本發(fā)明涉及廢水處理，尤其是涉及一種廢水零排放監(jiān)控方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、火電廠高鹽廢水(如化學(xué)再生廢水、濕法脫硫廢水等)成分復(fù)雜，直接排放會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。目前，旋轉(zhuǎn)霧化干燥技術(shù)是電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)高鹽廢水零排放的主流技術(shù)之一，該技術(shù)設(shè)置干燥塔，采用高速旋轉(zhuǎn)的方式將廢水霧化為液滴后噴入干燥塔，同時抽取火電廠的高溫?zé)煔馑腿敫稍锼?，高溫?zé)煔馀c廢水液滴在干燥塔內(nèi)充分換熱，快速實(shí)現(xiàn)廢水的零排放。

2、高溫?zé)煔庠诟稍锼?nèi)的停留時間決定了氣液兩相流體的換熱時間，也是影響廢水蒸發(fā)零排放效果的關(guān)鍵參數(shù)?，F(xiàn)階段，對停留時間的計(jì)算方式較為粗放，一般只能通過干燥塔入口煙氣溫度和出口煙氣溫度的平均值計(jì)算煙氣在干燥塔內(nèi)的平均流速，再通過干燥塔的塔高計(jì)算煙氣停留時間。

3、然而，由于廢水在干燥塔內(nèi)的干燥過程包括恒速蒸發(fā)和降速蒸發(fā)兩個階段，煙氣在自上而下的流動過程中溫度會不斷降低，且降幅不一，會導(dǎo)致其流速也發(fā)生相應(yīng)的改變?，F(xiàn)有對停留時間的計(jì)算方式無法反映流速隨溫度的變化規(guī)律，以平均溫度和平均流速的方法推算煙氣停留時間，容易導(dǎo)致廢水零排放系統(tǒng)運(yùn)行控制不合理，引起系統(tǒng)出力不足或零排放效果不良等后果，進(jìn)而嚴(yán)重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

4、此外，來自火電廠的高溫?zé)煔馕镄詤?shù)具有一定的波動性，由于這些參數(shù)不穩(wěn)定且無法調(diào)控，因此在利用該高溫?zé)煔鈱U水進(jìn)行蒸發(fā)干燥時，可能出現(xiàn)蒸發(fā)效果不穩(wěn)定以及蒸發(fā)不良導(dǎo)致的濕灰、堵塞、腐蝕等故障，會對干燥塔的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重的不良影響。

5、為了確保廢水的零排放效果，有必要采用更合理的方法計(jì)算煙氣停留時間，并根據(jù)停留時間對系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行必要的調(diào)控。

6、鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種廢水零排放監(jiān)控方法和系統(tǒng)，充分考慮了干燥塔內(nèi)煙氣流速隨溫度的變化規(guī)律，提高了干燥塔的運(yùn)行穩(wěn)定性，保證了廢水干燥效果。

2、本發(fā)明提供一種廢水零排放監(jiān)控方法，包括如下步驟：

3、s1：將廢水霧化后送入干燥塔，向干燥塔中通入高溫?zé)煔鈱F化后的廢水液滴進(jìn)行蒸發(fā)干燥，對干燥塔出口煙氣溫度t2進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測；

4、s2：分別獲取煙氣在恒速蒸發(fā)階段的運(yùn)動時間t1和在降速蒸發(fā)階段的運(yùn)動時間t2，根據(jù)運(yùn)動時間t1和運(yùn)動時間t2獲取煙氣總停留時間tall，tall＝t1+t2；

5、s3：根據(jù)煙氣總停留時間tall對廢水流量和煙氣流量進(jìn)行調(diào)控，并使干燥塔出口煙氣溫度t2維持在428k-448k。

6、步驟s1中，干燥塔的上部為中空圓柱體，其是廢水蒸發(fā)干燥的主要場所；干燥塔的底部為中空圓錐體，其主要用于灰分沉積；如無特殊說明，干燥塔主要指的是中空圓柱體部分。在干燥塔的頂部設(shè)置旋轉(zhuǎn)霧化器，采用旋轉(zhuǎn)霧化器對廢水進(jìn)行霧化，控制旋轉(zhuǎn)霧化器的轉(zhuǎn)速為12000-18000r/min，霧化形成的廢水液滴的粒徑為10-60μm。

7、步驟s2中，廢水液滴在干燥塔內(nèi)部的蒸發(fā)過程包括恒速蒸發(fā)和降速蒸發(fā)兩個階段；其中，恒速蒸發(fā)發(fā)生于干燥塔上部，在該階段廢水液滴表面的水分與高溫?zé)煔饪焖贀Q熱，煙氣溫度急劇降低，廢水迅速蒸發(fā)，廢水中的溶解鹽和懸浮物形成固體外殼，減緩水分蒸發(fā)速率；降速蒸發(fā)發(fā)生于干燥塔下部，受形成的固體外殼的影響，廢水蒸發(fā)緩慢，煙氣溫度緩慢下降。

8、煙氣在進(jìn)入干燥塔之后，其垂向流速可按如下公式計(jì)算：

9、

10、其中：v為煙氣垂向流速；v為煙氣體積流量(簡稱為煙氣流量)；n為摩爾流量，由煙氣體積流量計(jì)算；r為氣體常數(shù)；t為煙氣開氏溫度；p為煙氣壓強(qiáng)；s為干燥塔的橫截面積，由干燥塔塔徑計(jì)算。

11、在干燥塔的中部設(shè)置沿程測溫計(jì)，沿程測溫計(jì)設(shè)置在恒速蒸發(fā)階段與降速蒸發(fā)階段之間，沿程測溫計(jì)用于檢測煙氣在恒速蒸發(fā)階段和降速蒸發(fā)階段之間的臨界溫度。

12、從干燥塔頂部到沿程測溫計(jì)處為廢水的恒速蒸發(fā)階段，在該距離內(nèi)煙氣溫度隨向下運(yùn)動而急劇下降，以如下線性模型模擬煙氣溫度隨垂向運(yùn)動距離的變化規(guī)律：

13、t＝a1l+b1

14、其中：l為煙氣垂向運(yùn)動距離(以干燥塔頂部為起點(diǎn))；a1、b1為模型參數(shù)。

15、設(shè)tc為沿程測溫計(jì)的讀數(shù)(即煙氣在恒速蒸發(fā)階段和降速蒸發(fā)階段之間的臨界溫度)，t1為入口煙氣溫度，l1為沿程測溫計(jì)距離干燥塔頂部的距離(即煙氣在恒速蒸發(fā)階段的垂向流動距離，約為2.5-5.4m)。

16、當(dāng)l＝0時，t＝t1；當(dāng)l＝l1時，t＝tc，因此，通過如下公式獲取a1、b1：

17、

18、b1＝t1

19、其中：tc為煙氣在恒速蒸發(fā)階段和降速蒸發(fā)階段之間的臨界溫度；t1為入口煙氣溫度；l1為煙氣在恒速蒸發(fā)階段的垂向流動距離。

20、由于煙氣垂向流速為垂向運(yùn)動距離與運(yùn)動時間的導(dǎo)數(shù)，即：

21、

22、通過如下公式計(jì)算煙氣運(yùn)動時間t(以干燥塔頂部為起點(diǎn))：

23、

24、當(dāng)l＝0時，t＝0，可得：

25、

26、在恒速蒸發(fā)階段，令l＝l1，可計(jì)算煙氣在恒速蒸發(fā)階段的運(yùn)動時間，記為t1。

27、即，通過如下公式獲取煙氣在恒速蒸發(fā)階段的運(yùn)動時間t1：

28、

29、其中：t1為煙氣在恒速蒸發(fā)階段的運(yùn)動時間；p為煙氣壓強(qiáng)；s為干燥塔的橫截面積；n為摩爾流量；r為氣體常數(shù)；a1、b1為模型參數(shù)；l1為煙氣在恒速蒸發(fā)階段的垂向流動距離。

30、從沿程測溫計(jì)到干燥塔底部出口煙道處為廢水的降速蒸發(fā)階段，在該距離內(nèi)，煙氣溫度隨向下運(yùn)動而緩慢下降，以如下線性函數(shù)模擬煙氣溫度隨垂向運(yùn)動距離的變化規(guī)律：

31、t＝a2l+b2

32、其中：l為煙氣垂向運(yùn)動距離(以降速蒸發(fā)起點(diǎn)為起點(diǎn)，記作l2)；a2、b2為模型參數(shù)。

33、設(shè)t2為出口煙氣溫度，干燥塔中空圓柱體高度為h。當(dāng)l＝0時，有t＝tc；當(dāng)l＝h-l1時，t＝t2，因此，通過如下公式獲取a2、b2：

34、

35、其中：t2為出口煙氣溫度；tc為煙氣在恒速蒸發(fā)階段和降速蒸發(fā)階段之間的臨界溫度；h為干燥塔中空圓柱體的高度(即干燥塔上部中空圓柱體的高度)；l1為煙氣在恒速蒸發(fā)階段的垂向流動距離。

36、煙氣垂向流速為垂向運(yùn)動距離與運(yùn)動時間的導(dǎo)數(shù)，即：

37、

38、通過如下公式計(jì)算煙氣運(yùn)動時間t(以降速蒸發(fā)起點(diǎn)為起點(diǎn)，記作t2)：

39、

40、當(dāng)l＝0時，t＝0，可得：

41、

42、在降速蒸發(fā)階段，令l＝h-l1＝l2，可計(jì)算煙氣在降速蒸發(fā)階段的運(yùn)動時間，記為t2。

43、即，通過如下公式獲取煙氣在降速蒸發(fā)階段的運(yùn)動時間t2：

44、

45、其中：t2為煙氣在降速蒸發(fā)階段的運(yùn)動時間；p為煙氣壓強(qiáng)；s為干燥塔的橫截面積；n為摩爾流量；r為氣體常數(shù)；a2、b2為模型參數(shù)；l2為煙氣在降速蒸發(fā)階段的垂向流動距離。

46、根據(jù)廢水含固率x，按照如下方式確定煙氣總停留時間tall的控制區(qū)間：

47、當(dāng)廢水含固率x為：x≤10％，煙氣總停留時間tall的控制區(qū)間為[30s,35s)，即30s≤tall<35s；

48、當(dāng)廢水含固率x為：10％＜x≤20％，煙氣總停留時間tall的控制區(qū)間為[35s,40s)，即35s≤tall<40s；

49、當(dāng)廢水含固率x為：20％＜x≤30％，煙氣總停留時間tall的控制區(qū)間為[40s,45s]，即40s≤tall≤45s。

50、此外，按照如下方式對氣液比進(jìn)行調(diào)控：

51、當(dāng)煙氣總停留時間tall處于控制區(qū)間內(nèi)且干燥塔出口煙氣溫度t2維持在428k-448k時，維持廢水流量和煙氣流量不變；

52、當(dāng)煙氣總停留時間tall低于控制區(qū)間下限時，降低廢水流量和煙氣流量直至煙氣總停留時間tall處于控制區(qū)間內(nèi)且干燥塔出口煙氣溫度t2維持在428k-448k，并控制氣體流量的降低率不超過廢水流量降低率；

53、當(dāng)煙氣總停留時間tall高于控制區(qū)間上限時，提高廢水流量和煙氣流量直至煙氣總停留時間tall處于控制區(qū)間內(nèi)且干燥塔出口煙氣溫度t2維持在428k-448k，并控制廢水流量的增大率不超過氣體流量增大率。

54、上述調(diào)控方式能夠基于煙氣變速流動規(guī)律獲取對應(yīng)的煙氣總停留時間tall，同時根據(jù)煙氣總停留時間tall的控制區(qū)間在干燥塔運(yùn)行時對廢水流量和煙氣流量進(jìn)行協(xié)同調(diào)節(jié)，從而能夠良好地克服進(jìn)入干燥塔的高溫?zé)煔鉁囟炔环€(wěn)定等問題，進(jìn)而避免干燥塔在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的蒸發(fā)效果不穩(wěn)定以及蒸發(fā)不良導(dǎo)致的濕灰、堵塞、腐蝕等故障，保證了干燥塔的穩(wěn)定運(yùn)行。

55、本發(fā)明還提供一種用于實(shí)施上述廢水零排放監(jiān)控方法的廢水零排放監(jiān)控系統(tǒng)，包括干燥塔和控制器，在干燥塔的頂部設(shè)有旋轉(zhuǎn)霧化器，旋轉(zhuǎn)霧化器與廢水管道連接，在廢水管道上設(shè)有廢水調(diào)節(jié)閥，在干燥塔的上部和下部分別設(shè)有入口煙道和出口煙道，在入口煙道上設(shè)有煙氣調(diào)節(jié)閥、入口測溫計(jì)和流量計(jì)，在出口煙道上設(shè)有出口測溫計(jì)，在干燥塔上設(shè)有沿程測溫計(jì)和測壓儀，控制器設(shè)有計(jì)算模塊，計(jì)算模塊能夠根據(jù)入口測溫計(jì)、出口測溫計(jì)、沿程測溫計(jì)、流量計(jì)和測壓儀反饋的數(shù)據(jù)計(jì)算煙氣在恒速蒸發(fā)階段的運(yùn)動時間t1、在降速蒸發(fā)階段的運(yùn)動時間t2和煙氣總停留時間tall，控制器根據(jù)煙氣總停留時間tall對廢水調(diào)節(jié)閥和煙氣調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制以調(diào)控廢水流量和煙氣流量。

56、具體地，干燥塔的上部為中空圓柱體，底部為中空圓錐體，入口煙道和出口煙道分別設(shè)置在中空圓柱體的上部和下部；旋轉(zhuǎn)霧化器用于對廢水進(jìn)行霧化，旋轉(zhuǎn)霧化器可以設(shè)置在干燥塔頂部中央；廢水調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)廢水流量；煙氣調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)煙氣流量；入口測溫計(jì)用于實(shí)時監(jiān)測入口煙氣溫度t1，流量計(jì)用于實(shí)時監(jiān)測煙氣體積流量v，經(jīng)換算得到摩爾流量n，入口測溫計(jì)和流量計(jì)可以安裝在入口煙道內(nèi)部1/2直徑的深度位置上，入口測溫計(jì)與流量計(jì)間隔0.8-1.2m布置；出口測溫計(jì)用于實(shí)時監(jiān)測出口煙氣溫度t2，可以安裝在出口煙道內(nèi)部1/2直徑的深度位置上；沿程測溫計(jì)用于實(shí)時監(jiān)測煙氣在恒速蒸發(fā)階段和降速蒸發(fā)階段之間的臨界溫度tc，可以安裝在中空圓柱體內(nèi)部1/8直徑的深度位置上；測壓儀用于實(shí)時監(jiān)測煙氣壓強(qiáng)p，可以安裝在中空圓柱體的1/2高度位置上以及中空圓柱體內(nèi)部1/8直徑的深度位置上。

57、進(jìn)一步地，根據(jù)廢水含固率x，按照如下方式設(shè)置沿程測溫計(jì)：

58、當(dāng)廢水含固率x為：x≤10％，將沿程測溫計(jì)設(shè)置在距離干燥塔塔頂4.5-5.4m的位置上；

59、廢水含固率x為：10％＜x≤20％，將沿程測溫計(jì)設(shè)置在距離干燥塔塔頂3.5-4.4m的位置上；

60、廢水含固率x為：20％＜x≤30％，將沿程測溫計(jì)設(shè)置在距離干燥塔塔頂2.5-3.4m的位置上。

61、本發(fā)明基于廢水在恒速蒸發(fā)和降速蒸發(fā)階段的特征，建立了一種廢水零排放監(jiān)控方法和系統(tǒng)，通過對關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，為動力學(xué)模型的建立提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；該方法和系統(tǒng)充分考慮了不同蒸發(fā)階段中煙氣流速與溫度的關(guān)系，分別建立了煙氣運(yùn)動時間與運(yùn)動距離的線性模型，得出了計(jì)算煙氣總停留時間的動力學(xué)模型，提升了干燥塔內(nèi)煙氣總停留時間計(jì)算的準(zhǔn)確性；此外，依據(jù)動力學(xué)模型對煙氣總停留時間的計(jì)算，對不同類型的廢水制定了相應(yīng)的智能控制方法，既確保干燥塔的廢水處理效果與處理能力，同時能夠良好地克服因進(jìn)入干燥塔的高溫?zé)煔鉁囟炔环€(wěn)定導(dǎo)致的各種問題，提高了干燥塔的運(yùn)行穩(wěn)定性，保證了廢水干燥效果。