CN101244848B

CN101244848B - 废水、钻井废泥浆和发动机废气现场综合处理方法

Info

Publication number: CN101244848B
Application number: CN2007100484921A
Authority: CN
Inventors: 夏小全; 朱家骅; 夏素兰; 周勇
Original assignee: GUANGHAN XINXIN INDUSTRIAL Co Ltd; Sichuan University
Current assignee: GUANGHAN XINXIN INDUSTRIAL Co Ltd; Sichuan University
Priority date: 2007-02-14
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2027-02-14
Also published as: CN101244848A

Abstract

一种废水、钻井废泥浆和发动机废气现场综合处理方法，以废治废利用循环冷却水余热多效蒸发处理废水、发动机废气余热流态化干燥及高温热分解处理废泥浆、同时去除废气有害物质并降低排气噪声的方法集成。以一台功率为500kW的柴油发动机为例，可以同时处理废水900kg/h并使其中的90～95％以冷凝水形态回收、处理含固率10～40％的废泥浆260kg/h并使之分散成雾滴与200～380℃的发动机废气逆流接触传热传质最后在流化床内升温达到固相颗粒无害化或以超细粉体形态回收，同时发动机废气与流化床内颗粒及流化床上方雾滴进行动量热量和质量传递而降温、降噪并用废水洗涤去除有害物质，所需外加动力消耗不超过30kW。

Description

废水、钻井废泥浆和发动机废气现场综合处理方法

技术领域本发明涉及一种废水、钻井废泥浆和发动机废气现场综合处理方法，利用发动机余热为热源、发动机废气为载气，通过蒸发冷凝使废水净化，通过流化干燥回收废泥浆的有效成分，通过高温流化分解使废泥浆渣无害化，发动机废气同时得到净化、排气噪音降低。背景技术废水、钻井废泥浆和发动机废气处理是钻井现场必须解决的环保问题。现有技术

处理废水的方法主要是化学净化达标排放、处理废泥浆的方法是固化填埋或焚烧，处理发动机废气的方法目前主要是加消音器降噪。存在的主要问题是：受化学净化费用、能源消耗、工艺装置的操作管理、井场周边环境容量等因素的限制，上述将废水、废泥浆和发动机废气分别处理的方法成本高、并且遗留环境隐患。

发明内容本发明公开一种以废治废利用循环冷却水余热多效蒸发处理废水、发动机废气余热流态化干燥及高温热分解处理废泥浆、同时去除废气有害物质并降低排气噪声的的集成方法。以一台功率为500kW的柴油发动机为例，至少可以同时处理废水900kg/h并使其中的90～95％以冷凝水形态回收、处理含固率10～40％的废泥浆260kg/h并使之分散成雾滴与200～380℃的发动机废气逆流接触传热传质最后在流化床内升温达到固相颗粒无害化或以超细粉体形态回收，同时发动机废气与流化床内颗粒及流化床上方雾滴进行动量热量和质量传递而降温、降噪并用废水洗涤去除有害物质，总的外加动力消耗不超过30kW。

本发明主要发明思想是：由三效降膜蒸发装置1、废水循环泵2、文丘里洗涤器3及连接管件完成废水蒸发冷凝回收和发动机废气洗涤的操作；三效降膜蒸发装置1由上至下分段为第三效、第二效和第一效，各效选用相同结构(见：朱家骅等编，《化工原理(上)》，科学出版社，2005，p.376)，废水在液柱推动下通过连接各效的管件自上而下流经各效降膜蒸发管内蒸发、蒸汽自下而上流经各效降膜管间冷凝、冷凝液自动回流收集，废水蒸发残液从第一效降膜加热段开设的出口进入废水循环泵2、加压后通过该泵的出口管路分支到三效降膜蒸发装置1顶部的废水进口和文丘里洗涤器3的喉部；80～110℃的热水通过第一效降膜加热段的冷却水进口与出口在管间循环释放热量使一部分70～95℃的废水发生一效蒸发、一效蒸汽在第二效降膜加热段管间冷凝放热使另一部分50～60℃的废水发生二效蒸发、二效蒸汽在第三效降膜加热段管间冷凝放热又使30～40℃的废水发生三效蒸发，从而使循环水余热净化废水变成冷凝水回流收集、能效达到0.8～0.9kg/1000kJ。

同时由流化床7、袋式收尘器8、尾气引风机9、文丘里洗涤器3、气液分离器4、废泥浆罐5、泥浆泵6及连接管件完成废泥浆流态化干燥回收超细泥浆粉或高温热分解以及尾气洗涤的操作，流化床7(结构见：朱家骅等编，《化工原理(上)》，科学出版社，2005，pp.218～222)下部开设废气进口、上部开设尾气与超细粉出口和泥浆喷雾进口、中部开设颗粒出口可以根据需要启闭，市售袋式收尘器8上部开设尾气出口、下部开设回收泥浆粉体的出口可以根据需要启闭，市售文丘里洗涤器3的上部开设尾气进口、下部与市售气液分离器4连接，尾气从气液分离器4顶部排放，市售尾气引风机9使发动机排气口压力保持在大气压上下波动不超过200Pa；利用200～380℃温度范围内排放的发动机废气为流化气，余热使在流化床7上部空间分散成100～200微米雾滴的废泥浆的水份蒸发后固形物涂布在床内100～120℃充分流化的坚硬颗粒表面干燥并碰撞磨细成10～20微米粒径超细粉随流化气一起流经袋式收尘器8而回收、或在床内升温到210～350℃使有机物分解达到无害化排放，废气余热处理含固率10～40％废泥浆的能效达到600～720kg/1000kW柴油发动机。废气通过袋式收尘器8由尾气引风机9送往文丘里洗涤器3用废水蒸发残液洗涤后排放，5～10％的洗涤液加入废泥浆处理。上述连续操作的过程同时去除了发动机废气所含大部分有害物质、排气噪音分贝降低50％。

本发明技术要点之一是根据发动机高效运行所要求的冷却水最佳温度T_opt设计一效废水蒸发温度T_eva1和相应的蒸发传热系数K₁使发动机冷却水余热蒸发废水的强度达到14～20kg/(h·m²)、在一效废水蒸发温度T_eva1和大气温度T₀之间确定合适的二效废水蒸发温度T_eva2和三效废水蒸发温度T_eva3以及相应的蒸发传热系数K₂和K₃使二效和三效废水蒸发强度都达到18～25kg/(h·m²)，处理1000kg/h废水的功率消耗不超过8kW；本发明技术要点之二是设计流化床尾气引风机进口的负压值使其恰好补偿发动机废气流经流化床和袋式收尘器的流动阻力从而使发动机排气口压力保持在大气压上下波动不超过200Pa、而尾气引风机的出口表压恰好克服发动机废气流经文丘里洗涤器的流动阻力，因此既不影响发动机的运行又使处理1000kg/h废泥浆的功率消耗不超过5kW。

附图说明图1是本发明所提供的废水、钻井废泥浆和发动机废气现场综合处理的工艺流程图。图中：1一三效降膜蒸发装置；2一废水循环泵；3一文丘里洗涤器；4一气液分离器；5一废泥浆罐；6一泥浆泵；7一流化床；8一袋式收尘器；9一尾气引风机

具体实施方式以下结合实施例阐述具体实施方式

实施例1：500kW的柴油发动机循环冷却水处理废水900kg/h并回收855kg/h冷凝水、发动机排气处理含固率33％的废泥浆260kg/h并回收80kg/h超细粉体泥浆材料95～105℃的循环水在三效降膜蒸发装置1中的第一效降膜加热段管间对流放热使从第二效降膜加热段流体液柱推动下降的废水在管内受热升温到T_eva1＝75～95℃并在38～84kPa的压力下降膜蒸发、蒸发强度为14～20kg/(h·m²)、蒸发负荷为220～315kg/h；产生的一效蒸汽在装置1的第二效降膜加热段管间冷凝放热使从第三效降膜加热段液柱推动下降的废水在管内受热升温到T_eva2＝50～75℃并在12～38kPa的压力下降膜蒸发、蒸发强度为18～25kg/(h·m²)、蒸发负荷为200～285kg/h；产生的二效蒸汽在装置1的第三效降膜加热段管间冷凝放热、使从废水池来的900kg/h废水与通过废水循环泵循环的蒸发残液混合后在管内受热升温到T_eva3＝35～55℃并在5～15kPa的压力下降膜蒸发、蒸发强度为18～25kg/(h·m²)、蒸发负荷为200～255kg/h；产生的三效蒸汽用市售的水喷射冷凝器冷凝。一效、二效、三效蒸汽冷凝水回收810～855kg/h，剩下45～90kg/h未蒸发废水残液通过文丘里洗涤器3洗涤废气后混入废泥浆罐5继续处理。

混入了45kg/h未蒸发废水残液的含固率33％的废泥浆260kg/h由泥浆泵6加压雾化成100～200微米雾滴从流化床7的上部空间喷入被220～360℃的发动机废气充分流化的100～120℃的颗粒床层表面以下，颗粒性质坚硬耐磨、堆积密度1400～1800kg/m³、临界流化速度1.2～1.5m/s、可以是玻璃珠，废泥浆涂布在颗粒表面干燥并被颗粒碰撞磨细到10～20微米超细粉随100～120℃的流化床过热尾气上升到袋式收尘器8分离回收80kg/h，气体则由尾气引风机9抽送到文丘里洗涤器3用废水循环泵2加压的废水蒸发残液洗涤尘埃后达标排放。本实施例流化床操作的流化速度2.4～3.5m/s；尾气引风机进口负压1800～2200Pa、出口表压800～1000Pa。

实施例2：500kW的柴油发动机循环冷却水处理废水900kg/h并回收855kg/h冷凝水、发动机排气处理含固率33％的废泥浆260kg/h使其高温热分解达到无害化95～105℃的循环水在三效降膜蒸发装置1中的第一效降膜加热段管间对流放热使从第二效降膜加热段流体液柱推动下降的废水在管内受热升温到T_eva1＝75～95℃并在38～84kPa的压力下降膜蒸发、蒸发强度为14～20kg/(h·m²)、蒸发负荷为220～315kg/h；产生的一效蒸汽在装置1的第二效降膜加热段管间冷凝放热使从第三效降膜加热段液柱推动下降的废水在管内受热升温到T_eva2＝50～75℃并在12～38kPa的压力下降膜蒸发、蒸发强度为18～25kg/(h·m²)、蒸发负荷为200～285kg/h；产生的二效蒸汽在装置1的第三效降膜加热段管间冷凝放热、使从废水池来的900kg/h废水与通过废水循环泵循环的蒸发残液混合后在管内受热升温到T_eva3＝35～55℃并在5～15kPa的压力下降膜蒸发、蒸发强度为18～25kg/(h·m²)、蒸发负荷为200～255kg/h；产生的三效蒸汽用市售的水喷射冷凝器冷凝。一效、二效、三效蒸汽冷凝水回收810～855kg/h，剩下45～90kg/h未蒸发废水残液通过文丘里洗涤器3洗涤废气后混入废泥浆罐5继续处理。

混入了45kg/h未蒸发废水残液的含固率33％的废泥浆260kg/h由泥浆泵6加压雾化成100～200微米雾滴从流化床7的上部空间喷入、与逆流上升的流化床尾气传热传质干燥固化温度上升至105～150℃后落入床层内，被220～360℃的发动机排气均匀流化并继续升温到210～350℃，平均停留30～45分钟进行高温热分解后从流化床排出、80kg/h。保持过热的流化床尾气由尾气引风机9直接抽送到文丘里洗涤器3，用废水循环泵2加压的废水蒸发残液洗涤尘埃后达标排放。本实施例流化床操作的流化速度1.2～1.5m/s；尾气引风机进口负压1000～1200Pa、出口表压800～1000Pa。

Claims

1.一种废水、钻井废泥浆和发动机废气现场综合处理方法，其特征在于包括以废治废利用循环冷却水余热多效蒸发处理废水、利用发动机废气余热流态化干燥及高温热分解处理废泥浆、同时去除废气有害物质并降低排气噪声的方法与过程集成；

利用循环冷却水余热多效蒸发处理废水的方法，是设置废水三效降膜蒸发装置、使80～110℃的循环冷却水余热净化废水并变成冷凝水回收的能效达到0.8～0.9kg/1000kJ，5～10％的废水蒸发残液洗涤发动机废气后加入废泥浆处理；

利用发动机废气余热流态化干燥及高温热分解处理废泥浆的方法，是设置流化床使废泥浆在其上部空间分散成雾滴与发动机废气逆流接触传热传质最后在流化床内升温达到固相颗粒无害化或以超细粉体形态回收，废气通过袋式收尘器并用废水蒸发残液洗涤后排放；

同时去除废气有害物质并降低排气噪声的方法，是使发动机排放的200～380℃的废气与流化床内颗粒及流化床上方雾滴进行动量热量和质量传递而降温、降噪并用废水洗涤去除有害物质；

上述方法的集成构成废水、钻井废泥浆和发动机废气综合处理方法。

2.根据权利要求1所述的一种废水、钻井废泥浆和发动机废气现场综合处理方法，其特征在于，利用循环冷却水余热多效蒸发处理废水的方法为利用80～110℃的循环水热量使在流体液柱推动下从三效降膜蒸发装置的第二效降膜加热段流到第一效降膜加热段管内的废水升温到70～95℃下发生降膜蒸发，蒸发强度达到14～20kg/(h·m²)。

3.根据权利要求1所述的一种废水、钻井废泥浆和发动机废气现场综合处理方法，其特征在于，利用循环冷却水余热多效蒸发处理废水的方法为三效降膜蒸发装置的第一效降膜蒸发产生的蒸汽在第二效降膜加热段管间冷凝放热使在流体液柱推动下从第三效降膜加热段流到第二效降膜加热段管内的废水升温到50～75℃下降膜蒸发，蒸发强度达到18～25kg/(h·m²)。

4.根据权利要求1所述的一种废水、钻井废泥浆和发动机废气现场综合处理方法，其特征在于，利用循环冷却水余热多效蒸发处理废水的方法为三效降膜蒸发装置的第二效降膜蒸发产生的蒸汽在第三效降膜加热段管间冷凝放热使废水池来的废水升温到35～55℃下降膜蒸发，蒸发强度达到18～25kg/(h·m²)。

5.根据权利要求1所述的一种废水、钻井废泥浆和发动机废气现场综合处理方法，其特征在于，利用循环冷却水余热多效蒸发处理废水的方法为废水蒸发产生的一效、二效、三效蒸汽冷凝后冷凝水在自身液柱推动下回流收集，废水处理量5～10％的蒸发残液洗涤发动机废气尘埃后加入废泥浆处理。

6.根据权利要求1所述的一种废水、钻井废泥浆和发动机废气现场综合处理方法，其特征在于，利用循环冷却水余热多效蒸发处理废水的方法由三效降膜蒸发装置(1)、废水循环泵(2)、文丘里洗涤器(3)及连接管件完成废水蒸发冷凝、冷凝水回收和蒸发残液洗涤发动机废气后加入废泥浆的操作，三效降膜蒸发装置(1)上开设有废水进口、冷凝水出口、蒸发残液出口和冷却水循环的进口与出口，废水循环泵(2)的出口管路分支到三效降膜蒸发装置(1)顶部的废水进口和文丘里洗涤器(3)的喉部、每小时处理1000kg废水的功率消耗不超过8kW。

7.根据权利要求1所述的一种废水、钻井废泥浆和发动机废气现场综合处理方法，其特征在于，利用发动机废气余热流态化干燥及高温热分解处理废泥浆的方法为200～380℃的发动机废气使100～120℃的颗粒床层充分流化，流化颗粒坚硬耐磨、堆积密度1400～1800kg/m³、临界流化速度1.2～1.5m/s，含固率10～40％的废泥浆加压雾化成100～200微米雾滴喷入充分流化的颗粒床层表面以下、涂布在颗粒表面干燥并碰撞磨细到10～20微米超细粉随100～120℃的流化床过热尾气上升到袋式收尘器分离回收。

8.根据权利要求1所述的一种废水、钻井废泥浆和发动机废气现场综合处理方法，其特征在于，利用发动机废气余热流态化干燥及高温热分解处理废泥浆的方法为将含固率10～40％的废泥浆加压雾化成100～200微米雾滴喷入流化床的上部空间、与逆流上升的流化床尾气传热传质干燥固化温度上升至105～150℃后落入流化床层内、被220～380℃的发动机排气在1.2～1.5m/s速度下均匀流化并继续升温到210～350℃、平均停留30～45分钟进行高温热分解后从流化床排出。

9.根据权利要求1所述的一种废水、钻井废泥浆和发动机废气现场综合处理方法，其特征在于，利用发动机废气余热流态化干燥及高温热分解处理废泥浆的方法为流化床过热尾气由尾气引风机抽送到文丘里洗涤器用废水循环泵加压的废水蒸发残液洗涤尘埃后达标排放，尾气引风机进口负压1000～2200Pa、出口表压800～1000Pa。

10.根据权利要求1所述的一种废水、钻井废泥浆和发动机废气现场综合处理方法，其特征在于，利用循环冷却水余热多效蒸发处理废水、利用发动机废气余热流态化干燥及高温热分解处理废泥浆、同时去除废气有害物质并降低排气噪声的方法由文丘里洗涤器(3)、气液分离器(4)和废泥浆罐(5)及连接管件完成废水蒸发残液洗涤发动机废气后加入废泥浆处理，由流化床(7)、袋式收尘器(8)、尾气引风机(9)、文丘里洗涤器(3)、气液分离器(4)及连接管件完成发动机废气与流化床内颗粒或流化床上方雾滴动量热量质量传递而降温、降噪并用废水蒸发残液洗涤去除有害物质。