CN106669208B - 一种利用低温烟气强化含盐废水浓缩的系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用低温烟气强化含盐废水浓缩的系统及工艺，包括烟道、第一水泵、废水加压预热器、布水装置、降膜闪蒸器和集水槽，布水装置安装在降膜闪蒸器的上端，集水槽安装在降膜闪蒸器的底部，布水装置和降膜闪蒸器均布置在烟道中；第一水泵将含盐废水增压后输送至废水加压预热器，烟道中的低温烟气对废水加压预热器中增压后的含盐废水进行加热获得高温高压的含盐废水，高温高压的含盐废水经过布水装置均匀布水后压力降低并在降膜闪蒸器上形成一层均匀的水膜，水膜与烟道中的低温烟气直接接触、蒸发，以浓缩含盐废水。本发明利用低品位废热源实现含盐废水蒸发浓缩，降低废水处理成本，为含盐废水低成本处理提供了一种新方法。

Description

一种利用低温烟气强化含盐废水浓缩的系统及工艺

技术领域

本发明涉及工业废水处理领域，尤其涉及一种利用低温烟气强化含盐废水浓缩的系统及工艺。

背景技术

含盐废水的产生途径广泛，水量也逐年增加，其排放势必会造成水资源矿化及土壤碱化。国家及各省相关标准相继增加了全盐量指标，但与发达国家的高盐废水“零排放”及“近零排放”的脱盐技术相比，我国有较大差距。2015年4月，我国出台了《水污染防治行动计划》(简称：“水十条”)，提出最严格的源头保护和生态恢复质素，全面控制污染物排放，给废水零排放提供了法律法规依据。零排放可以最少的利用水资源,最大限度的减少或者不进行污水外排,具有良好的环境效益和经济效益。含盐废水零排放的投资及运行成本均与废水处理量直接相关，实现含盐废水的浓缩是十分必要的。

目前的主流浓缩技术是膜分离法，即利用特殊的薄膜对液体中的某些成分进行选择性透过。含盐废水的膜法浓缩，一般有反渗透、纳滤、电渗析等方法。膜分离技术具有物料无相变、能耗低、设备简单、操作方便和适应性强等特点。但是用膜法处理高浓度含盐废水容易造成膜的污染，而现有低盐复合膜的耐污染性较差，清洗周期短，直接导致膜产水量下降、生产效率下降、产水水质变差、停机清洗、膜元件提前更换、膜使用寿命变短以及操作运行费用增加。膜的易污染、运行费用高等因素严重制约了膜技术在高盐度废水处理领域中的应用推广。

蒸发法也是含盐废水浓缩的重要途径，包括多效蒸发、多级闪蒸、机械蒸汽再压缩(MVR)等。申请号为201410846718.6的专利，提出了多效蒸发浓缩含盐废水的工艺；申请号为201410102031.8、201410099755.1及201510318771.X的专利，将蒸汽机械再压缩蒸发和多效蒸发相结合来浓缩含盐废水；申请号为201610120012.7的专利，利用水平管式降膜蒸发器和蒸汽再循环压缩来实现含盐废水的深度浓缩；申请号为201310471984.7的专利利用热泵系统浓缩含盐废水。上述形式的含盐废水蒸发浓缩均需要高品位热源，运行成本较高，一定程度上浪费了高品质能源。

申请号为201610158397.6的专利，利用增湿减湿的方法，以流动的空气作为水蒸气的载体来蒸发浓缩处理含盐废水；申请号为201610351716.5的专利，利用机械通风冷却塔蒸发加热后的含盐废水。利用空气吸收水分是一种相对节能的含盐废水浓缩途径，但所用空气温度相对较低，蒸发浓缩效率低，同时造成蒸发水分的浪费。

另一方面，我国的能源利用效率相对较低，节能任务艰巨，但同时节能潜力巨大，低品位余热的回收利用将成为节能领域的重要课题。很多大型工厂如发电厂、钢铁厂、水泥厂、化工厂等的低温(80℃～150℃)烟气余热尚未得到充分利用，若能利用低温烟气余热实现废水浓缩，不仅能够利于企业的节能降耗，同时能够大大降低含盐废水处理的成本。

然而，若低温烟气直接用于蒸发浓缩含盐废水，由于低温烟气的温度仅为80℃～150℃，与含盐废水的温差较小，使得低温烟气与含盐废水之间的传热传质效率较差，降低含盐废水的处理效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用低温烟气强化含盐废水浓缩的系统及工艺，能够大大提高低温烟气与含盐废水之间的传热传质效率，从而提高含盐废水的处理效率。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种利用低温烟气强化含盐废水浓缩的系统，包括烟道、第一水泵、废水加压预热器、布水装置、降膜闪蒸器和集水槽，所述布水装置安装在降膜闪蒸器的上端，所述集水槽安装在降膜闪蒸器的底部，所述布水装置和降膜闪蒸器均布置在烟道中；含盐废水依次经过第一水泵、废水加压预热器、布水装置、降膜闪蒸器到达集水槽，所述烟道中的低温烟气作为废水加压预热器和降膜闪蒸器的热源，所述第一水泵不仅为含盐废水提供动力，还为含盐废水增加压力。

实现废水在低温烟气中的蒸发浓缩，要经历废水从液体向气体的相变，因此汽化潜热的获得是实现废水蒸发的重要因素。本发明通过设置废水加压预热器和第一水泵，使含盐废水能够提前升高温度并提高压力，从而使含盐废水提前存储能量，同时本发明通过第一水泵对含盐废水提高压力，使含盐废水的沸点升高，在保证不汽化的前提下废水能够预热到更高温度，从而获得更高的汽化潜热，然后通过布水装置到达降膜闪蒸器时，压力突然降低，实现闪蒸效果，大大提高了含盐废水的蒸发效率。

本发明所述的废水加压预热器为间接换热的间壁式换热器，含盐废水与低温烟气不直接接触，废水压力为0.1～0.5MPa。换热器形式可依据烟气及废水工况而不同。如夹套式换热器、板式换热器、管壳式换热器、双管板换热器等。本发明所述的废水加压预热器的个数可以为一个，也为多个。当采用多个废水加压预热器时，可以为多个废水加压预热器并联，也可以为多个废水加压预热器串联。

本发明所述的布水装置是通常意义上的布水器，是指能够在工作面上均匀布水的装置。

本发明所述的降膜闪蒸器为现有的降膜式蒸发器。本发明所述的降膜闪蒸器为直接换热，加压含盐废水在降膜闪蒸器上形成一层均匀的水膜，压力降低，与低温烟气直接接触传热传质，实现闪蒸。本发明所述的降膜闪蒸器的个数可以为一个，也为多个。当采用多个降膜闪蒸器时，可以为多个降膜闪蒸器并联，也可以为多个降膜闪蒸器串联。

本发明所述的低温烟气指温度为100～150℃，压力为0.9～1.1atm的烟气。

优选的，包括第二水泵，所述第二水泵将集水槽中的浓缩废水排出。

优选的，所述废水加压预热器布置在烟道内，低温烟气与加压废水间接换热，利用烟气热量预热废水，以节省布置空间、降低投资成本。与废水加压预热器布置在烟道外相比，无需多设置将低温烟气从烟道内通入废水加压预热器的管道，避免了低温烟气经设置的管道流入废水加压预热器时产生的损失，从而进一步增加了低温烟气与含盐废水的传热传质的效率。

优选的，所述第一水泵将集水槽中的浓缩废水抽出加压后输送至废水加压预热器。

优选的，所述降膜闪蒸器与低温烟气流动方向平行布置。

优选的，所述第一水泵的出水管线上设有第一压力表和第一热电偶。用来监测出水管内含盐废水压力和温度，并通过调整第一水泵控制含盐废水的压力。

优选的，所述布水装置的进水管线上设有第二压力表和第二热电偶。用来监测进水管内含盐废水压力和温度，并通过调整废水加压预热器控制含盐废水的温度。

本发明所述的热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质的温度。

本发明中所述的第一、第二等仅仅是对装置名称的限定，不是指装置的先后次序的限定。

一种利用低温烟气强化含盐废水浓缩的工艺，提供上述系统；

第一水泵将含盐废水增压后输送至废水加压预热器，烟道中的低温烟气对废水加压预热器中的含盐废水进行加热后获得高温高压的含盐废水，所述高温高压的含盐废水经过布水装置在降膜闪蒸器上形成一层均匀的水膜，同时压力降低。所述水膜与烟道中的低温烟气直接接触、蒸发，从而实现浓缩含盐废水的目的，浓缩后的含盐废水进入集水槽。

本发明所述的高温指大于等于50℃的温度。

本发明所述的高压指大于0.1MPa的压力。

优选的，所述含盐废水的温度为5～25℃，压力为常压。所述常压为大气压0.1MPa。

优选的，含盐废水经第一水泵增压后的压力为大于0.1MPa至0.5MPa。

优选的，含盐废水经废水加压预热器加热后的温度为50-95℃，压力为大于0.1MPa至0.5MPa。

优选的，集水槽中浓缩后的含盐废水经第一水泵抽出加压后输送至废水加压预热器。

优选的，集水槽中浓缩后的含盐废水经第二水泵排出。

本发明的有益效果为：

1.通过本发明可实现低品位热源蒸发浓缩含盐废水的强化，浓缩废水的全盐量可达5％～30％；

2.本发明将含盐废水增压至一定压力后与低温烟气间接换热，预热后的废水具备一定温度、压力，强化了降膜闪蒸的传热、传质，提高蒸发效率；

3.本发明利用低品位热源蒸发浓缩废水，促进企业节能降耗的同时，降低废水处理成本；

4.本发明无需使用喷嘴，因而不存在喷雾蒸发时的喷嘴堵塞问题；

5.与多效蒸发、多级闪蒸、机械蒸汽再压缩(MVR)等工艺相比，本发明对含盐废水水质要求低，无需预处理。

附图说明

图1为实施例1的利用低温烟气强化含盐废水浓缩的系统；

图2为实施例2的利用低温烟气强化含盐废水浓缩的系统；

其中，1.烟道，2.集水槽，3.第一水泵，4.第一压力表，5.第一热电偶，6.废水加压预热器，7.第二压力表，8.第二热电偶，9.布水装置，10.降膜闪蒸器，11.第二水泵。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1所示，一种利用低温烟气强化含盐废水浓缩的系统，包括烟道1、第一水泵3、废水加压预热器6、布水装置9、降膜闪蒸器10、集水槽2和第二水泵11，布水装置9安装在降膜闪蒸器10的上端，集水槽2安装在降膜闪蒸器10的底部，布水装置9和降膜闪蒸器10均布置在烟道1中，降膜闪蒸器10与低温烟气流动方向平行布置。含盐废水依次经过第一水泵3、废水加压预热器6、布水装置9、降膜闪蒸器10到达集水槽2，烟道1中的低温烟气作为废水加压预热器6和降膜闪蒸器10的热源，第一水泵3不仅为含盐废水提供动力，还为含盐废水增加压力。第一水泵3将集水槽2中的浓缩废水抽出加压后输送至废水加压预热器6。第一水泵3的出水管线上设有第一压力表4和第一热电偶5。布水装置9的进水管线上设有第二压力表7和第二热电偶8。

其工艺过程为：

20℃、常压的含盐废水通过第一水泵3增压至0.3MPa打入废水加压预热器6，在废水加压预热器6中经过温度为120℃、压力为0.98atm的低温烟气间接预热后，废水温度升至90℃，压力为0.3MPa；含盐废水通过布水装置9进入降膜闪蒸器10，在降膜闪蒸器10上形成一层均匀的水膜，与温度为120℃、压力为0.98atm的烟气直接接触传热传质，实现含盐废水的蒸发、浓缩；浓缩后的废水通过降膜闪蒸器10进入集水槽2中，再次循环；浓缩废水全盐量达到5％～30％时，通过第二水泵11输出，进行下一步处理。

实施例2

如图2所示，与实施例1相同，不同之处在于：当浓缩倍率要求较低时，集水槽2中的浓缩含盐废水不再循环，直接通过浓液排出泵11输出，其余与实施例1相同。

对比例

本对比例与实施例1相同，不同之处在于：本对比例未设置废水加压预热器6。

其工艺过程为：

20℃、常压的含盐废水直接通过水泵打入布水装置9进入降膜闪蒸器10，在降膜闪蒸器10上形成一层均匀的水膜，与温度为120℃、压力为0.98atm的烟气直接接触传热传质，实现含盐废水的浓缩；浓缩后的废水通过降膜闪蒸器10进入集水槽2中，再次循环。

通过对实施例1与对比例不同如下表：(其中，废水流量为10t/h，烟气量为1000000m³/h，换热面积为100m²)：

	蒸发量(kg/h)
		实施例1	3773
对比例	970

通过上表表明，通过设置预热器进行加压预热后的传热传质效率明显提高。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种利用低温烟气强化含盐废水浓缩的系统，其特征是，包括烟道、第一水泵、废水加压预热器、布水装置、降膜闪蒸器和集水槽，所述布水装置安装在降膜闪蒸器的上端，所述集水槽安装在降膜闪蒸器的底部，所述布水装置和降膜闪蒸器均布置在烟道中；含盐废水依次经过第一水泵、废水加压预热器、布水装置、降膜闪蒸器到达集水槽，所述烟道中的低温烟气作为废水加压预热器和降膜闪蒸器的热源，所述第一水泵不仅为含盐废水提供动力，还为含盐废水增加压力。

2.如权利要求1所述的系统，其特征是，包括第二水泵，所述第二水泵将集水槽中的浓缩废水排出。

3.如权利要求1所述的系统，其特征是，所述废水加压预热器布置在烟道内。

4.如权利要求1所述的系统，其特征是，所述第一水泵将集水槽中的浓缩废水抽出加压后输送至废水加压预热器。

5.如权利要求1所述的系统，其特征是，所述降膜闪蒸器与低温烟气流动方向平行布置。

6.一种利用低温烟气强化含盐废水浓缩的工艺，其特征是，提供权利要求1-5任一所述的系统；

第一水泵将含盐废水增压后输送至废水加压预热器，烟道中的低温烟气对废水加压预热器内的含盐废水进行加热后获得高温高压的含盐废水，所述高温高压的含盐废水经过布水装置均匀布水后降膜闪蒸器上形成一层均匀的水膜、同时压力降低，所述水膜与烟道中的低温烟气直接接触，从而实现浓缩含盐废水的目的，浓缩后的含盐废水进入集水槽。

7.如权利要求6所述的工艺，其特征是，含盐废水经第一水泵增压后的压力为大于0.1MPa至0.5MPa。

8.如权利要求6所述的工艺，其特征是，含盐废水经废水加压预热器加热后的温度为50-95℃，压力为大于0.1MPa至0.5MPa。

9.如权利要求6所述的工艺，其特征是，集水槽中浓缩后的含盐废水经第一水泵抽出加压后输送至废水加压预热器。

10.如权利要求6所述的工艺，其特征是，集水槽中浓缩后的含盐废水经第二水泵排出。