CN102372331A - 一种采用热泵的热力废水处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用热泵的热力废水处理装置，包括：废水蒸发器、热泵和废水循环泵；废水蒸发器从上至下由废水除氧区、饱和蒸汽区、除雾器、高浓度废水滞留区、换热区、疏水储存区和高浓度废水分配区组成。此外，本发明还公开一种采用热泵的热力废水处理方法，将废水先蒸发成水蒸汽，利用热泵提高蒸汽参数后供给换热区的高浓度废水冷却放热后成合格的冷凝水疏水外排。高浓度废水吸收高参数蒸汽的汽化潜热后又有部分高浓度废水蒸发成水蒸汽，完成一个热量循环。本发明只在启动的过程中需要热量，其他时间利用装置内的热量循环，以降低装置能耗，本发明装置简单，占地面积小，成本低，且废水的出水位冷凝水品质能达到国家高标准。
Description
技术领域
本发明涉及一种废水处理装置，尤其涉及一种采用热泵的热力废水处理装置；此外，本发明还涉及一种采用热泵的热力废水处理工艺方法。
背景技术
在工业系统中，如在石灰石-石膏法湿法烟气脱硫工艺中，脱硫会产生一定量的废水，这部分废水中含一定量的固体、氯离子、硫酸根离子及少量的重金属等。
目前，电厂FGD(烟气脱硫)废水系统通常采用以下方案：
方案一：
废水送至废水处理系统的中和、沉降、絮凝三联箱，然后进入室内布置的澄清器和出水箱，其间的出水位梯次布置，形成重力流。
污泥脱水设备为板框式脱水机。澄清器底部污泥由污泥输送泵打出，送至脱水机。部分污泥由污泥循环泵送回中和箱，回流污泥是为三连箱的结晶反应提供晶种，回流量人工调定。
废水处理系统所用的碱采用Ca(OH)2溶液。Ca(OH)2计量箱和有机硫、混凝剂、助凝剂、盐酸计量箱后各设计量泵，完成向三连箱及出水箱自动在线调节计量加药。
废水处理系统的pH检测仪的电极设自动清洗装置以防止结垢而失准。
该方案的缺点是造价较高，系统复杂，占地面积大，需要化学药品，能耗高，运行费用高，废水不能重新利用；优点：能达标排放。
方案二：
废水送至废水处理系统的中和箱，然后进入室外布置的澄清器和出水箱，其间的出水位梯次布置，形成重力流。
废水处理系统所用的碱采用Ca(OH)2溶液。
该方案的缺点是不能达标排放，污泥需要深处理。优点：造价低，系统简单，占地面积小，化学药品少，能耗低，运行费用低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种采用热泵的热力废水处理装置，其只在启动的过程中需要热量，其他时间利用装置内的热量循环，降低装置能耗，该装置简单，占地面积小，成本低，且废水的出水位冷凝水品质能达到国家高标准。为此，本发明还提供一种采用热泵的热力废水处理方法。
为解决以上技术问题，本发明提供一种采用热泵的热力废水处理装置，包括：废水蒸发器、热泵和废水循环泵；废水蒸发器从上至下由废水除氧区、饱和蒸汽区、除雾器、高浓度废水滞留区、换热区、疏水储存区和高浓度废水分配区组成；热泵用于将来自饱和蒸汽区的饱和蒸汽提高蒸汽参数，并将高参数蒸汽传送至换热区和废水除氧区；废水循环泵用于将来自高浓度废水滞留区的高浓度废水传送至高浓度废水分配区。
所述高浓度废水分配区采用倒锥形结构。
所述换热区采用管壳式换热器，该管壳式换热器的换热管采用翅片管，换热管束采用钛合金或镀搪瓷材料；该管壳式换热器外设有电加热带。
所述热泵用于将来自饱和蒸汽区的饱和蒸汽提高蒸汽参数具体为：提高蒸汽的压力和温度，增加蒸汽与废水之间的温差传热，并提供热量。
所述高浓度废水分配区、换热区和高浓度废水滞留区中间没有饱和蒸汽区，饱和蒸汽区位于高浓度废水滞留区上部，有利于饱和蒸汽的产生，并有利于提高饱和蒸汽的纯度。
所述废水除氧区顶部设有排气孔，废水内的氧气通过该排气孔排放，排气孔还能部分平衡废水蒸发器中高浓度废水区域的压力稳定。
此外，本发明还提供一种采用热泵的热力废水处理方法，包括如下步骤：
(1)废水通过废水除氧区进入高浓度废水滞留区，达到一定的液位后关闭废水入口，启动废水循环泵，来自高浓度废水滞留区的高浓度废水通过废水循环泵进入高浓度废水分配区，将高浓度废水分配到换热区的换热管内，形成一个高浓度废水的循环；
(2)启动安装在换热器外的电加热带，给换热管内的高浓度废水加热，使其达到饱和温度后，饱和蒸汽充满饱和蒸汽区，停止加热；
(3)启动热泵，利用热泵提高饱和蒸汽的参数后，将该高参数蒸汽传送至换热区和废水除氧区；
(4)打开废水入口，废水和步骤(3)的高参数蒸汽进入废水除氧区进行除氧后，依靠重力进入高浓度废水滞留区；
(5)换热区的换热管内充满高浓度废水，该高浓度废水吸收步骤(3)通过热泵传来的高参数蒸汽冷却放热后形成冷凝水疏水置于疏水储存区后外排；换热区的高浓度废水吸收高参数蒸汽的汽化潜热后又有部分高浓度废水通过高浓度废水滞留区、除雾器后进入饱和蒸汽区蒸发成饱和蒸汽，形成一个热量循环。
步骤(3)中，所述利用热泵提高蒸汽参数具体为：提高蒸汽的压力和温度，增加蒸汽与废水之间的温差传热，并提供热量。
步骤(1)、步骤(2)和步骤(5)中，所述换热管内的高浓度废水从下至上流动。
步骤(1)、步骤(2)和步骤(5)中，所述换热管内的高浓度废水从下至上流动，在顶部高浓度废水滞留区形成一个高浓度废水流化床，防止浆液沉淀。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明采用热泵技术，热量为装置内循环，将废水先蒸发成水蒸汽，利用热泵提高蒸汽参数，后供给高浓度废水冷却放热后成合格的冷凝水疏水外排。高浓度废水吸收高参数蒸汽的汽化潜热后又有部分高浓度废水蒸发成水蒸汽，完成这样的一个热量循环。该装置只在启动的过程中需要热量，其他时间利用装置内的热量循环，以降低废水装置能耗，废水的排放水是高参数蒸气的冷凝水，品质能达到国家高标准。本发明的能耗低、装置简单、占地小、不需要化学药剂、运行成本低及合格废水排放的品质高，废水可以重新利用，符合环保及循环经济的要求。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为本发明一种采用热泵的热力废水处理装置的结构示意图。
其中：1-废水蒸发器、2-热泵、3-废水循环泵、11-废水除氧区、12-饱和蒸汽区、13-除雾器、14-高浓度废水滞留区，15-换热区，16-疏水储存区，17-高浓度废水分配区。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种采用热泵的热力废水处理装置，包括：废水蒸发器1、热泵2和废水循环泵3。废水蒸发器从上至下由废水除氧区11、饱和蒸汽区12、除雾器13、高浓度废水滞留区14、换热区15、疏水储存区16和高浓度废水分配区17组成。
热泵2用于将来自饱和蒸汽区12的饱和蒸汽提高蒸汽参数，并将高参数蒸汽传送至换热区15和废水除氧区11。
废水循环泵3用于将来自高浓度废水滞留区14的高浓度废水传送至高浓度废水分配区17。
废水除氧区11可除掉废水中的氧气，防止废水蒸发器1、热泵2和废水循环泵3的材料被氧化腐蚀。废水内的氧气通过废水除氧区11顶部的排气孔排放，排气孔还可部分平衡废水蒸发器1中高浓度废水区域的压力稳定。废水除氧区11设于废水蒸发器1的顶部，节省了空间，减少了中间环节，脱硫后的废水靠重力落到高浓度废水滞留区14，可避免传统废水处理装置中因为废水除氧区11与废水蒸发器1分开布置而造成的管道堵塞。
换热区15采用管壳式换热器，该管壳式换热器的换热管采用翅片管，增加了换热效果，减少高浓度废水的循环量，降低废水循环泵的耗能，降低了废水蒸发器的制造成本。该管壳式换热器的换热管束采用钛合金或镀搪瓷材料，防止其腐蚀。该管壳式换热器外设有电加热带。该管壳式换热器的管程充满高浓度废水，高参数蒸汽充满在壳程，高参数蒸汽被高浓度废水吸收热量冷却后，转化为冷凝水，冷凝水靠重力落到疏水储存区16。
高浓度废水在换热区15的换热管内，从下至上流动，使换热管内充满高浓度废水，在换热管内高浓度废水的流速通过废水循环泵3的流量选型来控制，可控制在1.5m/s～2.5m/s的合理的流速范围；避免了高浓度废水从上到下依靠重力流下时，流速无法控制，在换热管上部低流速，换热管下部因为重力加速度流速高，造成下部换热管束内没有充满液体，容易结垢，并且流速高会增加下部换热管束的局部磨损。
高浓度废水在换热管内，从下至上流动，在顶部浆液池(即高浓度废水滞留区14)形成了一个高浓度废水流化床，防止浆液沉淀。
高浓度废水分配区17、换热区15和高浓度废水滞留区14中间没有饱和蒸汽区，饱和蒸汽区12设计在高浓度废水滞留区14的上部，有利于饱和蒸汽的产生，并有利于提高饱和蒸汽的纯度。高浓度废水在换热管内，从下至上流动，减少了管系的进、出口之间的势能差，降低了废水循环泵3的扬程，节约了废水循环泵3的耗能，降低了废水循环泵3的磨损。该方式在废水循环泵3的入口静压高(从废水循环泵3入口到高浓度废水滞留区14的高度)，可避免废水循环泵3的汽蚀。
高浓度废水分配区17采用倒锥形，可将高浓度废水均匀分布，并防止了入口高浓度废水堵塞。
本发明热力废水处理装置的热量为装置内循环，采用热泵(市场可采购)技术，采用该装置的废水处理方法主要包括如下工艺步骤(见图1)：首先，废水通过废水除氧区11进入高浓度废水滞留区14，达到一定的液位(该液位能满足废水循环的要求)后关闭废水入口，启动废水循环泵3，来自高浓度废水滞留区14的高浓度废水利用废水循环泵3进入高浓度废水分配区17，将高浓度废水分配到换热区15的换热管内，形成一个高浓度废水的循环；然后，启动安装在换热器外的电加热带，给换热区15的换热管内的高浓度废水加热，使其达到饱和温度后等待2分钟，饱和蒸汽充满饱和蒸汽区12，停止加热；再启动热泵2，利用热泵2提高饱和蒸汽的参数(提高蒸汽的压力和温度，增加蒸汽与废水之间的温差传热，并提供热量)后，将该高参数蒸汽传送至换热区15和废水除氧区11；打开废水入口，废水和高参数蒸汽进入废水除氧区11进行除氧后，依靠重力进入高浓度废水滞留区14；换热区15的换热管内充满高浓度废水，该高浓度废水吸收通过热泵2传来的高参数蒸汽冷却放热后形成冷凝水疏水置于疏水储存区16后外排；换热区15的高浓度废水吸收高参数蒸汽的汽化潜热后又有部分高浓度废水通过高浓度废水滞留区14、除雾器13后进入饱和蒸汽区12蒸发成饱和蒸汽，形成一个热量循环。
本发明的能耗低、装置简单、占地小、不需要化学药剂、运行成本低及合格废水排放的品质高，废水可以重新利用，符合环保及循环经济的要求。
Claims (10)
1.一种采用热泵的热力废水处理装置，其特征在于，包括：废水蒸发器、热泵和废水循环泵；废水蒸发器从上至下由废水除氧区、饱和蒸汽区、除雾器、高浓度废水滞留区、换热区、疏水储存区和高浓度废水分配区组成；热泵用于将来自饱和蒸汽区的饱和蒸汽提高蒸汽参数，并将高参数蒸汽传送至换热区和废水除氧区；废水循环泵用于将来自高浓度废水滞留区的高浓度废水传送至高浓度废水分配区。
2.根据权利要求1所述的采用热泵的热力废水处理装置，其特征在于，所述高浓度废水分配区采用倒锥形结构。
3.根据权利要求1所述的采用热泵的热力废水处理装置，其特征在于，所述换热区采用管壳式换热器，该管壳式换热器的换热管采用翅片管，换热管束采用钛合金或镀搪瓷材料；该管壳式换热器外设有电加热带。
4.根据权利要求1所述的采用热泵的热力废水处理装置，其特征在于，所述热泵用于将来自饱和蒸汽区的饱和蒸汽提高蒸汽参数具体为：提高蒸汽的压力和温度，增加蒸汽与废水之间的温差传热，并提供热量。
5.根据权利要求1所述的采用热泵的热力废水处理装置，其特征在于，所述高浓度废水分配区、换热区和高浓度废水滞留区中间没有饱和蒸汽区，饱和蒸汽区位于高浓度废水滞留区上部，有利于饱和蒸汽的产生，并有利于提高饱和蒸汽的纯度。
6.根据权利要求1所述的采用热泵的热力废水处理装置，其特征在于，所述废水除氧区顶部设有排气孔，废水内的氧气通过该排气孔排放，排气孔还能部分平衡废水蒸发器中高浓度废水区域的压力稳定。
7.一种采用热泵的热力废水处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)废水通过废水除氧区进入高浓度废水滞留区，达到一定的液位后关闭废水入口，启动废水循环泵，来自高浓度废水滞留区的高浓度废水通过废水循环泵进入高浓度废水分配区，将高浓度废水分配到换热区的换热管内，形成一个高浓度废水的循环；
(2)启动安装在换热器外的电加热带，给换热管内的高浓度废水加热，使其达到饱和温度后，饱和蒸汽充满饱和蒸汽区，停止加热；
(3)启动热泵，利用热泵提高饱和蒸汽的参数后，将该高参数蒸汽传送至换热区和废水除氧区；
(4)打开废水入口，废水和步骤(3)的高参数蒸汽进入废水除氧区进行除氧后，依靠重力进入高浓度废水滞留区；
(5)换热区的换热管内充满高浓度废水，该高浓度废水吸收步骤(3)通过热泵传来的高参数蒸汽冷却放热后形成冷凝水疏水置于疏水储存区后外排；换热区的高浓度废水吸收高参数蒸汽的汽化潜热后又有部分高浓度废水通过高浓度废水滞留区、除雾器后进入饱和蒸汽区蒸发成饱和蒸汽，形成一个热量循环。
8.根据权利要求7所述的采用热泵的热力废水处理方法，其特征在于，步骤(3)中，所述利用热泵提高蒸汽参数具体为：提高蒸汽的压力和温度，增加蒸汽与废水之间的温差传热，并提供热量。
9.根据权利要求7所述的采用热泵的热力废水处理方法，其特征在于，步骤(1)、步骤(2)和步骤(5)中，所述换热管内的高浓度废水从下至上流动。
10.根据权利要求7或9所述的采用热泵的热力废水处理方法，其特征在于，步骤(1)、步骤(2)和步骤(5)中，所述换热管内的高浓度废水从下至上流动，在顶部高浓度废水滞留区形成一个高浓度废水流化床，防止浆液沉淀。
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2010
- 2010-08-24 CN CN 201010261255 patent/CN102372331B/zh active Active
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