脱硫廢水旋轉噴霧蒸發特性實驗研究！
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北極星水處理網訊:摘要：脱硫廢水旋轉噴霧乾燥技術是一種利用熱煙氣蒸發脱硫廢水的零排放技術。開展了不同懸浮物（SS）含量的脱硫廢水原水以及經濃縮的高鹽廢水的蒸發實驗，採用可視化手段觀察了脱硫廢水在乾燥塔內的蒸發特性，考察了脱硫廢水噴霧蒸發過程中停留時間、進口煙氣温度、氣液比對蒸發特性的影響。結果表明，旋轉噴霧蒸發工藝對高鹽、高SS含量等複雜脱硫廢水組分具有較佳的適應性；脱硫廢水從旋轉霧化器噴出後，迅速蒸發，主蒸發區在霧化盤下方0.75~1.00m區域內；隨後是蒸發析出的未乾鹽分及未完全蒸發的廢水液滴進一步蒸乾至含水率低於2%；煙氣在噴霧乾燥塔內的停留時間需要維持在20s以上才能保證塔出口灰分含水率低於2%；進口煙氣温度越高，其塔底及塔出口的灰分含水率越低，在氣液比為12000m/m（標準狀態）的廢水工況下，入口煙温為280℃時已經難以保證廢水液滴良好蒸發；在入口煙氣温度為340℃、氣液比在大於10000m/m（標準狀態）時，塔底灰分含水率小於2%，蒸發效果良好。
關鍵詞：脱硫廢水；蒸發特性；停留時間；懸浮物濃度；可視化實驗
0 引言
目前，燃煤電廠普遍採用石灰石石膏濕法脱硫工藝，該工藝具有脱硫效率高及運行成本低等特點，但運行過程中會排放一定量的脱硫廢水，排放量約為15～20kg/(MWh)。脱硫廢水一般具有懸浮物含量高、水質為弱酸性、含鹽量高等特點，因此不能直接排放。近年來，隨着“水十條”的發佈，工業水的排放標準更加嚴格，脱硫廢水作為工業水的一種，其排放控制引起了廣泛關注。
旋轉噴霧乾燥技術是利用旋轉霧化器將液滴霧化成粒徑為10～60μm的細小液滴噴入乾燥塔，從空預器前引出高温煙氣作為熱源將液滴在乾燥塔內快速蒸乾，可有效解決主、旁路煙道蒸發技術積灰和噴嘴堵塞的問題，相較於主煙道蒸發技術和旁路煙道蒸發技術有一定的技術優勢，具有良好的應用前景。
本文開展了不同懸浮物及含鹽量的脱硫廢水蒸發實驗，並採用可視化手段觀察了脱硫廢水在乾燥塔內的蒸發特性，在此基礎上考察了脱硫廢水噴霧蒸發所需要的停留時間，從而為脱硫廢水旋轉噴霧蒸發工藝的工程應用提供實驗基礎。
2 實驗裝置及分析測試
2.1 實驗裝置
脱硫廢水旋轉噴霧乾燥系統如圖1所示，由脱硫廢水供液系統、模擬煙氣系統、旋轉噴霧乾燥系統和尾氣處理系統組成。乾燥塔的頂部佈置有LPG-50型旋轉霧化器以及蝸殼式煙氣分佈器，在乾燥塔沿程佈置熱電偶以及觀察孔和採樣孔。乾燥塔塔高6.5m、塔徑1.6m，額定處理煙氣量600m3/h（標準狀態，下同），額定廢水處理量50L/h。廢水乾燥的工藝流程為：脱硫廢水經脱硫廢水供液系統進入到乾燥塔頂部的旋轉霧化器霧化為細小液滴，在乾燥塔內與經過電加熱器加熱的中高温模擬煙氣接觸進行傳質傳熱，乾燥後的顆粒部分被幹燥塔自身分離進入塔底，部分隨煙氣進入尾氣處理系統處理後排放。圖2為乾燥塔測點的佈置圖，沿程共佈置6個測點，每個測點之間的距離為60cm，之外有塔進口煙道測點，塔出口煙道測點和塔底測點。
2.2 分析測試方法
實驗過程中需要測試沿程煙氣温度、濕度、沿程灰分含水率以及塔底與塔出口灰分含水率。沿程温度採用熱電偶（WRP-130）在線檢測；沿程濕度採用煙氣水分儀（HMS545P）測試；沿程灰分含水率採用自制採樣槍採樣，將採集的樣品收集到塑封袋進行保存。塔出口煙氣中固體顆粒依據GB/T16157—1996《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態污染物採樣方法》、採用WJ-60B型皮托管平行全自動煙塵採樣器，在等速採樣條件下由加裝於採樣槍中的玻璃纖維濾筒採集；塔底固相顆粒在一組實驗結束後打開塔底灰鬥閥門用塑封袋收集並保存。採集到的灰樣取部分稱重後放置烘箱在120℃的環境下烘乾30~60min，之後再次稱重。可視化實驗通過在脱硫廢水中加入熒光劑，在紫外燈的照射下經具有耐高温玻璃板的觀察孔進行觀察。
3 結果與分析
3.1 脱硫廢水原水旋轉噴霧蒸發特性
實驗選取中鹽廢水（Cl-質量濃度為13489mg/L），在噴霧乾燥塔進口煙氣温度為350℃、脱硫廢水處理量為50L/h、進口煙氣流量為600m3/h（標準狀態，下同）的工況下進行脱硫廢水的旋轉噴霧蒸發實驗。實驗進行2次，一次煙氣含粉塵（粉塵質量濃度約為10g/m3），一次是不含粉塵。實驗記錄每個工況下沿程煙氣温度、濕度以及對沿程灰分的含水率和塔底灰分進行採樣並測試，實驗結果如圖3、圖4和圖5所示。
由圖3、圖4以及圖5可以看出，沿程温度、濕度和沿程灰分的含水率在測點1和測點2之間的變化最為劇烈，隨後沿程温度、濕度及沿程灰分的含水率變化趨勢逐漸平緩，這表明脱硫廢水經霧化盤霧化噴出之後在測點1與測點2之間區域迅速蒸乾，屬於主蒸發區域（距離霧化盤約1.0m）。此外，從圖3、圖4以及圖5還可以看出，燃煤粉塵對塔內煙氣温度和濕度分佈影響不大，但含燃煤粉塵時，塔中下部固體顆粒的蒸乾速率略有降低，這是由於在含粉煤灰的工況下，部分粉煤灰顆粒會與脱硫廢水液滴接觸並附着在液滴表面，在液滴蒸發過程中，這部分粉塵會逐漸形成一層硬殼限制液滴的繼續蒸發，在主蒸發區內，由於硬殼尚未完全成型，對液滴蒸發的限制不大，對沿程顆粒含水率的影響並不明顯，當液滴隨着煙氣離開主蒸發區至塔體中下部時，硬殼基本完全成型，限制了液滴的蒸發，這時添加粉煤灰的工況其塔體中下部的灰分含水率會比未添加粉煤灰的工況高。另外由圖5可知，至塔中部區域（測點3），顆粒的含水率基本在10%~15%，之後逐步蒸乾，至塔底時灰分含水率均在2%以下。
3.2 含懸浮物的脱硫廢水的蒸發特性
實驗選取中鹽脱硫廢水，採用不含懸浮物的原始脱硫廢水，以及在其中加入粉煤灰和石膏顆粒配製成懸浮性固體（suspendedsolid,SS）含量分別為3%、6%和10%的脱硫廢水，在塔入口煙温約為345℃，煙氣流量為600m3/h，煙氣不含燃煤粉塵，脱硫廢水液量為50L/h的工況下開展蒸發實驗並測試沿程煙氣温度、濕度、乾燥塔沿程、出口和塔底粉塵含水率，實驗結果如圖6、圖7和圖8所示。
由圖6、圖7及圖8可知，在蒸乾不同懸浮物含量的脱硫廢水時，乾燥塔沿程煙氣温度和濕度變化不大，但隨着懸浮物含量的增加，塔體中下部灰分的含水率有所增加，這是由於在主蒸發區大部分水分被直接蒸發，而離開主蒸發區後，由於水分的減少，脱硫廢水霧化液滴粒徑會減少，脱硫廢水中含有的懸浮物顆粒之間的距離會減小至接觸形成一層硬殼，這層硬殼的存在會嚴重限制剩餘水分的蒸發，而脱硫廢水中懸浮物含量越高，硬殼的厚度越大，對液滴繼續蒸發的限制效果越強。因此，在塔體中下部時，隨着懸浮物含量的增加，灰分含水率會增大。對比圖5可以發現，脱硫廢水中懸浮性固體對脱硫廢水蒸發的影響高於燃煤粉塵，這是因為進入乾燥塔的燃煤粉塵屬於高温乾燥顆粒，而脱硫廢水中的懸浮性固體屬於高濕低温顆粒，同時，脱硫廢水中懸浮物對廢水蒸發後期存在較大影響。但在該工況下，塔底的含水率均小於2%，蒸乾效果尚可。
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