CN102020327B - 一种氨氮废水的处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氨氮废水的处理设备，包括有依次连接的缓冲罐和板式预热器，蒸发器加热室，所述蒸发器加热室为卧式设置，还包括有内部压力为低压、立式设置的一级蒸发室和二级蒸发室，出料泵，压缩机，板式预热器通过第一强制循环泵与蒸发器加热室的第一进口连接，蒸发器加热室内与第一进口对应的第一出口与一级蒸发室的一级物料循环进口连接，一级蒸发室下方连接有转料管道，转料管道另一端连接有第二强制循环泵，第二强制循环泵通过管道与蒸发器加热室的第二进口连接，蒸发器加热室内与第二进口对应的第二出口与二级蒸发室的二级物料循环进口连接，蒸发器加热室上的冷凝水出口通过排水泵与板式预热器连接；所述一级蒸发室的二次蒸汽出口和二级蒸发室的二次蒸汽出口相连后通入压缩机中，压缩机的出气口与蒸发器加热室的蒸汽进口相通；所述二级蒸发室底部的完成液出料口与出料泵连接。

Description

一种氨氮废水的处理设备

技术领域

本发明涉及到氨氮废水的处理技术领域，尤其是一种MVR技术结合强制循环功能蒸发器来对氨氮废水进行处理的设备。

背景技术

传统利用强制循环功能的蒸发器处理氨氮废水，国内目前都是采用蒸汽加热的方式，包括有立式设置的蒸发器加热室以及与该蒸发器加热室连接的一级蒸发室、缓冲罐、板式预热器、过滤器，虽然能够完成氯化铵结晶析出和很好的解决了堵塞管道问题，但存在着依赖蒸汽，蒸发能耗高，自动化程度低等缺点；对蒸发方式处理氨氮废水造成极大的不便，比如线路板厂，在生产过程中产生大量的氨氮废水，其主要成分是氯化铵，由于氯化铵的性质，最好用结晶的方式去除，而蒸发结晶的方式需要依赖蒸汽，极大的限制了这种方式的使用。

MVR技术(机械式蒸汽再压缩)，是利用电能转化为机械能。这里就产生了一个电与蒸汽价格核算的成本比较。在能源便宜的时候，利用煤或者油产生的蒸汽价格很低，采用MVR技术节约下来的钱与MVR高昂的价格比起来回收期比较长，造成MVR设备在中国推广的最大困难。目前随着国家对环境保护力度的加大，氨氮废水不允许直接排放，以免造成环境的恶化，例如水环境里的浮游生物大量生长，造成环境灾难(水葫芦，赤潮爆发等)，氨氮废液的性质决定其处理难度。而采用蒸发方式处理氨氮废液，把氨氮以结晶的方式除去，经过实践证明是一个比较好的解决方案。

采用MVR技术蒸发氨氮废水面临着几个技术难题：

第一：氨氮废水的主要成分是氯化铵，它的沸点升高现象严重，而MVR的核心部分压缩机只能对二次蒸汽产生较低温升，例如20℃的温升。而传统强制循环蒸发器提供的温差可以达到45以上的温差。所以说沸点升高现象对MVR设备产生极大的影响。如何克服在低温差的条件下能够顺利进行氯化铵的蒸发，这是我们主要解决的问题。

第二：动态平衡蒸发。传统蒸发器由于采用的是外接鲜蒸汽，鲜蒸汽的热量足够提供满足蒸发所需要的热量，所以对热量的恒算要求不高。而MVR是一套闭合系统，加热的热量来自于自身产生的二次蒸汽。压缩机加入的热量使二次蒸汽的热值提高，这样就可以作为蒸发的热源。而加入的热量需要精确的设计，才可以通过自控系统的运行保障蒸发的顺利进行。我们把冷凝水里面的热量通过板式换热器传递给进料，而完成液的热量由于其特性，即氯化铵晶体极易析出造成管路的堵塞，所以没有回收热量，系统蒸发时所不足的热量就由压缩机系统补偿。只有经过精确地热量平衡计算，才能达到系统稳定的动态平衡，才能保障蒸发的顺利进行。

第三：由于氯化铵的沸点升高比较大。在一个标准大气压的情况下，在11.35％的溶解度的情况下，其沸点是102℃，而到了22.89％时，其沸点为105℃。而到了46.94％时，其沸点为115℃。在75℃的情况下，9.66％(质量)的氯化铵水溶液粘度为414.9mpa.s，而到了21.10％(质量)时，其粘度为454.2，随着粘度的增加，氯化铵的蒸发阻力越来越大，传热系数降低。从以上数据可以看出来，随着氯化铵的浓度的增加，其蒸发的效果越来越低。

第四：如何降低压缩后二次蒸汽进入蒸发器的壳程的阻力，如何把压缩后、的二次蒸汽在壳程分配，使其保障每一根加热列管都会得到相应的蒸汽。不凝气体的排出，不凝气如果不能及时排出，就会造成蒸发器壳程的有效蒸发面积减少，降低蒸发效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的技术问题，提供一种MVR技术结合强制循环功能蒸发器来对氨氮废水进行处理的设备，能有效保证蒸发的顺利进行。

为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：一种氨氮废水的处理设备，包括有依次连接的缓冲罐和板式预热器，蒸发器加热室，所述蒸发器加热室为卧式设置，还包括有内部压力为低压(绝压在40到60Kpa的压力)、立式设置的一级蒸发室和二级蒸发室，出料泵，压缩机，板式预热器通过第一强制循环泵与蒸发器加热室的第一进口连接，蒸发器加热室内与第一进口对应的第一出口与一级蒸发室的一级物料循环进口连接，一级蒸发室下方连接有转料管道，转料管道另一端连接有第二强制循环泵，第二强制循环泵通过管道与蒸发器加热室的第二进口连接，蒸发器加热室内与第二进口对应的第二出口与二级蒸发室的二级物料循环进口连接，蒸发器加热室上的冷凝水出口通过排水泵与板式预热器连接；所述一级蒸发室的二次蒸汽出口和二级蒸发室的二次蒸汽出口相连后通入压缩机中，压缩机的出气口与蒸发器加热室的蒸汽进口相通；所述二级蒸发室底部的完成液出料口与出料泵连接。

相对于传统的氨氮废水处理设备只有一个蒸发室，没有对蒸汽进行进一步压缩，将低浓度和中高浓度的氯化铵溶液混合在一起处理，导致随着氯化铵溶液粘度的增加，蒸发阻力越来越大、沸点升高现象严重的问题，本发明结合压缩机以及两个蒸发室，使得低浓度和中高浓度的氯化铵溶液分别处于两个蒸发室内，分别进行蒸发处理，同时对蒸发器加热室结构作了改进，使得蒸发器加热室能与两个蒸发室配合构成氨氮废水处理的两级蒸发循环；蒸汽压缩机将蒸发室产生的二次蒸汽吸入压缩机进口，并通过压缩机的压缩，使得二次蒸汽升温升压，热焓增加，压缩后的高温蒸汽，为加热室提供加热热源；蒸发器加热室由立式改为卧式(因为物料总是维持一定的液位，液柱压力导致溶液沸点升高，根据液位的高低，可能有1-10℃的沸点升高，改为卧式后，这种影响就降为最低，溶液沸点基本不受此影响)，降低液柱压造成的沸点升高现象，并采用一效多级蒸发技术，通过将蒸发器加热室分隔成两级蒸发部分，分别对应两个蒸发室，结合一级蒸发室、二级蒸发室以及蒸发器加热室构成的循环结构，通过这种结构，降低了沸点，热能损耗降低了10％以上，蒸发效率提高20％，解决了“随着氯化铵的浓度的增加，其蒸发的效果越来越低”的技术问题，也保证了在低温差状态下的蒸发。

所述蒸发器加热室两端分别连接有封头和短接，内设均匀排布的换热管，靠近封头的加热室上方位置处设有不凝气体排空口，所述冷凝水出口设置在靠近短接的位置处；封头和蒸发器加热室的管板之间的空间内设有隔板，隔板一端与管板垂直接触，另一端与封头内侧相交；

所述第一进口、第一出口、第二进口、第二出口分别为与加热室内相通的、并被隔板隔离开的一级物料循环进口、一级物料循环出口和二级物料循环进口、二级物料循环出口，所述一级物料循环进口和一级物料循环出口构成加热室的一级蒸发部分，二级物料循环进口和二级物料循环出口构成加热室的二级蒸发部分。该隔板将封头和管板之间的空间分隔开，隔板的作用是将蒸发器加热室内部分成两个加热室，以分别对应一级蒸发室和二级蒸发室，以形成一级蒸发室、二级蒸发室、蒸发器加热室构成的二级蒸发循环结构。

与所述不凝气体排空口连接有不凝气收集管，在不凝气收集管上设有控制阀门。由于不凝气的比重比水蒸气轻，在蒸发器加热室的壳程上部设置不凝气收集管，不凝气及时得到排出，保证了蒸发器壳程的有效蒸发面积，保证了蒸发效率，而且不凝气收集管由自控系统根据实际情况自动控制并排空，解决了不凝气的排出问题。

在靠近进入所述压缩机的管道内设有朝向蒸汽的喷嘴，该喷嘴与外界水源连接。为了保证蒸发顺利的进行，本发明对压缩后的水蒸气采取喷水措施，由于压缩后的水蒸气处于过饱和状态，通过喷入经过计算的水量，使过饱和蒸汽变为饱和蒸汽，有效降低温度，保障蒸发过程的顺利实施。

所述换热管在蒸发器加热室内排布预留有两条气流通道，其中一条气流通道设在蒸发器加热室的纵向中轴线上，另一条气流通道设在靠近蒸发器加热室的轴向中轴线位置处。传统的蒸发器加热室内换热管是布满整个加热室的，这样加大了蒸汽的阻力，本发明申请通过设置气流通道，有效降低了压缩后二次蒸汽进入蒸发器壳程的阻力，有效的将压缩后的二次蒸汽在壳程分配，使其保障每一根换热管都会得到相应的蒸汽。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：本发明采用MVR技术结合强制循环蒸发器极大降低了生产成本，由于MVR形成了一个闭合系统，所有的二次蒸汽全部升温升压后再利用，所以蒸发过程中需要的能耗极低，蒸发每吨水不超过100度电；方便厂家使用，对于传统的蒸发方式，由于依赖蒸汽，所以对蒸发方式处理氨氮废水造成极大的不便，像在珠三角地区的线路板厂，产生大量的氨氮废水，其主要成分是氯化铵，由于氯化铵的性质，最好用结晶的方式去除，而蒸发结晶的方式需要依赖蒸汽，极大的限制了这种方式的使用；采用强制循环方式来处理氨氮废水，由于氯化铵的物理性质，极易结晶，高氯造成的晶间腐蚀，所有设备装置于与物料接触的部分均采用钛材，来防止氯离子的腐蚀，用强制循环来避免氯化铵结晶造成管路堵塞的问题；在低温差的条件下能够顺利进行氯化铵的蒸发；有效及时的将不凝气体的排出，增加了蒸发器壳程的有效蒸发面积，提高了蒸发效率。

附图说明

图1为本发明氨氮废水处理设备结构主视图；

图2图1的侧视图；

图3为图1的俯视图；

图4为蒸发器加热室主视剖视图；

图5为蒸发器短接一端剖视图；

图6为图4的A-A面剖视图；

图7为蒸发器内布管示意图；

图8为一级蒸发室主视图；

图9为二级蒸发室主视图；

图10为缓冲罐主视图；

图11为板式预热器结构主视图；

附图标记说明：

1-蒸发器加热室，10-不凝气收集管，101-控制阀门，11-管板，12-法兰，13-封头，14-换热管，141，142-气流通道，15-隔板，16-保温层，17-外包皮，18-短接，19-支座，1N01-蒸汽进口，1N02-冷凝水出口，1N03-一级物料循环进口，1N04-一级物料循环出口，1N05-二级物料循环进口，1N06-二级物料循环出口，1N07-不凝气体排空口；

2-二级蒸发室，21-锥底，22-支耳，23-内胆，24-保温层，25-外包皮，26-放空管，27-封头，28-人孔，29-人孔法兰，210-结晶筒，2N01-完成液出料口，2N02-物料循环出口，2N03-放空口，2N04-二级物料循环进口，2N05-二次蒸汽出口；

3-压缩机，4-缓冲罐，41-氨氮废水进料管口，42-支脚，43-封头，44-筒身，4N01-出料口，4N03-放空口，4N04-清洗液进口，5-过滤器，P01-进料泵，P02-第一强制循环泵，P03-第二强制循环泵；

6-板式预热器，61-支架，62-固定板，63-换热板，6N01-物料进口，6N02冷凝水进口，6N03-物料出口，6N04-冷凝水进口；

7-一级蒸发室，70-转料管道，71-锥底，72-支耳，73-内胆，74-保温层，75-外包皮，76-放空管，77-封头，78-人孔，79-人孔法兰，7N01-物料循环出口，7N02-物料转料口，7N03-放空口，7N04-一级物料循环进口，7N05-二次蒸汽出口；

8-喷嘴，9-丝网除沫器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

请参阅图1到图3所示，一种氨氮废水的处理设备，包括有依次连接的缓冲罐4和板式预热器6，蒸发器加热室1，蒸发器加热室1为卧式设置，还包括有立式设置的、内部压力为低压的一级蒸发室7，二级蒸发室2，出料泵P05，压缩机3，板式预热器6通过第一强制循环泵P02与蒸发器加热室1的第一进口连接，蒸发器加热室1内与第一进口对应的第一出口与一级蒸发室7的一进口连接，一级蒸发室7下方连接有转料管道70，转料管道70另一端连接有第二强制循环泵P03，第二强制循环泵P03通过管道与蒸发器加热室1的第二进口连接，蒸发器加热室1内与第二进口对应的第二出口与二级蒸发室2的二级物料循环进口2N04连接，蒸发器加热室1上的冷凝水出口1N02通过排水泵P04与板式预热器6连接；一级蒸发室7的二次蒸汽出口7N05和二级蒸发室2的二次蒸汽出口2N05相连后通入压缩机3中，压缩机3的出气口与蒸发器加热室1的蒸汽进口1N01相通；二级蒸发室2底部的完成液出料口2N01与出料泵P05连接。在上述压缩机3旁侧还设有压缩机驱动电机P06。

作为本实施例的进一步改进，在靠近进入压缩机3的管道内设有朝向蒸汽的喷嘴8，该喷嘴8与外界水源连接，在一级蒸发室7和二级蒸发室2内部顶侧上分别设有丝网除沫器9。

请参阅图4到图6所示，蒸发器加热室1两端分别连接有封头13和短接18，封头13通过管板11与蒸发器加热室1的主体连接，在封头13通过管板11之间设有法兰12固定，内设有均匀排布的换热管14，在加热室1壳体内表面上设有保温层16，保温层16外层套有外包皮17，蒸发器加热室1底端由支座19支撑，靠近封头13的加热室1上方位置处设有不凝气体排空口1N07，冷凝水出口1N02设置在靠近短接18的位置处，与不凝气体排空口1N07连接有不凝气收集管10，在不凝气收集管10上设有控制阀门101；封头13和管板11之间的空间内设有隔板15，隔板15一端与管板11垂直接触，另一端与封头13内侧相交；第一进口、第一出口、第二进口、第二出口分别为与加热室内相通的、并被隔板15隔离开的一级物料循环进口1N03、一级物料循环出口1N04、二级物料循环进口1N05、二级物料循环出口1N06，一级物料循环进口1N03和一级物料循环出口1N04构成加热室独立的一级蒸发部分，二级物料循环进口1N05和二级物料循环出口1N06构成加热室独立的二级蒸发部分，蒸发器加热室1被隔板15分成上下两部分，它们之间互不影响，采用同一热源加热；第一强制循环泵P02通过管道与一级物料循环进口1N03连通，一级物料循环出口1N04与一级蒸发室7的物料循环进口7N04连接，第二强制循环泵P03通过管道与二级物料循环进口1N05连接。

请参阅图7所示，换热管14在蒸发器加热室1内排布预留有两条气流通道(141，142)，其中一条气流通道141设在蒸发器加热室1的纵向中轴线上，另一条气流通道142设在靠近蒸发器加热室1的轴向中轴线位置处。

请参阅图11所示，板式预热器6包括支架61、连接在支架61之间的固定板62，在固定板62上设有换热板63；在固定板62一侧上设有与换热板63相通的物料进口6N01和冷凝水出口6N02，在固定板62另一侧上设有与换热板63相通的物料出口6N03和冷凝水进口6N04，冷凝水进口6N04与冷凝水出口1N02连接，进料泵P01与物料进口6N01连通；在缓冲罐4与进料泵P01之间还连接有过滤器5，过滤器5主要用来清除物料里面所带较大的杂质。

请参阅图8所示，一级蒸发室7包括内胆73，内胆73外围依次设有保温层74和外包皮75，在内胆73上端设有封头77，下端设有锥底71，锥底71上方的一级蒸发室7两侧上连接有支耳72，在锥底71上设有物料转料口7N02，转料管道70一端连接于物料转料口7N02上；在内胆73内径向设有放空管76，放空管76出口处设有放空口7N03；封头77上方连接有人孔78，人孔78上设有人孔法兰79，二次蒸汽出口7N05与人孔78连通。

请参阅图9所示，二级蒸发室2包括内胆23，内胆23外围依次设有保温层24和外包皮25，在内胆23上端设有封头27，下端设有锥底21，锥底21上方的一级蒸发室2两侧上连接有支耳22，在锥底21上设有物料循环出口2N02，在内胆23内径向设有放空管26，放空管26出口处设有放空口2N03；在锥底21下端连接有结晶筒210，完成液出料口2N01设置在结晶筒210上，在二级蒸发室2中部靠下的中轴线处设有物料循环进口2N04，该物料循环进口2N04与二级物料循环出口1N06连通，封头27上方连接有人孔28，人孔28上设有人孔法兰29，二次蒸汽出口2N05与人孔28连通。

请参阅图10所示，缓冲罐4包括有筒身44，设置在筒身44底端的封头43，封头43下方两侧连接有支脚42，在封头43下端设有出料口4N01，氨氮废水进料管口41设在筒身44顶端，在氨氮废水进料管口41两侧的筒身44上设有放空口4N03和清洗液进口4N04。

本实施例工作过程为：氨氮废水经进氨氮废水进料管口41进入缓冲罐4，并在缓冲罐4内维持一定的液位，然后由进料泵P01将料液抽到板式预热器6预热，板式预热器6的热源是蒸发器加热室1内蒸汽产生的冷凝水供热的，水温在100℃，通过热交换，料液温度能上升至85℃；

预热后的料液进入第一强制循环泵P02的进料口，并通过蒸发器加热室1的一级物料循环进口1N03进入换热器管程进行热交换，沸腾后的料液从一级物料循环出口1N04离开蒸发器加热室1，切线进入一级蒸发室7的物料循环进口7N04，料液进入较低压空间(在一级蒸发室7内的压力均为低压)，料液中沸腾的水会迅速大量沸腾汽化，在一级蒸发室7内分离出二次蒸汽。分离后的料液浓度提高，但还需要通过第一强制循环泵P02继续循环蒸发，当达到设定的浓度后(浓度控制一般是由操作人员现场检测，如果需要，也可以加入在线分析装置进行自动控制。)，物料通过转料管道70进入第二强制循环泵P03，此时料液进入蒸发器加热室1的二级物料循环进口1N05进入管程，通过热交换沸腾后，从二级物料循环出口1N06管口排出，切线进入二级蒸发室2，进行蒸发分离。此时的料液继续通过第二强制循环泵P03循环再蒸发，并逐步达到所需浓度，最后通过出料泵P05排出所需的完成液；

上述一级蒸发室7和二级蒸发室2内产生的二次蒸汽，温度在90℃(压缩机3具有一定的抽真空能力，蒸发室内真空度为-0.03MPa)，通过两个蒸发室的二次蒸汽出口相连接进入压缩机3压缩后，温度上升至110℃(设备运行所需要的温度)，热焓增加。压缩后的蒸汽通过蒸汽管道进入加热室的壳程为设备提供加热热源。蒸汽遇到低温位的加热管管壁，会释放出潜热，冷凝成液态水。即为冷凝水，冷凝水通过排水泵P04，送至板式换热器6为其提供热源；

二次蒸汽在蒸发室内上升时，通过旋风分离器进行汽液分离，在分离器上部的二次蒸汽还会夹带少量的料液雾滴，当这些物质上升遇到丝网除沫器9时，雾滴会集结并沉降至蒸发室下部料液中。二次蒸汽则会通过空隙继续流程。此时的二次蒸汽非常洁净。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (6)

1.一种氨氮废水的处理设备，包括有依次连接的缓冲罐(4)和板式预热器(6)，蒸发器加热室(1)，其特征在于：所述蒸发器加热室(1)为卧式设置，还包括有立式设置的一级蒸发室(7)和二级蒸发室(2)，出料泵(P05)，压缩机(3)，板式预热器(6)通过第一强制循环泵(P02)与蒸发器加热室(1)的第一进口连接，蒸发器加热室(1)内与第一进口对应的第一出口与一级蒸发室(7)的一级物料循环进口(7N04)连接，一级蒸发室(7)下方连接有转料管道(70)，转料管道(70)另一端连接有第二强制循环泵(P03)，第二强制循环泵(P03)通过管道与蒸发器加热室(1)的第二进口连接，蒸发器加热室(1)内与第二进口对应的第二出口与二级蒸发室(2)的二级物料循环进口(2N04)连接，蒸发器加热室(1)上的冷凝水出口(1N02)通过排水泵(P04)与板式预热器(6)连接；所述一级蒸发室(7)的二次蒸汽出口(7N05)和二级蒸发室(2)的二次蒸汽出口(2N05)相连后通入压缩机(3)中，压缩机(3)的出气口与蒸发器加热室(1)的蒸汽进口(1N01)相通；所述二级蒸发室(2)底部的完成液出料口(2N01)与出料泵(P05)连接。

2.如权利要求1所述的氨氮废水的处理设备，其特征在于：所述蒸发器加热室(1)两端分别连接有封头(13)和短接(18)，内设均匀排布的换热管(14)，靠近封头(13)的加热室(1)上方位置处设有不凝气体排空口(1N07)，所述冷凝水出口(1N02)设置在靠近短接(18)的位置处；封头(13)和蒸发器加热室(1)的管板(11)之间的空间内设有隔板(15)，隔板(15)一端与管板(11)垂直接触，另一端与封头(13)内侧相交；

所述第一进口、第一出口、第二进口、第二出口分别为与加热室内相通的、并被隔板(15)隔离开的一级物料循环进口(1N03)、一级物料循环出口(1N04)和二级物料循环进口(1N05)、二级物料循环出口(1N06)，所述一级物料循环进口(1N03)和一级物料循环出口(1N04)构成加热室的一级蒸发部分，二级物料循环进口(1N05)和二级物料循环出口(1N06)构成加热室的二级蒸发部分。

3.如权利要求2所述的氨氮废水的处理设备，其特征在于：与所述不凝气体排空口(1N07)连接有不凝气收集管(10)，在不凝气收集管(10)上设有控 制阀门(101)。

4.如权利要求1所述的氨氮废水的处理设备，其特征在于：在靠近进入所述压缩机(3)的管道内设有朝向蒸汽的喷嘴(8)，该喷嘴(8)与外界水源连接。

5.如权利要求2所述的氨氮废水的处理设备，其特征在于：所述换热管(14)在蒸发器加热室(1)内排布预留有两条气流通道(141，142)，其中一条气流通道(141)设在蒸发器加热室(1)的纵向中轴线上，另一条气流通道(142)设在靠近蒸发器加热室(1)的轴向中轴线位置处。

6.如权利要求1所述的氨氮废水的处理设备，其特征在于：在所述一级蒸发室(7)和二级蒸发室(2)内部顶侧上分别设有丝网除沫器(9)。 

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