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脫硫廢水零排放處理系統(tǒng)主要分為預(yù)處理單元、濃縮減量單元和結(jié)晶分鹽單元。針對不同的濃縮減量技術(shù)，假設(shè)預(yù)處理單元和結(jié)晶分鹽單元都相同。
脫硫廢水軟化預(yù)處理環(huán)節(jié)采用Ca(OH)2+Na2CO3雙堿法，處理后的水質(zhì)指標(biāo)見表1。由表1可以看出：經(jīng)過軟化處理后，廢水中鈣離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.005‰，鎂離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.001‰，懸浮物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.001‰，可以避免下游蒸發(fā)濃縮結(jié)晶過程中結(jié)垢。
脫硫廢水經(jīng)過預(yù)處理后，廢水中主要的無機(jī)離子為Na+、Cl-和SO42-，占溶解性總固體的比例通常大于90%。直接經(jīng)蒸發(fā)濃縮處理后得到混合雜鹽。結(jié)晶雜鹽遇水易溶解，且通常含有有機(jī)物甚至重金屬，屬于固體廢棄物。因此在蒸發(fā)結(jié)晶過程中實(shí)現(xiàn)分鹽，可以提高結(jié)晶鹽的資源化效率，降低綜合處理成本。分鹽結(jié)晶實(shí)質(zhì)是利用NaCl、Na2SO4等物質(zhì)濃度及溶解度差異，在蒸發(fā)過程中控制合適的運(yùn)行溫度和濃縮倍數(shù)來實(shí)現(xiàn)鹽的分離。
根據(jù)預(yù)處理后的脫硫廢水三元體系相平衡圖（Na+/Cl-、SO42--H2O）確定分鹽結(jié)晶工藝流程，如圖2所示，分為五個階段：蒸發(fā)濃縮階段、Na2SO4蒸發(fā)析晶階段（343.15 K）、Na2SO4?10H2O冷卻析晶階段（273.15 K）、NaCl蒸發(fā)析晶階段（343.15 K）、雜鹽蒸發(fā)結(jié)晶（343.15 K）。
為了減少結(jié)晶器的能耗，假設(shè)濃縮減量環(huán)節(jié)出口的液體中NaCl和Na2SO4濃度為對應(yīng)溫度下飽和溶液的濃度。
1.1多效蒸發(fā)系統(tǒng)
多效蒸發(fā)系統(tǒng)采用三效蒸發(fā)器對脫硫廢水進(jìn)行濃縮，蒸發(fā)器和物料流程采用順流流程，根據(jù)蒸發(fā)器熱源不同，設(shè)計(jì)了兩種多效蒸發(fā)流程。
多效蒸發(fā)系統(tǒng)的熱源可以來自電廠低壓缸抽汽，也可以采用煙氣驅(qū)動的低溫多效蒸發(fā)系統(tǒng)。圖3a為傳統(tǒng)的以生蒸汽為熱源的三效蒸發(fā)系統(tǒng)（MEE-S）流程示意圖。經(jīng)過預(yù)處理的脫硫廢水分別經(jīng)過一效至三效蒸發(fā)后逐級濃縮；生蒸汽（壓強(qiáng)：0.5 MPa，溫度：151.9℃）由一效加入，每效包括加熱器與分離器，物料與生蒸汽或者上級過來的二次蒸汽在加熱器中換熱，然后進(jìn)入分離器閃蒸，形成的二次蒸汽進(jìn)入下一效。最后一效的二次蒸汽通過冷凝器冷凝成液態(tài)水后匯流至二次冷凝水罐。一效至三效蒸發(fā)器壓力分別為54 kPa、39 kPa、29 kPa。
基于煙氣驅(qū)動的低溫三效蒸發(fā)濃縮工藝流程（MEE-G），見圖3b。約50%的多效蒸發(fā)的冷凝液，經(jīng)除塵器出口低溫?zé)煔猓?32℃）加熱后，獲得90℃-97℃的飽和蒸汽作為一效蒸發(fā)器熱源。煙氣加熱器的熱量衡算，需要根據(jù)蒸發(fā)任務(wù)確定生蒸汽耗量進(jìn)行計(jì)算。
1.2 MVR系統(tǒng)
對于MVR蒸發(fā)濃縮工藝來說，當(dāng)處理高濃度含鹽廢水時，如果沸點(diǎn)升高值過大，則使得換熱器的有效傳熱溫差降低，從而造成壓縮機(jī)需要提高較高的溫度來克服沸點(diǎn)升高的影響，使得系統(tǒng)能耗過高。文獻(xiàn)認(rèn)為：對于MVR蒸發(fā)系統(tǒng)，當(dāng)溶液沸點(diǎn)升高超過15℃時，單級蒸汽壓縮機(jī)提升的二次蒸汽溫度不能維持蒸發(fā)過程中的有效傳熱溫差，需要采用二級MVR或分級壓縮系統(tǒng)。圖4給出了基于表1預(yù)處理后脫硫廢水水質(zhì)特性的含鹽溶液在不同蒸發(fā)溫度下沸點(diǎn)升高值變化規(guī)律?？芍舭l(fā)濃縮階段沸點(diǎn)升高值不到10℃，因此本文采用單級MVR系統(tǒng)（MVR-S）。
預(yù)處理后的脫硫廢水首先在凝結(jié)水預(yù)熱器和濃縮液預(yù)熱器中進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱后廢水與循環(huán)液一起進(jìn)入蒸發(fā)器中，蒸發(fā)壓力取29 kPa。在蒸發(fā)器內(nèi)被壓縮蒸汽加熱，蒸發(fā)器產(chǎn)出的二次蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)壓縮至45 kPa，作為蒸發(fā)器熱源。壓縮機(jī)出口蒸汽一般為過熱蒸汽，不利于蒸發(fā)器中的換熱，因此在進(jìn)入蒸發(fā)器前，引入少量冷凝水，用于消除蒸汽過熱度。與多效蒸發(fā)系統(tǒng)相比，MVR系統(tǒng)不需要二次蒸汽冷卻水系統(tǒng)。
1.3耦合MVR的多效蒸發(fā)系統(tǒng)
對于單級MVR系統(tǒng)，壓縮機(jī)處理的蒸汽量為濃縮階段需要產(chǎn)出的全部二次蒸汽，且廢水沸點(diǎn)升高值較大，因此耗功較大。降低壓縮機(jī)功率的一個可行方法是：首先在較低濃度下對進(jìn)料廢水進(jìn)行預(yù)濃縮，然后再經(jīng)MVR進(jìn)一步蒸發(fā)水分至設(shè)定濃度?？紤]到系統(tǒng)熱集成，采用兩個閃蒸罐和進(jìn)料預(yù)熱器來降低系統(tǒng)能耗，設(shè)計(jì)了耦合MVR的多效蒸發(fā)系統(tǒng)（MEE-MVR），見圖6。
預(yù)處理后的脫硫廢水經(jīng)預(yù)熱器被加熱至74℃，然后送入低壓蒸發(fā)器（60 kPa），產(chǎn)出的濃縮液送入高壓蒸發(fā)器（76 kPa），最終得到濃縮液送至結(jié)晶單元。設(shè)置了兩個閃蒸罐，用于回收部分蒸汽熱能。其中低壓蒸發(fā)器產(chǎn)出的二次蒸汽與來自閃蒸罐-2出口蒸汽混合后，經(jīng)壓縮機(jī)加壓升溫后（壓縮機(jī)出口壓力155 kPa），作為高壓蒸發(fā)器蒸發(fā)熱源；然后經(jīng)過閃蒸罐-1后回收部分蒸汽，與高壓蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽混合，作為低壓蒸發(fā)器的熱源。此外，進(jìn)料預(yù)熱器熱源為閃蒸罐-2出口冷凝水。與單效MVR系統(tǒng)相比，壓縮機(jī)處理的蒸汽流量大大減小，盡管其壓比略有增加，但系統(tǒng)壓縮機(jī)功耗將會降低。
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