CN106540471B - 一种采用三效蒸发工艺浓缩沼液的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用三效蒸发工艺浓缩沼液的方法及装置，沼液经预热器预热后，依次经过Ⅰ效蒸发罐、Ⅱ效蒸发罐和Ⅲ效蒸发罐蒸发浓缩；Ⅰ效蒸发罐的蒸汽来自锅炉蒸汽，Ⅰ效蒸发罐产生的二次蒸汽经压缩机增温增压后，经混合器补水变为饱和蒸汽，该饱和蒸汽用于对Ⅱ效蒸发罐的加热。同样，Ⅲ效蒸发罐的蒸汽也来自于Ⅱ效蒸发罐产生的二次蒸汽。各效蒸发罐排出的汽凝水通过余热回收系统回收。本发明方法的沼液在负压条件下被加热，产生的二次蒸汽被高效利用，节省了大量的蒸汽，最终排放水达Ⅱ类水以上的标准，沼液浓缩效率高，节能环保、操作方便，降低成本，能实现沼液浓缩工业化应用。

Description

一种采用三效蒸发工艺浓缩沼液的方法及装置
技术领域
本发明属于环境工程中废弃物资源化利用领域，特别是一种采用三效蒸发工艺浓缩沼液的方法及装置。
背景技术
随着人们生活质量的提高，对畜禽产品的需求量不断提升，极大的促进了畜禽养殖业的发展。而畜禽养殖业中的污水排放，始终是制约其快速发展的技术瓶颈。沼气工程的实施有利于减轻养殖排泄物对环境的影响。沼气工程中排出的沼液，由于富含多元素和各类氨基酸，直接排放进入环境水体，易导致水体的富营养化。若经过普通的污水处理工艺后排放，对于中小养殖场而言，其投资和运营成本较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种节能环保、操作方便，降低成本，能实现沼液浓缩工业化应用的采用三效蒸发工艺浓缩沼液的方法及装置。
本发明以如下技术方案解决上述技术问题：
一种采用三效蒸发工艺浓缩沼液的方法，工艺步骤如下：
⑴沼气池的沼液由离心泵抽出，经预热器预热至温度为65℃～75℃，送入Ⅰ效蒸发罐的加热室，压强为0.040Mpa～0.060Mpa；同时沼气锅炉产生的饱和蒸汽进入Ⅰ效蒸发罐的加热管，其温度为95℃～105℃；
⑵Ⅰ效蒸发罐的沼液受热蒸发二次蒸汽，二次蒸汽经压缩机增温提压至0.06Mpa～0.07Mpa，温度为85℃～95℃，然后进入Ⅱ效蒸发罐的加热管；浓缩后的沼液从Ⅰ效蒸发罐的加热管进入Ⅱ效蒸发罐的加热室，压强为0.030Mpa～0.040Mpa；
⑶Ⅱ效蒸发罐的沼液受热蒸发二次蒸汽，经压缩机增温提压后至压力为0.04Mpa～0.05Mpa、温度为75℃～85℃，然后进入Ⅲ效蒸发罐的加热管；同样，沼液从Ⅱ效蒸发罐进入Ⅲ效蒸发罐里的加热室，其压强为0.020Mpa～0.030Mpa；
⑷同样的，沼液在Ⅲ效蒸发罐加热室中受热蒸发二次蒸汽，最后排出浓缩液；在系统运行的全过程中，Ⅰ效蒸发罐、Ⅱ效蒸发罐和Ⅲ效蒸发罐分别连接真空系统保持真空运行，真空度可调节；
⑸所述步骤⑷Ⅲ效蒸发罐产生的二次蒸汽，经空气能热泵和热声发动机分别回收余热，空气能热泵收集的热能用于步骤⑴所述的沼气池和预热器，热声发动机输出的机械能用于发电，供压缩机及泵使用；
⑹所述步骤⑵Ⅰ效蒸发罐、步骤⑶Ⅱ效蒸发罐和步骤⑷Ⅲ效蒸发罐分别产生的二次蒸汽分别经换热后冷凝成汽凝水，分别排入自蒸发器中，自蒸发器生成的蒸汽与所述Ⅲ效蒸发罐的沼液蒸发生成的二次蒸汽一起，分别由空气能热泵与热声发动机回收余热，自蒸发器排出冷凝水，用于步骤⑴所述的沼气锅炉补水。
所述步骤⑴的沼液是经过滤脱渣后的沼液，其中沼液的营养成分质量比为7％～10％。
所述Ⅰ效蒸发罐、Ⅱ效蒸发罐和Ⅲ效蒸发罐的真空度逐级增大。
所述步骤⑵和步骤⑶的压缩机均采用离心压缩机，离心压缩机后连接混合器，二次蒸汽经压缩后，再经混合器将过热蒸汽补水变成饱和蒸汽。
所述的一种采用三效蒸发工艺浓缩沼液的装置，沼气池依次连接离心泵和预热器后接入Ⅰ效蒸发罐的加热管，沼气锅炉连接Ⅰ效蒸发罐的加热室；Ⅰ效蒸发罐的蒸汽排出口经压缩机后连接Ⅱ效蒸发罐的加热室，沼液排出口连接Ⅱ效蒸发罐的加热管；Ⅱ效蒸发罐的蒸汽排出口经压缩机后连接Ⅲ效蒸发罐的加热室，沼液排出口连接Ⅲ效蒸发罐的加热管；Ⅲ效蒸发罐的蒸汽排出口连接余热回收系统，余热回收系统分别连接所述的沼气池、预热器和发电机；
所述Ⅰ效蒸发罐、Ⅱ效蒸发罐和Ⅲ效蒸发罐分别连接真空系统；所述真空系统为真空泵；
所述Ⅰ效蒸发罐、Ⅱ效蒸发罐和Ⅲ效蒸发罐的汽凝水排出口分别连接自蒸发器，自蒸发器连接余热回收系统。
所述真空系统的真空泵采用隔膜式真空泵。
所述自蒸发器采用柱式自蒸发器。
还包括过滤器、疏水阀和气水分离器，过滤器采用罐式过滤器，连接在沼气池的出口；所述疏水阀安装在离心泵的出口；所述气水分离器采用填料除沫分离器，连接在真空系统的入口。
所述余热回收系统包括空气能热泵和热声发动机，所述空气能热泵和热声发动机均分别连接Ⅲ效蒸发罐的蒸汽排出口和自蒸发器；空气能热泵分别连接沼气池和预热器，热声发动机连接发电机。
所述空气能热泵采用太阳能空气能热泵；热声发动机采用以氦气为工质的行波热声发动机；所述Ⅰ效蒸发罐、Ⅱ效蒸发罐和Ⅲ效蒸发罐均采用升膜式蒸发罐。
本发明的优点在于：
本发明的方法，三效依次浓缩沼液，实现沼液的资源化利用；同时，将二次蒸汽进行增温增压，利用混合器将过热蒸汽变为饱和蒸汽，使之用于下一效的加热，节省锅炉蒸汽。
同时，一方面充分利用沼气、太阳能光伏、空气能热泵及热声发动机等节能设备，各效蒸发罐排出的汽凝水通过余热回收系统回收利用，降低投资成本和运营成本；另一方面，沼液浓缩效率高，获得浓缩沼液可用作液肥的基础肥，而处理后的水达到Ⅱ类水以上的标准，可直接排放。
本发明的方法和装置适合规模连续性生产，操作方便，节约能耗，具有广阔的技术应用前景。
附图说明
图1为本发明一种采用三效蒸发工艺浓缩沼液的装置的结构示意图。
图中：1：沼气压缩机，2：沼气锅炉，3：Ⅰ效蒸发罐，4：Ⅱ效蒸发罐，5：Ⅲ效蒸发罐，6：沼气池，7：离心泵，8：流量计，9：预热器，10：第一压缩机，11：第一自蒸发器，12：第二压缩机，13：第二自蒸发器，14：第三自蒸发器，15：真空罐，16：真空泵，17：空气能热泵，18：平衡器，19：热声发动机，20：过滤器，21：疏水阀，22：气水分离器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明具体实施方式作详细说明，但不构成对本发明权利要求保护范围的限制。
实施例1：
如图1所示：将从沼气池6经经过滤器20过滤脱渣后的沼液通过离心泵7泵出流量1000Kg/h的沼液用预热器9预热至70℃，流量采用流量计8计量，离心泵7的出口安装疏水阀21，沼液含水分为质量比90％、含氨基酸等营养成分为质量比10％。
上述沼液进入Ⅰ效蒸发罐3的加热室，压强为0.040MPa。沼气压缩机1提供沼气给沼气锅炉2，沼气锅炉2产生的蒸汽进入Ⅰ效蒸发罐3的加热管，蒸汽温度为100℃、压强0.095MPa，流量240Kg/h。在Ⅰ效蒸发罐3里沼液被加热沸腾，产生温度为78.8℃的二次蒸汽，沼液营养成分质量比为13.3％，流量751Kg/h。Ⅰ效蒸发罐3的加热管中的蒸汽换热后变成汽凝水，温度为90℃。打开Ⅰ效蒸发罐3阀门，沼液在压差的条件下自动排入Ⅱ效蒸发罐4的加热室；Ⅰ效蒸发罐3产生的二次蒸汽从Ⅰ效蒸发罐3的蒸汽排出口排出，经第一压缩机10增温升压后，再经混合器补水变为饱和蒸汽，该饱和蒸汽以温度为85.0℃、流量为253Kg/h进入Ⅱ效蒸发罐4的加热管对加热室里的沼液加热，Ⅱ效蒸发罐4的加热管压强0.060MPa。
沼液在Ⅱ效蒸发罐4的加热室受热蒸发，压强为0.030Mpa，产生72.2℃、流量263Kg/h的二次蒸汽，此时Ⅱ效蒸发罐4里的沼液营养成分质量比为20.5％，流量为487Kg/h，在压差的条件下自动排入Ⅲ效蒸发罐5的加热室；Ⅱ效蒸发罐4的加热室中的蒸汽换热后变为温度75.0℃的汽凝水。Ⅱ效蒸发罐4产生的二次蒸汽经第二压缩机12后，经混合器补水变为饱和蒸汽，以温度为75.6℃、流量为270Kg/h进入Ⅲ效蒸发罐5的加热管对沼液加热，Ⅲ效蒸发罐5的加热管压强为0.040Mpa。
沼液在Ⅲ效蒸发罐5里受热沸腾，压强为0.020Mpa，产生63.5℃、流量282Kg/h的二次蒸汽，此时Ⅲ效蒸发罐5里的沼液营养成分质量比为48.5％，流量为206Kg/h，从Ⅲ效蒸发罐5排出浓缩液。Ⅲ效蒸发罐5的加热管中的蒸汽换热后变为温度61.6℃的汽凝水。
实施例2：
如图1所示：将从沼气池6经经过滤器20过滤脱渣后的沼液通过离心泵7泵出流量1000Kg/h的沼液用预热器9预热至70℃，流量采用流量计8计量，沼液含水分为质量比90％、含氨基酸等营养成分为质量比10％。
上述沼液进入Ⅰ效蒸发罐3的加热室，压强为0.05MPa。沼气压缩机1提供沼气给沼气锅炉2，沼气锅炉2产生的蒸汽进入Ⅰ效蒸发罐3的加热管，蒸汽温度为100℃、压强0.095MPa，流量240Kg/h。在Ⅰ效蒸发罐3里沼液被蒸汽加热沸腾，产生温度为81℃的二次蒸汽，沼液营养成分质量比为12.8％，流量781Kg/h。Ⅰ效蒸发罐3的加热管中的蒸汽换热后变成汽凝水，温度为91℃。打开Ⅰ效蒸发罐3阀门，沼液在压差的条件下自动排入Ⅱ效蒸发罐4的加热室；Ⅰ效蒸发罐3产生的二次蒸汽从Ⅰ效蒸发罐3的蒸汽排出口排出，经第一压缩机10增温升压后，再经混合器补水变为饱和蒸汽，该饱和蒸汽以温度为89.8℃、流量为226Kg/h进入Ⅱ效蒸发罐4的加热管对加热室里的沼液加热，Ⅱ效蒸发罐4的加热管压强0.070MPa。
沼液在Ⅱ效蒸发罐4的加热室受热蒸发，压强为0.035Mpa，产生75.7℃、流量234Kg/h的二次蒸汽，此时Ⅱ效蒸发罐4里的沼液营养成分质量比为18.3％，流量为547Kg/h，在压差的条件下自动排入Ⅲ效蒸发罐5的加热室；Ⅱ效蒸发罐4的加热室中的蒸汽换热后变为温度81.8℃的汽凝水。Ⅱ效蒸发罐4产生的二次蒸汽经功第二压缩机12后，经混合器补水变为饱和蒸汽，以温度为83.7℃、流量为243Kg/h进入Ⅲ效蒸发罐5的加热管对沼液加热，Ⅲ效蒸发罐5的加热管压强为0.050Mpa。
沼液在Ⅲ效蒸发罐5里受热沸腾，压强为0.020Mpa，产生79.1℃、流量294Kg/h的二次蒸汽，此时Ⅲ效蒸发罐5里的沼液营养成分质量比为39.5％，流量为253Kg/h，从Ⅲ效蒸发罐5排出浓缩液。Ⅲ效蒸发罐5的加热管中的蒸汽换热后变为温度73.9℃的汽凝水。
实施例3：
如图1所示：将从沼气池6经过滤器20过滤脱渣后的沼液通过离心泵7泵出流量1000Kg/h的沼液用预热器9预热至70℃，流量采用流量计8计量，沼液含水分为质量比90％、含氨基酸等营养成分为质量比10％。
上述沼液进入Ⅰ效蒸发罐3的加热室，压强为0.060MPa。沼气压缩机1提供沼气给沼气锅炉2，沼气锅炉2产生的蒸汽进入Ⅰ效蒸发罐3的加热管，蒸汽温度为100℃、压强0.095MPa，流量240Kg/h。在Ⅰ效蒸发罐3里沼液被蒸汽加热沸腾，产生温度为81℃的二次蒸汽，沼液营养成分质量比(即浓度)为12.3％，流量814Kg/h。Ⅰ效蒸发罐3的加热管中的蒸汽换热后变成汽凝水，温度为91℃。打开Ⅰ效蒸发罐3阀门，沼液在压差的条件下自动排入Ⅱ效蒸发罐4的加热室；Ⅰ效蒸发罐3产生的二次蒸汽从Ⅰ效蒸发罐3的蒸汽排出口排出，经第一压缩机10增温升压后，再经混合器补水变为饱和蒸汽，该饱和蒸汽以温度为88.4℃流量为235Kg/h进入Ⅱ效蒸发罐4的加热管对加热室里的沼液加热，Ⅱ效蒸发罐4的加热管压强0.070MPa。
沼液在Ⅱ效蒸发罐4的加热室受热蒸发，压强为0.035Mpa，产生78.9℃、流量250Kg/h的二次蒸汽，此时Ⅱ效蒸发罐4里的沼液营养成分质量比为17.7％，流量为564Kg/h，在压差的条件下自动排入Ⅲ效蒸发罐5的加热室；Ⅱ效蒸发罐4的加热室中的蒸汽换热后变为温度80.4℃的汽凝水。Ⅱ效蒸发罐4产生的二次蒸汽经第二压缩机12后，经混合器补水变为饱和蒸汽，以温度为77.6℃、流量为253Kg/h进入Ⅲ效蒸发罐5的加热管对沼液加热，Ⅲ效蒸发罐5的加热管压强0.040MPa。
沼液在Ⅲ效蒸发罐5里受热沸腾，压强为0.020Mpa，产生72.4℃、流量265Kg/h的二次蒸汽，此时Ⅲ效蒸发罐5里的沼液营养成分质量比为33.4％，流量为299Kg/h，从Ⅲ效蒸发罐5排出浓缩液。Ⅲ效蒸发罐5的加热管中的蒸汽换热后变为温度67.6℃的汽凝水，。
所述Ⅰ效蒸发罐3、Ⅱ效蒸发罐4和Ⅲ效蒸发罐5分别连接气水分离器22，气水分离器22连接真空罐15，真空罐15连接气隔膜式真空泵16，在系统运行全过程中，Ⅰ效蒸发罐3、Ⅱ效蒸发罐4和Ⅲ效蒸发罐5真空运行，真空度依次放大，真空度可调节。
由于汽凝水具有较高的温度，上述Ⅰ效蒸发罐3、Ⅱ效蒸发罐4、Ⅲ效蒸发罐5排出的冷凝水分别对应进入第一自蒸发器11、第二自蒸发器13和第三自蒸发器14进行自蒸发，产生的蒸汽与从Ⅲ效蒸发罐5排出的二次蒸汽一起进入余热回收系统进行余热回收利用。
余热回收系统包括空气能热泵17和热声发动机19，所述空气能热泵17分别连接Ⅲ效蒸发罐5的蒸汽排出口、第一自蒸发器11、第二自蒸发器13和第三自蒸发器14；空气能热泵17回收的热能提供给沼气池加温和预热器预热沼液。
热声发动机19平衡器18，平衡器18分别连接第一自蒸发器11、第二自蒸发器13和第三自蒸发器14；热声发动机19回收的热能提供给发电机，发电机的电能供应所述离心泵7、第一压缩机10和第二压缩机12等。
最后排出的冷却水达Ⅱ类以上的水质标准，可用于锅炉补水循环利用或直接排放。浓缩后的沼液可作为液肥的基础肥。
所述空气能热泵17采用太阳能空气能热泵；热声发动机19采用以氦气为工质的行波热声发动机；所述Ⅰ效蒸发罐、Ⅱ效蒸发罐和Ⅲ效蒸发罐均采用升膜式蒸发罐。

Claims (7)

1.一种采用三效蒸发工艺浓缩沼液的方法，其特征在于，工艺步骤如下：
⑴沼气池的沼液由离心泵抽出，经预热器预热至温度为65℃～75℃，送入Ⅰ效蒸发罐的加热室，压强为0.040Mpa～0.060Mpa；同时沼气锅炉产生的饱和蒸汽进入Ⅰ效蒸发罐的加热管，其温度为95℃～105℃；
⑵Ⅰ效蒸发罐的沼液受热蒸发二次蒸汽，二次蒸汽经压缩机增温提压至0.06Mpa～0.07Mpa，温度为85℃～95℃，然后进入Ⅱ效蒸发罐的加热管；浓缩后的沼液从Ⅰ效蒸发罐的加热室进入Ⅱ效蒸发罐的加热室，压强为0.030Mpa～0.040Mpa；
⑶Ⅱ效蒸发罐的沼液受热蒸发二次蒸汽，经压缩机增温提压后至压力为0.04Mpa～0.05Mpa、温度为75℃～85℃，然后进入Ⅲ效蒸发罐的加热管；同样，沼液从Ⅱ效蒸发罐进入Ⅲ效蒸发罐里的加热室，其压强为0.020Mpa～0.030Mpa；
⑷同样的，沼液在Ⅲ效蒸发罐加热室中受热蒸发二次蒸汽，最后排出浓缩液；在系统运行的全过程中，Ⅰ效蒸发罐、Ⅱ效蒸发罐和Ⅲ效蒸发罐分别连接真空系统保持真空运行，真空度可调节；
⑸所述步骤⑷Ⅲ效蒸发罐产生的二次蒸汽，经空气能热泵和热声发动机分别回收余热，空气能热泵收集的热能用于步骤⑴所述的沼气池和预热器，热声发动机输出的机械能用于发电，供压缩机及泵使用；
⑹所述步骤⑵Ⅰ效蒸发罐、步骤⑶Ⅱ效蒸发罐和步骤⑷Ⅲ效蒸发罐分别产生的二次蒸汽分别经换热后冷凝成汽凝水，分别排入自蒸发器中，自蒸发器生成的蒸汽与所述Ⅲ效蒸发罐的沼液蒸发生成的二次蒸汽一起，分别由空气能热泵与热声发动机回收余热，自蒸发器排出冷凝水，用于步骤⑴所述的沼气锅炉补水；所述Ⅰ效蒸发罐、Ⅱ效蒸发罐和Ⅲ效蒸发罐的真空度逐级增大。
2.如权利要求1所述的一种采用三效蒸发工艺浓缩沼液的方法，其特征在于，所述步骤⑴的沼液是经过滤脱渣后的沼液，其中沼液的营养成分质量比为7%～10%。
3.一种采用三效蒸发工艺浓缩沼液的装置，其特征在于，沼气池依次连接离心泵和预热器后接入Ⅰ效蒸发罐的加热室，沼气锅炉连接Ⅰ效蒸发罐的加热管；Ⅰ效蒸发罐的蒸汽排出口经压缩机后连接Ⅱ效蒸发罐的加热管，沼液排出口连接Ⅱ效蒸发罐的加热室；Ⅱ效蒸发罐的蒸汽排出口经压缩机后连接Ⅲ效蒸发罐的加热管，沼液排出口连接Ⅲ效蒸发罐的加热室；Ⅲ效蒸发罐的蒸汽排出口连接余热回收系统，余热回收系统分别连接所述的沼气池、预热器和发电机；
所述Ⅰ效蒸发罐、Ⅱ效蒸发罐和Ⅲ效蒸发罐分别连接真空系统；所述真空系统为真空泵；
所述Ⅰ效蒸发罐、Ⅱ效蒸发罐和Ⅲ效蒸发罐的汽凝水排出口分别连接自蒸发器，自蒸发器连接余热回收系统。
4.如权利要求3所述的一种采用三效蒸发工艺浓缩沼液的装置，其特征在于，所述真空泵采用隔膜式真空泵。
5.如权利要求3所述的一种采用三效蒸发工艺浓缩沼液的装置，其特征在于，所述自蒸发器采用柱式自蒸发器。
6.如权利要求3所述的一种采用三效蒸发工艺浓缩沼液的装置，其特征在于，还包括过滤器、疏水阀和气水分离器，过滤器采用罐式过滤器，连接在沼气池的沼液出口；所述疏水阀安装在离心泵的出口；所述气水分离器采用填料除沫分离器，连接在真空系统的入口。
7.如权利要求3所述的一种采用三效蒸发工艺浓缩沼液的装置，其特征在于，所述余热回收系统包括空气能热泵和热声发动机，所述空气能热泵和热声发动机均分别连接Ⅲ效蒸发罐的蒸汽排出口和自蒸发器；空气能热泵分别连接沼气池和预热器，热声发动机连接发电机；所述空气能热泵采用太阳能空气能热泵；热声发动机采用以氦气为工质的行波热声发动机；所述Ⅰ效蒸发罐、Ⅱ效蒸发罐和Ⅲ效蒸发罐均采用升膜式蒸发罐。
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