CN111153543A - 一种节能零排放低温常压蒸发结晶系统及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种节能零排放低温常压蒸发结晶系统及其工作方法，属于高浓度盐水零排放技术领域。包括蒸发室、结晶釜、蒸发冷凝换热器、冷凝室和制冷室单元，利用空气温度不同携带水分能力不同的特点，通过在蒸发室和冷凝室的循环，实现浓盐水的浓缩结晶和冷凝液的收集，实现了常温常压下的高浓度盐水零排放处理。该系统设计合理，自动化程度高，低能耗、低成本、污染物零排放、盐度及COD脱除效率高，节能效果显著，浓盐水经处理为固体盐和清水，具有良好的经济收益，环保优势明显，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于高浓度盐水零排放技术领域，具体涉及一种节能零排放低温常压蒸发结晶系统及其工作方法。
背景技术
淡水是人类赖以生存的物质基础，随着工业文明的发展，海水淡化及工业生产排放的高浓度盐水问题日益严重，溶液蒸发浓缩是解决这一问题的重要途径。传统溶液浓缩方法包括多级闪蒸、多效蒸发、反渗透等方法。多级闪蒸、多效蒸发过程需要消耗大量的蒸汽；反渗透法需要消耗高品质的电能，且运行维护复杂，成本较高。传统溶液浓缩方法将溶液盐度浓缩至6％以上即直接排入环境，忽略了长此以往高盐度溶液对周围海域生态环境产生的影响。由此可见，传统溶液浓缩方法能耗高、污染大，研发低能耗、低成本、污染零排放的溶液浓缩工艺具有重要意义。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种节能零排放低温常压蒸发结晶系统及其工作方法，系统设计合理，实现了浓盐水的浓缩结晶和冷凝液的收集，以及常温常压下的高浓度盐水零排放处理。
本发明通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种节能零排放低温常压蒸发结晶系统，包括蒸发室、结晶釜、蒸发冷凝换热器、冷凝室和制冷室单元；
蒸发室和冷凝室顶部和下部连通，形成环状的气体循环通道，蒸发室和冷凝室的顶部连通处设有绝热隔层，蒸发室和冷凝室的下部连通处设有气体循环风机，冷凝室侧部开设有空气入口，气体循环风机的进风面朝向空气入口，出风面朝向蒸发室；
蒸发室入口连接有浓盐水进料泵，蒸发室内设有蒸发室喷淋器和蒸发室填料，蒸发室喷淋器设在蒸发室填料上方，蒸发室底部出口与结晶釜连接，结晶釜与浓盐水进料泵连接，蒸发室底部侧出口与蒸发冷凝换热器的热侧连接，蒸发冷凝换热器的热侧与蒸发室喷淋器连接；
冷凝室内设有冷凝室喷淋器和冷凝室填料，冷凝室喷淋器设在冷凝室填料上方，冷凝室底部出口与制冷室单元热端连接，制冷室单元热端与蒸发冷凝换热器的冷侧连接，蒸发冷凝换热器的冷侧连接有冷凝装置，冷凝装置与制冷室单元冷端连接，制冷室单元冷端与冷凝室喷淋器连接；冷凝室底部侧出口连接有冷凝液排放管。
优选地，制冷室单元包括依次连接的制冷室热端换热器、节流阀、制冷室冷端换热器和制冷室压缩机，低沸点工质在制冷室热端换热器、节流阀、制冷室冷端换热器和制冷室压缩机中循环，冷凝室底部出口与制冷室热端换热器连接，制冷室热端换热器与蒸发冷凝换热器的冷侧连接；冷凝装置与制冷室冷端换热器连接，制冷室冷端换热器与冷凝室喷淋器连接。
优选地，冷凝装置为冷凝风扇或冷却器。
优选地，蒸发室底部出口与结晶釜之间的连接管路上设有浓盐水外排泵。
优选地，蒸发室底部侧出口与蒸发冷凝换热器的热侧之间的连接管路上设有浓盐水内循环泵。
优选地，冷凝室底部出口与制冷室单元热端之间的连接管路上设有冷凝液内循环泵。
优选地，冷凝液排放管上设有冷凝液外排泵。
优选地，蒸发冷凝换热器的热侧与蒸发室喷淋器之间的连接管路上设有余热利用换热器，余热利用换热器与外部系统连接。
优选地，蒸发室喷淋器和冷凝室喷淋器均为多层。
本发明公开了上述节能零排放低温常压蒸发结晶系统的工作方法，包括：
浓盐水经浓盐水进料泵进入蒸发室，蒸发室底部的浓液进入蒸发冷凝换热器的热侧，与蒸发冷凝换热器的冷侧温度较高的冷凝液换热成为高温浓液，从蒸发室喷淋器喷下，在蒸发室填料区域与从气体循环风机送入的空气逆向接触降温后回到蒸发室底部，接触过程中浓液中的水分被加热的空气吸收，而盐分在浓液中保留；蒸发室底部的浓液会不断积累盐度并逐步接近结晶饱和浓度；底部浓液从蒸发室底部出口进入结晶釜内实现固液分离得到固体盐，结晶釜的浊液返回浓盐水进料泵后循环；
带有水分的热空气经空气入口进入冷凝室，与冷凝室喷淋器喷淋液在冷凝室填料区域同向接触降温，降温过程中空气的水分凝结成冷凝液落下；空气降温后再经气体循环风机送入蒸发室；冷凝液在冷凝室底部积累，从冷凝室底部出口进入制冷室单元热端换热升温，升温后的冷凝液在蒸发冷凝换热器中与浓液换热后降温，降温后的冷凝液经过冷凝装置进一步降低温度，再在制冷室单元冷端中换热再次降温，随后低温冷凝液进入冷凝室喷淋器；积累的冷凝液作为系统产出清水经冷凝液排放管送出系统；
空气在气体循环风机吸力的作用下，从空气入口进入冷凝室，维持系统的微正压状态，在蒸发室和冷凝室形成的环状气体循环通道中循环。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的一种节能零排放低温常压蒸发结晶系统，包括蒸发室、结晶釜、蒸发冷凝换热器、冷凝室和制冷室单元，利用低温常压蒸发(Low temperature Ambientpressure Evaporation and Crystallization,LAEC)工作原理，模拟自然降雨中水蒸发及降雨循环。在自然中，相对湿度低于100％的气流经过海洋上方时能吸收水分但不吸收盐分，当过饱和的气流遇冷时会冷凝下来，生成降雨。LAEC技术则是在密闭环境内模拟这种自然现象，当气体在蒸发室内加热并吸收水分，然后在冷凝室内凝结成纯水。本系统利用空气温度不同携带水分能力不同的特点，通过在蒸发室和冷凝室的循环，实现浓盐水的浓缩结晶和冷凝液的收集，实现了常温常压下的高浓度盐水零排放处理。利用外在冷源(冷凝装置)冷却冷凝液，实现能效的最大化；在蒸发室和冷凝室采用喷淋加填料层来提高气液有效接触面积，加强了传质效果；蒸发室和冷凝室采用环形闭式循环外形，减小了气体循环的阻力降。该系统设计合理，具有低能耗、低成本、污染物零排放、盐度及COD脱除效率高的特点，节能效果显著，浓盐水经处理为固体盐和清水，环保优势明显。
进一步地，制冷室单元采用低沸点工质循环实现热量从低温向高温转移，在无外部热源和冷源的情况下也能达到好的处理效果，实现了节能降耗。
进一步地，余热利用换热器引入外部系统的余热加热浓液，充分利用了剩余能量，实现了能效的最大化。
进一步地，蒸发室喷淋器和冷凝室喷淋器均为多层，提高了气液有效接触面积，加强了传质效果。
本发明公开的上述节能零排放低温常压蒸发结晶系统的工作方法，自动化程度高，低能耗、低成本、污染物零排放、盐度及COD脱除效率高，节能效果显著，浓盐水经处理为固体盐和清水，具有良好的经济收益，环保优势明显，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明的节能零排放低温常压蒸发结晶系统的整体结构示意图。
图中：1-浓盐水进料泵、2-蒸发室、3-浓盐水外排泵、4-结晶釜、5-浓盐水内循环泵、6-蒸发冷凝换热器、7-余热利用换热器、8-气体循环风机、9-蒸发室喷淋器、10-蒸发室填料、11-冷凝液内循环泵、12-制冷室热端换热器、13-节流阀、14-制冷室冷端换热器、15-制冷室压缩机、16-冷凝风扇、17-冷凝室喷淋器、18-冷凝室填料、19-冷凝室、20-冷凝液外排泵。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：
如图1，本发明的节能零排放低温常压蒸发结晶系统，包括蒸发室2、结晶釜4、蒸发冷凝换热器6、冷凝室19和制冷室单元。
蒸发室2和冷凝室19顶部和下部连通，形成环状的气体循环通道，蒸发室2和冷凝室19的顶部连通处设有绝热隔层，绝热隔层可以采用带有滤膜的硅酸盐隔板，降低系统和外部的换热，同时气体和水蒸气能够通过滤膜，液体不能通过滤膜。蒸发室2和冷凝室19的下部连通处设有气体循环风机8，蒸发室2和冷凝室19的下部连通处截面积由冷凝室19向蒸发室2渐缩，冷凝室19侧部开设有空气入口，气体循环风机8的进风面朝向空气入口，出风面朝向蒸发室2。
蒸发室2入口连接有浓盐水进料泵1，蒸发室2内设有蒸发室喷淋器9和蒸发室填料10，蒸发室喷淋器9设在蒸发室填料10上方，蒸发室喷淋器9可以多层设置，蒸发室2底部出口与结晶釜4连接，蒸发室2底部出口与结晶釜4之间的连接管路上设有浓盐水外排泵3；结晶釜4与浓盐水进料泵1连接，蒸发室2底部侧出口与蒸发冷凝换热器6的热侧连接，蒸发室2底部侧出口与蒸发冷凝换热器6的热侧之间的连接管路上设有浓盐水内循环泵5，蒸发冷凝换热器6的热侧与蒸发室喷淋器9连接，可以在蒸发冷凝换热器6的热侧与蒸发室喷淋器9之间的连接管路上设置余热利用换热器7，余热利用换热器7与外部系统连接，将外部系统的余热引入系统。
冷凝室19内设有冷凝室喷淋器17和冷凝室填料18，冷凝室喷淋器17设在冷凝室填料18上方，冷凝室喷淋器17可以多层设置，制冷室单元包括依次连接的制冷室热端换热器12、节流阀13、制冷室冷端换热器14和制冷室压缩机15，低沸点工质在制冷室热端换热器12、节流阀13、制冷室冷端换热器14和制冷室压缩机15中循环，冷凝室19底部出口与制冷室热端换热器12连接，冷凝室19底部出口与制冷室热端换热器12之间的连接管路上设有冷凝液内循环泵11，制冷室热端换热器12与蒸发冷凝换热器6的冷侧连接；冷凝装置16与制冷室冷端换热器14连接，制冷室冷端换热器14与冷凝室喷淋器17连接；蒸发冷凝换热器6的冷侧连接有冷凝装置16，冷凝装置16可以采用冷凝风扇或冷却器，冷凝装置16与制冷室单元冷端连接，制冷室单元冷端与冷凝室喷淋器17连接；冷凝室19底部侧出口连接有冷凝液排放管，冷凝液排放管上设有冷凝液外排泵20。
上述节能零排放低温常压蒸发结晶系统的工作方法，包括：
浓盐水经浓盐水进料泵1进入蒸发室2，蒸发室2底部的浓液经浓盐水内循环泵5进入蒸发冷凝换热器6的热侧，与蒸发冷凝换热器6的冷侧温度较高的冷凝液换热成为高温浓液，再经过余热利用换热器7吸收热量继续升高温度，从蒸发室喷淋器9喷下，在蒸发室填料10区域与从气体循环风机8送入的空气逆向接触降温后回到蒸发室2底部，接触过程中浓液中的水分被加热的空气吸收，而盐分在浓液中保留；蒸发室2底部的浓液会不断积累盐度并逐步接近结晶饱和浓度；底部浓液从蒸发室2底部出口经浓盐水外排泵3进入结晶釜4内实现固液分离得到固体盐，结晶釜4的浊液返回浓盐水进料泵1后循环；
带有水分的热空气经空气入口进入冷凝室19，与冷凝室喷淋器17喷淋液在冷凝室填料18区域同向接触降温，降温过程中空气的水分凝结成冷凝液落下；空气降温后再经气体循环风机8送入蒸发室2；冷凝液在冷凝室19底部积累，从冷凝室19底部出口经冷凝液内循环泵11制冷室热端换热器12，与被制冷室压缩机15压缩做功升温的低沸点工质(可选用常用制冷剂)换热升高温度，升温后的冷凝液在蒸发冷凝换热器6中与浓液换热后降温，降温后的冷凝液经过冷凝装置16进一步降低温度，再在制冷室单元冷端中换热再次降温，随后低温冷凝液进入冷凝室喷淋器17；积累的冷凝液作为系统产出清水经冷凝液外排泵20由冷凝液排放管送出系统；
空气在气体循环风机8吸力的作用下，从空气入口进入冷凝室19，维持系统的微正压状态，在蒸发室2和冷凝室19形成的环状气体循环通道中循环。
需要说明的是，以上所述仅为本发明实施方式的一部分，根据本发明所描述的系统所做的等效变化，均包括在本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种节能零排放低温常压蒸发结晶系统，其特征在于，包括蒸发室(2)、结晶釜(4)、蒸发冷凝换热器(6)、冷凝室(19)和制冷室单元；
蒸发室(2)和冷凝室(19)顶部和下部连通，形成环状的气体循环通道，蒸发室(2)和冷凝室(19)的顶部连通处设有绝热隔层，蒸发室(2)和冷凝室(19)的下部连通处设有气体循环风机(8)，冷凝室(19)侧部开设有空气入口，气体循环风机(8)的进风面朝向空气入口，出风面朝向蒸发室(2)；
蒸发室(2)入口连接有浓盐水进料泵(1)，蒸发室(2)内设有蒸发室喷淋器(9)和蒸发室填料(10)，蒸发室喷淋器(9)设在蒸发室填料(10)上方，蒸发室(2)底部出口与结晶釜(4)连接，结晶釜(4)与浓盐水进料泵(1)连接，蒸发室(2)底部侧出口与蒸发冷凝换热器(6)的热侧连接，蒸发冷凝换热器(6)的热侧与蒸发室喷淋器(9)连接；
冷凝室(19)内设有冷凝室喷淋器(17)和冷凝室填料(18)，冷凝室喷淋器(17)设在冷凝室填料(18)上方，冷凝室(19)底部出口与制冷室单元热端连接，制冷室单元热端与蒸发冷凝换热器(6)的冷侧连接，蒸发冷凝换热器(6)的冷侧连接有冷凝装置(16)，冷凝装置(16)与制冷室单元冷端连接，制冷室单元冷端与冷凝室喷淋器(17)连接；冷凝室(19)底部侧出口连接有冷凝液排放管。
2.根据权利要求1所述的节能零排放低温常压蒸发结晶系统，其特征在于，制冷室单元包括依次连接的制冷室热端换热器(12)、节流阀(13)、制冷室冷端换热器(14)和制冷室压缩机(15)，低沸点工质在制冷室热端换热器(12)、节流阀(13)、制冷室冷端换热器(14)和制冷室压缩机(15)中循环，冷凝室(19)底部出口与制冷室热端换热器(12)连接，制冷室热端换热器(12)与蒸发冷凝换热器(6)的冷侧连接；冷凝装置(16)与制冷室冷端换热器(14)连接，制冷室冷端换热器(14)与冷凝室喷淋器(17)连接。
3.根据权利要求1所述的节能零排放低温常压蒸发结晶系统，其特征在于，冷凝装置(16)为冷凝风扇或冷却器。
4.根据权利要求1所述的节能零排放低温常压蒸发结晶系统，其特征在于，蒸发室(2)底部出口与结晶釜(4)之间的连接管路上设有浓盐水外排泵(3)。
5.根据权利要求1所述的节能零排放低温常压蒸发结晶系统，其特征在于，蒸发室(2)底部侧出口与蒸发冷凝换热器(6)的热侧之间的连接管路上设有浓盐水内循环泵(5)。
6.根据权利要求1所述的节能零排放低温常压蒸发结晶系统，其特征在于，冷凝室(19)底部出口与制冷室单元热端之间的连接管路上设有冷凝液内循环泵(11)。
7.根据权利要求1所述的节能零排放低温常压蒸发结晶系统，其特征在于，冷凝液排放管上设有冷凝液外排泵(20)。
8.根据权利要求1所述的节能零排放低温常压蒸发结晶系统，其特征在于，蒸发冷凝换热器(6)的热侧与蒸发室喷淋器(9)之间的连接管路上设有余热利用换热器(7)，余热利用换热器(7)与外部系统连接。
9.根据权利要求1所述的节能零排放低温常压蒸发结晶系统，其特征在于，蒸发室喷淋器(9)和冷凝室喷淋器(17)均为多层。
10.根据权利要求1～9任意一项所述节能零排放低温常压蒸发结晶系统的工作方法，其特征在于，包括：
浓盐水经浓盐水进料泵(1)进入蒸发室(2)，蒸发室(2)底部的浓液进入蒸发冷凝换热器(6)的热侧，与蒸发冷凝换热器(6)的冷侧温度较高的冷凝液换热成为高温浓液，从蒸发室喷淋器(9)喷下，在蒸发室填料(10)区域与从气体循环风机(8)送入的空气逆向接触降温后回到蒸发室(2)底部，接触过程中浓液中的水分被加热的空气吸收，而盐分在浓液中保留；蒸发室(2)底部的浓液会不断积累盐度并逐步接近结晶饱和浓度；底部浓液从蒸发室(2)底部出口进入结晶釜(4)内实现固液分离得到固体盐，结晶釜(4)的浊液返回浓盐水进料泵(1)后循环；
带有水分的热空气经空气入口进入冷凝室(19)，与冷凝室喷淋器(17)喷淋液在冷凝室填料(18)区域同向接触降温，降温过程中空气的水分凝结成冷凝液落下；空气降温后再经气体循环风机(8)送入蒸发室(2)；冷凝液在冷凝室(19)底部积累，从冷凝室(19)底部出口进入制冷室单元热端换热升温，升温后的冷凝液在蒸发冷凝换热器(6)中与浓液换热后降温，降温后的冷凝液经过冷凝装置(16)进一步降低温度，再在制冷室单元冷端中换热再次降温，随后低温冷凝液进入冷凝室喷淋器(17)；积累的冷凝液作为系统产出清水经冷凝液排放管送出系统；
空气在气体循环风机(8)吸力的作用下，从空气入口进入冷凝室(19)，维持系统的微正压状态，在蒸发室(2)和冷凝室(19)形成的环状气体循环通道中循环。
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