CN104986819A - 一种光伏太阳能无能耗废热蒸发工艺 - Google Patents
一种光伏太阳能无能耗废热蒸发工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种光伏太阳能无能耗废热蒸发工艺，其特征在于，包括以下步骤：注入废水、生产低温废汽→多级预热→多效加热蒸发、浓缩→检测、出料→不凝气的回收→清洗设备。本发明的有益之处在于：本发明汽耗为“零”、电耗为“零”、耗费能源少、所得蒸馏水COD含量达标、中水回用合格、传热效率高、不易堵塞，降低了企业的运行成本，有利于本行业的发展和进步。
Description
技术领域
本发明涉及一种蒸发浓缩工艺，具体涉及一种光伏太阳能无能耗废热蒸发工艺。
背景技术
光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电，光伏发电系统主要由太阳能电池板、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件，所以，光伏发电设备极为精炼，可靠稳定寿命长、安装维护简便。理论上讲，光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源无处不在。国产晶体硅电池效率在10至13%左右，国外同类产品效率约12至14%。由一个或多个太阳能电池片组成的太阳能电池板称为光伏组件。
太阳能光伏发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池组成，如输出电源为交流220V或110V，还需要配置逆变器，各部分的作用为：
(一)太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分，其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作；
(二)太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用，在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能，其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项；
(三)蓄电池：一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池，其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来；
(四)逆变器：太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC，为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。
工业废水（industrial waste water），指工艺生产过程中排出的废水和废液，其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物、副产品以及生产过程中产生的污染物，是造成环境污染，特别是水污染的重要原因。
工业废水处理回用是重要的节水途径之一，可涉及冷却、除灰、循环水、热力等系统。冷却水系统主要根据系统对水质要求的不同而采取循环、循序、梯级使用，热力系统主要是蒸汽回收利用，其他系统的排水经处理后主要用于水力除灰渣、生产生活杂用水进一步处理后作为冷却系统的补水。
大多数企业都有污水处理厂，但仅限于将生产废水和生活污水处理达标后直接排放，只有少数企业能做到废水处理回用，但回用率不高，造成了水资源的严重浪费。因此，将工业企业的污、废水处理回用，特别是回用于生产过程，是大有潜力可挖的。
在企业生产运行中，根据各工序生产对水质的要求不同，可以最大限度地实现水的串联使用，使各工序各取所需，做到水的梯级使用，从而减少取水量，实现污水排放量的最小化；也可以针对污、废水的不同性质采取不同的水处理方法，回用于不同的生产步骤，从而减少新鲜水的取水量、降低污水的排放量。
废水处理回用蕴含的节水潜力很大。交通运输设备制造业，可将含油废水、电泳废水、切削液废水以及清洗液废水等处理，回用于绿化、生活杂用以及生产。石油化工行业在有机生产过程中，可考虑将蒸汽冷凝水回收利用，作为循环系统的补水；将生产用井水回收利用，作为循环系统补水；也可增加回用水深加工装置，将处理后的水作为循环系统的补水；有些冷却器和特殊部位需要工艺水冷却，也可考虑采用回用水。纺织印染行业是用水量较大的工业行业，可以采用生产过程中不同生产工序排放的废水通过处理后再回用于本工序，也可将全部废水集中处理后，全部回用或部分回用。啤酒行业可以安装冷凝水回收装置，有效降低锅炉补水；罐装车间的洗瓶水可以回收用于洗瓶机的碱Ⅰ、碱Ⅱ用水及杀菌机用水和设备、厂房卫生等；生产用水经过处理并加以沉淀，由加压泵送至各用水点，可以用于锅炉麻石除尘脱硫、中渣、冲厕、绿化及糟场冲糟、洗车、建设工地用水等；浸麦废水可以处理回用于锅炉除尘脱硫等。
传统的工业废水处理回用多采用蒸发浓缩工艺，但传统的蒸发浓缩工艺存在汽耗成本高、动力消耗大、所得蒸馏水COD含量不达标、中水回用不合格、传热效率低、易堵塞、有效运行时间短、固废物浓度低等缺点，不利于相关企业的发展和生产工艺的进步。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种光伏太阳能无能耗废热蒸发工艺，用于食品行业、制药行业、造纸行业、淀粉及淀粉深加工行业、氧化铝行业、石化行业、煤制油行业、煤化工行业、轻化工行业及重化工行业等生产工段所排放的废水溶液的蒸发浓缩回收，使之达到生产工序所要求的软化水质工艺指标及中水回用工艺指标，真正做到浓缩蒸发系统运行成本为“零”的效果，从而达到企业“节能降耗”之目的。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种光伏太阳能无能耗废热蒸发工艺，包括以下步骤：
步骤一、注入废水、生产低温废汽：将初始温度30℃、初始浓度为0.2%的废水以25125kg/h的流量注入平衡罐中，与此同时，通过高效光伏太阳能热水换热系统产生足够的热量，将储存于储热系统中的常温水短时间内加热至102~110℃，然后进入闪蒸器进行闪蒸，生产出95℃的低温废汽，当作热源；
步骤二、多级预热：注入平衡罐1中的废水先经过一级预热器和二级加热器，预热至38℃；然后经过乏汽预热器，预热至46℃；再进入四级预热器，预热至65℃；最后进入五级预热器，预热至80℃；
步骤三、多效加热蒸发、浓缩：经预热的废水首先进入一效加热室中，在步骤一中产生的低温废汽同时进入一效加热室中，废水介质和低温废汽进行热交换后，废水介质沿换热管内壁成膜状由上而下流动，废水介质被加热至其沸点，在换热管内进行蒸发，溶剂被不断汽化，废水浓度得到进一步提高，在此过程中产生的二次蒸汽进入二效加热室中作为热源，与进入二效加热室中的较高浓度的废水进行热交换，发生与一效加热室中相同的反应，得到更高浓度的废水进入三效加热室中，产生的三次蒸汽进入三效加热室中作为热源，与更高浓度的废水进行热交换，发生与二效加热室中相同的反应，废水浓度得到进一步提升；
步骤四、检测、出料：将通过三效加热室后的废水通过检测，其浓度达到标准后进入到成品罐中，未达到标准的进入到平衡罐中再次进行加热蒸发；
步骤五、不凝气的回收：上述步骤中产生的不凝气进入冷凝器中，通过气液分离器，一部分凝结成蒸馏水，进入凝结水罐备用，另一部分通过真空泵排入空气中；
步骤六、清洗设备：上述步骤完成后，利用清洗泵群将CIP清洗液分别输送至一效加热室、二效加热室和三效加热室内，对其进行清洗后排出。
作为优选，所述步骤三中，废水通过物料泵和废水流通管道进入到各预热器以及各效加热室中反应。
作为优选，所述步骤三中，一效加热室的加热温度为95℃，废水蒸发温度为85℃，真空度为-0.053MPa；二效加热室中废水的蒸发温度为70℃，真空度为-0.069MPa；三效加热室中废水的蒸发温度为50℃，真空度为-0.087MPa。
作为优选，所述步骤四中，废水的出料浓度为40%，出料温度为53~55℃。
作为优选，所述步骤五中，冷凝器的真空度为-0.094MPa。
作为优选，所述乏汽预热器、四级预热器和五级预热器分别安装在三效加热室、二效加热室以及一效加热室的一侧。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益之处在于：
1、本发明采用太阳能来生产低温废汽，加热时间短，升温速度快，取代了以消耗不可再生能源来生产低温废汽的传统方式，既保护了不可再生资源，又提高了生产蒸汽的速度，缩短了运行时间，降低了企业的生产成本；
2、本发明各效加热室中采用降膜蒸发工艺，能保证废水介质均匀成膜，有效地杜绝了传统生产工艺中因成膜不均匀造成的堵塞现象，提高最终产品的合格率；
3、本发明采用多级预热工艺，提高了系统自蒸发效率，降低系统中的蒸发单耗，实现了废水介质进入系统前就能达到其蒸发沸点，这样介质在进入效体后就可以进行自蒸发，从而降低系统汽耗量；
4、本发明采取的加热方式为利用二次蒸汽，实现了对资源的循环利用，以减少资源的消耗；
5、本发明通过调节真空阀门来使其各效保持一定的真空度，以保证工艺流程的“安、稳、长、满、优”最佳蒸发运行状态，以达到节电节汽之目的；
6、本发明确保了废水介质在通过新型喷射布料器后，均匀成膜，彻底避免了传统蒸发器因双层孔板布料孔堵塞造成热负荷过大或液体负荷过小形成 “干斑”的现象；
7、本发明所发电能并入国家电网，以抵消或盈余蒸发系统所需动力消耗，使得运行过程中所需电耗为“零”，与此同时多余发电电量可产生巨大经济效益。
综上所述，本发明汽耗为“零”、电耗为“零”、耗费能源少、所得蒸馏水COD含量达标、中水回用合格、传热效率高、不易堵塞，降低了企业的运行成本，有利于本行业的发展和进步。
具体实施方式
现结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明工艺流程图。
图中：1、平衡罐，2、高效光伏太阳能热水换热系统，3、储热系统，4、闪蒸器，5、一级预热器，6、二级加热器，7、乏汽预热器，8、四级预热器，9、五级预热器，10、一效加热室，11、二效加热室，12三效加热室，13、冷凝器，14、气液分离器，15、凝结水罐，16、真空泵，17、清洗泵群，18、物料泵，19、废水流通管道。
如图1所示，本发明的实施例为：一种光伏太阳能无能耗废热蒸发工艺，包括以下步骤：
步骤一、注入废水、生产低温废汽：将初始温度30℃、初始浓度为0.2%的废水以25125kg/h的流量注入平衡罐1中，与此同时，通过高效光伏太阳能热水换热系统2产生足够的热量，将储存于储热系统3中的常温水短时间内加热至102~110℃，然后进入闪蒸器4进行闪蒸，生产出95℃的低温废汽，当作热源；
步骤二、多级预热：注入平衡罐1中的废水先经过一级预热器5和二级加热器6，预热至38℃；然后经过乏汽预热器7，预热至46℃；再进入四级预热器8，预热至65℃；最后进入五级预热器9，预热至80℃；
步骤三、多效加热蒸发、浓缩：经预热的废水首先进入一效加热室10中，在步骤一中产生的低温废汽同时进入一效加热室10中，废水介质和低温废汽进行热交换后，废水介质沿换热管内壁成膜状由上而下流动，废水介质被加热至其沸点，在换热管内进行蒸发，溶剂被不断汽化，废水浓度得到进一步提高，在此过程中产生的二次蒸汽进入二效加热室11中作为热源，与进入二效加热室11中的较高浓度的废水进行热交换，发生与一效加热室10中相同的反应，得到更高浓度的废水进入三效加热室12中，产生的三次蒸汽进入三效加热室12中作为热源，与更高浓度的废水进行热交换，发生与二效加热室11中相同的反应，废水浓度得到进一步提升；
步骤四、检测、出料：将通过三效加热室12后的废水通过检测，其浓度达到标准后进入到成品罐中，未达到标准的进入到平衡罐1中再次进行加热蒸发；
步骤五、不凝气的回收：上述步骤中产生的不凝气进入冷凝器13中，通过气液分离器14，一部分凝结成蒸馏水，进入凝结水罐15备用，另一部分通过真空泵16排入空气中；
步骤六、清洗设备：上述步骤完成后，利用清洗泵群17将CIP清洗液分别输送至一效加热室10、二效加热室11和三效加热室12内，对其进行清洗后排出。
所述步骤三中，废水通过物料泵18和废水流通管道19进入到各预热器以及各效加热室中反应。
所述步骤三中，一效加热室10的加热温度为95℃，废水蒸发温度为85℃，真空度为-0.053MPa；二效加热室11中废水的蒸发温度为70℃，真空度为-0.069MPa；三效加热室12中废水的蒸发温度为50℃，真空度为-0.087MPa。
所述步骤四中，废水的出料浓度为40%，出料温度为53~55℃。
所述步骤五中，冷凝器13的真空度为-0.094MPa。
所述乏汽预热器7、四级预热器8和五级预热器9分别安装在三效加热室12、二效加热室11以及一效加热室10的一侧。
本发明工艺技术性能参数如下表：
| 蒸发量（kg/h） | 25000 | 一效加热温度（℃） | 95 |
| 进料量（kg/h） | 25125 | 一效蒸发温度（℃） | 85 |
| 进料温度（℃） | 30 | 一效真空度（MPa） | -0.053 |
| 进料浓度（%） | 0.2 | 二效蒸发温度（℃） | 70 |
| 出料量（kg/h） | 125 | 二效真空度（MPa） | -0.049 |
| 出料温度（℃） | 53~55 | 三效蒸发温度（℃） | 50 |
| 出料浓度（%） | 40 | 三效真空度（MPa） | -0.087 |
| 装机容量（kw/h） | 157.7 | 冷却水用量（m3/h） | 450 |
| 耗气量（kg/h） | 0 | 冷凝器真空度（MPa） | -0.094 |
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述内容的限制，上述说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种光伏太阳能无能耗废热蒸发工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、注入废水、生产低温废汽：将初始温度30℃、初始浓度为0.2%的废水以25125kg/h的流量注入平衡罐中，与此同时，通过高效光伏太阳能热水换热系统产生足够的热量，将储存于储热系统中的常温水短时间内加热至102~110℃，然后进入闪蒸器进行闪蒸，生产出95℃的低温废汽，当作热源；
步骤二、多级预热：注入平衡罐1中的废水先经过一级预热器和二级加热器，预热至38℃；然后经过乏汽预热器，预热至46℃；再进入四级预热器，预热至65℃；最后进入五级预热器，预热至80℃；
步骤三、多效加热蒸发、浓缩：经预热的废水首先进入一效加热室中，在步骤一中产生的低温废汽同时进入一效加热室中，废水介质和低温废汽进行热交换后，废水介质沿换热管内壁成膜状由上而下流动，废水介质被加热至其沸点，在换热管内进行蒸发，溶剂被不断汽化，废水浓度得到进一步提高，在此过程中产生的二次蒸汽进入二效加热室中作为热源，与进入二效加热室中的较高浓度的废水进行热交换，发生与一效加热室中相同的反应，得到更高浓度的废水进入三效加热室中，产生的三次蒸汽进入三效加热室中作为热源，与更高浓度的废水进行热交换，发生与二效加热室中相同的反应，废水浓度得到进一步提升；
步骤四、检测、出料：将通过三效加热室后的废水通过检测，其浓度达到标准后进入到成品罐中，未达到标准的进入到平衡罐中再次进行加热蒸发；
步骤五、不凝气的回收：上述步骤中产生的不凝气进入冷凝器中，通过气液分离器，一部分凝结成蒸馏水，进入凝结水罐备用，另一部分通过真空泵排入空气中；
步骤六、清洗设备：上述步骤完成后，利用清洗泵群将CIP清洗液分别输送至一效加热室、二效加热室和三效加热室内，对其进行清洗后排出。
2. 根据权利要求1所述的一种光伏太阳能废热结晶蒸发工艺，其特征在于，所述步骤三中，废水通过物料泵和废水流通管道进入到各预热器以及各效加热室中反应。
3.根据权利要求1所述的一种光伏太阳能废热结晶蒸发工艺，其特征在于，所述步骤三中，一效加热室的加热温度为95℃，废水蒸发温度为85℃，真空度为-0.053MPa；二效加热室中废水的蒸发温度为70℃，真空度为-0.069MPa；三效加热室中废水的蒸发温度为50℃，真空度为-0.087MPa。
4.根据权利要求1所述的一种光伏太阳能废热结晶蒸发工艺，其特征在于，所述步骤四中，废水的出料浓度为40%，出料温度为53~55℃。
5.根据权利要求1所述的一种光伏太阳能废热结晶蒸发工艺，其特征在于，所述步骤五中，冷凝器的真空度为-0.094MPa。
6.根据权利要求1所述的一种光伏太阳能废热结晶蒸发工艺，其特征在于，所述乏汽预热器、四级预热器和五级预热器分别安装在三效加热室、二效加热室以及一效加热室的一侧。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170811 Termination date: 20180727 |
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