CN104129804B - 一种一体式蒸发结晶系统及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一体式蒸发结晶系统及工艺，包括蒸发结晶单元、冷量供给单元、热量供给单元、固液分离及干化单元、以及控制各单元运行的自动控制单元；其中：所述蒸发结晶单元包括蒸发结晶室，所述蒸发结晶室包括壳体以及设于壳体内从上至下依次布置的抽气设备、冷凝器、收水器、除泡层、布水器、蒸发层以及卤水室；所述冷量供给单元包括制冷换热器以及冷量循环泵，所述换热供给单元包括制热换热器以及卤水循环泵，所述固液分离及干化单元包括固液分离器、干燥器以及固液分离泵。含盐废水经过蒸发后产生的蒸汽经除泡和冷凝后可形成纯净的蒸汽以及水排放，蒸发产生的浓缩液经固液分离后产生的固体盐，经干燥后可回收。实现了含盐废水的零排放。
Description
技术领域
本发明涉及一种蒸发、浓缩及结晶设备，具体涉及一种可以应用于各行业含盐废水浓缩的蒸发结晶系统。此外，本发明还涉及一种蒸发结晶工艺，属于环保废水处理领域。
背景技术
随着近年来经济的快速发展，含盐废水零排放被提到日程上。零排放最主要的手段之一就是蒸发结晶，目前社会上所使用的蒸发结晶装置大多为化工工艺单元上采用的多效蒸发装置、机械再压缩蒸发装置以及结晶装置。利用这些装置进行蒸发结晶时，分为蒸发和结晶两个过程，蒸发一般能将水的含盐量提升至20％左右，随后，这些含盐废水再经过结晶器进行结晶。然而，在实际应用中，将这些装置应用于多组分含盐水蒸发结晶时，存在换热器会严重堵塞的问题，以及在结晶工段存在不能正常结晶的问题。因此，针对含盐废水的浓缩及结晶，开发一套能保证系统正常运行的蒸发结晶系统是至关重要的。
发明内容
本发明的目的在于解决现有盐水浓缩、结晶技术中的问题，提供一种运行稳定、工作温度低、工作压力低、使用寿命长，可以方便实现浓缩及结晶的一体式蒸发结晶系统。本发明的另一目的在于提供一种该系统的蒸发结晶工艺。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种一体式蒸发结晶系统，包括蒸发结晶单元、冷量供给单元、热量供给单元、固液分离及干化单元、以及控制上述各单元运行的自动控制单元；其中：
所述蒸发结晶单元包括蒸发结晶室，所述蒸发结晶室包括壳体以及设于壳体内从上至下依次布置的抽气设备、冷凝器、收水器、除泡层、布水器、蒸发层以及卤水室；
所述冷量供给单元包括制冷换热器以及冷量循环泵，所述制冷换热器的入水口通过冷量循环泵与冷凝器的出水口相连，所述制冷换热器的出水口与冷凝器的冷媒入口相连；
所述换热供给单元包括制热换热器以及卤水循环泵，所述制热换热器的入水口通过卤水循环泵与卤水室的上部相连，所述制热换热器的出水口与布水器相连；
所述固液分离及干化单元包括固液分离器、干燥器以及固液分离泵，所述固液分离器的入水口通过固液分离泵与卤水室底部的盐出口相连，所述固液分离器的分离液出口与卤水室相连，固液分离器的固体出口与干燥器相连。
优选的是：所述收水器包括收水槽、与收水槽出水口相连的收水支管、以及与收水支管相连、用于将收水器中的液体排出的收水主管。
优选的是：所述收水槽为漏斗形。
优选的是：所述除泡层包括多孔填料，所述多孔填料优选金属丝网或多孔有机填料，其内部交错布置的小孔可以有效防止泡沫透过，确保蒸汽的纯净。
优选的是：所述布水器包括与原水入口相连的布水主管以及与布水主管相连、并与其交错布置的多根布水支管，所述布水支管上向下设置有多个布水喷头。
优选的是：所述蒸发层包括蒸发填料，所述蒸发填料为多孔有机填料，且填料的间距为5～20mm，单位填料比表面为15-60万㎡。
优选的是：所述冷量循环泵、卤水循环泵为变频泵。
优选的是：所述制冷换热器、制热换热器为板式换热器，所述冷凝器为翅式换热器，换热面积大，换热效率高。
一种如上所述系统的蒸发结晶工艺，其特征在于：包括以下步骤：
1)含盐废水与制热换热器来水在布水器中混合均匀后，喷洒在蒸发层上进行蒸发，蒸发形成的蒸汽上升，蒸发形成的浓缩液向下进入卤水室；
2)步骤1)中蒸发产生的蒸汽上升经过除泡层，去除蒸汽中携带的泡沫及雾滴后进入冷凝器与冷媒进行换热冷凝形成低温蒸汽及冷凝液，冷凝液下降至收水器中收集后外排，低温蒸汽在抽气设备的作用下逸出蒸发结晶室；
3)卤水室底部的浓缩液进入固液分离器中进行固液分离，固液分离产生的盐进入干燥器中干燥后可回收利用，分离产生的液体再次返回至卤水室中。
进一步地：冷凝器被加热后的冷媒进入制冷换热器复冷后再次作为冷媒进入到冷凝器中。
本发明的有益效果在于，含盐废水进入本发明所述的一体式蒸发结晶系统可以得到任意浓度的含盐水并可直接结晶，整套系统的运行温度低于90℃，压力为常压，可以实现全自动控制，系统运行稳定，故障率低；含盐废水经本发明的系统及工艺处理后，可回收水和固体盐，实现了废水的零排放，以及含盐废水处理的减量化、资源化和无害化。
附图说明
图1示出了本发明所述的一体式蒸发结晶系统的工艺流程图；
图2示出了本发明所述的布水器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
如图1所示，本发明所述的一体式蒸发结晶系统，包括蒸发结晶单元1、冷量供给单元2、热量供给单元3、固液分离及干化单元4以及自动控制单元5。其中，所述蒸发结晶单元1包括蒸发结晶室，所述蒸发结晶室包括壳体11，所述壳体11内从上至下依次布置有抽气设备12、冷凝器13、收水器14、除泡层15、布水器16、蒸发层17以及卤水室18，所述抽气设备12可以是抽气扇、抽风机或是具有类似功能的其它设备，在此不做具体限定，所述冷凝器13优选翅式换热器，所述收水器14可设置多个，其包括收水槽141、与收水槽141出水口相连的收水支管、以及与每一收水支管相连、用于将收水器14中的液体排出的收水主管，所述收水槽141优选漏斗形；所述除泡层15设有多孔填料，所述多孔填料优选多孔金属丝网或多孔有机填料，所述布水器16与原水入水口相连，如图2所示，所述布水器16包括布水主管161以及与布水主管161相连、并与其交错布置的多根布水支管162，所述布水支管162上向下设置有多个布水喷头1621，所述蒸发层17设有蒸发填料，所述蒸发填料优选多孔有机填料，且填料的间距为5～20mm，单位填料比表面为15-60万㎡，所述蒸发层17还通过管道与蒸发介质相连，本实施例中，所述蒸发介质优选空气，具有升温吸收水、高温释放水的功能。
所述冷量供给单元2包括与冷凝器13底部的出口相连的冷量循环泵21以及与所述冷量循环泵21的出口相连的制冷换热器22，冷凝器13的出水经冷量循环泵21提升进入到制冷换热器22中制冷，且经制冷换热器22冷却后的液体返回至冷凝器13的顶部再次进行冷凝；进一步地，所述冷量循环泵21为变频泵，所述制冷换热器22优选板式换热器，其入口处还与冷源相连。
所述热量供给单元4包括与卤水室18上部的卤水出口相连的卤水循环泵31以及与所述卤水循环泵31出口相连的制热换热器32，卤水室18中的卤水在卤水循环泵31的作用下进入到制热换热器32中进行加热后返回至布水器16中，再次进行布水蒸发，优选地，所述卤水循环泵31为变频泵，所述制热换热器32优选板式换热器，其入口处还与热源相连。
所述固液分离及干化单元4包括与卤水室18底部的盐出口相连的固液分离泵41、与所述固液分离泵41的出口相连的固液分离器42、以及与固液分离器42的分离盐出口相连的干燥器43，卤水室18底部的结晶盐在固液分离泵41的作用下进入到固液分离器42中进行固液分离，固液分离器42分离出的液体经固液分离器42上方的液体出口返回至卤水室18中，固液分离器42分离出的盐进入到干燥器43中干燥后可外排，进一步地，所述固液分离器42优选旋流除砂器。
此外，本发明所述的一体式蒸发结晶系统，还包括设于各设备间、进行介质输送的连接管道以及设于连接管道上的温度计、电磁流量计、流量调节阀等控制仪表及阀门，且所述温度计、电磁流量计、流量调节阀等控制仪表及阀门均各自受控于自动控制系统5。
本发明如上所述的系统，其工作过程包括以下步骤：
1)原水经原水入水口进入蒸发结晶室1的布水器16中，并经布水器16向卤水室18中注入含盐废水，卤水室18中液位到达指定位置时启动卤水循环泵31将卤水室18中的含盐废水提升进入到制热换热器32中进行加热；
2)在制热换热器32中，含盐废水由20-40℃加热至40-85℃后返回至布水器16中，并经布水器16的作用均匀喷洒在蒸发层17上；
3)含盐废水在蒸发层17上与经管道输送来的蒸发介质优选空气充分接触进行能量交换，一部分含盐废水被蒸发介质吸收后形成蒸汽，并在蒸发介质的携带下上升，而另一部分含盐废水蒸发后形成20-50℃的浓缩液向下运动进入卤水室18，蒸发介质被加热后温度可上升至50-80℃；
4)蒸发室17形成的蒸汽向上运动，依次经过布水器16、除泡层15、收水器14以及冷凝器13，并最终通过蒸发结晶室1顶部的出口排出，其中：
a)蒸汽经过除泡层15时，蒸汽中携带的气泡被打破形成水滴以防止气泡携带含盐废水溢出系统，其它未变成蒸汽的水分则自由下降到蒸发室17中进行再次蒸发；
b)蒸汽在冷凝器13中与来自于制冷换热器22中的冷媒进行换热冷凝形成低温蒸汽以及冷凝液，冷凝液下降至收水器14收集后可外排，形成的温度为30-60℃的低温蒸汽则继续上升在抽气设备12的作用下经蒸发结晶室1上方的出口逸出蒸发结晶室1；冷凝器13中被蒸汽加热后、温度为40-70℃的冷媒则在冷量循环泵21的作用下进入制冷换热器22中与制冷介质换热、温度下降至20-40℃后再次作为冷媒返回至冷凝器13中；
5)卤水室18底部含有约1％结晶盐、温度为20-50℃的混合液在固液分离泵41的作用下进入固液分离器42中进行固液分离，固液分离产生的含水率为20％左右的盐进入干燥器43中干燥后可回收利用，分离产生的液体可再次返回至卤水室18中进行再次循环处理。
上述工作过程中，各工序的温度、湿度等参数经过设在各设备及连接管道上的温度计、湿度计等仪表记录后反馈至控制系统5，控制系统5可据此进行最佳工况调整。在本发明中，控制系统5可将整个处理系统的操作温度控制在20-90℃间。
实施例1
以处理量为5m3/h的一体式蒸发结晶系统为例，其主要技术参数设置如下：
处理量1m3/h，NaCl含量5％，pH值7.0，悬浮物小于10mg/L，COD小于50mg/L；卤水循环泵31的流量20m3/h，扬程30m，功率3kw；蒸发介质管径为DN150，制热换热器32管径为DN80，制冷换热器22管径为DN125，冷凝器13管径为DN125。一体式蒸发结晶装置外形尺寸为长1.5m×宽1.5m×高8m，壳体材质为玻璃钢复合材料；除泡层15厚度50mm，其上覆盖有材质为PE纤维的多孔有机填料；布水主管161管径DN100，布水支管162管径DN50，布水喷头1621管径DN10；蒸发层17材质为玻璃钢，厚度2.5mm，间距10mm；冷凝器13为翅片式换热器，高度为2.0m，材质为不锈钢304，换热面积为200㎡；制冷换热器22为板式换热器，材质为不锈钢304，换热面积为116㎡；制热换热器32为板式换热器，材质为钛材，换热面积为100㎡；冷量循环泵21流量为60m3/h，扬程为45m，功率为15kw；固液分离泵41流量为2m3/h，扬程为20m，功率为0.35kw，材质为双相钢；固液分离器42为离心式砂水分离器，额定处理量为2m3/h，材质为碳钢内衬聚四氟乙烯；系统工作温度70℃，工作压力为常压；除泡层15清洗周期：未清洗。附图1中所示各节点主要技术参数详见表1。
表1系统各节点主要技术参数
| 附图1中所示各节点 | 参数 |
| A1 | 20m3/h；40℃； |
| A2 | 20m3/h；90℃； |
| A3 | 20m3/h；70℃； |
| A4 | 20m3/h；60℃； |
| A5 | 0.95m3/h；40℃； |
| A6 | 0.1-1m3/min；25℃； |
| A7 | 60m3/h；50℃； |
| A8 | 60m3/h；25℃； |
| A9 | 60m3/h；35℃； |
| A10 | 60m3/h；40℃； |
本实验系统开启调试正常后连续运行了168小时，达到预定的设计目标，所得结晶盐的含水率小于20％，冷凝液产量为0.95m3/h，剩余水分随气体排出，消耗电能18.35kw/h，热量消耗为700kw/h。本发明的系统同能量回收装置结合使用可以大大降低能量消耗，提高运行效率，并可回收清水。
本发明已通过优选的实施方式进行了详尽的说明。然而，通过对前文的研读，对各实施方式的变化和增加也是本领域的一般技术人员所显而易见的。申请人的意图是所有这些变化和增加落在了本发明权利要求的保护范围中。
相似的编号通篇指代相似的元件。为清晰起见，在附图中可能有将某些线、层、元件、部件或特征放大的情况。
本文中使用的术语仅为对具体的实施例加以说明，其并非意在对本发明进行限制。除非另有定义，本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)均与本发明所属领域的一般技术人员的理解相同。还须明确的是，除在本文中有明确的定义外，诸如字典中通常定义的术语应该解释为在本说明书以及相关技术的语境中可具有一致的意思，而不应解释的理想化或过分形式化。公知的功能或结构处于简要和清楚地考虑或不再赘述。
Claims (10)
1.一种一体式蒸发结晶系统，其特征在于：所述系统包括蒸发结晶单元、冷量供给单元、热量供给单元、固液分离及干化单元、以及控制上述各单元运行的自动控制单元；其中：
所述蒸发结晶单元包括蒸发结晶室，所述蒸发结晶室包括壳体以及设于壳体内从上至下依次布置的抽气设备、冷凝器、收水器、除泡层、布水器、蒸发层以及卤水室；
所述冷量供给单元包括制冷换热器以及冷量循环泵，所述制冷换热器的入水口通过冷量循环泵与冷凝器的出水口相连，所述制冷换热器的出水口与冷凝器的冷媒入口相连；
所述热量供给单元包括制热换热器以及卤水循环泵，所述制热换热器的入水口通过卤水循环泵与卤水室的上部相连，所述制热换热器的出水口与布水器相连；
所述固液分离及干化单元包括固液分离器、干燥器以及固液分离泵，所述固液分离器的入水口通过固液分离泵与卤水室底部的盐出口相连，所述固液分离器的分离液出口与卤水室相连，固液分离器的固体出口与干燥器相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述收水器包括收水槽、与收水槽出水口相连的收水支管、以及与收水支管相连、用于将收水器中的液体排出的收水主管。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述收水槽为漏斗形。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述除泡层包括多孔填料。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述布水器包括与原水入口相连的布水主管以及与布水主管相连、并与其交错布置的多根布水支管，所述布水支管上向下设置有多个布水喷头。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述蒸发层包括蒸发填料，所述蒸发填料为多孔有机填料，且填料的间距为5～20mm，单位填料比表面为15-60万㎡。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述冷量循环泵、卤水循环泵为变频泵。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述制冷换热器、制热换热器为板式换热器，所述冷凝器为翅式换热器。
9.一种如权利要求1至8任意一项所述系统的蒸发结晶工艺，其特征在于：包括以下步骤：
1)含盐废水与制热换热器来水在布水器中混合均匀后，喷洒在蒸发层上进行蒸发，蒸发形成的蒸汽上升，蒸发形成的浓缩液向下进入卤水室；
2)步骤1)中蒸发产生的蒸汽上升经过除泡层，去除蒸汽中携带的泡沫及雾滴后进入冷凝器与冷媒进行换热冷凝形成低温蒸汽及冷凝液，冷凝液下降至收水器中收集后外排，低温蒸汽在抽气设备的作用下逸出蒸发结晶室；
3)卤水室底部的浓缩液进入固液分离器中进行固液分离，固液分离产生的盐进入干燥器中干燥后可回收利用，分离产生的液体再次返回至卤水室中。
10.根据权利要求9所述的工艺，其特征在于：冷凝器被加热后的冷媒进入制冷换热器复冷后再次作为冷媒进入到冷凝器中。
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