)生的廢水的另外的來源是工業(yè)水，工業(yè)水用于冷卻除 主冷凝器之外電廠廠房或其它地方中的各種熱交換器或冷卻器。正如FGD 清洗用水和冷卻塔清洗用水，工業(yè)水通常累積溶解固體，溶解固體的水平 通常需要進(jìn)行控制。
工業(yè)水、FGD清洗用水和冷卻塔清洗用水通常需要被處理來在返回 到環(huán)境中或在工業(yè)工廠內(nèi)再循環(huán)以供進(jìn)一步使用之前去除溶解固體的一 些或全部。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一些方面，公開了用于在將水返回到周圍環(huán)境或?qū)⑺傺h(huán)以供 發(fā)電廠后續(xù)使用之前用廢水濃縮器處理熱電廠處的廢水的一種或多種方 法、系統(tǒng)和/設(shè)備，廢水濃縮器包括直接接觸絕熱濃縮系統(tǒng)。方法、系統(tǒng)和 設(shè)備可以應(yīng)用于產(chǎn)生含有硫或其它酸性氣體排氣流的其它過程，例如石油 精煉廠和/或天然氣加工廠。
根據(jù)其它方面，公開了用于以多階段處理系統(tǒng)處理廢水的一種或多種 方法、系統(tǒng)和/設(shè)備，其中第一階段包括操作性地設(shè)置在含廢水的蓄水池中 的液體蒸發(fā)器，并且第二階段包括操作性地連接至蓄水池以從蓄水池接收 廢水的廢水濃縮器。多階段處理系統(tǒng)可以用作用于處理熱電廠處的廢水的 系統(tǒng)的一部分，但不限于在熱電廠中使用。
根據(jù)一個示例性方面，用于熱電廠的廢水處理系統(tǒng)包括熱電廠中產(chǎn)生 的廢水流，該廢水流被引導(dǎo)穿過實施直接接觸絕熱廢水濃縮器系統(tǒng)的廢水 濃縮器。熱進(jìn)料氣體流同時被引導(dǎo)穿過廢水濃縮器。廢水濃縮器將熱進(jìn)料 氣體和廢水直接混合，并且從廢水蒸發(fā)水以形成水蒸氣和濃縮廢水。廢水 濃縮器將水蒸氣從濃縮廢水分離。廢水濃縮器排放排氣，包括水蒸氣和一 些或全部進(jìn)料氣體。排氣可以排放至大氣或另一部件以供進(jìn)一步處理、回 收或使用。其余濃縮廢水或排出鹽水可以再循環(huán)穿過廢水濃縮器以用于進(jìn) 一步濃縮和/或引導(dǎo)用于進(jìn)一步處理、回收和/或處置。
根據(jù)另一個示例性方法，公開了一種用實施直接接觸絕熱廢水濃縮器 系統(tǒng)的廢水濃縮器處理來自熱電廠的廢水的方法。發(fā)電廠包括廢水源和熱 進(jìn)料氣體源。該方法包括以下步驟：將熱進(jìn)料氣體流接收到廢水濃縮器中， 通過導(dǎo)管將包括廢水的進(jìn)料廢水從熱電廠接收到廢水濃縮器中，將熱進(jìn)料 氣體與進(jìn)料廢水在廢水濃縮器中直接混合以將水蒸氣從進(jìn)料廢水蒸發(fā)，在 廢水濃縮器中將水蒸氣與進(jìn)料廢水分離以形成濃縮排出鹽水和排氣，并且 將排氣從廢水濃縮器排放。
根據(jù)另外的示例性方面，熱電廠包括熱電發(fā)電機(jī)，諸如用于產(chǎn)生蒸汽 以使操作性地連接至發(fā)電機(jī)的渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)以用于產(chǎn)生電的鍋爐和/或燃?xì)?渦輪機(jī)，具有直接接觸絕熱廢水濃縮器系統(tǒng)的廢水濃縮器，操作性地連接 至廢水濃縮器以將進(jìn)料廢水供應(yīng)至廢水濃縮器的廢水源以及操作性地連 接至廢水濃縮器以將熱進(jìn)料氣體供應(yīng)至廢水濃縮器的熱進(jìn)料氣體源。廢水 濃縮器將熱進(jìn)料氣體與進(jìn)料廢水直接混合，從進(jìn)料廢水蒸發(fā)水蒸氣，將水 蒸氣從進(jìn)料廢水分離，從而形成排出鹽水和排氣，將排氣排放至大氣和/ 或另一處理部件，并且提供與排氣分離的排出鹽水以供進(jìn)一步處理和/或處 置。
進(jìn)一步根據(jù)前述示例性方面中的任一個或多個，用于處理發(fā)電廠廢水 的系統(tǒng)、設(shè)備和/或方法和/或多階段廢水處理系統(tǒng)還任選地可以包括以下 優(yōu)選形式的任一種或多種。
在一些優(yōu)選形式中，廢水包括來自發(fā)電廠的清洗用水、工業(yè)水、滲濾 液和/或貯水庫水。清洗用水可以包括來自煙道氣脫硫系統(tǒng)的煙道氣脫硫清 洗用水和/或來自冷卻塔的清洗用水。
在一些優(yōu)選形式中，熱電廠包括具有用于產(chǎn)生蒸汽的燃烴的燃燒加熱 器的鍋爐、來自燃燒加熱器的第一煙道氣流以及煙道氣脫硫系統(tǒng)。煙道氣 脫硫系統(tǒng)可以操作性地連接至來自燃燒加熱器的第一煙道氣流。煙道氣脫 硫系統(tǒng)可以被布置成諸如用吸收器從煙道氣去除硫和/或其它污染物，并且 產(chǎn)生煙道氣脫硫清洗用水。燃燒加熱器可以是燃烴的，例如用煤、油和/ 或天然氣燃燒。廢水濃縮器可以操作性地連接至煙道氣脫硫系統(tǒng)以接收包 括煙道氣脫硫清洗用水的進(jìn)料廢水。在一些形式中，熱電廠包括其它類型 的熱電發(fā)電機(jī)諸如燃?xì)鉁u輪機(jī)。燃?xì)鉁u輪機(jī)可以例如單獨(dú)用作主要發(fā)電設(shè) 備和/或結(jié)合其它類型的熱電發(fā)電機(jī)用作調(diào)峰或備用發(fā)電設(shè)備。
在一些形式中，熱電廠包括冷卻塔。冷卻塔產(chǎn)生冷卻塔清洗用水。廢 水濃縮器可以操作性地連接至冷卻塔以接收包括冷卻塔清洗用水的進(jìn)料 廢水。
在一些形式中，熱電廠產(chǎn)生工業(yè)水。廢水濃縮器可以操作性地連接至 工業(yè)水源以接收包括工業(yè)水的進(jìn)料廢水以用于濃縮。
在一些形式中，廢水濃縮器可以與發(fā)電廠滲濾液源操作性地連接在一 起，以使得發(fā)電廠滲濾液被供應(yīng)至廢水濃縮器以用于濃縮。
在一些優(yōu)選形式中，廢水濃縮器可以與貯水庫操作性地連接在一起， 以使得來自貯水庫的水供應(yīng)至廢水濃縮器以用于濃縮。
在一些優(yōu)選形式中，熱進(jìn)料氣體包括熱排氣或來自發(fā)電廠內(nèi)的一個或 多個其它工序的其它廢熱。熱進(jìn)料氣體可以抽自以下各項：第一煙道氣流 諸如滑流、燃燒加熱器的燃燒空氣預(yù)熱器的熱空氣和/或包括其它熱氣體 流。熱進(jìn)料氣體可以從溫度處在約150℉與約800℉之間的溫度的第一流 引出�；骺梢栽诘谝涣鞔┻^為燃燒器預(yù)加熱燃燒空氣的燃燒空氣預(yù)熱器 之后從第一流抽取�；骺梢栽诘谝涣鞯竭_(dá)煙道氣脫硫系統(tǒng)之前從第一流 抽取。燃燒加熱器可以包括煤燃燒鍋爐、內(nèi)燃機(jī)、渦輪機(jī)組以及其它燃燒 裝置中的任一個或多個。鍋爐可以包括用于為發(fā)電機(jī)的渦輪機(jī)產(chǎn)生進(jìn)料蒸 汽的鍋爐。
在一些優(yōu)選形式中，熱進(jìn)料氣體從由燃燒空氣預(yù)熱器產(chǎn)生的熱空氣抽 取。來自燃燒空氣預(yù)熱器的熱空氣任選地還可以在被提供為熱進(jìn)料氣體之 前例如用火炬或燃燒器進(jìn)行加熱。
在一些優(yōu)選形式中，熱進(jìn)料氣體通過火炬或燃燒器直接加熱。火炬或 燃燒器可以專用于加熱有待提供至廢水濃縮器的熱進(jìn)料氣體。
在一些優(yōu)選形式中，熱進(jìn)料氣體從備用發(fā)電設(shè)備諸如備用燃?xì)鉁u輪機(jī) 或其它調(diào)峰發(fā)電裝置抽取。
在一些優(yōu)選形式中，熱進(jìn)料氣體從包括本文描述的任一個或多個來源 的多個不同的熱空氣源抽取。
在一些優(yōu)選形式中，廢水濃縮器包括將廢水直接混合并蒸發(fā)成熱排氣 的裝置如文丘里管蒸發(fā)裝置或通流管蒸發(fā)。廢水濃縮器可以包括叉流式氣 -液分離器、氣旋式氣-液分離器或濕式靜電除塵器中的任一個或任何組合。 廢水濃縮器可以永久地安裝在發(fā)電廠中。廢水濃縮器可以是便攜式的并且 暫時地安裝在發(fā)電廠中。
在形成多階段廢水處理系統(tǒng)的一些優(yōu)選形式中，廢水可以在第一階段 通過另外的廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)處理，之后在第二階段中提供作為進(jìn)料廢 水在廢水濃縮器中進(jìn)行處理。預(yù)處理可以包括操作性地設(shè)置在含廢水的蓄 水池中以在將廢水提供至廢水濃縮器之前從廢水蒸發(fā)至少一些水的液體 蒸發(fā)器。蓄水池可以諸如通過一個或多個供應(yīng)導(dǎo)管從發(fā)電廠接收廢水。蓄 水池可以通過一個或多個另外的排出導(dǎo)管操作性地連接至廢水濃縮器。廢 水可以從發(fā)電廠內(nèi)的一個或多個工序通過供應(yīng)導(dǎo)管流動到蓄水池中。廢水 可以通過排出導(dǎo)管從蓄水池流動至廢水濃縮器。液體蒸發(fā)器優(yōu)選地連接至 強(qiáng)制空氣源，并且諸如通過在大量廢水中形成氣泡將不連續(xù)的氣相與連續(xù) 的廢水相在部分封閉容器內(nèi)有力地混合。強(qiáng)制空氣可以例如通過發(fā)電廠內(nèi) 的廢熱源諸如煙道氣或其它廢熱源來加熱。液體蒸發(fā)器可以對廢水進(jìn)行預(yù) 處理以將比簡單地將來自發(fā)電廠內(nèi)的各種工序的廢水直接用作進(jìn)料廢水 更為濃縮的進(jìn)料廢水提供至廢水濃縮器。在第一階段使用的液體蒸發(fā)器與 第二階段的用于廢水濃縮器的預(yù)處理進(jìn)料廢水的組合可以在除了作為實 例的熱電廠之外的其它使用環(huán)境中實施。
在一些優(yōu)選形式中，由廢水濃縮器產(chǎn)生的濃縮排出鹽水通過另外的處 理系統(tǒng)和/或方法來進(jìn)行后處理。可以在后處理過程中將排出鹽水脫水。在 后處理過程中從排出鹽水去除的液體可以再循環(huán)至廢水濃縮器以進(jìn)行再 次處理。
在一些優(yōu)選形式中，靜電除塵器(ESP)、濕式靜電除塵器(WESP) 和/或過濾袋操作性地連接至第一煙道氣流或煙道氣滑流。ESP、WESP或 過濾袋可以被布置成在煙道氣進(jìn)入廢水濃縮器之前從煙道氣去除飛灰和/ 或其它污染物。
在一些優(yōu)選形式中，從廢水濃縮器排放的排氣被引導(dǎo)至一個或多個另 外的排放控制系統(tǒng)以在釋放至大氣之前進(jìn)行進(jìn)一步處理。來自廢水濃縮器 的排氣可以在返回到電廠的排氣流之前進(jìn)行加熱或預(yù)加熱。排氣可以用燃 燒器、電加熱器或其它熱氣體流中的任一個或任何組合加熱或預(yù)加熱。排 氣可以加熱到酸-氣冷凝溫度之上。排氣可以返回到煙道氣脫硫系統(tǒng)中。 排氣還可以或可替代地直接排放至大氣，而不需進(jìn)行進(jìn)一步處理或再捕 獲。
在考慮以下詳細(xì)描述和隨附權(quán)利要求書之后，其它方面和形式將變得 顯而易見。
