CN111747471A - 黑水处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种黑水处理设备。该黑水处理设备包括下部闪蒸段(1)、中部除尘段(2)和上部换热段(3)，下部闪蒸段(1)用于进行黑水的闪蒸，中部除尘段(2)连接在下部闪蒸段(1)的顶部，用于实现气固液分离，上部换热段(3)连接在中部除尘段(2)的顶部，用于实现热量回收，下部闪蒸段(1)、中部除尘段(2)和上部换热段(3)沿着由下而上的方向依次连通。根据本发明的黑水处理设备，能够在同一设备中实现闪蒸、除尘及换热，节省了连接管路和阀门，有效节省设备及管道投资。

Description

黑水处理设备

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，特别是涉及一种黑水处理设备。

背景技术

煤化工、甲醇、乙醚、二甲醚等化工和新兴能源企业在煤气和气化气的冷却、洗涤过程中，形成了220～280℃的高温高压含固洗涤水，称作气化洗涤黑水。黑水中含有氨气、二氧化碳、硫化氢、一氧化碳、氢气、氮气、氩气、氧硫化碳等气体组分，以及碳酸钙、碳酸镁、碳酸钠、硅酸钙、硅酸铝、硅酸钠等无机盐类。

目前，气化炉和洗涤塔所产生的高温高压含固黑水多采用多级闪蒸加余热回收进行处理，用于降低黑水温度，脱除和回收黑水中溶解的酸性气体，浓缩悬浮物和回收热量等。闪蒸罐是一种常用的汽液分离设备，其闪蒸原理是：高压的溶有气体的液体混合物进入低压的闪蒸罐中，由于压力突然降低，液体的沸点也随之降低，使得液体分离为闪蒸罐压力下的液体和闪蒸气体，液体排出闪蒸罐后分离回用，气体则进入换热器进行热量回收。然而，在实际生产过程中，高温高压含固黑水经过减压阀进入闪蒸罐时，尤其是高压差的减压过程中，产生的汽、液、固三相对汽液分离内件造成汽蚀、冲刷和严重磨损，即使减压阀后的设备全部采用耐磨材质，使用周期也很难满足生产中长周期稳定运行的要求。另一方面，闪蒸气体中夹带有液态水及部分未分离完全的尘，溶解在液态水中的无机盐随着液态水的冷凝和温降逐渐析出，这些无机盐和尘的混合物会在换热器壳程的管道和阀门处析出结晶，其中硅酸钙、碳酸钙、碳酸镁会形成结垢。卧式管壳式换热器很难将管壁上的结垢溶解、冲掉，随着结垢情况越来越重，最终严重影响换热效率，导致换热器失效。企业不得不经常更换换热器，严重影响着生产系统正常运行和经济效益。

随着环保和节能新标准的实施，以及监管力度的加大，高温高压含固黑水必须加以处理，并实现资源化综合利用。积极探索新的黑水处理方法和处理装置，在满足国家环保标准的前提下，对黑水实现资源化综合利用和节约能源的目标，成为企业和科研机构的重要和急切的任务。为此，亟需一种新型的黑水处理系统，能够有效缓解黑水闪蒸过程中对设备的汽蚀、冲刷和磨损问题，同时解决闪蒸气利用中的换热器结垢问题，将闪蒸气的热量充分利用，实现资源综合利用和废气达标排放。

公开号为CN207101936U的中国专利文献公开了一种闪蒸换热装置，包括1个以上高/中压闪蒸罐、工艺热水塔、闪蒸气调整换热器和分液罐；各闪蒸罐的顶部闪蒸气出口连入一根闪蒸气主管，该闪蒸气主管与工艺热水塔中下部的闪蒸气入口连接；工艺热水塔内部设置有除沫器、分布器和塔盘，塔体上部和下部分别开有工艺水入口和出口；闪蒸气调整换热器的入口连接工艺热水塔顶的闪蒸气出口，出口连接分液罐的入口；分液罐的顶部开有闪蒸气出口，底部开有冷凝液出口。该装置设备数量多、结构复杂、维护不变，不能解决现有黑水处理系统的问题。

公开号为CN207483396U的中国专利文献公开了一种防止带液的高压闪蒸罐，包括罐体，还包括防冲刷弧形板，所述防冲刷弧形板为顶平半圆形板，开口向下，防冲刷弧形板的半圆形边缘焊接在罐体内壁上，且防冲刷弧形板的中心位置正对罐体的黑水进口管的中心线，防冲刷弧形板的高度不小于罐体的黑水进口管管径的两倍，且防冲刷弧形板的半径不小于罐体的黑水进口管管径。该闪蒸罐防冲结构与传统防冲板结构类似，不能有效缓解黑水闪蒸过程中对设备的汽蚀、冲刷和磨损问题。

上述的现有技术存在如下问题：

(1)目前高温高压含固黑水经过减压阀进入闪蒸罐时，产生的汽、液、固三相对汽液分离内件造成汽蚀、冲刷和磨损严重，设备寿命短，达不到长周期运行。

(2)目前汽液固在闪蒸罐中分离不充分，大量液固被带到下游，对下游设备正常操作造成影响。

(3)目前未分离的灰及溶解在液态水中的无机盐在换热器壳程的管道处析出结晶形成结垢，导致换热器失效。

(4)目前气液分离与热量回收在不同的设备中进行，不能充分利用设备的空间，两设备间受连接尺寸限制，造成换热器入口流体流速过快，严重磨蚀换热器。

(5)目前黑水处理系统设备数量多，占地面积大，连接阀门多，操作复杂，失效点多。

(6)目前不凝气中含固量大，对环境污染严重。

发明内容

本发明的目的是提供一种黑水处理设备，能够在同一设备中实现闪蒸、除尘及换热，节省了连接管路和阀门，有效节省设备及管道投资。

为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供了一种黑水处理设备，包括下部闪蒸段、中部除尘段和上部换热段，下部闪蒸段用于进行黑水的闪蒸，中部除尘段连接在下部闪蒸段的顶部，用于实现气固液分离，上部换热段连接在中部除尘段的顶部，用于实现热量回收，下部闪蒸段、中部除尘段和上部换热段沿着由下而上的方向依次连通。

优选地，中部除尘段与上部换热段之间可拆卸连接。

优选地，下部闪蒸段包括闪蒸外壳和黑水进管，黑水进管沿闪蒸外壳的切向连接在闪蒸外壳上。

优选地，闪蒸外壳内具有液相空间，液相空间内容纳有液相混合物，黑水进管的出口对应于液相空间设置。

优选地，下部闪蒸段还包括气液分离装置，气液分离装置设置在闪蒸外壳靠近中部除尘段的一端。

优选地，下部闪蒸段的上部设置有清液出口。

优选地，闪蒸外壳的下部设置有由上而下逐渐收缩的锥段，锥段的底部设置有排净口。

优选地，中部除尘段包括多级除尘除沫器。

优选地，多级除尘除沫器包括除尘壳体和设置在除尘壳体内并由下而上依次设置的旋流式除尘除沫器和折流式除尘除沫器。

优选地，除尘壳体包括圆筒段和圆锥段，旋流式除尘除沫器设置在圆筒段，折流式除尘除沫器设置在圆锥段。

优选地，上部换热段为立式降膜结构，包括换热管和换热腔，换热腔与换热管的管腔相隔开，上部换热段的顶部设置有气体出口，换热管的一端与气体出口连通，另一端与中部除尘段连通。

优选地，上部换热段还包括换热壳体，换热壳体的侧壁上设置有冷源进口和冷源出口，冷源进口和冷源出口的中心轴线之间的夹角大于90度。

优选地，换热腔内还设置有折流板，折流板与换热壳体的内壁之间形成S形的流通通道，冷源进口与换热腔顶部连通，冷源出口与换热腔底部连通。

本发明的黑水处理设备，包括下部闪蒸段、中部除尘段和上部换热段，下部闪蒸段用于进行黑水的闪蒸，中部除尘段连接在下部闪蒸段的顶部，用于实现气固液分离，上部换热段连接在中部除尘段的顶部，用于实现热量回收，下部闪蒸段、中部除尘段和上部换热段沿着由下而上的方向依次连通。本方案中的黑水处理设备，将闪蒸罐和换热器有机结合起来，使得闪蒸、除尘和换热集合为一体，从而在同一台设备中实现了闪蒸、除尘及换热，节省了连接管路和阀门，有效节省设备及管道投资。

附图说明

图1示意性示出了本发明实施例的黑水处理设备的结构示意图。

图中附图标记：1、下部闪蒸段；2、中部除尘段；3、上部换热段；4、闪蒸外壳；5、黑水进管；6、气液分离装置；7、清液出口；8、锥段；9、排净口；10、除尘壳体；11、旋流式除尘除沫器；12、折流式除尘除沫器；13、圆筒段；14、圆锥段；15、换热管；16、换热腔；17、气体出口；18、冷源进口；19、冷源出口；20、换热壳体；21、折流板。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

请参考图1所示，根据本发明的实施例，黑水处理设备包括下部闪蒸段1、中部除尘段2和上部换热段3，下部闪蒸段1用于进行黑水的闪蒸，中部除尘段2连接在下部闪蒸段1的顶部，用于实现气固液分离，上部换热段3连接在中部除尘段2的顶部，用于实现热量回收，下部闪蒸段1、中部除尘段2和上部换热段3沿着由下而上的方向依次连通。

本方案中的黑水处理设备，将闪蒸罐和换热器有机结合起来，使得闪蒸、除尘和换热集合为一体，从而在同一台设备中实现了闪蒸、除尘及换热，节省了连接管路和阀门，有效节省设备及管道投资。

黑水进入设备下部闪蒸段1，进行旋液分离，固灰、渣及黑水沉降并从设备下部排出，闪蒸汽经过中部除尘段2去除灰、渣和夹带液体，并进入到上部换热段3，在上部换热段3冷凝，冷凝液流入中部除尘段2作为此段冲洗水，并最终流入下部闪蒸段1，不凝气由设备顶部排出，上部换热段3壳程液体回收闪蒸汽中的热量。

优选地，中部除尘段2与上部换热段3之间可拆卸连接。下部闪蒸段1、中部除尘段2和上部换热段3之间采用组合式结构，并采用立式结构，不仅方便进行各个装置的拆分组合，便于进行维修和更换，能够降低维修成本，而且设备体积小，占地面积小，可以节省材料，不仅重量轻，而且可以大大减少其他装置及连接管路、阀门，降低设备结构复杂度。

在本实施例中，下部闪蒸段1包括闪蒸外壳4和黑水进管5，黑水进管5沿闪蒸外壳4的切向连接在闪蒸外壳4上。黑水进管5为一个切向进口，保证三相混合物进入闪蒸外壳4后沿着闪蒸外壳4的内壁面切向运动，从而能够形成旋转流动，提高气液分离效果，使汽、液、固三相分离更加充分，减少汽中液、固夹带量，减小对闪蒸外壳4的冲刷和磨损。黑水进管5也可与闪蒸外壳4的内壁面切线之间成一定角度，优选的角度为10°，以进一步增加三相混合物的初始速度，提高分离效率。

优选地，闪蒸外壳4内具有液相空间，液相空间内容纳有液相混合物，黑水进管5的出口对应于液相空间设置。气化炉和洗涤塔所产生的高温高压含固黑水通过黑水进管5切向进入下部闪蒸段1的闪蒸外壳4内的液相空间，可以利用液相空间的液体抵抗大量的汽、液、固三相混合物对闪蒸外壳4造成汽蚀、冲刷和磨损，从而对闪蒸外壳4形成有效保护。

下部闪蒸段1还包括气液分离装置6，气液分离装置6设置在闪蒸外壳4靠近中部除尘段2的一端。气液分离装置6可以采用现有技术中已有的结构，例如网格结构等。

优选地，下部闪蒸段1的上部设置有清液出口7。

闪蒸外壳4的下部设置有由上而下逐渐收缩的锥段8，锥段8的底部设置有排净口9。三相混合物在闪蒸外壳4中切向运动，产生的离心力将汽、液、固分离，其中固体沿闪蒸外壳4的壁面向下运动，通过排净口9排出设备外，液体和闪蒸汽则因为碰到锥段8后，由闪蒸外壳4的中心区域向上运动，并在闪蒸外壳4的上部形成清液区，清液从清液出口7排出设备，闪蒸汽则通过气液分离装置6初步分离液体后进入中部除尘段2。

优选地，中部除尘段2包括多级除尘除沫器。通过设置多级除尘除沫器，能够更加有效地去除闪蒸汽中夹带的液体和固灰、渣。每一级除尘除沫器，可以针对某一种形态的黑水进行处理，从而提高黑水处理效率和处理效果。

在本实施例中，多级除尘除沫器包括除尘壳体10和设置在除尘壳体10内并由下而上依次设置的旋流式除尘除沫器11和折流式除尘除沫器12。旋流式除尘除沫器11通过离心力作用将汽液夹带的大颗粒灰、渣等分离出来，同时夹带的液滴也在此处分离。而折流式除尘除沫器12通过液膜除尘除沫，进一步将小颗粒粒灰、渣等分离出来，同时去除夹带液体。多级除尘除沫器中除掉的液体和固体通过流道流回到下部闪蒸段1，除尘除沫后的闪蒸汽进入上部换热段3。

在本实施例中，除尘壳体10包括圆筒段13和圆锥段14，旋流式除尘除沫器11设置在圆筒段13，折流式除尘除沫器12设置在圆锥段14。

上部换热段3为立式降膜结构，包括换热管15和换热腔16，换热腔16与换热管15的管腔相隔开，上部换热段3的顶部设置有气体出口17，换热管15的一端与气体出口17连通，另一端与中部除尘段2连通。

上部换热段3还包括换热壳体20，换热壳体20的侧壁上设置有冷源进口18和冷源出口19，冷源进口18和冷源出口19的中心轴线之间的夹角大于90度。

上部换热段3连接在中部除尘段2的圆锥段14上，能够减轻闪蒸汽对上部换热段3的冲蚀，为设备长周期运行提供保障。

换热腔16内还设置有折流板21，折流板21与换热壳体20的内壁之间形成S形的流通通道，冷源进口18与换热腔16顶部连通，冷源出口19与换热腔16底部连通。

上部换热段3为一个立式降膜换热器，采用固定管板的形式，方便设备在线清洗。闪蒸汽进入上部换热段3的换热管15内冷凝，冷凝液体沿管壁向下流入中部除尘段2，并为多级除尘除沫器提供冲洗水，并最终流回下部闪蒸段1，在此过程中冷凝液体起到清洗换热管15内壁和多级除尘除沫器的作用，达到换热管15和除尘除沫器自清洗的作用。

不凝气由上部换热段3顶部的气体出口17排出。由于采用了多级除尘除沫器，闪蒸汽中的灰、渣含量很小，因此不凝气中的灰、渣含量也小，有效解决了环境污染问题。上部换热段3的冷源通过冷源进口18进入上部换热段3的壳程，经过折流板21折流换热，回收闪蒸汽中的热量，加热后的液体通过冷源出口19排出设备。上部换热段3顶部采用法兰连接，方便换热器拆装检修清洗。

在上部换热段3的换热壳体20内设置有隔板，换热管15的两端均通过隔板固定在换热壳体20内，换热管15与隔板之间密封配合，换热管15的两端分别与气体出口17和中部除尘段2连通。隔板、换热管15与换热壳体20之间形成密封的换热腔16，冷源在换热腔16内流动，与换热管15内流经的黑水换热，经过折流板21的折流，增大了冷源的流程，延长了冷源与换热管15之间的换热时间，提高了冷源与换热管15之间的换热效率。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种黑水处理设备，其特征在于，包括下部闪蒸段(1)、中部除尘段(2)和上部换热段(3)，所述下部闪蒸段(1)用于进行黑水的闪蒸，所述中部除尘段(2)连接在所述下部闪蒸段(1)的顶部，用于实现气固液分离，所述上部换热段(3)连接在所述中部除尘段(2)的顶部，用于实现热量回收，所述下部闪蒸段(1)、中部除尘段(2)和上部换热段(3)沿着由下而上的方向依次连通。

2.根据权利要求1所述的黑水处理设备，其特征在于，所述中部除尘段(2)与所述上部换热段(3)之间可拆卸连接。

3.根据权利要求1所述的黑水处理设备，其特征在于，所述下部闪蒸段(1)包括闪蒸外壳(4)和黑水进管(5)，所述黑水进管(5)沿所述闪蒸外壳(4)的切向连接在所述闪蒸外壳(4)上。

4.根据权利要求3所述的黑水处理设备，其特征在于，所述闪蒸外壳(4)内具有液相空间，所述液相空间内容纳有液相混合物，所述黑水进管(5)的出口对应于所述液相空间设置。

5.根据权利要求3所述的黑水处理设备，其特征在于，所述下部闪蒸段(1)还包括气液分离装置(6)，所述气液分离装置(6)设置在所述闪蒸外壳(4)靠近所述中部除尘段(2)的一端。

6.根据权利要求3所述的黑水处理设备，其特征在于，所述下部闪蒸段(1)的上部设置有清液出口(7)。

7.根据权利要求3所述的黑水处理设备，其特征在于，所述闪蒸外壳(4)的下部设置有由上而下逐渐收缩的锥段(8)，所述锥段(8)的底部设置有排净口(9)。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的黑水处理设备，其特征在于，所述中部除尘段(2)包括多级除尘除沫器。

9.根据权利要求8所述的黑水处理设备，其特征在于，所述多级除尘除沫器包括除尘壳体(10)和设置在所述除尘壳体(10)内并由下而上依次设置的旋流式除尘除沫器(11)和折流式除尘除沫器(12)。

10.根据权利要求9所述的黑水处理设备，其特征在于，所述除尘壳体(10)包括圆筒段(13)和圆锥段(14)，所述旋流式除尘除沫器(11)设置在圆筒段(13)，所述折流式除尘除沫器(12)设置在圆锥段(14)。

11.根据权利要求1至7中任一项所述的黑水处理设备，其特征在于，所述上部换热段(3)为立式降膜结构，包括换热管(15)和换热腔(16)，所述换热腔(16)与所述换热管(15)的管腔相隔开，所述上部换热段(3)的顶部设置有气体出口(17)，所述换热管(15)的一端与所述气体出口(17)连通，另一端与所述中部除尘段(2)连通。

12.根据权利要求11所述的黑水处理设备，其特征在于，所述上部换热段(3)还包括换热壳体(20)，所述换热壳体(20)的侧壁上设置有冷源进口(18)和冷源出口(19)，所述冷源进口(18)和所述冷源出口(19)的中心轴线之间的夹角大于90度。

13.根据权利要求12所述的黑水处理设备，其特征在于，所述换热腔(16)内还设置有折流板(21)，所述折流板(21)与所述换热壳体(20)的内壁之间形成S形的流通通道，所述冷源进口(18)与所述换热腔(16)顶部连通，所述冷源出口(19)与所述换热腔(16)底部连通。

Images