2013年开始,我国全面推进燃煤电厂烟气超低排放改造工作,其中90%以上的脱硫工艺为石灰石-石膏湿法烟气脱硫。为确保脱硫系统正常运行,要求脱硫浆液氯离子浓度指标维持在20000mg/L以下,需排出一定量的脱硫废水,其水质较为恶劣。2015年4月16日,国务院发布《水污染行动计划》,明确提出要严格控制水污染,脱硫废水零排放已成为继烟气超低排放后电力环保的又一热点问题。最近几年各种脱硫废水零排放技术推陈出新,其中利用空预器前的高温烟气将脱硫废水进行雾化蒸发处理的旁路烟气蒸发技术,具有诸多技术优势,受到业内关注。因此,探究脱硫废水高温烟气蒸发机理,解决蒸发过程中的关键科学和技术问题具有十分重要的理论意义和应用价值。本文首先利用自行设计的高温烟道与蒸发塔实验台开展蒸发实验,同时,利用CFD对不同工况条件下脱硫废水蒸发特性进行数值模拟。蒸发塔实验结果表明:当入口烟气量为267m3/h,入口烟气温度为300℃,雾化器转速为18000r/min,导流板角度为20°时,蒸发塔的最大蒸发量为4.38kg/h;高温烟道实验结果表明:旁路烟道最佳运行工况为入口烟气温度300℃,进液量150mL/min,压缩空气量15L/min,入口烟气量300m3/h。CFD模拟结果表明,蒸发效果最佳时的条件参数为蒸发器直径2.4m、雾化粒径100-150μm,烟气流速3-4m/s,烟气温度250-260℃;空预器前后配比抽气的方式可以达到经济、高效处理脱硫废水的效果。进而,论文探究了不同盐体系的HCl挥发机理,基于状态方程和混合规则建立了氯离子气固相分配模型,并提出了经济、有效的抑制氯挥发方法。研究表明,氯离子气相转化过程中,经典的气液相平衡模型经过修正后适用于混盐体系下的气固相分配;温度升高,pH降低,对氯挥发有促进作用,在脱硫废水蒸发过程中要特别注意对温度和pH的合理调控;脱硫废水蒸发过程中,气态HCl主要来源于游离Cl-与H2O解离出的H+的结合以及NaCl、CaCl2、MgCl2的水解;固体产物生成的气态HCl源于MgCl2·6H2O的高温水解;使用Ca(OH)2将脱硫废水的pH调节至9-10,可以有效抑制高温蒸发脱硫废水过程中的氯挥发。之后,论文以“三段蒸发理论”过程为基础,建立了脱硫废水液滴群的高温烟气蒸发过程动力学模型。模型计算结果表明,烟气温度越高,液滴粒径越小,传质扩散速率越高,蒸发时间越短;液滴相对速度主要影响的是液滴恒速干燥阶段,对降速干燥阶段影响较小,提高液滴相对速度,有利于缩短蒸发时间;蒸发过程还存在临界含盐量,临界点以前,恒速蒸发为主,临界点之后,降速干燥为主,控制液滴含盐量低于临界含盐量,有利于液滴实现完全蒸干。最后,通过结晶实验,对旁路烟气蒸发的固态产物进行表征分析,结合实验室计算、表征结果与现场检测数据,分析旁路烟气蒸发对燃煤电厂现有设备的影响。研究发现,脱硫废水烟气蒸发可以提高除尘效率,降低锅炉热效率,抽取5%旁路烟气时,锅炉排烟热损失增加0.19829%,锅炉煤耗增加0.59g/kW·h;脱硫废水的蒸发不会使粉尘的重金属超标但存在氯离子超标的风险;氯挥发比重控制在6%以内不增加新的脱硫废水量;脱硫废水蒸发可以协同脱除烟气中SO3,脱除效率可达58.49%。本论文在旁路烟气蒸发的蒸发特性、氯盐分配机理、蒸发动力学机制和影响评价等方面取得了阶段性成果,所获取的实验数据与所提出的调控思路为该技术的工业应用提供了理论支持。