CN110844955A - 用于含高盐高cod废水处理的闭式循环蒸发冷凝系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于含高盐高COD废水处理的闭式循环蒸发冷凝系统。用于含高盐高COD废水处理的闭式循环蒸发冷凝系统，包括：废水水槽；废水泵，所述废水泵的一端与所述废水水槽相连接；蒸发塔，所述蒸发塔设置在所述废水水槽的一侧；冷凝器，所述冷凝器设置在所述蒸发塔内；喷淋管，所述喷淋管安装在所述蒸发塔内，且所述喷淋管与所述废水泵相连接，所述喷淋管位于所述冷凝器的上方；一级热回收器，所述一级热回收器与所述蒸发塔相连接。本发明提供的用于含高盐高COD废水处理的闭式循环蒸发冷凝系统具有成本较低、常压蒸发、中低温蒸发、高效蒸发、节能蒸发、稳定蒸发的优点。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，尤其涉及一种用于含高盐高COD废水处理的闭式循环蒸发冷凝系统。
背景技术
随着我国国民经济的快速发展，印染、造纸、化工、炼油、海水利用等领域会产生大量的含盐废水。含盐废水如果直接或者稀释外排，一方面造成了水资源浪费；另一方面会对环境造成恶劣影响，因此对含盐废水有效处理方法的研究已迫在眉睫。现有MVR、多效蒸发等处理技术存在投资、运行成本高；属于高压设备，运行管理难；容易焦化堵塞等问题，限制了推广使用。
因此，有必要提供一种用于含高盐高COD废水处理的闭式循环蒸发冷凝系统解决上述技术问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种成本较低、常压蒸发、中低温蒸发、高效蒸发、节能蒸发、稳定蒸发的用于含高盐高COD废水处理的闭式循环蒸发冷凝系统。
为解决上述技术问题，本发明提供的用于含高盐高COD废水处理的闭式循环蒸发冷凝系统，包括：废水水槽；废水泵，所述废水泵的一端与所述废水水槽相连接；蒸发塔，所述蒸发塔设置在所述废水水槽的一侧；冷凝器，所述冷凝器设置在所述蒸发塔内；喷淋管，所述喷淋管安装在所述蒸发塔内，且所述喷淋管与所述废水泵相连接，所述喷淋管位于所述冷凝器的上方；一级热回收器，所述一级热回收器与所述蒸发塔相连接；二级热回收器，所述二级热回收器与所述一级热回收器相连接；冷凝塔，所述冷凝塔与所述二级热回收器和所述一级热回收器均相连接；循环风机，所述循环风机设置在所述冷凝塔内；蒸发器，所述蒸发器安装在所述冷凝塔内，且所述蒸发器位于所述循环风机的下方；节流元件，所述节流元件分别与所述冷凝器和所述蒸发器相连接；压缩机组，所述压缩机组进口和出口分别与所述冷凝塔和所述蒸发器相连接；浓缩液泵，浓缩液泵与所述蒸发塔和所述废水水槽相连接。
优选的，所述蒸发塔的顶部和一侧均设有连接管，两个所述连接管均与所述一级热回收器相连接。
优选的，所述冷凝器安装在所述蒸发塔内部中间位置，所述喷淋管安装在所述冷凝器的上部，所述喷淋管与所述冷凝器呈平行、错层排列。
优选的，利用水、空气和制冷剂这三种物质作为本系统的循环的载热介质；利用水和空气这两种物质作为本系统的循环的载质介质，载热介质与载质介质在本系统中并联同步循环，实现传热与传质的同步进行。
优选的，本系统采用封闭式自循环蒸发与凝结的技术，废水的蒸发和净水的凝结分别在封闭的系统内同时进行，并在风路循环和制冷剂循环的支持下，实现能量在蒸发端和冷凝端的循环利用。
优选的，本系统采用空气和制冷剂双路热回收技术，最大限度地回收载热介质中的热量；在空气循环冷凝端降温，保证热泵系统闭式循环工况下的热平衡。
优选的，本系统采用在常压、中低温(≤55℃)工况下水蒸发技术，有效避免因处理高盐高COD废水而产生的结垢和有机物焦化堵塞的问题。
优选的，本系统在空气循环的冷凝端，对高温高湿循环空气采用在一级热回收器、二级热回收器和蒸发器等三个不同温区逐次、梯度降温，用于提高冷凝水的出水效率。
优选的，本系统中水的蒸发和冷凝是在闭式循环状态下的蒸发和冷凝，蒸发吸收的热量和冷凝释放的热量是平衡的，因此蒸发和冷凝的过程是不需要额外的外部热源输入，本系统是以电能输入的形式进行加热，但是，为驱动载热介质中的热量在蒸发和冷凝端进行循环“搬运”，必须消耗一定的外部能源，本系统是以电能输入的形式进行做功，外部能源做功必然后产生一定的多余热量，当该热量积累到一定程度的时候，必须对这部分积累的热量排出本系统之外，因此要使用外部冷源来实现本系统内部的热平衡。
与相关技术相比较，本发明提供的用于含高盐高COD废水处理的闭式循环蒸发冷凝系统具有如下有益效果：
本发明提供一种用于含高盐高COD废水处理的闭式循环蒸发冷凝系统，在常压下对废水进行加热蒸发，系统运行更加安全稳定；可以大量使用塑料材质的零部件和管路，有效提升系统的耐腐蚀性，降低成本；减少废水中有机溶质的挥发量，改善出水水质；
使废水在中低温(≤55℃)环境下在换热管表面呈水膜状吸热蒸发，有效避免废水中的溶质受热结垢焦化导致的系统管路堵塞；避免溶质变性，减少废水中有机溶质的挥发量；
废水加热所需的热量实现闭式循环，在蒸发器端回收蒸汽冷凝过程释放的热量，运用热泵原理，将回收的热量“搬运”至冷凝器，持续为废水蒸发供热；在一级热回收器中，来自蒸发塔的高温高湿的循环空气与来自蒸发器的低温高湿的循环空气进行全热交换，使再次进入蒸发塔的循环空气吸收热量，成为较高温度和低相对湿度的状态，实现了对循环空气的热量回收。氟路和风路的双路的热量回收，进一步减低能耗，实现了对废水的节能蒸发；
废水在热泵冷凝器换热管表面蒸发，传热距离极短，传热系数高，有效提高蒸发效率；三种载热物质(制冷剂、空气、水)和载质物质(空气)同步循环，传热与传质同步；在空气循环冷凝端通过设置一级、二级热回收器以及蒸发器形成三个不同温度区域，对循环空气进行逐次、梯度地降温，大幅度提高了水蒸气的冷凝效率，实现了对废水的高效蒸发；
在系统冷端设置热量卸荷装置，将系统内积累的热量按需卸荷，保证系统可长期稳定运行，实现了对废水的稳定蒸发。
附图说明
图1为本发明提供的用于含高盐高COD废水处理的闭式循环蒸发冷凝系统的远离框图。
图中标号：1、废水水槽，2、废水泵，3、冷凝器，4、喷淋管，5、蒸发塔，6、一级热回收器，7、二级热回收器，8、冷凝塔，9、循环风机，10、蒸发器，11、节流元件，12、压缩机组，13、浓缩液泵。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
请结合参阅图1，在本发明的第一实施例中，用于含高盐高COD废水处理的闭式循环蒸发冷凝系统包括依次连接成循环回路的用于加热蒸发废水和净水冷凝的逆卡诺循环热泵子系统，热泵子系统包括：压缩机组12(含油分离器、储液罐、干燥过滤器、视液镜、气液分离器等主要部件，图1中未标识)、(蒸发冷式钛质管路)冷凝器3、节流元件(电子膨胀阀)11、蒸发器10，以及配套的制冷剂管路、阀件等；用于废水输送、喷淋和汇集排出的水路子系统，水路子系统包括：废水泵2、喷淋管4、浓缩液泵13、废水水槽1，以及配套的水路管路、阀件等；用于“搬运”水蒸气、热回收以及实现闭式循环的风路子系统，风路子系统包括蒸发塔5、一级热回收器6、二级热回收器7、循环风机9、冷凝塔8，以及配套的风路管路、阀件等；以及为使整个系统实现自动控制而具备的PLC智能控制子系统(图中未标识)。
低温低压的制冷剂气体吸入压缩机组12吸气腔，经压缩机做功，被压缩成高温高压的气体，进入(蒸发冷式钛管)冷凝器3，将热量传递给温度相对较低的钛管表面的水膜，冷凝放热后的制冷剂状态由高温高压的气体转换为温度降低了的高温高压的液体出冷凝器3，经节流元件(电子膨胀阀)11节流降压，制冷剂的状态由高温高压的液体转换为低温低压的气液混合态进入蒸发器10，吸收蒸发器10表面的水蒸气的热量，蒸发吸热后的制冷剂状态由低温低压的气液混合态转换为气体出蒸发器，再被吸入压缩机，周而复始。
废水“蒸发”“冷凝”过程中，在系统外部废水水槽1内的废水原液预热后达到一定温度经废水泵2、喷淋管4呈水滴状被喷淋到在(蒸发冷式钛管)冷凝器3表面形成均匀水膜，吸收来自高温高压制冷剂的热量后部分原水会行成水蒸气(非饱和)，被循环空气输送到温度以此降低的一级热回收器6、二级热回收器7，以及热泵子系统蒸发器10表面，水蒸气放热，凝结成水滴析出，未在钛管冷凝器被蒸发的废水残液会循环反复喷淋到钛管表面，因此残液的浓度会不断上升，直至达到预定浓度，被集中排出至本系统外部另行处理，废水的蒸发是在常压和中低温环境下进行。
部分原水的状态由液态转化为气态，此过程需吸收了大量的气化潜热；同时，制冷剂的状态由气态转化为气液混合态，并最终转化为液态，此过程释放了大量的气化潜热。(蒸发冷钛管)冷凝器3的内部与外部均有物质(水、制冷剂)的状态(气态和液态)发生变化，由于状态变换时释放和吸收的气化潜热远大于状态无变换(只有温度上升或下降)时释放和吸收的显热，实现高效蒸发。
风路子系统在运行过程中，系统内部的空气在循环风机9的作用下进入蒸发塔5时是温度较高，相对湿度较低的状态，自下而上经过冷凝器3钛管表面，带走废水因吸热而产生的水蒸气，并吸收一部分钛管冷凝器的表面热量，此时循环空气的温度上升，相对湿度亦上升；循环空气在经保温风管道输送，进入一级热回收器6，与从热泵子系统中的蒸发器5出来的低温、高相对湿度的循环空气进行全热交换，温度下降和相对湿度上升，并析出部分冷凝水；再流经二级热回收器7表面，温度进一步下降和相对湿度进一步上升，并析出部分冷凝水；再流经热泵子系统中的蒸发器10，经过温度较低的蒸发器表面，将水蒸气中的热量(包括潜热和显热)释放给蒸发器10内部的制冷剂，温度大幅下降，相对湿度大幅上升，并析出大量冷凝水；从热泵子系统蒸发器10排出的低温低湿度风经过风管，被输送到一级热回收器6，与来自蒸发塔5中的高温高湿度风进行全热交换，温度上升，相对湿度下降，成为较干燥热风，再次经过风管，进入蒸发塔5，带走冷凝器3钛管表面的热量和水蒸气，周而复始。在此过程中，通过循环风温度和相对湿度的变化，实现整个系统的稳定运行，并析出冷凝水，达到将含高盐高COD的废水淡化析出净水的目的。在整个风循环系统工作过程中，系统内的空气与外界隔绝(所有风管包裹保温层)，不与系统外界的空气混合，只进行适度、有控制的热交换(在二级热回收器中，由外部冷却水进行)，因此整个系统的运行稳定、可测量。
热量平衡(卸荷)的目的是卸载整个系统的积累热量，使整个系统达到热量平衡的目的。本发明涉及的循环系统是一个封闭系统，在忽略整个系统对外界环境的热损失的情况下，废水蒸发吸收的热量应等于冷凝水释放的热量，热泵子系统的压缩机组12不断消耗电能，因此整个系统的热量是“正向”积累，为了维持系统的热量平衡、可持续运行，当热量积累到一定程度的时候，必须对这部分积累的热量进行卸载，以平衡掉在系统内部无法消耗的这部分多余热量，使蒸发塔5内的温度保持在一个稳定的状态。热量卸载的过程是根据蒸发塔的温度自动判断是否启动运行和运行时长。来自系统外部(如冷却塔)的温度较低的冷却水按需进入二级热回收器7，带走前述系统内部的多余热量。
热泵子系统的节流元件11采用电子膨胀阀，通过实时调节膨胀阀开启度，能精确控制不同废水温度时合适的制冷剂流量，实现整个热泵子系统的高效、稳定运行。
本发明提供的用于含高盐高COD废水处理的闭式循环蒸发冷凝系统具有常压蒸发、中低温蒸发；高效蒸发、节能蒸发、稳定蒸发的特点。具体的：利用水，空气，制冷剂三种载热介质；利用水和空气两种载质介质；载热介质与载质介质并联同步循环，实现传热与传质同步；封闭式自循环蒸发与凝结的技术；采用空气和制冷剂双路热回收技术，最大限度地回收载热介质中的热量；在空气循环冷凝端降温，保证热泵系统闭式循环工况下的热平衡；采用常压、中低温(≤55℃)水蒸发技术，有效避免结垢、有机物焦化堵塞等问题；在空气循环冷凝端，采用三温区降温，大幅提高冷凝水的出水效率。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种用于含高盐高COD废水处理的闭式循环蒸发冷凝系统，其特征在于，包括：
废水水槽；
废水泵，所述废水泵的一端与所述废水水槽相连接；
蒸发塔，所述蒸发塔设置在所述废水水槽的一侧；
冷凝器，所述冷凝器设置在所述蒸发塔内；
喷淋管，所述喷淋管安装在所述蒸发塔内，且所述喷淋管与所述废水泵相连接，所述喷淋管位于所述冷凝器的上方；
一级热回收器，所述一级热回收器与所述蒸发塔相连接；
二级热回收器，所述二级热回收器与所述一级热回收器相连接；
冷凝塔，所述冷凝塔与所述二级热回收器和所述一级热回收器均相连接；
循环风机，所述循环风机设置在所述冷凝塔内；
蒸发器，所述蒸发器安装在所述冷凝塔内，且所述蒸发器位于所述循环风机的下方；
节流元件，所述节流元件分别与所述冷凝器和所述蒸发器相连接；
压缩机组，所述压缩机组进口和出口分别与所述冷凝器和所述蒸发器相连接；
浓缩液泵，浓缩液泵与所述蒸发塔和所述废水水槽相连接。
2.根据权利要求1所述的用于含高盐高COD废水处理的闭式循环蒸发冷凝系统，其特征在于，所述蒸发塔的顶部和一侧均设有连接管，两个所述连接管均与所述一级热回收器相连接。
3.根据权利要求1所述的用于含高盐高COD废水处理的闭式循环蒸发冷凝系统，其特征在于，所述冷凝器安装在所述蒸发塔内部中间位置，所述喷淋管安装在所述冷凝器的上部，所述喷淋管与所述冷凝器呈平行、错层排列。
4.根据权利要求1所述的用于含高盐高COD废水处理的闭式循环蒸发冷凝系统，其特征在于，利用水、空气和制冷剂这三种物质作为本系统的循环的载热介质；利用水和空气这两种物质作为本系统的循环的载质介质，载热介质与载质介质在本系统中并联同步循环，实现传热与传质的同步进行。
5.根据权利要求1所述的用于含高盐高COD废水处理的闭式循环蒸发冷凝系统，其特征在于，本系统采用封闭式自循环蒸发与凝结的技术，废水的蒸发和净水的凝结分别在封闭的系统内同时进行，并在风路循环和制冷剂循环的支持下，实现能量在蒸发端和冷凝端的循环利用。
6.根据权利要求1所述的用于含高盐高COD废水处理的闭式循环蒸发冷凝系统，其特征在于，本系统采用空气和制冷剂双路热回收技术，最大限度地回收载热介质中的热量；在空气循环冷凝端降温，保证热泵系统闭式循环工况下的热平衡。
7.根据权利要求1所述的用于含高盐高COD废水处理的闭式循环蒸发冷凝系统，其特征在于，本系统采用在常压、中低温工况下水蒸发技术，有效避免因处理高盐高COD废水而产生的结垢和有机物焦化堵塞的问题。
8.根据权利要求1所述的用于含高盐高COD废水处理的闭式循环蒸发冷凝系统，其特征在于，本系统在空气循环的冷凝端，对高温高湿循环空气采用在一级热回收器、二级热回收器和蒸发器等三个不同温区逐次、梯度降温，用于提高冷凝水的出水效率。
9.根据权利要求1所述的用于含高盐高COD废水处理的闭式循环蒸发冷凝系统，其特征在于，本系统中水的蒸发和冷凝是在闭式循环状态下的蒸发和冷凝，蒸发吸收的热量和冷凝释放的热量是平衡的，本系统是以电能输入的形式进行加热，但是，为驱动载热介质中的热量在蒸发和冷凝端进行循环“搬运”，必须消耗一定的外部能源，外部能源做功必然后产生一定的多余热量，当该热量积累到一定程度的时候，必须对这部分积累的热量排出本系统之外，因此要使用外部冷源来实现本系统内部的热平衡。
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