CN108408809A - 热空气变压排放的废水浓缩液流化结晶干燥系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了热空气变压排放的废水浓缩液流化结晶干燥系统和方法，该系统和方法将空气从空气进气单元经换热器加热得到热空气，以该热空气为载气从流化结晶干燥塔的进气口进入，转辊内外筒间球粒填料被吹动成微漂浮流化态；经过预热的废水浓缩液分配给布置于转辊内筒上的雾化器，雾化喷淋至球粒填料表面与热空气进行传热传质，水分被热空气带走得到湿饱和空气，浓缩液中的盐分在流化态球粒填料表面结晶干燥板结，随内筒的转动和热空气的流动，盐分经球粒填料之间研磨、碰撞脱落并经外筒网筛沉落至塔底的结晶收集锥斗，湿饱和空气被压缩后经预热器相变换热，冷凝得除湿空气，经空气膨胀单元变压排放。

Description

热空气变压排放的废水浓缩液流化结晶干燥系统和方法

技术领域

本发明涉及废水处理领域，涉及废水的末端固化，具体涉及一种热空气变压排放的废水浓缩液流化结晶干燥系统和方法，该废水浓缩液可以脱硫废水浓缩液。

背景技术

脱硫废水零排放系统一般包括预处理单元、浓缩减量单元、末端固化单元三部分。

目前，国内外采用的末端固化技术主要有：蒸发结晶干燥、直喷烟道结晶干燥、旁路烟道结晶干燥、热风结晶干燥。

蒸发结晶干燥：蒸发结晶过程消耗大量蒸汽和/或电力，占地和建筑物面积大，建设和运维成本较高，设备结垢和腐蚀严重。蒸发结晶干燥吨水处理设备投资约100余万；吨水处理运维费用约100多元。

直喷烟道结晶干燥：采用直喷高温烟道结晶干燥，消耗大量高温烟气热量，直接降低空预器能效，能耗高，同时有损坏除尘器、降低除尘效率的风险；采用直喷低温烟道结晶干燥，受低温烟道烟气温度和露点温度的限制，可蒸发的废水量有限，无法完全蒸发。且存在如下问题：

(1)脱硫废水蒸发后，高腐蚀性氯化物不能完全被静电除尘器捕收，造成其在脱硫塔和后续设备上积累，引起严重腐蚀，显著增加了设备维修频率和维护费用；

(2)脱硫废水中重金属等物资在飞灰中富集，极大影响飞灰的再利用和用户的安全性。

(3)废水雾化后对烟道、静电除尘器和下游设备造成严重腐蚀和结垢，影响设备的长期稳定运行，如：静电除尘器极板结垢，降低除尘效率，甚至影响静电除尘器正常运行。

(4)雾化喷头和烟道磨损严重，再加上高浓度氯化物的腐蚀，设备快速失效。

(5)该工艺主要依靠静电除尘器脱除蒸发结晶产物，静电除尘器不能脱除的物质，随烟气回到脱硫塔，不断循环富集，增加脱硫塔负荷，并造成PM2.5和汞等排放容易超标。

旁路烟道结晶干燥：需要引接高温烟气，消耗大量高温烟气热量，直接降低空预器能效，能耗高，设备造价高，设备结垢和腐蚀严重。旁路烟道结晶干燥吨水处理设备投资约300万，且雾化设备更换频繁。

热风结晶干燥：需要大量蒸汽，能耗高，产物无法利用，难于处理。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种热空气变压排放的废水浓缩液流化结晶干燥系统和方法，以实现废水浓缩液的末端固化，该废水浓缩液可以脱硫废水浓缩液。

本发明的上述目的是通过下面的技术方案得以实现的：

一种热空气变压排放的废水浓缩液流化结晶干燥系统，包括空气进气单元、废水浓缩液进液单元和流化结晶干燥塔，还包括空气加热单元、热压缩单元和膨胀单元，以及废水浓缩液加热单元；

所述流化结晶干燥塔的下部设有进气口，底部设有结晶收集锥斗，顶部设有湿空气出口；塔体内部设有由内筒和外筒组成的转辊，外筒为两端固定在塔体壁上的周壁为网筛状的筒状结构，内筒通过其两个轴端转动连接在塔体壁上，内筒和外筒之间的空间内设有粒径大于外筒网筛孔径的球粒填料；所述内筒的外周壁设有多根喷液管道，各喷液管道上设有多个喷嘴，内筒的一个轴端的端面上设有多个与多根喷液管道对应的分配孔，各分配孔与对应的喷液管道连通，该轴端的端面处还设有一固定在塔体壁上的分配阀，端面紧配在分配阀上，该分配阀上设有一进液孔，随着内筒转动，轴端的各分配孔依次与该进液孔连通；所述内筒的外周壁还设有用于在转动时对球粒填料进行搅拌的搅拌桨片；

所述空气进气单元包括空气滤清器和风机，空气加热单元包括换热器，空气依次经过空气滤清器、风机、换热器从流化结晶干燥塔的进气口进入塔体；所述换热器还与为空气加热的热源连通；

所述废水浓缩液进液单元包括废水浓缩液进液管道，该管道的一端与所述进液孔连通，另一端为废水浓缩液进液口；所述废水浓缩液加热单元包括设于废水浓缩液进液管道上的预热器，废水浓缩液经预热器预热进入塔体内的转辊中；所述预热器还通过空气热压缩单元与流化结晶干燥塔的湿空气出口连通，压缩的湿空气经预热器冷凝除湿后经空气膨胀单元变压排放。

进一步地，所述的流化结晶干燥系统还包括设于塔体进气口处的进气调制机构和设于塔体湿空气出口处的排气调制机构；

所述进气调制机构包括入口气体分布调制器和多个设于入口气体分布调制器下方用于将水平气流引导为垂直气流的入口导流板；所述排气调制机构包括出口气体分布调制器和多个设于出口气体分布调制器上方用于将垂直气流引导为水平气流的出口导流板；

所述入口气体分布调制器、出口气体分布调制器分别包括中间的调制轴体和设于调制轴体四周的调制叶片；入口气体分布调制器的调制轴体的中间为圆柱体，两端为半圆球体或圆锥体；出口气体分布调制器的调制轴体为一下端为半圆球体或圆锥体的圆柱体；所述调制叶片设于圆柱体的下端，包括多个倾斜布置在圆柱体周向方向用于将垂直上升气流调制成旋转上升气流的叶片；

所述出口气体分布调制器位于入口气体分布调制器的垂直上方。

进一步地，所述入口导流板或出口导流板分别由水平段、垂直段以及将水平段和垂直段连接过渡的弧形段组成。

进一步地，所述调制叶片经内箍筋和外箍筋等间距周向固定并套设在气体分布调制器的圆柱体的下端。

进一步地，所述调制轴体为中空结构。

进一步地，热源为热水、蒸汽或热烟气。

进一步地，外筒内壁底部设有多个刮板。

一种采用上述系统的废水浓缩液流化结晶干燥方法：将空气从空气进气单元经换热器加热得到热空气，以该热空气为载气从流化结晶干燥塔的进气口进入，转辊内外筒间球粒填料被吹动成微漂浮流化态；经过预热的废水浓缩液分配给布置于转辊内筒上的雾化器，雾化喷淋至球粒填料表面与热空气进行传热传质，水分被热空气带走得到湿饱和空气，浓缩液中的盐分在流化态球粒填料表面结晶干燥板结，随内筒的转动和热空气的流动，盐分经球粒填料之间研磨、碰撞脱落并经外筒网筛沉落至塔底的结晶收集锥斗，湿饱和空气被压缩后经预热器相变换热，冷凝形成冷凝水和除湿空气，该压缩的除湿空气经空气膨胀单元变压排放。

进一步地，换热器的热源为除尘器前热烟气。

本发明的基本原理：热空气从塔底进气口进入，经气体调制机构调制成旋风流态，转辊内外筒间填充惰性球粒填料层，被吹动成微漂浮流化态。脱硫废水浓缩液经转辊内的液体分配装置分配给布置于转辊内筒上的雾化器，雾化喷淋至球粒表面和热空气进行传热传质，水分气化随气体排出塔体，盐分在流化态惰性球粒表面结晶干燥板结，随转辊的转动，和被调制成旋风流态的热空气的流动，流化态惰性球粒之间研磨、碰撞脱落，随转辊旋转，结晶干燥盐经外筒筛网沉落至塔底收集排出。被蒸发的水分随热空气自塔顶排出，排出流化结晶干燥塔的高温湿空气经预热器回收热量得到除湿空气变压排放，并可产出较高纯度盐分。

上述技术方案中，加热的空气从进气口进入塔体，在塔内以旋转上升气流将惰性球粒填料吹动成微漂浮流化态，并将雾化喷淋至球粒表面的浓缩液干燥，携带水分的湿饱和空气从湿空气出口排出，盐分在流化态惰性球粒表面结晶干燥板结后随着球粒的研磨、碰撞脱落经外筒网筛沉落至塔底的结晶收集锥斗。空气滤清器用于对空气过滤，风机用于为空气提供动力。预热器一方面用于收集湿空气的热量对脱硫废水浓缩液初步预热，另一方面对湿空气进行冷凝除湿，除湿的空气变压排放。换热器用于对空气加热至所需温度，为换热器提供热量的热源可以是热水、蒸汽或电厂的热烟气。为了降低塔高，减少设备投资和占用空间，需要提高流化结晶干燥效率，进气调制机构和排气调制机构可以发挥这种效果。入口气体分布调制器、出口气体分布调制器分别包括中间的调制轴体和设于调制轴体四周的调制叶片。出口气体分布调制器位于入口气体分布调制器的垂直上方，都位于塔体的中心线上；入口导流板在垂直方向上位于入口气体分布调制器下方，水平方向上正对空气进气管道；出口导流板在垂直方向上位于出口气体分布调制器上方，水平方向上正对空气排气管道；空气从进气管道进入吹向入口导流板由水平流态引导为垂直流态，再吹向入口气体分布调制器由垂直上升流态调制为旋转上升流态，与喷淋浓缩液的球粒填料传质后依次吹向出口气体分布调制器、出口导流板排出。出口气体分布调制器的调制轴体和入口气体分布调制器的调制轴体像一对虚拟轴承，入口气体分布调制器、出口气体分布调制器共同使气流调制成旋风流态，实现高效传质传热，使进出风更加均匀，塔内空间利用率大幅提高，有效降低塔高度。入口气体分布调制器的调制轴体的中间为圆柱体，两端为半圆球体或圆锥体，可以增强调制叶片对气体的旋转调制强度，出口气体分布调制器的调制轴体的下端半圆球体或圆锥体具有同样的作用。

本发明的优点：

1、传热传质效率高：转辊内装球率高，惰性球粒填料在塔内呈微漂浮态，并采用直接换热，大幅增加传热传质面积，传热传质效率高；2、抗垢性能极强：传热传质主体—惰性球粒填料，在塔内呈微漂浮态，并随转辊运动，抗垢性能极强；3、工艺设备简单、投资少、占地面积小；4、运行稳定可靠；5、运行成本低：热源采用燃煤电厂除尘器前120-150℃热烟气【也可以是其它热源，如蒸汽等】，热风量较小，采用烟气余热加热，几乎无运行成本。

附图说明

图1为脱硫废水浓缩液流化结晶干燥系统的结构示意图；

图2为入口气体分布调制器的结构示意图；

图3为入口气体分布调制器的调制叶片的结构示意图；

图4为入口气体分布调制器和入口导流板的结构示意图；

图5为出口气体分布调制器和出口导流板的结构示意图；

图6为转辊的结构示意图；

图7为内筒的分配孔端面示意图及分配阀结构示意图；

图8为内筒的与分配孔相对的端面的结构示意图；

图9为内筒和喷液管道、分配阀的结构示意图；

其中，21-入口导流板，22-出口导流板，23-调制轴体，24-叶片，25-内箍筋，26-外箍筋，31-内筒，32-外筒，33-球粒填料，34-喷液管道，35-雾化器，36-分配孔，37-分配阀，38-进液孔，39-搅拌桨片，40-刮板，41-连通喷液管道和分配孔的管道，42-脱硫废水浓缩液入口，43-搅拌桨片。

具体实施方式

下面结合实施例具体介绍本发明的实质性内容，但并不以此限定本发明的保护范围。实验中未详述的试验操作均为本领域技术人员所熟知的常规试验操作。

该实施例以脱硫废水浓缩液为例。

如图1所示的一种热空气变压排放的脱硫废水浓缩液流化结晶干燥系统，包括空气进气单元、脱硫废水浓缩液进液单元和流化结晶干燥塔，还包括空气加热单元、热压缩单元和膨胀单元，以及脱硫废水浓缩液加热单元；

所述流化结晶干燥塔的下部设有进气口，底部设有结晶收集锥斗，顶部设有湿空气出口；塔体内部设有由内筒和外筒组成的转辊，外筒为两端固定在塔体壁上的周壁为网筛状的筒状结构，内筒通过其两个轴端转动连接在塔体壁上，内筒和外筒之间的空间内设有粒径大于外筒网筛孔径的球粒填料；所述内筒的外周壁设有多根喷液管道，各喷液管道上设有多个喷嘴，内筒的一个轴端的端面上设有多个与多根喷液管道对应的分配孔，各分配孔与对应的喷液管道连通，该轴端的端面处还设有一固定在塔体壁上的分配阀，端面紧配在分配阀上，该分配阀上设有一进液孔，随着内筒转动，轴端的各分配孔依次与该进液孔连通；所述内筒的外周壁还设有用于在转动时对球粒填料进行搅拌的搅拌桨片(如图6-9所示)；

所述空气进气单元包括空气滤清器和风机，空气加热单元包括换热器，空气依次经过空气滤清器、风机、换热器从流化结晶干燥塔的进气口进入塔体；所述换热器还与为空气加热的热源连通；

所述脱硫废水浓缩液进液单元包括脱硫废水浓缩液进液管道，该管道的一端与所述进液孔连通，另一端为脱硫废水浓缩液进液口；所述脱硫废水浓缩液加热单元包括设于脱硫废水浓缩液进液管道上的预热器，脱硫废水浓缩液经预热器预热进入塔体内的转辊中；所述预热器还通过空气热压缩单元与流化结晶干燥塔的湿空气出口连通，压缩的湿空气经预热器冷凝除湿后经空气膨胀单元变压排放。

所述的流化结晶干燥系统还包括设于塔体进气口处的进气调制机构和设于塔体湿空气出口处的排气调制机构(如图2-5所示)；

所述进气调制机构包括入口气体分布调制器和多个设于入口气体分布调制器下方用于将水平气流引导为垂直气流的入口导流板；所述排气调制机构包括出口气体分布调制器和多个设于出口气体分布调制器上方用于将垂直气流引导为水平气流的出口导流板；

所述入口气体分布调制器、出口气体分布调制器分别包括中间的调制轴体和设于调制轴体四周的调制叶片；入口气体分布调制器的调制轴体的中间为圆柱体，两端为半圆球体或圆锥体；出口气体分布调制器的调制轴体为一下端为半圆球体或圆锥体的圆柱体；所述调制叶片设于圆柱体的下端，包括多个倾斜布置在圆柱体周向方向用于将垂直上升气流调制成旋转上升气流的叶片；

所述出口气体分布调制器位于入口气体分布调制器的垂直上方。

其中，所述入口导流板或出口导流板分别由水平段、垂直段以及将水平段和垂直段连接过渡的弧形段组成；所述调制叶片经内箍筋和外箍筋等间距周向固定并套设在气体分布调制器的圆柱体的下端；所述调制轴体为中空结构；热源为热水、蒸汽或热烟气；外筒内壁底部设有多个刮板，以提高板结的盐分从球粒填料上脱离的效率。

一种采用上述系统的脱硫废水浓缩液流化结晶干燥方法：将空气从空气进气单元经换热器加热得到热空气，以该热空气为载气从流化结晶干燥塔的进气口进入，转辊内外筒间球粒填料被吹动成微漂浮流化态；经过预热的脱硫废水浓缩液分配给布置于转辊内筒上的雾化器，雾化喷淋至球粒填料表面与热空气进行传热传质，水分被热空气带走得到湿饱和空气，浓缩液中的盐分在流化态球粒填料表面结晶干燥板结，随内筒的转动和热空气的流动，盐分经球粒填料之间研磨、碰撞脱落并经外筒网筛沉落至塔底的结晶收集锥斗，湿饱和空气被压缩后经预热器相变换热，冷凝形成冷凝水和除湿空气，该压缩的除湿空气经空气膨胀单元变压排放。换热器的热源为除尘器前热烟气。

另外，不同工作段应设计取样口、观察口、检修口，方便随时观察取样、观察、开口检修检查内部部件；不同工作段，应配置压力表、温度计。塔体分段制作，法兰连接。不同部件的材质，应根据接触介质的成分和浓度，选择材质。耐腐蚀材料可根据接触介质的成分和浓度选择碳钢内衬耐温≥100℃的橡胶或塑料【如：聚四氟乙烯、玻璃钢、PP聚丙烯、玻璃鳞片等】、或金属【如：不锈钢、钛合金、C276、1.4529等】、或耐温≥100℃的塑料【如：聚四氟乙烯、玻璃钢、PP聚丙烯等】。

上述技术方案中，加热的空气从进气口进入塔体，在塔内以旋转上升气流将惰性球粒填料吹动成微漂浮流化态，并将雾化喷淋至球粒表面的浓缩液干燥，携带水分的湿饱和空气从湿空气出口排出，盐分在流化态惰性球粒表面结晶干燥板结后随着球粒的研磨、碰撞脱落经外筒网筛沉落至塔底的结晶收集锥斗。空气滤清器用于对空气过滤，风机用于为空气提供动力。预热器一方面用于收集湿空气的热量对脱硫废水浓缩液初步预热，另一方面对湿空气进行冷凝除湿，除湿的空气变压排放。换热器用于对空气加热至所需温度，为换热器提供热量的热源可以是热水、蒸汽或电厂的热烟气。为了降低塔高，减少设备投资和占用空间，需要提高流化结晶干燥效率，进气调制机构和排气调制机构可以发挥这种效果。入口气体分布调制器、出口气体分布调制器分别包括中间的调制轴体和设于调制轴体四周的调制叶片。出口气体分布调制器位于入口气体分布调制器的垂直上方，都位于塔体的中心线上；入口导流板在垂直方向上位于入口气体分布调制器下方，水平方向上正对空气进气管道；出口导流板在垂直方向上位于出口气体分布调制器上方，水平方向上正对空气排气管道；空气从进气管道进入吹向入口导流板由水平流态引导为垂直流态，再吹向入口气体分布调制器由垂直上升流态调制为旋转上升流态，与喷淋浓缩液的球粒填料传质后依次吹向出口气体分布调制器、出口导流板排出。出口气体分布调制器的调制轴体和入口气体分布调制器的调制轴体像一对虚拟轴承，入口气体分布调制器、出口气体分布调制器共同使气流调制成旋风流态，实现高效传质传热，使进出风更加均匀，塔内空间利用率大幅提高，有效降低塔高度。入口气体分布调制器的调制轴体的中间为圆柱体，两端为半圆球体或圆锥体，可以增强调制叶片对气体的旋转调制强度，出口气体分布调制器的调制轴体的下端半圆球体或圆锥体具有同样的作用。

本发明提供的系统和方法可以有效干燥脱硫废水浓缩液，与现有技术比具有如下优点：

1、传热传质效率高：转辊内装球率高，惰性球粒填料在塔内呈微漂浮态，并采用直接换热，大幅增加传热传质面积，传热传质效率高；2、抗垢性能极强：传热传质主体—惰性球粒填料，在塔内呈微漂浮态，并随转辊运动，抗垢性能极强；3、工艺设备简单、投资少、占地面积小；4、运行稳定可靠；5、运行成本低：热源采用燃煤电厂除尘器前120-150℃热烟气【也可以是其它热源，如蒸汽等】，热风量较小，采用烟气余热加热，几乎无运行成本。

上述实施例的作用在于具体介绍本发明的实质性内容，但本领域技术人员应当知道，不应将本发明的保护范围局限于该具体实施例。

Claims (9)

1.一种热空气变压排放的废水浓缩液流化结晶干燥系统，其特征在于：包括空气进气单元、废水浓缩液进液单元和流化结晶干燥塔，还包括空气加热单元、热压缩单元和膨胀单元，以及废水浓缩液加热单元；

所述流化结晶干燥塔的下部设有进气口，底部设有结晶收集锥斗，顶部设有湿空气出口；塔体内部设有由内筒和外筒组成的转辊，外筒为两端固定在塔体壁上的周壁为网筛状的筒状结构，内筒通过其两个轴端转动连接在塔体壁上，内筒和外筒之间的空间内设有粒径大于外筒网筛孔径的球粒填料；所述内筒的外周壁设有多根喷液管道，各喷液管道上设有多个喷嘴，内筒的一个轴端的端面上设有多个与多根喷液管道对应的分配孔，各分配孔与对应的喷液管道连通，该轴端的端面处还设有一固定在塔体壁上的分配阀，端面紧配在分配阀上，该分配阀上设有一进液孔，随着内筒转动，轴端的各分配孔依次与该进液孔连通；所述内筒的外周壁还设有用于在转动时对球粒填料进行搅拌的搅拌桨片；

所述空气进气单元包括空气滤清器和风机，空气加热单元包括换热器，空气依次经过空气滤清器、风机、换热器从流化结晶干燥塔的进气口进入塔体；所述换热器还与为空气加热的热源连通；

所述废水浓缩液进液单元包括废水浓缩液进液管道，该管道的一端与所述进液孔连通，另一端为废水浓缩液进液口；所述废水浓缩液加热单元包括设于废水浓缩液进液管道上的预热器，废水浓缩液经预热器预热进入塔体内的转辊中；所述预热器还通过空气热压缩单元与流化结晶干燥塔的湿空气出口连通，压缩的湿空气经预热器冷凝除湿后经空气膨胀单元变压排放。

2.根据权利要求1所述的流化结晶干燥系统，其特征在于：还包括设于塔体进气口处的进气调制机构和设于塔体湿空气出口处的排气调制机构；

所述进气调制机构包括入口气体分布调制器和多个设于入口气体分布调制器下方用于将水平气流引导为垂直气流的入口导流板；所述排气调制机构包括出口气体分布调制器和多个设于出口气体分布调制器上方用于将垂直气流引导为水平气流的出口导流板；

所述入口气体分布调制器、出口气体分布调制器分别包括中间的调制轴体和设于调制轴体四周的调制叶片；入口气体分布调制器的调制轴体的中间为圆柱体，两端为半圆球体或圆锥体；出口气体分布调制器的调制轴体为一下端为半圆球体或圆锥体的圆柱体；所述调制叶片设于圆柱体的下端，包括多个倾斜布置在圆柱体周向方向用于将垂直上升气流调制成旋转上升气流的叶片；

所述出口气体分布调制器位于入口气体分布调制器的垂直上方。

3.根据权利要求2所述的流化结晶干燥系统，其特征在于：所述入口导流板或出口导流板分别由水平段、垂直段以及将水平段和垂直段连接过渡的弧形段组成。

4.根据权利要求2所述的流化结晶干燥系统，其特征在于：所述调制叶片经内箍筋和外箍筋等间距周向固定并套设在气体分布调制器的圆柱体的下端。

5.根据权利要求2所述的流化结晶干燥系统，其特征在于：所述调制轴体为中空结构。

6.根据权利要求1所述的流化结晶干燥系统，其特征在于：热源为热水、蒸汽或热烟气。

7.根据权利要求1所述的流化结晶干燥系统，其特征在于：外筒内壁底部设有多个刮板。

8.一种采用权利要求1-7任一所述系统的废水浓缩液流化结晶干燥方法，其特征在于：将空气从空气进气单元经换热器加热得到热空气，以该热空气为载气从流化结晶干燥塔的进气口进入，转辊内外筒间球粒填料被吹动成微漂浮流化态；经过预热的废水浓缩液分配给布置于转辊内筒上的雾化器，雾化喷淋至球粒填料表面与热空气进行传热传质，水分被热空气带走得到湿饱和空气，浓缩液中的盐分在流化态球粒填料表面结晶干燥板结，随内筒的转动和热空气的流动，盐分经球粒填料之间研磨、碰撞脱落并经外筒网筛沉落至塔底的结晶收集锥斗，湿饱和空气被压缩后经预热器相变换热，冷凝形成冷凝水和除湿空气，该压缩的除湿空气经空气膨胀单元变压排放。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：换热器的热源为除尘器前热烟气。