CN111056679B - 一种弹热低温分盐的脱硫废水处理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种弹热低温分盐的脱硫废水处理系统及方法，包括脱硫废水预处理系统、第一蒸发器、第一换热器、第一储液罐、第一弹热设备、第二弹热设备、杠杆机构、连接电机、纳滤装置、第二换热器、第二储液罐、第一容器、第二蒸发器、第三换热器、第一转换阀、热源换热器、第二转换阀、第一记忆合金、第二记忆合金、第三转换阀、冷源换热器、第四转换阀及支点，该系统及方法能够利用弹热低温分盐实现脱硫废水处理。

Description

一种弹热低温分盐的脱硫废水处理系统及方法
技术领域
本发明属于脱硫废水处理领域，涉及一种弹热低温分盐的脱硫废水处理系统及方法。
背景技术
随着我国环境整治力度的不断增加，燃煤电厂实现脱硫废水零排放已经成为解决当前日益严峻的环保问题的方法之一。目前，国内电厂处理脱硫废水的方式主要包括化学沉淀、生物处理、电渗析浓缩、膜过滤浓缩和烟道余热蒸发技术等。
脱硫废水经过加药中和、化学反应、絮凝、沉淀、过滤处理后一般可视为含有Na2SO4和NaCl的水溶液。热法主要是指通过蒸发实施盐、水分离，主要包括高能耗、易结垢和不能单质分盐等缺点；膜法中纳滤膜对二价及多价盐的截留性能较好，能够有效分离Na2SO4和NaCl，且膜法分盐能耗较低。
弹热是一种由力驱动形状记忆合金相变的固态热交换技术，对同一记忆合金加压和泄压可以实现制冷和制热，弹热装置可回收低品位热量。利用Na2SO4在一定温度范围内温度升高溶解度降低的特点，对Na2SO4溶液进行蒸发提浓至后冷却结晶，可以实现析晶和水分回收。将纳滤分盐，蒸发提浓、结晶，冷冻结晶，与弹热相结合，既提高产盐质量，又通过能量提质利用，有望显著降低分盐能耗。
基于上述，需要开发一种弹热低温分盐的脱硫废水处理系统。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种弹热低温分盐的脱硫废水处理系统及方法，该系统及方法能够利用弹热低温分盐实现脱硫废水处理。
为达到上述目的，本发明所述的弹热低温分盐的脱硫废水处理系统包括脱硫废水预处理系统、第一蒸发器、第一换热器、第一储液罐、第一弹热设备、第二弹热设备、杠杆机构、连接电机、纳滤装置、第二换热器、第二储液罐、第二容器、第二蒸发器、第三换热器、第一转换阀、热源换热器、第二转换阀、第一记忆合金、第二记忆合金、第三转换阀、冷源换热器、第四转换阀及支点；
脱硫废水预处理系统的出口与纳滤装置的入口相连通，纳滤装置的 Na2SO4溶液出口与第二蒸发器的吸热侧入口相连通，第二蒸发器的吸热出口与第三换热器的放热侧入口相连通，冷源换热器的放热出口与第三换热器的吸热侧入口相连通，冷源换热器的放热入口与第三换热器的吸热出口相连通，第二容器位于第三换热器晶体出口的下方；
纳滤装置的NaCl溶液出口经第二换热器的吸热侧与第一蒸发器的入口相连通，第一蒸发器的出口与第一换热器的吸热侧入口相连通，第一换热器的吸热侧出口与第一蒸发器的入口相连通，第一蒸发器的蒸汽出口与第二换热器的放热侧入口相连通，第二换热器的凝结水出口位于第二储液罐的正上方，第二蒸发器的蒸汽出口与第一换热器的放热入口相连通，第一换热器的凝结水出口位于第一储液罐的正上方；
第二蒸发器的放热侧出口与热源换热器的吸热入口相连通，第二蒸发器的放热侧入口与热源换热器的吸热出口相连通；
冷源换热器的吸热侧出口与第三转换阀的入口相连通，第三转换阀的第一个出口与第一弹热设备的前端开口相连通，第三转换阀的第二出口与第二弹热设备的前端开口相连通；
第二转换阀的第一个入口与第一弹热设备的后端开口相连通，第二转换阀的第二个入口与第二弹热设备的后端开口相连通，第二转换阀的出口与热源换热器的放热侧入口相连通，热源换热器的放热侧出口与第一转换阀的入口相连通，第一转换阀的第一个出口与第一弹热设备的后端开口相连通，第一转换阀的第二个出口与第二弹热设备的后端开口相连通；
第四转换阀的第一个入口与第一弹热设备的前端开口相连通，第四转换阀的第二个入口与第二弹热设备的前端开口相连通，第四转换阀的出口与冷源换热器的吸热侧入口相连通；
第一弹热设备内设置有第一记忆合金，第二弹热设备内设置有第二记忆合金，其中，杠杆臂的中部位于支点上，杠杆臂的上侧与第一记忆合金相连接，杠杆臂的下侧与第二记忆合金相连接，连接电机的输出轴与杠杆臂相连接。
连接电机的输出轴通过杠杆机构与杠杆臂相连接。
预处理系统的出口经第一管道泵与纳滤装置的入口相连通。
第二转换阀的出口经第二管道泵与热源换热器的放热侧入口相连通。
第一记忆合金的外壁上及第二记忆合金的外壁上包裹有热二极管。
第二容器位于第三换热器底部凝结水出口的正上方。
本发明所述的弹热低温分盐的脱硫废水处理方法包括以下步骤：
脱硫废水预处理系统输出的含Na2SO4及NaCl溶液的原废水进入到纳滤装置中进行分盐处理，其中，分离出来的Na2SO4溶液进入到第二蒸发器中进行蒸发，分离出来的NaCl溶液经第二换热器加热后进入到第一蒸发器中进行蒸发；
连接电机带动杠杆臂左右往复移动，当连接电机带动杠杆臂向右移动时，使得第一记忆合金受压而温度升高，同时使得第二记忆合金泄压而温度降低，冷源换热器输出的导热油经第一记忆合金加热后再经第二转换阀进入到热源换热器中进行放热，然后经第一转换阀进入第二弹热设备中，通过第二记忆合金制冷，制冷后的导热油经第四转换阀进入到冷源换热器中进行吸热，
当连接电机带动杠杆臂向左移动，同时第一转换阀、第二转换阀、第三转换阀及第四转换阀转换方向，导热油经过第三转换阀进入到第二弹热设备中，通过第二记忆合金进行加热升温，再经第二转换阀进入到热源换热器中进行放热，然后经第一转换阀进入到第一弹热设备中，通过第一记忆合金进行制冷，再经第四转换阀进入到冷源换热器中进行吸热；
第三换热器输出的冷媒进入到冷源换热器中进行降温，然后进入到第三换热器中对Na2SO4溶液进行冷却，以析出晶体，其中，析出的晶体进入到第二容器中；
纳滤装置输出的NaCl溶液在第二换热器中吸热后进入到第一蒸发器中；第二蒸发器输出的热介质进入到热源换热器中进行吸热，然后进入到第二蒸发器中进行放热，对Na2SO4溶液进行加热蒸发，其中，蒸发过程中产生的蒸汽进入到第一换热器中加热NaCl溶液，加热后的NaCl 溶液返回至第一蒸发器中实现强制循环蒸发，第一蒸发器产生的蒸汽在第二换热器中放热冷却后通过第二储液罐收集。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的弹热低温分盐的脱硫废水处理系统及方法在具体操作时，脱硫废水预处理后通过纳滤装置进行分盐，使脱硫废水主要分为 Na2SO4溶液和NaCl溶液；两股溶液分别进入不同的结晶系统，利用记忆合金为热源对Na2SO4溶液进行蒸发提浓，利用记忆合金为冷源对饱和 Na2SO4溶液冷却结晶，其中，蒸发提浓过程中产生的蒸汽作为NaCl溶液强制循环蒸发的热源；所述连接电机通过杠杆机构驱动弹热设备运行，保证记忆合金往复做功，实现弹热设备中热源和冷源稳定运行制冷制热，总之，本发明应用纳滤分盐，以弹热设备作为驱动力使Na2SO4溶液和NaCl 溶液单质盐析晶和水分回收，实现低能耗分盐析晶和废水处理。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为第一管道泵、2为预处理系统、3为第一蒸发器、4为第一换热器、5为第一储液罐、61为第一弹热设备、62为第二弹热设备、 7为杠杆机构、8为连接电机、9为纳滤装置、10为第二换热器、11为第二储液罐、12为第一容器、13为第二蒸发器、14为第三换热器、15 为第二容器、6-1为第一转换阀、6-2为热源换热器、6-3为第二转换阀、6-4为第二管道泵、6-5为热二极管、6-6为第一记忆合金、6-7为第二记忆合金、6-8为第三转换阀、6-9为冷源换热器、6-10为第四转换阀、7-1 为支点、7-2为杠杆臂。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的弹热低温分盐的脱硫废水处理系统包括脱硫废水预处理系统2、第一蒸发器3、第一换热器4、第一储液罐5、第一弹热设备61、第二弹热设备62、杠杆机构7、连接电机8、纳滤装置 9、第二换热器10、第二储液罐11、第二容器15、第二蒸发器13、第三换热器14、第一转换阀6-1、热源换热器6-2、第二转换阀6-3、第一记忆合金6-6、第二记忆合金6-7、第三转换阀6-8、冷源换热器6-9、第四转换阀6-10及支点7-1；脱硫废水预处理系统2的出口与纳滤装置9的入口相连通，纳滤装置9的Na2SO4溶液出口与第二蒸发器13的吸热侧入口相连通，第二蒸发器13的吸热出口与第三换热器14的放热侧入口相连通，冷源换热器6-9的放热出口与第三换热器14的吸热侧入口相连通，冷源换热器6-9的放热入口与第三换热器14的吸热出口相连通，第二容器15位于第三换热器14晶体出口的下方；纳滤装置9的NaCl溶液出口经第二换热器10的吸热侧与第一蒸发器3的入口相连通，第一蒸发器3 的出口与第一换热器4的吸热侧入口相连通，第一换热器4的吸热侧出口与第一蒸发器3的入口相连通，第一蒸发器3的蒸汽出口与第二换热器10的放热侧入口相连通，第二换热器10的凝结水出口位于第二储液罐11的正上方，第二蒸发器13的蒸汽出口与第一换热器4的放热入口相连通，第一换热器4的凝结水出口位于第一储液罐5的正上方；第二蒸发器13的放热侧出口与热源换热器6-2的吸热入口相连通，第二蒸发器13的放热侧入口与热源换热器6-2的吸热出口相连通；冷源换热器 6-9的吸热侧出口与第三转换阀6-8的入口相连通，第三转换阀6-8的第一个出口与第一弹热设备61的前端开口相连通，第三转换阀6-8的第二出口与第二弹热设备62的前端开口相连通；第二转换阀6-3的第一个入口与第一弹热设备61的后端开口相连通，第二转换阀6-3的第二个入口与第二弹热设备62的后端开口相连通，第二转换阀6-3的出口与热源换热器6-2的放热侧入口相连通，热源换热器6-2的放热侧出口与第一转换阀6-1的入口相连通，第一转换阀6-1的第一个出口与第一弹热设备 61的后端开口相连通，第一转换阀6-1的第二个出口与第二弹热设备62 的后端开口相连通；第四转换阀6-10的第一个入口与第一弹热设备61 的前端开口相连通，第四转换阀6-10的第二个入口与第二弹热设备62 的前端开口相连通，第四转换阀6-10的出口与冷源换热器6-9的吸热侧入口相连通；第一弹热设备61内设置有第一记忆合金6-6，第二弹热设备62内设置有第二记忆合金6-7，其中，杠杆臂7-2的中部位于支点7-1 上，杠杆臂7-2的上侧与第一记忆合金6-6相连接，杠杆臂7-2的下侧与第二记忆合金6-7相连接，连接电机8的输出轴与杠杆臂7-2相连接。
连接电机8的输出轴通过杠杆机构7与杠杆臂7-2相连接；预处理系统2的出口经第一管道泵1与纳滤装置9的入口相连通；第二转换阀 6-3的出口经第二管道泵6-4与热源换热器6-2的放热侧入口相连通；第一记忆合金6-6的外壁上及第二记忆合金6-7的外壁上包裹有热二极管6-5；第二容器15位于第三换热器14底部凝结水出口的正下方。
本发明所述的弹热低温分盐的脱硫废水处理方法包括以下步骤：
脱硫废水预处理系统2输出的含Na2SO4及NaCl溶液的原废水进入到纳滤装置9中进行分盐处理，其中，分离出来的Na2SO4溶液进入到第二蒸发器13中进行蒸发，分离出来的NaCl溶液经第二换热器10加热后进入到第一蒸发器3中进行蒸发；
连接电机8带动杠杆臂7-2左右往复移动，当连接电机8带动杠杆臂7-2向右移动时，使得第一记忆合金6-6受压而温度升高，同时使得第二记忆合金6-7泄压而温度降低，冷源换热器6-9输出的导热油经第一记忆合金6-6加热后再经第二转换阀6-3进入到热源换热器6-2中进行放热，然后经第一转换阀6-1进入第二弹热设备62中，通过第二记忆合金6-7制冷，制冷后的导热油经第四转换阀6-10进入到冷源换热器6-9 中进行吸热；
当连接电机8带动杠杆臂7-2向左移动，同时第一转换阀6-1、第二转换阀6-3、第三转换阀6-8及第四转换阀6-10转换方向，导热油经过第三转换阀6-8进入到第二弹热设备62中，通过第二记忆合金6-7进行加热升温，再经第二转换阀6-3进入到热源换热器6-2中进行放热，然后经第一转换阀6-1进入到第一弹热设备61中，通过第一记忆合金6-6 进行制冷，再经第四转换阀6-10进入到冷源换热器6-9中进行吸热；
第三换热器14输出的冷媒进入到冷源换热器6-9中进行降温，然后进入到第三换热器14中对Na2SO4溶液进行冷却，以析出晶体，其中，析出的晶体进入到第二容器15中；
纳滤装置9输出的NaCl溶液在第二换热器10中吸热后进入到第一蒸发器3中；第二蒸发器13输出的热介质进入到热源换热器6-2中进行吸热，然后进入到第二蒸发器13中进行放热，对Na2SO4溶液进行加热蒸发，其中，蒸发过程中产生的蒸汽进入到第一换热器4中加热NaCl 溶液，加热后的NaCl溶液返回至第一蒸发器3中实现强制循环蒸发，第一蒸发器3产生的蒸汽在第二换热器10中放热冷却后通过第二储液罐 11收集。

Claims (2)

1.一种弹热低温分盐的脱硫废水处理系统，其特征在于，包括脱硫废水预处理系统(2)、第一蒸发器(3)、第一换热器(4)、第一储液罐(5)、第一弹热设备(61)、第二弹热设备(62)、杠杆机构(7)、连接电机(8)、纳滤装置(9)、第二换热器(10)、第二储液罐(11)、第二容器(15)、第二蒸发器(13)、第三换热器(14)、第一转换阀(6-1)、热源换热器(6-2)、第二转换阀(6-3)、第一记忆合金(6-6)、第二记忆合金(6-7)、第三转换阀(6-8)、冷源换热器(6-9)、第四转换阀(6-10)及支点(7-1)；
脱硫废水预处理系统(2)的出口与纳滤装置(9)的入口相连通，纳滤装置(9)的Na2SO4溶液出口与第二蒸发器(13)的吸热侧入口相连通，第二蒸发器(13)的吸热出口与第三换热器(14)的放热侧入口相连通，冷源换热器(6-9)的放热出口与第三换热器(14)的吸热侧入口相连通，冷源换热器(6-9)的放热入口与第三换热器(14)的吸热出口相连通，第二容器(15)位于第三换热器(14)晶体出口的下方；
纳滤装置(9)的NaCl溶液出口经第二换热器(10)的吸热侧与第一蒸发器(3)的入口相连通，第一蒸发器(3)的出口与第一换热器(4)的吸热侧入口相连通，第一换热器(4)的吸热侧出口与第一蒸发器(3)的入口相连通，第一蒸发器(3)的蒸汽出口与第二换热器(10)的放热侧入口相连通，第二换热器(10)的凝结水出口位于第二储液罐(11)的正上方，第二蒸发器(13)的蒸汽出口与第一换热器(4)的放热入口相连通，第一换热器(4)的凝结水出口位于第一储液罐(5)的正上方；
第二蒸发器(13)的放热侧出口与热源换热器(6-2)的吸热入口相连通，第二蒸发器(13)的放热侧入口与热源换热器(6-2)的吸热出口相连通；
冷源换热器(6-9)的吸热侧出口与第三转换阀(6-8)的入口相连通，第三转换阀(6-8)的第一个出口与第一弹热设备(61)的前端开口相连通，第三转换阀(6-8)的第二出口与第二弹热设备(62)的前端开口相连通；
第二转换阀(6-3)的第一个入口与第一弹热设备(61)的后端开口相连通，第二转换阀(6-3)的第二个入口与第二弹热设备(62)的后端开口相连通，第二转换阀(6-3)的出口与热源换热器(6-2)的放热侧入口相连通，热源换热器(6-2)的放热侧出口与第一转换阀(6-1)的入口相连通，第一转换阀(6-1)的第一个出口与第一弹热设备(61)的后端开口相连通，第一转换阀(6-1)的第二个出口与第二弹热设备(62)的后端开口相连通；
第四转换阀(6-10)的第一个入口与第一弹热设备(61)的前端开口相连通，第四转换阀(6-10)的第二个入口与第二弹热设备(62)的前端开口相连通，第四转换阀(6-10)的出口与冷源换热器(6-9)的吸热侧入口相连通；
第一弹热设备(61)内设置有第一记忆合金(6-6)，第二弹热设备(62)内设置有第二记忆合金(6-7)，第一记忆合金(6-6)的外壁上及第二记忆合金(6-7)的外壁上包裹有热二极管(6-5)；其中，杠杆臂(7-2)的中部位于支点(7-1)上，杠杆臂(7-2)的上侧与第一记忆合金(6-6)相连接，杠杆臂(7-2)的下侧与第二记忆合金(6-7)相连接，连接电机(8)的输出轴通过杠杆机构(7)与杠杆臂(7-2)相连接。
2.一种弹热低温分盐的脱硫废水处理方法，其特征在于，基于权利要求1所述的弹热低温分盐的脱硫废水处理系统，包括以下步骤：
脱硫废水预处理系统(2)输出的含Na2SO4和NaCl溶液的原废水进入到纳滤装置(9)中进行分盐处理，其中，分离出来的Na2SO4溶液进入到第二蒸发器(13)中进行蒸发，分离出来的NaCl溶液经第二换热器(10)加热后进入到第一蒸发器(3)中进行蒸发；
连接电机(8)带动杠杆臂(7-2)左右往复移动，当连接电机(8)带动杠杆臂(7-2)向右移动时，使得第一记忆合金(6-6)受压而温度升高，同时使得第二记忆合金(6-7)泄压而温度降低，冷源换热器(6-9)输出的导热油经第一记忆合金(6-6)加热后再经第二转换阀(6-3)进入到热源换热器(6-2)中进行放热，然后经第一转换阀(6-1)进入第二弹热设备(62)中，通过第二记忆合金(6-7)制冷，制冷后的导热油经第四转换阀(6-10)进入到冷源换热器(6-9)中进行吸热；
当连接电机(8)带动杠杆臂(7-2)向左移动，同时第一转换阀(6-1)、第二转换阀(6-3)、第三转换阀(6-8)及第四转换阀(6-10)转换方向，导热油经过第三转换阀(6-8)进入到第二弹热设备(62)中，通过第二记忆合金(6-7)进行加热升温，再经第二转换阀(6-3)进入到热源换热器(6-2)中进行放热，然后经第一转换阀(6-1)进入到第一弹热设备(61)中，通过第一记忆合金(6-6)进行制冷，再经第四转换阀(6-10)进入到冷源换热器(6-9)中进行吸热；
第三换热器(14)输出的冷媒进入到冷源换热器(6-9)中进行降温，然后进入到第三换热器(14)中对Na2SO4溶液进行冷却，以析出晶体，其中，析出的晶体进入到第二容器(15)中；
纳滤装置(9)输出的NaCl溶液在第二换热器(10)中吸热后进入到第一蒸发器(3)中；第二蒸发器(13)输出的热介质进入到热源换热器(6-2)中进行吸热，然后进入到第二蒸发器(13)中进行放热，对Na2SO4溶液进行加热蒸发，其中，蒸发过程中产生的蒸汽进入到第一换热器(4)中加热NaCl溶液，加热后的NaCl溶液返回至第一蒸发器(3)中实现强制循环蒸发，第一蒸发器(3)产生的蒸汽在第二换热器(10)中放热冷却后通过第二储液罐(11)收集。
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