CN109694110A - 一种净化回收循环冷却水的方法及卧式连续反应装置 - Google Patents

一种净化回收循环冷却水的方法及卧式连续反应装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种净化回收循环冷却水的方法，循环冷却水经蒸发后在高压直流静电场中进行一级净化，然后在高频介质阻挡放电等离子体回收电场中进行二级净化；净化后的冷凝水回收至冷却水循环系统；还公开了卧式连续反应装置，包括均为密闭式的冷却塔、一级净化装置和二级净化装置；冷却塔与一级净化装置通过管道连通，一级净化装置与二级净化装置连通；一级净化装置与二级净化装置的底部均设置有出水口，出水口连通冷却塔；一级净化装置中设置有分别对应连接直流电源的负极和正极的电晕极和极板；二级净化装置中设置有对应分别连接电源的高压端和低压端的第一放电极板和第二放电极板；整个系统循环工作，循环冷却水的回收率将达到90％以上。

Description

一种净化回收循环冷却水的方法及卧式连续反应装置
技术领域
本发明属于循环冷却水净化、回收领域，涉及一种介质阻挡放电等离子体耦合直流静电的循环冷却水净化回收方法，以及一种净化回收循环冷却水的卧式连续反应装置。
背景技术
水资源相对匮乏和分布不均对一个工业用水量需求大的工业区有很大影响，其中，循环冷却水的用量占到企业年用水量的50％～90％，循环冷却水系统广泛应用于石油化工、电力、钢铁、冶金等行业，系统工作时不可避免地将大量水蒸汽排入大气中，每小时的水蒸发量约为循环水总量的1.5％～2.5％，若不经妥善处理，将造成水资源的极大浪费，目前循环冷却水回收工艺面临的最大问题是，冷却水中以及空气中原本含有的固体尘埃、有机污染物颗粒、液体小质点在空气中形成胶体分散体系，即气溶胶，气溶胶的存在大幅增加了循环水回收的困难，并且极大降低了回收得到水体的纯净度。因此，在开发新型循环冷却水的回收工艺的过程中，不能将净化过程与回收过程割裂开来，如何将它们有机地结合在一起具有重要意义。
等离子体是物质的第四态，是一种呈电中性的导电流体，常规的产生等离子体的方法主要有辉光放电、高压脉冲放电、介质阻挡放电等。等离子体中含有大量的活性基团，包括羟基自由基、氢自由基、臭氧等，这些活性基团能够有效地降解气体中含有的有机污染颗粒，可以大幅去除气溶胶中的成核物质，不仅使气态的水更容易被回收，且回收得到的水体杂质少、纯净度高。此外，强电场对水分子具有极化作用，气体中的成核物质大幅降低后，水分子更易被极化，从而运动到极板两端并聚集，最终在重力作用下实现回收。当等离子体技术应用于实际工业中时，可将其与催化剂、电催化氧化等方法相结合，以提升处理效率、降低能耗。目前实际应用中的等离子体回收循环冷却水技术多为将等离子体与冷凝系统联用且结构较为单一的立式反应装置，工作时等离子体放电结构处理负荷较高，实现处理效果所需要的能耗较大，且处理过程中杂质在重力作用下容易重新落回循环冷却水中，这种方法与装置结构均不利于对气溶胶中成核物质的捕捉与降解。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种净化回收循环冷却水的方法及其卧式连续反应装置，将介质阻挡放电等离子体与高压直流静电相结合的循环冷却水净化回收方法，循环冷却水的回收率将达到90％以上，产生的经济效益更明显，节水率升高。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：一种净化回收循环冷却水的方法，循环冷却水经蒸发后在直流静电场中进行一级净化，一级净化后的蒸汽在介质阻挡放电等离子体回收电场中进行二级净化；经过一级净化和二级净化的冷凝水回收至冷却水循环系统。
所述直流静电场所加载的电压为10KV，介质阻挡放电等离子体回收电场所加载的电压为30KV-50KV，频率1MHz。
包括均为密闭式的冷却塔、一级净化装置和二级净化装置；冷却塔与一级净化装置通过管道连通；一级净化装置与二级净化装置连通；一级净化装置与二级净化装置的底部均设置有出水口，所述出水口连通冷却塔的进液口；一级净化装置中设置有电晕极，电晕极的正下方设置极板，电晕极和极板分别对应连接直流电源的负极和正极；二级净化装置中设置有第一放电极板和第二放电极板，第一放电极板和第二放电极板间设置有放电间隙，第一放电极板和第二放电极板对应分别连接电源的高压端和低压端。
一级净化装置的底部设置有第一过滤泵，二级净化装置的底部设置有第二过滤泵，第一过滤泵和第二过滤泵与冷却塔底部的进液口连通，第一过滤泵和第二过滤泵至进液口的液体路径中设置有进液泵。
电晕极到极板的距离为300～500mm，电晕极为不规则的针状电极，材质为铜，直流电源采用高压直流电源，所述高压直流电源的输出电压为10KV。
冷却塔的上部开设出气口，一级净化装置中部开设进气口，进气口与出气口连通的管道中设置有加压装置。
一级净化装置的上部与进气口相对的一侧开设有一级净化气出口，二级净化装置的底部开设有一级净化气入口，二级净化装置上部与一级净化气入口相对一侧开设有二级净化气出口。
第一放电极板和第二放电极板设置有多组，第一放电极板和第二放电极板的间距根据需净化的水量确定。
第一放电极板和第二放电极板的厚度为3mm～5mm，长度为1000mm～1500mm，采用铜板与石英板叠加制备。
电源采用高频高压电源，高频高压电源的输出电压为30KV～50KV，其频率为1MHz。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过合理的设计，将高频介质阻挡放电等离子体与高压直流静电相结合，整个系统循环工作，循环冷却水的回收率将达到90％以上，产生的经济效益更明显，节约水量更多；采用高频介质阻挡放电等离子体耦合高压直流静电的方式净化回收循环冷却水，一级净化装置采用高压直流静电技术吸附粒径较大的尘埃、杂质，回收约30％的循环水，经一级净化装置处理后的气体直接进入用于深度净化水蒸汽、极化水分子并回收的高频介质阻挡放电等离子体二级净化装置，等离子体中含有大量的活性基团，包括羟基自由基、氢自由基、臭氧等，这些活性基团能够有效地降解气体中含有的有机污染颗粒，大幅去除气溶胶中的成核物质，经强电场极化后的水分子运动、聚集在放电极板上最终在重力作用下被回收，该过程的回收率可达60％以上，两级处理可去除98％的气溶胶成核物质。
采用卧式装置的结构设计，可将循环冷却水中的成核物质完全捕捉并与水分离，成核物质能有效去除，经此装置净化、回收得到的水体更为纯净，回用后不易再次引发蒸发气体中形成气溶胶，特别适用于水质、空气质量较差的工业环境；两段处理级有利于降低等离子体放电段的处理负荷，以耗能较低的静电技术做一级处理，降低整体能耗，同时，卧式的分段结构的装置更易于运输、装配，避免高空水电工作的安全隐患。
进一步的，第一过滤泵和第二过滤泵至进液口的液体路径中设置有进液泵，进液泵提高经净化的水回收效率，使之有效进入冷却循环水系统中。
进一步的，电晕极为不规则的针状电极，利于产生较强的静电吸附效果。
进一步的，第一放电极板和第二放电极板设置有多组，极大地提高了二级净化的效率以及净化效果。
进一步的，冷却塔出气口与一级净化装置的进气口连通之间设置风机，提高水蒸汽传送效率。
附图说明
图1为本发明的卧式连续反应装置；
其中：1-冷却塔；2-出气口；3-进液口；4-进液泵；5-进气口；6-一级净化气出口；7-一级净化装置；8-直流电源；9-第一过滤泵；10-电晕极；11-极板；12-二级净化装置；13-一级净化气入口；14-二级净化气出口；15-第二过滤泵；16-电源；17-加压装置；18-第一放电极板；19-第二放电极板；20-耐高压导线；21-高压端；22-低压端；23-放电间隙。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
一种净化回收循环冷却水的方法，循环冷却水经蒸发后在高压直流静电场中进行一级净化，一级净化后的蒸汽在高频介质阻挡放电等离子体回收电场中进行二级净化；经过一级净化和二级净化的冷凝水回收至冷却水循环系统。
净化回收循环冷却水的卧式连续反应装置，包括均为密闭式的冷却塔1、一级净化装置7和二级净化装置12；冷却塔1与一级净化装置7通过管道连通；一级净化装置7与二级净化装置12连通；一级净化装置7与二级净化装置12的底部均设置有出水口，所述出水口连通冷却塔1的进液口3；一级净化装置7中设置有电晕极10，电晕极10的正下方设置极板11，电晕极10和极板11分别对应连接直流电源8的负极和正极；二级净化装置12中设置有第一放电极板18和第二放电极板19，第一放电极板18和第二放电极板19间设置有放电间隙23，第一放电极板18和第二放电极板19对应分别连接电源16的高压端21和低压端22；一级净化装置7的底部设置有第一过滤泵9，二级净化装置12的底部设置有第二过滤泵15，第一过滤泵9和第二过滤泵15与冷却塔1底部的进液口3连通，第一过滤泵9和第二过滤泵15至进液口3的液体路径中设置有进液泵4。
电晕极10到极板11的距离为300～500mm，电晕极10为不规则的针状电极，材质为铜，直流电源8采用高压直流电源，所述高压直流电源的输出电压为10KV。
冷却塔1的上部开设出气口2，一级净化装置7中部开设进气口5，进气口5与出气口2连通的管道中设置有加压装置；一级净化装置7的上部与进气口5相对的一侧开设有一级净化气出口6，二级净化装置12的底部开设有一级净化气入口13，二级净化装置12上部与一级净化气入口13相对一侧开设有二级净化气出口14；出气口2的高度高于进气口5的高度，一级净化气6出口的高度高于一级净化气入口13的高度；有利于气体中的成核物质在电场中充分反应。
作为本发明的一个可选实施例，第一放电极板18和第二放电极板19设置有多组，第一放电极板18和第二放电极板19的间距根据需净化的水量确定；第一放电极板18和第二放电极板19的厚度为3mm～5mm，长度为1000mm～1500mm，采用铜板与石英板叠加制备；铜板设置在内部导电，石英板设置在外侧与水汽接触，电源16采用高频高压电源，所述高频高压电源输出电压为30KV～50KV，其频率1MHz。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1所示，净化回收循环冷却水的卧式连续反应装置，包括盛放循环水的冷却塔1，其上侧开设有出气口2连接加压装置17，下侧开设有进液口3，连接进液泵4，出气口2与一级净化装置7的左侧进气口5连接，一级净化装置7中置有电晕极10与极板11，其中电晕极10连接直流电源8的负极，极板11连接直流电源8的正极，一级净化装置7右侧设有一级净化气出口6，一级净化装置7底部设有第一过滤泵9与进液泵4相连，一级净化气出口6与二级净化装置12的一级净化气入口13连接，二级净化装置12中设有成对的放第一电极板18和第二放电极板19，第一放电极板18使用耐高压导线20连接高频高压电源的低压端22，第二放电极板19使用耐高压导线20连接高频高压电源的高压端21，二级净化装置12的右侧设有二级净化气出口14，二级净化装置12底部设有第二过滤泵15与进液泵4相连。
出气口2与进气口5连通之间的加压装置17采用风机；耐高压导线20采用能够承受的最低电压为50KV的导线。
本发明一种净化回收循环冷却水的卧式连续反应装置工作原理及过程如下：
含有大量蒸发水的气体借助加压装置17，通过冷却塔1的出气口2进入一级净化装置7中，启动直流电源8，电晕极10与极板11在一级净化装置7中形成高压直流静电场，高压直流静电场将源气中粒径较大的杂质颗粒、液滴吸附至极板11表面，去除气溶胶中的成核物质，同时，放电时产生的高温使抽出的水雾进一步气化，利于下一步处理，聚集在极板11表面的水，在重力作用下流动，经第一过滤泵9过滤后回用，该过程的回收水量占蒸发量25％～35％；一级处理后的气体经一级净化气出口6，从一级净化气入口13进入二级净化装置12底部，启动高频高压电源，第一放电极板18和第二放电极板19形成介质阻挡放电，形成高频介质阻挡放电等离子体回收电场，利用高频放电在放电间隙23中产生的大量高能电子、活性物质直接轰击并降解气体中的有机物，进一步减少气溶胶成核物质，此时，经过一级净化和二级净化装置净化处理后失去了大量成核物质的水分子在高频率强电场的作用下更易被极化，并运动聚集在放电极板表面，最终在重力作用下流经第二过滤泵15被回收利用，该过程的回收水量占蒸发量的55％～65％；回收到的高纯净度的水经进液泵4直接回用，气溶胶成核物质去除量可达98％。

Claims (10)

1.一种净化回收循环冷却水的方法，其特征在于，循环冷却水经蒸发后在直流静电场中进行一级净化，一级净化后的蒸汽在介质阻挡放电等离子体回收电场中进行二级净化；经过一级净化和二级净化的冷凝水回收至冷却水循环系统。
2.根据权利要求1所述的净化回收循环冷却水的方法，其特征在于，所述直流静电场所加载的电压为10KV，介质阻挡放电等离子体回收电场所加载的电压为30KV-50KV，频率1MHz。
3.一种净化回收循环冷却水的卧式连续反应装置，其特征在于，包括均为密闭式的冷却塔(1)、一级净化装置(7)和二级净化装置(12)；冷却塔(1)与一级净化装置(7)通过管道连通；一级净化装置(7)与二级净化装置(12)连通；一级净化装置(7)与二级净化装置(12)的底部均设置有出水口，所述出水口连通冷却塔(1)的进液口(3)；一级净化装置(7)中设置有电晕极(10)，电晕极(10)的正下方设置极板(11)，电晕极(10)和极板(11)分别对应连接直流电源(8)的负极和正极；二级净化装置(12)中设置有第一放电极板(18)和第二放电极板(19)，第一放电极板(18)和第二放电极板(19)间设置有放电间隙(23)，第一放电极板(18)和第二放电极板(19)对应分别连接电源(16)的高压端(21)和低压端(22)。
4.根据权利要求3所述的净化回收循环冷却水的卧式连续反应装置，其特征在于，一级净化装置(7)的底部设置有第一过滤泵(9)，二级净化装置(12)的底部设置有第二过滤泵(15)，第一过滤泵(9)和第二过滤泵(15)与冷却塔(1)底部的进液口(3)连通，第一过滤泵(9)和第二过滤泵(15)至进液口(3)的液体路径中设置有进液泵(4)。
5.根据权利要求3所述的净化回收循环冷却水的卧式连续反应装置，其特征在于，电晕极(10)到极板(11)的距离为300～500mm，电晕极(10)为不规则的针状电极，材质为铜，直流电源(8)采用高压直流电源，所述高压直流电源的输出电压为10KV。
6.根据权利要求3所述的净化回收循环冷却水的卧式连续反应装置，其特征在于，冷却塔(1)的上部开设出气口(2)，一级净化装置(7)中部开设进气口(5)，进气口(5)与出气口(2)连通的管道中设置有加压装置。
7.根据权利要求3所述的净化回收循环冷却水的卧式连续反应装置，其特征在于，一级净化装置(7)的上部与进气口(5)相对的一侧开设有一级净化气出口(6)，二级净化装置(12)的底部开设有一级净化气入口(13)，二级净化装置(12)上部与一级净化气入口(13)相对一侧开设有二级净化气出口(14)。
8.根据权利要求3所述的净化回收循环冷却水的卧式连续反应装置，其特征在于，第一放电极板(18)和第二放电极板(19)设置有多组，第一放电极板(18)和第二放电极板(19)的间距根据需净化的水量确定。
9.根据权利要求8所述的净化回收循环冷却水的卧式连续反应装置，其特征在于，第一放电极板(18)和第二放电极板(19)的厚度为3mm～5mm，长度为1000mm～1500mm，采用铜板与石英板叠加制备。
10.根据权利要求8所述的净化回收循环冷却水的卧式连续反应装置，其特征在于，电源(16)采用高频高压电源，高频高压电源的输出电压为30KV～50KV，其频率为1MHz。
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