CN111087034A - 一种集成吸收式热泵的脱硫废水分盐回收系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成吸收式热泵的脱硫废水分盐回收系统及其工作方法，该系统包括纳滤装置、热泵系统、硫酸钠浓缩结晶系统及氯化钠浓缩结晶系统；热泵系统包括发生器、溶液热交换器、吸收器、冷凝器、节流阀、发生器、压缩机及膨胀阀；氯化钠浓缩结晶系统包括预热器、多效强制循环蒸发结晶系统及离心机；硫酸钠浓缩结晶系统包括预热器、多效强制循环蒸发浓缩系统和冷冻结晶器。该系统及方法能够利用吸收式热泵回收硫酸钠冷冻结晶过程余热，并用于盐溶液预热过程，有效降低系统能耗，实现脱硫废水盐分的资源化利用，且能够适应脱硫废水组分在一定范围内变化，具有良好的经济效益和环境效益。

Description

一种集成吸收式热泵的脱硫废水分盐回收系统及方法
技术领域
本发明属于脱硫废水处理领域，涉及一种集成吸收式热泵的脱硫废水分盐回收系统及方法。
背景技术
燃煤发电在我国的能源结构中仍占据主导地位，实现燃煤发电过程的废水分盐回收具有重要意义。其中，燃煤锅炉烟气湿法脱硫装置产生的废水，经化学处理后仍含有较高浓度的盐分(20000mg/L-60000mg/L)。目前主流的废水处理工艺，如膜分离法、多效蒸馏法等，难以实现氯化钠与硫酸钠的分离，产出的混盐仅能作为固废处理，造成资源的浪费。因此，需要一种能够有效分离废水、氯化钠盐和硫酸钠盐的低能耗脱硫废水分盐回收系统。
纳滤装置对二价及多价盐和有机物的截留性能较好，经过软化处理后的脱硫废水，再经过纳滤装置能够有效分离硫酸钠和氯化钠。将分离后的硫酸钠和氯化钠溶液分别进行蒸发结晶和冷冻结晶，能够实现其资源化利用。但冷冻结晶过程普遍采用压缩式冷冻结晶系统，硫酸钠溶液冷冻结晶过程的余热量约为820MJ/t，其能耗较高且品味较低，而预热氯化钠溶液所需热量仅为100MJ/t左右。如将冷冻结晶过程的热量回收并利用在蒸发过程中，有望降低分盐回收系统能耗。
将冷冻结晶过程的热量回收并利用于蒸发结晶过程中，有望降低分盐回收系统能耗。吸收式热泵是低品位余热回收、提质利用的有效手段，将纳滤分盐、蒸发结晶、冷冻结晶与热泵相结合，既提高产盐质量，又能有效降低分盐回收系统能耗。
基于上述，需要开发一种集成吸收式热泵的脱硫废水分盐回收技术。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种集成吸收式热泵的脱硫废水分盐回收系统及方法，该系统及方法能够基于吸收式热泵回收余热实现脱硫废水分质脱盐。
为达到上述目的，本发明所述的集成吸收式热泵的脱硫废水分盐回收系统包括纳滤装置、热泵系统、硫酸钠浓缩结晶系统及氯化钠浓缩结晶系统；
热泵系统包括发生器、溶液热交换器、吸收器、冷凝器、节流阀、发生器、压缩机及膨胀阀；氯化钠浓缩结晶系统包括预热器、氯化钠多效强制循环蒸发结晶系统及离心机；硫酸钠浓缩结晶系统包括预热器、硫酸钠多效强制循环蒸发浓缩系统和冷冻结晶器；
三联箱的出口通过管道泵与纳滤装置的入口相连通，纳滤装置的氯化钠溶液出口依次经吸收器的吸热侧及冷凝器的吸热侧与预热器的入口相连通，预热器的出口经氯化钠多效强制循环蒸发结晶系统与离心机的入口相连通；
纳滤装置的硫酸钠溶液出口与预热器的入口相连通，预热器的出口与硫酸钠多效强制循环蒸发浓缩系统的入口相连通，硫酸钠多效强制循环蒸发浓缩系统的出口与冷冻结晶器的入口相连接；
发生器的吸热侧出口经冷凝器的放热侧及节流阀与蒸发器的吸热侧入口相连通，蒸发器的吸热侧出口与吸收器的放热侧入口相连通，吸收器的放热侧出口经溶液热交换器的稀溶液侧与发生器的稀溶液出入口相连通，发生器的浓溶液出口经溶液热交换器的浓溶液侧与吸收器的放热侧入口相连通；
压缩机的出口经蒸发器的放热侧、膨胀阀及冷冻结晶器与压缩机的入口相连通。
冷冻结晶器的浓缩液出口与硫酸钠多效强制循环蒸发浓缩系统的入口相连通。
离心机的浓溶液出口与氯化钠多效强制循环蒸发结晶系统的入口相连通。
吸收器的放热侧出口与溶液热交换器的稀溶液侧之间通过溶液泵相连通。
溶液热交换器的浓溶液侧与吸收器的放热侧入口之间通过溶液阀相连通。
脱硫塔的出口经三联箱与纳滤装置的入口相连通。
本发明所述的所述集成吸收式热泵的脱硫废水分盐回收方法包括以下步骤：
脱硫塔产生的脱硫废水进入到三联箱中进行软化，通过管道泵经纳滤装置分为氯化钠溶液及硫酸钠溶液，其中，氯化钠溶液进入吸收器的吸热侧中进行预热，再进入到冷凝器的吸热侧中进一步进行预热，然后进入到预热器中进行加热，加热后的氯化钠溶液进入氯化钠多效强制循环蒸发结晶系统进行浓缩，浓缩后的氯化钠溶液进入离心机中进行离心分离，其中，分离出来的氯化钠盐进行收集；
硫酸钠溶液进入预热器中进行加热，再进入硫酸钠多效强制循环蒸发浓缩系统中进行浓缩，浓缩得到的饱和硫酸钠溶液进入冷冻结晶器中通过冷冻进行盐水分离，其中，分离出来的硫酸钠盐进行回收；
驱动蒸汽进入到发生器中进行放热，溴化锂稀溶液在发生器的吸热侧中进行吸热产生水蒸气，其中，产生的水蒸气进入到冷凝器的放热侧中进行放热，然后经节流阀减压后进入到蒸发器的吸热侧中进行气化蒸发，其中，蒸发产生的水蒸气进入到吸收器的放热侧中被溴化锂浓溶液吸收，以释放热量，吸收器放热侧输出的稀溶液经溶液热交换器的稀溶液侧换热后从发生器的稀溶液入口进入到发生器中，发生器的浓溶液出口输出的浓溶液经溶液热交换器的浓溶液侧换热后进入到吸收器的放热侧中；
冷媒经压缩机压缩升压后变为高温高压蒸汽，所述高温高压蒸汽进入到蒸发器的放热侧中放热后经膨胀阀降压，然后进入到冷冻结晶器中吸收热量后进入到压缩机中。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的集成吸收式热泵的脱硫废水分盐回收系统及方法在具体操作时，利用热泵系统回收冷冻结晶过程中的余热，以预热盐水，实现低品位热量的回收，减少蒸发系统热耗，同时通过热泵系统的耦合，以减少压缩过程的电耗，继而降低整个系统的总能耗。需要说明的是，本发明采用纳滤分盐工艺，能够有效分离单价盐及双价盐，再将氯化钠和硫酸钠分离结晶，以析出工业级的芒硝和食盐，实现废水中盐分的资源化利用，产生良好的经济效益，达到基于热泵回收余热实现脱硫废水分质脱盐的目的。整个系统运行灵活，对废水盐分比例的适应性较强，通过调节溶液泵及热泵系统的功率，能够适应不同组分的脱硫废水，缓解因原料、生产流程波动造成的脱硫废水组分多变，处理困难的问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为脱硫塔、2为三联箱、3为管道泵、4为纳滤装置、5为膨胀阀、6为氯化钠多效强制循环蒸发结晶系统、7为离心机、8为预热器、9为硫酸钠多效强制循环蒸发浓缩系统、10为冷冻结晶器、11为发生器、12为溶液泵、13为溶液阀、14为溶液热交换器、15为吸收器、16为冷凝器、17为节流阀、18为蒸发器、19为压缩机。
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，本发明所述的集成吸收式热泵的脱硫废水分盐回收系统包括纳滤装置4、热泵系统、硫酸钠浓缩结晶系统及氯化钠浓缩结晶系统；热泵系统由发生器11、溶液热交换器14、吸收器15、冷凝器16、节流阀17、发生器18、压缩机19及膨胀阀5；氯化钠浓缩结晶系统包括预热器5、氯化钠多效强制循环蒸发结晶系统6及离心机7；硫酸钠浓缩结晶系统包括预热器8、硫酸钠多效强制循环蒸发浓缩系统9和冷冻结晶器10；脱硫塔1的出口通过管道泵3与纳滤装置4的入口相连通，纳滤装置4的氯化钠溶液出口依次经吸收器15的吸热侧及冷凝器16的吸热侧与预热器5的入口相连通，预热器5的出口经氯化钠多效强制循环蒸发结晶系统6与离心机7的入口相连通；纳滤装置4的硫酸钠溶液出口与预热器8的入口相连通，预热器8的出口与硫酸钠多效强制循环蒸发浓缩系统9的入口相连通，硫酸钠多效强制循环蒸发浓缩系统9的出口与冷冻结晶器10的入口相连接；发生器11的吸热侧出口经冷凝器16的放热侧及节流阀17与蒸发器18的吸热侧入口相连通，蒸发器18的吸热侧出口与吸收器15的放热侧入口相连通，吸收器15的放热侧出口经溶液热交换器14的稀溶液侧与发生器11的稀溶液出入口相连通，发生器11的浓溶液出口经溶液热交换器14的浓溶液侧与吸收器15的放热侧入口相连通；压缩机19的出口经蒸发器18的放热侧、膨胀阀5及冷冻结晶器10与压缩机19的入口相连通。
需要说明的是，冷冻结晶器10的浓缩液出口与硫酸钠多效强制循环蒸发浓缩系统9的入口相连通；离心机7的浓溶液出口与氯化钠多效强制循环蒸发结晶系统6的入口相连通。
吸收器15的放热侧出口与溶液热交换器14的稀溶液侧之间通过溶液泵12相连通；溶液热交换器14的浓溶液侧与吸收器15的放热侧入口之间通过溶液阀13相连通；脱硫塔1的出口与三联箱2的入口相连通。
本发明所述的集成吸收式热泵的脱硫废水分盐回收方法包括以下步骤：
脱硫塔1产生的脱硫废水进入到三联箱2中进行预处理，再经纳滤装置4分为氯化钠溶液及硫酸钠溶液，其中，氯化钠溶液进入吸收器15的吸热侧中进行预热，再进入到冷凝器16的吸热侧中进一步进行预热，然后进入到预热器5中进行加热，加热后的氯化钠溶液进入氯化钠多效强制循环蒸发结晶系统6进行浓缩，浓缩后的氯化钠溶液进入离心机7中进行离心分离，其中，分离出来的氯化钠浓水回流至氯化钠多效强制循环蒸发结晶系统6中，分离出来的氯化钠盐进行收集；
硫酸钠溶液进入预热器8中进行加热，再进入硫酸钠多效强制循环蒸发浓缩系统9中进行浓缩，浓缩得到的饱和硫酸钠溶液进入冷冻结晶器10中通过冷冻进行盐水分离，其中，分离出来的浓溶液回流至硫酸钠多效强制循环蒸发浓缩系统9中，分离出来的硫酸钠盐进行回收；
驱动蒸汽进入到发生器11中进行放热，溴化锂稀溶液在发生器11的吸热侧中进行吸热产生水蒸气，其中，产生的水蒸气进入到冷凝器16的放热侧中进行放热，然后经节流阀17减压后进入到蒸发器18的吸热侧中进行气化蒸发，其中，蒸发产生的水蒸气进入到吸收器15的放热侧中被溴化锂浓溶液吸收，以释放热量，吸收器15放热侧输出的稀溶液经溶液热交换器14的稀溶液侧换热后从发生器11的稀溶液入口进入到发生器11中，发生器11的浓溶液出口输出的浓溶液经溶液热交换器14的浓溶液侧换热后进入到吸收器15的放热侧中；
冷媒经压缩机19压缩升压后变为高温高压蒸汽，所述高温高压蒸汽进入到蒸发器18的放热侧中放热后经膨胀阀5降压，然后进入到冷冻结晶器10中吸收热量后进入到压缩机19中。
实施例一
以某电厂为例，废水排放量为300吨/天，废水含氯化钠和硫酸钠的比例为7:3，热泵采用0.2MPa的饱和蒸汽作为驱动蒸汽，溴化锂溶液在发生器11进行发生，发生压力为0.53MPa，溶液放气范围为4％，产生的水蒸气进入冷凝器16中放热，以预热氯化钠溶液，冷凝水温为80℃，冷凝水经过节流阀17减压后进入蒸发器18中与冷媒R134a进行换热，汽化蒸发，蒸发压力为1KPa，蒸发温度为10℃。蒸发后的水蒸气进入吸收器15中被溴化锂浓溶液吸收，吸收过程放出的热量被氯化钠溶液吸收，从吸收器15流出至发生器11的稀溶液与从发生器11流出至吸收器15的浓溶液通过溶液热交换器14进行热量交换。
热泵系统的COP为1.94，子压缩系统运行过程为：冷媒R134a进入压缩机19中被压缩升压后变为高温高压蒸汽，再进入吸收循环的蒸发器18中作为蒸发器18的低温热源，升压后的压力为0.41MPa，释放的热量被用于加热蒸发器18中的水，降温后的冷媒经过膨胀阀5降压进入冷冻结晶器10中，以吸收硫酸钠溶液的热量，并将硫酸钠溶液冷冻至-5℃进行结晶，降压后的压力为0.24MPa，冷冻结晶器10输出的冷媒R134a蒸汽进入压缩机19中，完成压缩式子循环。该结晶过程的热量采用吸收式热泵提质利用，在废水含盐浓度为5％时，该热量能够预热的废水，其含氯化钠和硫酸钠的最大比例为3:1。
上述实施例仅为本专利的一个计算案例。
虽然本发明已以较佳实例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种变更与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (4)

1.一种集成吸收式热泵的脱硫废水分盐回收系统，其特征在于，包括纳滤系统(4)、热泵系统、硫酸钠浓缩结晶系统及氯化钠浓缩结晶系统；
热泵系统包括发生器(11)、溶液热交换器(14)、吸收器(15)、冷凝器(16)、节流阀(17)、发生器(18)、压缩机(19)及膨胀阀(5)；氯化钠浓缩结晶系统包括预热器(5)、氯化钠多效强制循环蒸发结晶系统(6)及离心机(7)；硫酸钠浓缩结晶系统包括预热器、硫酸钠多效强制循环蒸发浓缩系统(9)和冷冻结晶器(10)；
脱硫塔(1)的出口连接三联箱(2)，三联箱(2)的出口通过管道泵(3)与纳滤装置(4)的入口相连通，纳滤装置(4)的氯化钠溶液出口依次经吸收器(15)的吸热侧及冷凝器(16)的吸热侧与氯化钠多效强制循环蒸发结晶系统(6)的入口相连通，氯化钠多效强制循环蒸发结晶系统(6)的出口与离心机(7)的入口相连通；
纳滤装置(4)的硫酸钠溶液出口与预热器(8)的入口相连通，预热器(8)的出口与硫酸钠多效强制循环蒸发浓缩系统(9)的入口相连通，硫酸钠多效强制循环蒸发浓缩系统(9)的出口与冷冻结晶器(10)的入口相连接；
发生器(11)的吸热侧出口经冷凝器(16)的放热侧及节流阀(17)与蒸发器(18)的吸热侧入口相连通，蒸发器(18)的吸热侧出口与吸收器(15)的放热侧入口相连通，吸收器(15)的放热侧出口经溶液热交换器(14)的稀溶液侧与发生器(11)的稀溶液出入口相连通，发生器(11)的浓溶液出口经溶液热交换器(14)的浓溶液侧与吸收器(15)的放热侧入口相连通；
压缩机(19)的出口经蒸发器(18)的放热侧、膨胀阀(5)及冷冻结晶器(10)与压缩机(19)的入口相连通。
2.根据权利要求1所述的集成吸收式热泵的脱硫废水分盐回收系统，其特征在于，硫酸钠多效强制循环蒸发浓缩系统(9)的浓缩液出口与冷冻结晶器(10)的入口相连通。
3.根据权利要求1所述的集成吸收式热泵的脱硫废水分盐回收系统，其特征在于，氯化钠多效强制循环蒸发结晶系统(6)的浓溶液出口与离心机(7)的入口相连通。
4.一种集成吸收式热泵的脱硫废水分盐回收方法，其特征在于，基于权利要求1所述的集成吸收式热泵的脱硫废水分盐回收系统，包括以下步骤：
脱硫塔(1)产生的脱硫废水进入到中进行软化，再通过溶液泵(3)经纳滤装置(4)分为氯化钠溶液及硫酸钠溶液，其中，氯化钠溶液进入吸收器(15)的吸热侧中进行预热，再进入到冷凝器(16)的吸热侧中进一步进行预热，然后进入到预热器(5)中进行加热，加热后的氯化钠溶液进入氯化钠多效强制循环蒸发结晶系统(6)进行浓缩，浓缩后的氯化钠溶液进入离心机(7)中进行离心分离，析出的氯化钠晶体进行收集；
硫酸钠溶液进入预热器(8)中进行加热，再进入硫酸钠多效强制循环蒸发浓缩系统(9)中进行浓缩，浓缩得到的饱和硫酸钠溶液进入冷冻结晶器(10)中通过冷冻进行盐水分离，析出的硫酸钠晶体进行收集；
驱动蒸汽进入到发生器(11)中进行放热，溴化锂稀溶液在发生器(11)的吸热侧中进行吸热产生水蒸气，其中，产生的水蒸气进入到冷凝器(16)的放热侧中进行放热，然后经节流阀(17)减压后进入到蒸发器(18)的吸热侧中进行气化蒸发，其中，蒸发产生的水蒸气进入到吸收器(15)的放热侧中被溴化锂浓溶液吸收，以释放热量，吸收器(15)放热侧输出的稀溶液经溶液热交换器(14)的稀溶液侧换热后从发生器(11)的稀溶液入口进入到发生器(11)中，发生器(11)的浓溶液出口输出的浓溶液经溶液热交换器(14)的浓溶液侧换热后进入到吸收器(15)的放热侧中；
冷媒经压缩机(19)压缩升压后变为高温高压蒸汽，所述高温高压蒸汽进入到蒸发器(18)的放热侧中放热后经膨胀阀(5)降压，然后进入到冷冻结晶器(10)中吸收热量后进入到压缩机(19)中。
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